導熱油供熱系統(tǒng)及其熱量測量研究

林明校，邢軍，陳俊杰，紀波峰，紀綱

(1. 騰龍?zhí)胤N樹脂(廈門)有限公司,福建 廈門 361026；2. 常州能源設備總廠有限公司，江蘇 常州 213033；3. 上海同欣自動化儀表有限公司，上海 200070)

?

導熱油供熱系統(tǒng)及其熱量測量研究

林明校1，邢軍2，陳俊杰2，紀波峰3，紀綱3

(1. 騰龍?zhí)胤N樹脂(廈門)有限公司,福建 廈門 361026；2. 常州能源設備總廠有限公司，江蘇 常州 213033；3. 上海同欣自動化儀表有限公司，上海 200070)

針對導熱油在供熱系統(tǒng)中循環(huán)時，由于溫度高始終伴隨熱裂解和熱聚合反應，產(chǎn)生高分子黏稠物，最后形成沉渣、結(jié)焦，使儀表受損的缺陷，通常在循環(huán)泵的進口，一般應設置濾網(wǎng)目數(shù)合適的過濾器。在選擇導熱油熱量計量儀表時應杜絕導熱油外泄；在管路連接中盡量采用焊接，用波紋管密封代替填料函。不同牌號的導熱油，密度、焓和黏度差異較大，在用焓差法計算熱流量時，所用導熱油的相關參數(shù)應準確。

導熱油 結(jié)焦 易燃易爆 焓差法 熱量測量 熱能計量儀表

1 概 述

水和水蒸氣作為傳熱介質(zhì)，因其價格低廉、水蒸氣熱容量大、冷凝時傳熱系數(shù)大等優(yōu)點，在工業(yè)上得到廣泛應用。但是，由于水在高溫下的飽和蒸汽壓較高，如250℃時水的飽和蒸汽壓為4MPa[1]，因而水和水蒸氣在高溫下的應用受到了限制。為了解決該問題，人們開始使用在常壓下沸點較高的礦物油或其他類型的有機液體作為傳熱介質(zhì)，這類介質(zhì)統(tǒng)稱為導熱油(heat transferoil)或熱媒[2-5]。

導熱油是以液相或氣相形態(tài)進行熱量傳遞的介質(zhì)，它包括礦物性導熱油(稱為熱傳導油)和合成型導熱油(稱為熱傳遞液)。與利用蒸汽傳遞熱量相比，導熱油具有加熱均勻、操作簡便、操作壓力低等優(yōu)點，在化纖、化工、木材加工、建材等多個行業(yè)被作為傳熱介質(zhì)得到廣泛應用。導熱油通常由循環(huán)泵強制循環(huán)，將導熱油爐產(chǎn)生的熱能送往用戶，用戶熱交換器或其他用熱設備吸收了導熱油的熱量后，油溫降低，返回循環(huán)泵進口，其流程如圖1所示。

在圖1所示的流程中，膨脹槽(高位槽)雖不參加熱載體的循環(huán)流動，但有幾個重要的作用：由于它被安裝在系統(tǒng)管道最高點，從而為管道提供1個基礎壓頭，使循環(huán)泵工作穩(wěn)定；新油裝入系統(tǒng)后，整個系統(tǒng)的導熱油在升溫過程中會將溶解的氣體釋放出來。導熱油循環(huán)使用后，也會有少量分解，這些氣體最終匯集到膨脹槽后排出系統(tǒng)；導熱油溫度變化而產(chǎn)生的體積變化，由膨脹槽補償。

圖1中的油氣分離器也必不可少，它用離心分離的方法將循環(huán)的導熱油中不凝性氣體、水蒸氣及易揮發(fā)組分分離出來送至膨脹槽排放掉，從而保證導熱油在液相狀態(tài)下穩(wěn)定運行。

圖1 導熱油供熱系統(tǒng)流程示意

2 導熱油供熱系統(tǒng)的特點

由于高溫，導熱油在循環(huán)過程中始終伴隨著熱裂解和熱聚合等反應，其中熱裂解反應生成氣體和低沸物，熱聚合反應生成高沸物和高分子黏稠聚合物，最后形成沉渣。沉渣在系統(tǒng)排油時，會堵塞排油閥門，沉渣還會黏附在導熱油爐爐管內(nèi)壁結(jié)焦，并進一步生成膠質(zhì)、瀝青質(zhì)等黏稠物，引起導熱油黏度增大，傳熱效率降低。爐管內(nèi)壁結(jié)焦如果很嚴重而又未及時發(fā)現(xiàn)，極易由于爐管局部過熱引起爆管以致引發(fā)爆炸事故。

