化工生產(chǎn)裝置保溫伴熱要素分析

杜 鍇

(沈陽市勝華天合工程有限公司，沈陽 110141)

1 裝置保溫需求的決定要素

1.1 氣候要求

化工生產(chǎn)裝置的保溫伴熱需求，與生產(chǎn)裝置所在的地域有直接聯(lián)系。地區(qū)的不同，對采暖的需求不同。在我國北方，季節(jié)特征明顯，冬夏界線分明;而南方季節(jié)分界模糊，氣候相對溫和。因此，在對不同地區(qū)生產(chǎn)裝置的整體保溫設(shè)計上，要本著設(shè)計理念相同、設(shè)計思路迥異的原則，因地制宜、因勢利導，根據(jù)其氣候特征進行設(shè)計，實現(xiàn)保溫的目標。

以北方為例，季節(jié)溫差很大，在采暖設(shè)計上，要更加注重溫度控制的靈活性和自如性。對每個架臺、每段分配臺都要進行獨立的取熱開關(guān)。另外，北方的采暖，需要對采暖區(qū)域進行溫度隔絕，以減少熱損失。通常的辦法是用絕熱材料如巖棉等進行外層護套加裝，這些施工的結(jié)果，會導致分配臺的管線區(qū)分模糊，為此，施工單位需要在分配臺的醒目處加設(shè)提示牌，標明伴熱管線的去向、閥門的轄區(qū)，以方便操作。

1.2 生產(chǎn)需求

化工企業(yè)的不同生產(chǎn)線對生產(chǎn)的需求各有不同，每套工藝流程對系統(tǒng)的溫度要求不同，當溫度指標發(fā)生改變，整個系統(tǒng)就會產(chǎn)生生產(chǎn)波動。保溫設(shè)施的引入，解決了生產(chǎn)過程中對恒溫值的需求。針對不同的生產(chǎn)系統(tǒng)，設(shè)計符合其需求的保溫伴熱系統(tǒng)，根據(jù)生產(chǎn)單元的生產(chǎn)情況，投用與之匹配的伴熱系統(tǒng)，以保證生產(chǎn)裝置的正常運行。

1.3 介質(zhì)需求

不同的介質(zhì)，對保溫的需求也不同。原油、重油等易凝結(jié)的介質(zhì)，在管路輸送過程中，由于溫度逐漸降低，粘度逐漸增大，甚至會凝固影響生產(chǎn)。因此，在選擇對流動介質(zhì)的裝置和管線進行保溫和伴熱時，必須從源頭開始加裝保溫措施，如在該物料管道附近加蒸汽等伴管，以維持物料一定的溫度。如材質(zhì)不同，注意采取隔離措施避免伴管與工藝管道的接觸腐蝕。對于靜態(tài)介質(zhì)的保溫和伴熱，只需對儲罐和容器進行相應(yīng)的保溫與伴熱就可以實現(xiàn)。對于動態(tài)儲罐，則可以根據(jù)管線情況和介質(zhì)特性進行保溫與伴熱。

2 決定裝置伴熱措施要素與實施

2.1 決定裝置伴熱措施要素

影響化工生產(chǎn)裝置的保溫伴熱因素主要包括環(huán)境溫度、介質(zhì)的物理特性、裝置的操作指標、系統(tǒng)的反應(yīng)條件等，從裝置的架構(gòu)特點和系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)特點以及產(chǎn)品的物理特性三個方面決定了這些要素在實施保溫伴熱過程中的條件和要求。

2.1.1 裝置的架構(gòu)特點決定保溫伴熱措施的要素

生產(chǎn)裝置內(nèi)管線縱橫、塔罐林立。不同的裝置架構(gòu)和設(shè)備布局對采暖伴熱有不同的需求。對于保溫層和保溫管線的敷設(shè)，首先要根據(jù)生產(chǎn)裝置架構(gòu)情況來進行設(shè)計和布線。

2.1.1.1 煉塔和儲罐

煉塔由多層塔盤組成，對于煉塔的塔身進行保溫材料加厚時，要注意塔體的儀表和設(shè)備，對設(shè)備的開口處、塔的人孔等都要留有維護開口，確保設(shè)備檢維修時的破損面最小。煉塔和儲罐外層的保溫材料，既要保證厚度均勻，又要對預留開口處進行足夠的保溫防護。

