淺談采用聯(lián)苯--聯(lián)苯醚（VP-1）作為氣相有機(jī)熱載體的強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)

吳卓婭

摘 要：在一些特殊的化工工藝中，工藝用戶需要使用氣相有機(jī)熱載體強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)。本文以工程項(xiàng)目為例，介紹聯(lián)苯--聯(lián)苯醚的物理性質(zhì)及利用聯(lián)苯--聯(lián)苯醚（VP-1）作為氣相有機(jī)熱載體的強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析、系統(tǒng)組成及設(shè)計(jì)優(yōu)化，闡述了氣相有機(jī)熱載體的強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)以及對未來發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：氣相有機(jī)熱載體;聯(lián)苯--聯(lián)苯醚;設(shè)計(jì);系統(tǒng)

1 背景介紹

有機(jī)熱載體是作為傳熱介質(zhì)使用的有機(jī)物質(zhì)的統(tǒng)稱，包括被稱為熱傳導(dǎo)液、導(dǎo)熱油、有機(jī)傳熱介質(zhì)、熱媒等用于間接傳熱目的的所有有機(jī)介質(zhì)。與直接加熱和蒸汽加熱等傳統(tǒng)加熱方式相比，采用有機(jī)熱載體傳熱具有節(jié)約能耗、加熱均勻、控溫精度高、操作壓力低等優(yōu)點(diǎn)。

目前有機(jī)熱載體液相強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)在尼龍6、氨綸、環(huán)己酮等化工中應(yīng)用較多，國家規(guī)范和行業(yè)規(guī)范對液相強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)描述的都比較詳細(xì)，有機(jī)熱載體爐廠家也均是以生產(chǎn)液相爐為主。

氣相強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)比液相強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)勢在于液相強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)利用的是有機(jī)熱載體的顯熱，氣相強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)利用的是有機(jī)熱載體的潛熱，比液相強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)的焓值高出很多。但是對有機(jī)熱載體各種性能要求高，工藝較復(fù)雜。氣相有機(jī)熱載體強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)在工程中運(yùn)用較少，本文將以項(xiàng)目為例詳細(xì)講述氣相有機(jī)熱載體強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)。

2 項(xiàng)目簡介

在某腈氨化工項(xiàng)目中，由于工藝特殊要求（溫度高且控制要求嚴(yán)格，需逐漸升溫，換熱量大等），生產(chǎn)裝置的腈化反應(yīng)器和半腈蒸發(fā)器采用氣相有機(jī)熱載體加熱，有機(jī)熱載體采用聯(lián)苯--聯(lián)苯醚，最高工作溫度380℃。

3 聯(lián)苯--聯(lián)苯醚簡介

具有沸點(diǎn)或共沸點(diǎn)的合成型有機(jī)熱載體可以在氣相條件下使用，被稱為氣相有機(jī)熱載體。氣相有機(jī)熱載體可以通過加壓的方式在液相使用，因此又稱為氣相/液相有機(jī)熱載體。有機(jī)熱載體聯(lián)苯--聯(lián)苯醚是專為滿足氣相系統(tǒng)要求而設(shè)計(jì)的，它結(jié)合了優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和低粘度，在12℃到400℃的廣泛最佳使用范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效、可靠、均勻的性能。聯(lián)苯--聯(lián)苯醚代號(hào)VP-1，是潔凈水白色液體，閃點(diǎn)為124℃，自然點(diǎn)621℃，40℃運(yùn)動(dòng)粘度為2.48mm2/s，25℃密度1060kg/m3，結(jié)晶點(diǎn)12℃。聯(lián)苯--聯(lián)苯醚氣相最佳使用范圍在260℃到400℃。在最高工作溫度380℃時(shí)的汽化熱是219.1kJ/kg。

4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)組成

使用氣相有機(jī)熱載體的強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)一般包含的主要設(shè)備有：①有機(jī)熱載體爐;②低位儲(chǔ)油罐;③閃蒸罐;④有機(jī)熱載體循環(huán)泵;⑤注油泵;⑥有機(jī)熱載體冷卻器;⑦收集罐;⑧安全監(jiān)測儀表和管道。

4.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)設(shè)計(jì)中有機(jī)熱載體爐占核心地位，爐型一般根據(jù)場地布置要求有立式和臥式，鑒于聯(lián)苯-聯(lián)苯醚的物理特性，在本工程中選用立式有機(jī)熱載體爐，為了安全和用熱均衡，一個(gè)工藝用戶配一臺(tái)有機(jī)熱載體爐。

有機(jī)熱載體循環(huán)系統(tǒng)采用閉式循環(huán)。開車前，桶裝的聯(lián)苯--聯(lián)苯醚注入低位儲(chǔ)油罐中，再用注油泵通過注油管線向有機(jī)熱載體爐或閃蒸罐注油。當(dāng)閃蒸罐內(nèi)達(dá)到一定液位后，開啟有機(jī)熱載體循環(huán)泵，注滿整個(gè)系統(tǒng)并維持循環(huán)。有機(jī)熱載體爐開始緩慢升溫，在達(dá)到聯(lián)苯--聯(lián)苯醚常壓沸點(diǎn)前，系統(tǒng)進(jìn)行排汽脫水、脫低沸物。穩(wěn)定一段時(shí)間后繼續(xù)緩慢升溫至操作溫度在閃蒸罐內(nèi)閃蒸成氣相有機(jī)熱載體，氣相有機(jī)熱載體進(jìn)入腈化反應(yīng)器或半腈蒸發(fā)器進(jìn)行加熱，冷凝后回至閃蒸罐。