導熱油的使用現(xiàn)場應特別注意人身安全，因為高溫條件下的導熱油滲透性極強，如果操作不當或設備維修失當，極易從法蘭的縫隙中、閥桿的密封填料處外泄。一旦有導熱油從管道內(nèi)或設備內(nèi)噴出，高溫的液體極易引起人身傷害。所以，在設計和安裝時，要有具體防護措施；在現(xiàn)場操作時，要嚴格執(zhí)行安全操作規(guī)程。其中操作人員(包括維修人員)必須穿戴好防護用品，開關閥門時動作要輕、慢，頭部不要正對閥門，防止載體從閥桿與填料的縫隙中噴出，燙傷身體。

循環(huán)中的導熱油從系統(tǒng)中噴出，存在的另一個危險是因減壓引起的導熱油閃蒸，閃蒸生成的易燃易爆蒸氣，如遇明火極易釀成火災。因此，導熱油供熱系統(tǒng)的首要任務是安全，導熱油不得外泄。

導熱油管道及儀表如需進行焊接維修，需將管道內(nèi)的導熱油排干凈。往管道內(nèi)充N2進行置換保護，確認管道內(nèi)無導熱油后方可進行動火作業(yè)，動火期間充N2不能停，動火時周邊的物品要清理干凈，以免發(fā)生火災。

3 導熱油熱量計量的儀表選型

3.1 流量計的選型

導熱油的流量測量儀表選型并不復雜，只是要根據(jù)導熱油的特點采取適當措施。儀表的類型大多選用差壓式流量計和渦街流量計，早年的裝置一般都選用差壓式流量計，近年來也有選用渦街流量計用于流量測量。

1) 在選用渦街流量計的設計中，要解決下面幾個問題：

a) 在最高溫度條件下仍能正常工作，選用高溫分離型渦街流量計。

b) 連接法蘭處不允許導熱油外泄。法蘭密封面和法蘭墊片的類型及材質(zhì)，應能滿足易燃、易爆介質(zhì)和非常危險工況的需要[1]。流量計墊片采用金屬纏繞石墨墊片，每次拆卸后都應更新墊片。

c) 滿足防爆要求，儀表精度等級等于或優(yōu)于1.0級。

2) 在選用差壓流量計的設計中，應采取如下措施：

a) 采用焊接式差壓裝置，而且差壓裝置與管道之間，導壓管與切斷閥閥體之間也采用相同材質(zhì)焊接的方法連接。

b) 有的設計中，差壓裝置根部切斷閥采用波紋管密封，能避免密封填料處的介質(zhì)外泄，但波紋管的品質(zhì)需保證。在差壓變送器的三閥組處，導熱油溫度已經(jīng)降得很低，不強調(diào)采用波紋管密封的閥。

c) 考慮導熱油中可能存在焦屑對節(jié)流件的磨損，差壓裝置選用ISA 1932噴嘴較合理[6-8]，但考慮測量精確度的原因，采用標準孔板的方法也很多。

d) 差壓變送器選用防爆型，防爆等級應符合防爆規(guī)程。

e) 差壓變送器引壓管是否需要伴熱保溫，由導熱油凝固溫度和環(huán)境的最低溫度決定。在采用伴熱保溫時，正、負引壓管兩側(cè)伴熱溫度要一致，以免因兩側(cè)溫度不一樣，引起密度差，導致零點漂移。伴熱溫度應當在20～50℃，如果使用蒸汽伴熱應采用輕度伴熱。

3.2 測溫元件的選型

測溫元件一般選用A級鉑熱電阻，應滿足以下要求：

1) 防爆等級應符合文獻[9]國家防爆標準和相關規(guī)程。

2) 熱電阻元件可以從套管中抽出以便維修，若不能抽出應考慮采用雙支鉑熱電阻，一用一備，或在套管中插入鎧裝鉑熱電阻，以免電阻體損壞后影響計量。

3) 密封墊片的材質(zhì)應具有足夠的耐溫和耐酸能力。因為導熱油可能會有熱氧化反應，生成低分子或高分子的酸性物質(zhì)，具有一定的腐蝕性。

3.3 熱量演算器的選型

導熱油的熱量計量如式(1)所示[10-11]，即

φ=qm(hi-ho)

(1)

式中：φ——熱流量，kJ/h；qm——導熱油質(zhì)量流量，kg/h；hi——供油焓值，kJ/kg(由查導熱油焓值表得到)；ho——回油焓值，kJ/kg(由查導熱油焓值表得到)。

hi=f(ti)

(2)

ho=f(to)

(3)

式中：ti——供油溫度，℃；to——回油溫度，℃。

當流量計采用渦街流量計，還要測量出流量計安裝處的導熱油密度，用下式計算質(zhì)量流量：

qm=qVρ

(4)