對于塔身安裝的儀器和設(shè)備，要單獨進行保溫和伴熱。需要溫水伴熱的，布線應(yīng)敷設(shè)在保溫層外面，防止管線泄漏時進行拆檢和堵漏。設(shè)有儀表保溫箱的，要保證保溫箱的開關(guān)潤滑和密封，避免儀器投用、檢查過程中保溫箱開啟障礙，保證保溫效果和使用順暢。

2.1.1.2 管廊和架臺

化工生產(chǎn)裝置的主體，除了煉塔、儲罐，更多的就是管廊和架臺。大型的設(shè)備和各種儀器儀表，都分布在錯落有致的架臺和縱橫交錯的管廊。而伴熱分配臺成為這些管廊和架臺的恒溫保護傘，成為化工生產(chǎn)裝置伴熱文化的主干。通常，伴熱分配臺就地設(shè)置，采用就近、就低的原則。

管廊的保溫，通常在裝置建設(shè)期間做好預留，管線對接、保溫層敷設(shè)，前后銜接。架臺上的保溫相對復雜，也有足夠的時間和空間進行修改和調(diào)整。

2.1.2 系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)特點決定保溫伴熱措施的要素

系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)的物理特性，對保溫伴熱措施的選擇具有決定性的作用。在化工生產(chǎn)中，需要各種原料來實現(xiàn)生產(chǎn)任務(wù)。有的介質(zhì)對溫度的要求很高，環(huán)境溫差不滿足其儲存和運送條件，就會發(fā)生三態(tài)改變;有的介質(zhì)的凝固取決于反應(yīng)釜內(nèi)外的環(huán)境，當溫差超出了其存在狀態(tài)的指標要求，介質(zhì)就會發(fā)生冷凝、氣化或者聚合。

2.1.2.1 裝置的傳輸管線的保溫

介質(zhì)在輸送管線的保溫伴熱取決于管線的使用頻次。若同一管線只用于同一種介質(zhì)的傳輸，則系統(tǒng)保溫伴熱只做單一考慮即可。對于規(guī)模較小的生產(chǎn)企業(yè)，一條輸送管線可能會用于多種介質(zhì)的傳輸，通過工藝管線切換來實現(xiàn)不同用途，這種形式的傳輸管線，在保溫伴熱設(shè)計時要考慮多種因素;大型生產(chǎn)裝置對管線、設(shè)備的使用比較嚴格和專一，通常都是配置系統(tǒng)的專業(yè)傳輸管線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)專線專用，保溫措施可根據(jù)傳輸介質(zhì)定向制定。

2.1.2.2 裝置的反應(yīng)系統(tǒng)的保溫

介質(zhì)在系統(tǒng)內(nèi)進行反應(yīng)實現(xiàn)生產(chǎn)操作時，系統(tǒng)內(nèi)的管線情況、反應(yīng)要求等，都會對介質(zhì)的三態(tài)產(chǎn)生影響，必須根據(jù)操作的需要進行相應(yīng)的保溫和伴熱措施。比如，管線內(nèi)環(huán)境溫度低于介質(zhì)的熔點，就會導致介質(zhì)發(fā)生凝固，這種情況多發(fā)生在化工生產(chǎn)的高溫高壓環(huán)節(jié)。通過系統(tǒng)的保溫和伴熱，來實現(xiàn)介質(zhì)溫度的恒定，協(xié)助裝置完成整個反應(yīng)過程。

有的系統(tǒng)受反應(yīng)條件的限制，對反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)部進行一定的技術(shù)處理，比如:真空反應(yīng)系統(tǒng)，當真空管內(nèi)外溫度差較大時，管內(nèi)介質(zhì)就會發(fā)生冷凝，破壞原有的真空度。這樣的管線需要進行特殊的技術(shù)處理，對保溫材料的選用也有一定的要求;反應(yīng)塔的塔身內(nèi)外存在的溫差，會導致塔內(nèi)介質(zhì)氣相冷凝發(fā)生聚合;等等。避免真空度的破壞、防止聚合的發(fā)生，這些都需要采取相應(yīng)的保溫和伴熱措施。