低位儲(chǔ)油罐容量需能夠容納系統(tǒng)中所有有機(jī)熱載體量和系統(tǒng)所需要的適當(dāng)補(bǔ)充儲(chǔ)備量，如有機(jī)熱載體爐內(nèi)容量、閃蒸罐內(nèi)容量、循環(huán)泵容量、工藝用低位儲(chǔ)油罐容量和管道等。為了便于所有有機(jī)熱載體回流到低位儲(chǔ)油罐中，低位儲(chǔ)油罐設(shè)置在地坑內(nèi)。聯(lián)苯--聯(lián)苯醚作為氣相傳熱介質(zhì)使用一定時(shí)間后，油品質(zhì)量下降，需要進(jìn)行置換，一般系統(tǒng)中設(shè)置兩個(gè)儲(chǔ)油罐，一個(gè)低位儲(chǔ)油罐放置于有機(jī)熱載體爐附近，作為事故時(shí)整個(gè)系統(tǒng)有機(jī)熱載體的收集和供油點(diǎn)，另一個(gè)收集罐放置于生產(chǎn)裝置中，作為廢油回收，容積可以做小一點(diǎn)。

閃蒸罐是用來液相有機(jī)熱載體閃蒸成氣相有機(jī)熱載體的一種設(shè)備。閃蒸罐的高度需滿足循環(huán)泵的汽蝕余量，介于工藝用戶和循環(huán)泵之間。閃蒸罐需要設(shè)置液位報(bào)警聯(lián)鎖和壓力報(bào)警聯(lián)鎖，罐體上設(shè)置兩個(gè)安全閥，安全閥前串聯(lián)一個(gè)爆破片。有機(jī)熱載體循環(huán)泵是系統(tǒng)中重要的循環(huán)設(shè)備。在選擇泵的揚(yáng)程時(shí)，需考慮整個(gè)系統(tǒng)的壓力損失并留有余量，選定后需復(fù)核有機(jī)熱載體爐出口工作壓力應(yīng)當(dāng)高于其最高工作溫度加20℃條件下對應(yīng)的有機(jī)熱載體飽和壓力。由于聯(lián)苯--聯(lián)苯醚凝固點(diǎn)12℃，系統(tǒng)中的注油系統(tǒng)、泄油系統(tǒng)和儲(chǔ)油罐均需考慮伴熱，防止有機(jī)熱載體凝固，堵塞管道，引起事故。

本工程中有機(jī)熱載體使用溫度較高，聯(lián)苯--聯(lián)苯醚在高溫氣相狀態(tài)下，較易裂解，形成低沸物、高沸物等不凝性氣體，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需考慮不凝氣的排氣系統(tǒng)。氣相系統(tǒng)的安全閥開啟時(shí)的排氣及系統(tǒng)不凝氣的排放均需通過減溫液化后排入單獨(dú)的有機(jī)熱載體收集罐。

5 工藝流程

圖1和圖2工藝流程為氣相強(qiáng)制循環(huán)有機(jī)熱載體系統(tǒng)主要循環(huán)系統(tǒng)。

工藝流程a是80年代工藝流程，有機(jī)熱載體從爐內(nèi)加熱后直接送入閃蒸罐閃蒸成氣相有機(jī)熱載體供給用戶。爐子出口至閃蒸罐之間的管道上沒有任何措施，極可能產(chǎn)出有機(jī)熱載體部分汽化，為了減緩汽化，該段管直徑設(shè)置的比進(jìn)口大。但在實(shí)際運(yùn)行中，爐內(nèi)爆管次數(shù)仍然較多，經(jīng)常停車維修。爐內(nèi)爆管大部分都和有機(jī)熱載體內(nèi)含有氣體，導(dǎo)致局部過熱有關(guān)。工藝流程b為本次項(xiàng)目中優(yōu)化后的工藝流程。在爐子出口至閃蒸罐的管道上增加一個(gè)流量調(diào)節(jié)閥，一可以控制進(jìn)入閃蒸罐的流量，二可以保證在調(diào)節(jié)閥前保持有機(jī)熱載體液相狀態(tài)，避免有機(jī)熱載體爐內(nèi)有氣體出現(xiàn)。在項(xiàng)目建成運(yùn)行后，有機(jī)熱載體爐并未出現(xiàn)爆管現(xiàn)象，整個(gè)有機(jī)熱載體系統(tǒng)運(yùn)行良好，極大的提高了生產(chǎn)效率。工藝流程b中的流量調(diào)節(jié)閥處在汽液兩相工況中，對閥門質(zhì)量要求很高，本項(xiàng)目中采購的是進(jìn)口調(diào)節(jié)閥。

6 結(jié)論

氣相強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)利用的是有機(jī)熱載體的潛熱，比液相強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)的焓值高出很多。氣相有機(jī)熱載體系統(tǒng)具有節(jié)約能耗、加熱均勻、控溫精度高和適用溫度范圍大等優(yōu)點(diǎn)。氣相有機(jī)熱載體的強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)在過去由于傳熱介質(zhì)、設(shè)備、管道、閥門及儀表等不能滿足要求或不經(jīng)濟(jì)使用較少。隨著經(jīng)濟(jì)以及科技的發(fā)展，氣相強(qiáng)制循環(huán)系統(tǒng)在今后的工程中將會(huì)運(yùn)用的越來越多。

參考規(guī)范：

[1] TSG G0001-2012，鍋爐安全技術(shù)察規(guī)程[S].中華人民共和國國家監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，2012.

[2] GB/23971-2009，有機(jī)熱載體[S].中華人民共和國國家監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局，中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，2009.

[3] SY/T0524-2016，導(dǎo)熱油加熱爐系統(tǒng)規(guī)范[S].國家能源局，2016.