式中：qV——導熱油體積流量，m3/h；ρ——工況條件下導熱油密度，kg/m3(由查導熱油密度表得到)。

ρ=f(t)

(5)

式中：t——導熱油溫度，℃。

當流量計安裝在供油管道上時，t為供油溫度，流量計安裝在回油管道上時，t為回油溫度。

導熱油的焓值表和密度表由導熱油供應商提供。不同制造商提供的同牌號的導熱油，在相同溫度條件下焓值、密度和黏度差異較大，不能隨意代用。

用于供熱收費的系統(tǒng)中所使用的導熱油，強調(diào)要導熱油供應商提供物性數(shù)據(jù)[12]，否則無法對熱量進行準確計量。導熱油技術數(shù)據(jù)項目很多，但自控設計起碼要有表1所列的幾項。

表1 Diphyl?導熱油物理性質(zhì)

4 結(jié)束語

用上述方法設計安裝的熱量計量系統(tǒng)，符合行業(yè)標準和計量檢定規(guī)程[13]，能通過計量機關的檢定。在現(xiàn)場長期使用，滿足了計量收費的需要。

[1] 王森，紀綱.儀表常用數(shù)據(jù)手冊[M].2版.北京：化學工業(yè)出版社，2006：403-421.

[2] 沈德清.導熱油與導熱油加熱系統(tǒng)[J].化工設計，1995(02)：24-26，29.

[3] 石油化工科學研究院.GB/T 7631.12—1994潤滑劑和有關產(chǎn)品(L類)分類第十二部分：Q組(熱傳導液)[S].北京：中國標準出版社，1996.

[4] WILLIAM M H. The Handbook of Chemical and Physics [M]. Florida：CRC Press， 2014.

[5] 國家石油和化學工業(yè)局.SH/T 0680—1999熱傳導液熱穩(wěn)定性測定法[S].北京：中國標準出版社，2000.

[6] 上海工業(yè)自動化儀表研究所.GB/T 2624.3—2006用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量 第3部分：噴嘴和文丘里噴嘴[S].北京：中國標準出版社，2007.

[7] 孫淮清，王建忠.流量測量節(jié)流裝置設計手冊[M].2版.北京：化學工業(yè)出版社，2005.

[8] 紀綱.流量測量儀表應用技巧[M].2版.北京：化學工業(yè)出版社，2009：139.

[9] 國家防爆電氣產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心.GB 3836—2010爆炸性環(huán)境 第一部分：設備 通用要求[S].北京：中國標準出版社，2011.

[10] 甄蘭蘭，沈昱明.熱能表的熱量計量原理及計算[J].自動化儀表，2003，24(10)：41-44.

[11] 測試與測量技術委員會.JIS B7550—2010積算熱量計[S].東京：日本工業(yè)標準調(diào)查會，2010.

[12] 中石化石油化工科學研究院.SH/T 0677—1999熱傳導液[S].北京：中國標準出版社，2000.

[13] 國家計量科學研究院.JJG 225—2001熱能表檢定規(guī)程[S].北京：中國計量出版社，2002.

[14] 羅雄麟，趙曉鷹，孫琳，等.乙烯精餾塔質(zhì)量控制的溫度測量精度問題及改進措施[J].化工自動化及儀表，2015，42(07)：789-793，797.

Study on Heat Transfer Fluids Heating System and Heat Measurement

Lin Mingxiao1, Xing Jun2, Chen Junjie2, Ji Bofeng3, Ji Gang3

(1. Tenglong specialty resins (Xiamen) Co. Ltd., Xiamen, 361026, China;

2. Changzhou Energy Engineering Co. Ltd., Changzhou, 213033, China;

3. Shanghai Tontion Automation Instrumentation Co. Ltd., Shanghai, 200070, China)

Due to pyrolysis and thermal polymerization associated with high temperature during HTF cycling in heat supply system, polymer dope will be generated with forming sediment and coke. It could damage instrument. The filter with proper mesh size is installed at inlet of circulation pump. The HTF leakage should be put an end during selection of heat metering instrument. Welding should be used for pipeline connection. Bellow seal should be used insteading of stuffing box. There are great differences among different grades of HTF in density, enthalpy and viscosity. Relative parameters of HTF should be accurate when enthalpy difference method is utilized to calculate heat flow.

heat transfer fluids; coke; flammable and explosive; enthalpy difference method; heat measurement; heat measuring instrument

林明校(1980—)，男，2001年畢業(yè)于福建化工學校工業(yè)儀表及自動化專業(yè)，現(xiàn)工作于騰龍?zhí)胤N樹脂(廈門)有限公司，從事儀表自動化設備管理工作，任助理工程師。

TH831

B

1007-7324(2016)05-0051-03

稿件收到日期：2016-06-26，修改稿收到日期：2016-07-28。