2.1.2.3 裝置的儲存罐體的保溫

化工行業(yè)生產(chǎn)裝置中，有一個特殊的裝置群，那就是罐區(qū)。所有的原料、半成品、成品都要經(jīng)過儲罐的保存運送到各自需要的工號。儲罐的保溫伴熱受管內(nèi)介質(zhì)屬性約束，油品在一定的溫度下會凝固，需要通過蒸汽伴熱來保存，當外界環(huán)境溫度發(fā)生改變時，對伴熱量的需求就會發(fā)生改變。

2.1.3 產(chǎn)品的物理特性決定保溫伴熱措施的要素

產(chǎn)品在管線中輸送和在儲罐內(nèi)存儲，都有一定的環(huán)境要求，這些環(huán)境要求構(gòu)成了產(chǎn)品在管線和儲罐內(nèi)的保溫措施要素。

根據(jù)產(chǎn)品的凝固點、熔點的不同，對產(chǎn)品流經(jīng)的管線和儲罐進行相應(yīng)的保溫伴熱措施，保證產(chǎn)品的各項指標符合出廠要求和標準。

2.2 生產(chǎn)裝置保溫伴熱措施的實施

我們以某煉塔的反應(yīng)系統(tǒng)伴熱實施為例，來說明保溫伴熱具體實施情況。

從圖1中我們可以看到，該反應(yīng)系統(tǒng)的伴熱系統(tǒng)采用蒸汽伴熱和水伴熱兩種形式。點畫線回路為蒸汽伴熱回路;虛線回路為水伴熱回路，實線回路是系統(tǒng)的工藝管線。

圖1 某系統(tǒng)伴熱管線布線圖Fig.1 Some system tracing line layout diagram

圖2 伴熱分配臺示意圖Fig.2 Tracing assignment platform diagram

系統(tǒng)通過水伴熱或蒸汽伴熱實現(xiàn)采暖，伴熱管線與工藝反應(yīng)管線緊密貼在一起，通過固定管卡捆綁，外層敷設(shè)巖棉形成保溫層，再用鍍鋅鐵皮進行加固和防護。每套伴熱系統(tǒng)由來水線路和回水線路組成，在回水分配臺的分支線路上，開關(guān)閥前加裝視鏡(水伴熱)和疏水器(蒸汽伴熱)。

為方便操作，伴熱分配臺設(shè)在架臺的寬敞處或地面，分配臺的設(shè)置采取就近、就低、方便的原則。就近設(shè)置有利于伴熱回流的通暢和伴熱效果的實現(xiàn)，更利于操作和充分利用能源。就低主要從操作角度考慮，更加人文和方便。圖2是我們截取的一個伴熱分配臺的使用情況示意圖。

從圖2中我們可以看到本系統(tǒng)將給水分配臺設(shè)置在接近塔頂處，回水分配臺設(shè)置在塔附近的四樓架臺，這主要是考慮到裝置的伴熱需要和伴熱管線的伴熱分布。整個水伴熱系統(tǒng)為塔-2018實現(xiàn)溫水伴熱，從分配臺示意圖中可以看到，NDH 1006 01～08是該伴熱系統(tǒng)的給水開關(guān)閥，NCH 1006是該伴熱系統(tǒng)的回水開關(guān)閥，每個序號對應(yīng)來回水，操作人員可以根據(jù)圖中提示進行操作和控制。當然，圖2所對應(yīng)的現(xiàn)場也應(yīng)該有同樣的標記與圖紙匹配，實現(xiàn)圖紙、現(xiàn)場的一致。通常，現(xiàn)場采用鍍鋅鐵皮掛簽，鐵皮上進行噴碼，保持字跡不脫落，標簽拴在閥體不可移動部位，確保標識清晰明了。

3 保溫伴熱的設(shè)備和材料

3.1 疏水器的選用

采用蒸汽伴熱實現(xiàn)采暖的保溫伴熱系統(tǒng)中，疏水閥是必不可少的設(shè)備之一，通過疏水閥開度的調(diào)節(jié)，實現(xiàn)保溫伴熱的最佳效果和能源利用的最大化，是保溫伴熱系統(tǒng)不懈追求的目標。疏水閥基本的工作原理就是利用蒸汽和水的重量差和溫度差來實現(xiàn)疏水的目的，它能夠迅速排除系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的凝結(jié)水，并防止蒸汽泄漏。選用合適排量等級的疏水閥不僅可以節(jié)約能源，而且可以保證伴熱系統(tǒng)的暢通運行，實現(xiàn)保溫伴熱理想效果。

在對疏水閥選型過程中必須要遵循以下條件:

1.根據(jù)耗汽量確定疏水閥的最大凝結(jié)水量。系統(tǒng)在開車和正常運行時凝結(jié)水發(fā)生量是不同的，因此，選用疏水閥之前必須對系統(tǒng)的耗汽量進行統(tǒng)計，根據(jù)化工裝置中蒸汽伴熱情況，通常按照系統(tǒng)每小時耗汽量的2.5倍左右來選擇疏水閥的排水量。從而保證疏水閥在投用后能盡快排出凝結(jié)水，迅速提高系統(tǒng)的加熱溫度。反之，會造成凝結(jié)水不能及時排出，降低熱效率。

2.根據(jù)工作壓差來選擇疏水閥的排水量。疏水閥選用時容易被混淆的兩個概念是公稱壓力和工作壓差。公稱壓力提供的信息是疏水閥閥體所能承受的壓力等級，而工作壓差是疏水閥工作時需要滿足的操作指標。因此，在選擇疏水閥時要根據(jù)工作壓差來選擇，而不是依據(jù)閥門的公稱壓力來選擇。也就是說，要對系統(tǒng)所選用疏水閥的閥前工作壓力和出口背壓的值有充分的了解，依據(jù)前后壓差來選擇疏水閥的排水量。

3.根據(jù)蒸汽管線的作用選擇疏水閥類型。蒸汽管線的伴熱需求是選擇疏水閥的重要依據(jù)。疏水閥根據(jù)工作原理可分為機械型、熱靜力型、熱動力型、特殊型，而每個類型都會對閥門的種類和型號進行細分，伴熱管線的疏水閥要根據(jù)現(xiàn)場的實際情況和伴熱的實際需求來選擇，比如對于早晚溫差不同時伴熱壓力發(fā)生改變、蒸汽溫度發(fā)生相應(yīng)變化的系統(tǒng)，在選用熱靜力型疏水器時，可根據(jù)該使用條件選用膜盒式;而對于直排式伴熱系統(tǒng)，如果壓力瞬間波動幅度較大，則可以選擇熱靜力型疏水器中的雙金屬片式等等。

3.2 系統(tǒng)管線和膠管

根據(jù)伴熱系統(tǒng)的需要，對總分配臺和支分配臺的配管進行選擇，溫水伴熱系統(tǒng)和蒸汽伴熱系統(tǒng)在配管選擇上采用不銹鋼管和鍍鋅管。

對于伴熱系統(tǒng)的母系統(tǒng)，如果裝置的要求較高，反應(yīng)釜內(nèi)介質(zhì)易腐蝕和毒性較強，通常根據(jù)介質(zhì)需要選用不銹鋼配管。

對于普通化工裝置，選用鍍鋅鐵管。不銹鋼管的成本造價要高于鍍鋅鐵管，因此兩種選擇都是基于實用和費用考慮，既保證裝置安全生產(chǎn)又盡可能避免浪費。

膠管用于伴熱末端的疏水和局部凍凝時的緊急熱傳導和熱排放。膠管的選擇主要是依據(jù)伴熱系統(tǒng)尾端的開口尺寸，滿足系統(tǒng)連接。

3.3 保溫材料

根據(jù)裝置內(nèi)伴熱系統(tǒng)的不同位置和實際需要選用保溫材料，如巖棉管、巖棉板、巖棉條。

在敷設(shè)保溫材料的區(qū)域，必須保證設(shè)施和管道表面干燥無油脂、無泄漏、無銹蝕，敷設(shè)完畢進行外部防護，采用鍍鋅鐵皮卯榫，防止損壞和裸露。接頭盒對縫必須緊密，從而盡可能地避免熱損失。另外，化工生產(chǎn)裝置都屬于高溫、高壓作業(yè)，對于保溫層的敷設(shè)還需要加裝專業(yè)的保溫釘實現(xiàn)外護。

3.4 鍍鋅鐵皮

鍍鋅鐵皮俗稱白鐵皮，是經(jīng)過鍍鋅的低碳鋼薄板，通常厚度為0.44～1.22 mm，鍍鋅層厚度不小于0.02 mm。經(jīng)過鍍鋅處理的鐵皮不易生銹腐蝕，在化工生產(chǎn)裝置的保溫系統(tǒng)中用于保溫層的外護。

4 保溫伴熱建議

4.1 做好圖紙檔案管理

檔案管理是對生產(chǎn)裝置運行管理的必要手段?；どa(chǎn)裝置的管線布局復雜，保溫層敷設(shè)下的管線縱橫交錯，辨識錯誤會給生產(chǎn)帶來極大的隱患。尤其要注意的是區(qū)分生產(chǎn)管線和伴熱管線，避免誤操作。

檔案管理作為化工生產(chǎn)管理的重要組成部分，對裝置的采暖伴熱系統(tǒng)的保護也有著極為重要的意義和作用。做好保溫伴熱的圖紙歸檔，確保保溫伴熱系統(tǒng)的完善，為系統(tǒng)有效運行提供保障，更為保溫伴熱系統(tǒng)的后期改造提供依據(jù)。

4.2 做好現(xiàn)場標簽

化工生產(chǎn)裝置中管網(wǎng)縱橫管線密布，即使是常年在現(xiàn)場從事一線操作的優(yōu)秀操作工也會遇到管線辨識不確定情形，因此，現(xiàn)場標簽十分必要?，F(xiàn)場標簽的規(guī)范、清晰不僅能夠幫助操作人員快速辨識管線用途、介質(zhì)走向和使用狀態(tài)，而且能夠幫助新上崗的操作人員快速厘清現(xiàn)場，并輔助他們完成各種必要的操作。

在進行現(xiàn)場標簽標記時，要注意通用顏色和標識的使用，如消防管線和伴熱管線都要用專業(yè)的顏色進行區(qū)分。伴熱管線通常都外敷保溫層，避免熱損失。保溫層的涂漆通常選用綠色，生產(chǎn)和反應(yīng)管線用灰色。

除了進行管線的通用標記外，還要對管線和分配臺的閥門進行專門的標簽處理。比較常用的是采用鍍鋅鐵皮懸掛，將噴有該閥位號和來回水標記的鐵皮標簽拴在閥門固定的手柄上。鐵皮標簽要與檔案圖紙的閥門標記一致，確保信息準確。

4.3 做好運行記錄

運行記錄是對一個系統(tǒng)運行情況的最直觀的反應(yīng)，更是技術(shù)人員進行技術(shù)分析的有力依據(jù)。對于化工生產(chǎn)裝置的保溫伴熱系統(tǒng)而言，不僅需要制定合理有效的采暖控制方案，來平衡能源使用和裝置的需要;而且要保留完整的運行記錄，包括對伴熱管線的溫度、閥門開度、室外溫度進行記錄，這些數(shù)據(jù)信息，將成為技術(shù)人員對今后供暖指標形成的依據(jù)，以及對當前系統(tǒng)不完善部位的修整、重置和改善。

5 結(jié)語

化工生產(chǎn)裝置的保溫伴熱是化工生產(chǎn)過程中非常關(guān)鍵的一環(huán)，研究化工生產(chǎn)裝置中保溫與伴熱的要素分析，對生產(chǎn)裝置的平穩(wěn)高效運行有著至關(guān)重要的作用。本文通過對化工一線的操作實踐和各種伴熱形式的匯總，從裝置的架構(gòu)特點、系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)特點、產(chǎn)品的物理特性等方面探究了化工生產(chǎn)裝置采暖伴熱的要素，為化工生產(chǎn)裝置采暖伴熱提供全新的思路和有效的借鑒。

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