摘要結合當前國內外石油化工裝置防止凍結情況並針對管道(含儀表) 等在寒冬季節，尤其是在北方地區更要求加強防凍以保證裝置能正常運轉, 並通過分析描述其未來的發展。對於不同的裝置裝置也有不同防凍的方法，還有不同的材料。裝置的防凍不僅僅是保溫問題而已，我們還要從各個方面考慮不只是方式方法還要考慮它的可行性和未來的發展，最重要的就是要充分的考慮到成本問題。
通過以上的條件來提出通常使用的伴熱防凍措施。
關鍵詞防凍防凍技術蒸汽伴熱電伴熱
石油化工裝置的特點是有很多裝置、管道和儀表相互連線來完成正常運轉。而在北方地區尤其冬季, 裝置和管道散熱損失大, 使凝固點較高的物料就很易發生凝固、結壁或使粘度增大。過去在嚴寒地區建裝置, 經常將所有裝置、管道和儀表等都封閉在採暖廠房內。
一些、規模又不大的間斷性工藝生產, 有時隨市場需要還要更換品種和牌號, 往往需分批將原料和輔料逐步加入反應器。操作人員在崗位上要從反應器定期取樣分析檢查, 進行生產控制, 然後定期分批出料, 這些屬於精細化工品種生產範疇。但在封閉廠房內對一些有毒性及危險性的生產則還需增設通風及安全等設施。
這樣廠房封閉要增加大量建設投資,同時採暖、通風和安全等設施還要消耗能源和執行管理費。由於現在石油化工裝置都是規模大、生產連續性強、自控水平高, 而且又多系易燃、易爆有危險性物料, 裝置高度差別大, 不能採取全封閉的辦法來解決在嚴寒地區的冬季防凍問題, 因而可採用半露天布置的方式, 即將一層封閉。當然仍要根據裝置工藝特點及底層裝置布置排列成。
這樣可解決大部分管線及轉動裝置的防凍問題,而使高塔及塔的冷卻/ 冷凝器布置在室外, 並採用可靠的伴熱保溫措施來保證不被凍結。當今石油化工裝置趨向於露天化, 而且採用直線型布置, 這樣對於冬季的防凍問題就顯得非常重要, 因此合理選用伴熱介質和伴熱方式則應取決於工藝條件。
1 防凍措施發展及現狀
石化裝置的物料在輸送過程中, 尤其在冬季因散熱會導致溫度下降, 甚至發生凝固和結壁等問題。為了彌補介質的熱損失, 維持正常生產,需要進行伴熱保溫。據稱裝置用於伴熱防凍費用佔裝置建設總投資的1 %～1.
5 % , 這與建廠地點的氣候有關。
國內蒸汽伴熱現仍是傳統保溫方式, 預計在未來較長時期內, 仍將是大多數煉油和化工企業的首選。尤其是有的生產裝置中的反應系放熱反應, 用水撤熱而產生中、低壓蒸汽, 它又難有其他合適利用途徑。有的裝置的壓力冷凝水經閃蒸還副產1～115kg/ cm2 ( g) 低壓汽, 所以只能用作管線伴熱。
這樣採用蒸汽伴熱可免除能源費用, 往往只需考慮維護管理費。
另一方面, 我國亦已於上世紀60 年代中期進行電伴熱的工業試驗。首先在部分**管道、
油庫粘油的加熱以及將硫磺**裝置傳統的蒸汽夾套伴熱改為電伴熱。再如錦州石化公司的煉油廠潤滑油新增劑工程也較早使用電伴熱。
2 防凍技術措施
(1) 石化工廠的防凍問題。在當前能源緊缺、****情況下, 要做到注意節約能源, 應根據不同生產工藝情況, 既要防止凍結給生產帶來危害, 又要防止能源浪費。因此在設計中, 要盡量避免產生凍結的可能性, 要考慮管線能自排淨,有時可增加旁通管路以備檢修時仍能維持迴圈。
閥門要安裝在合適的位置, 並避免有死角以保證管線能連續流動。
(2) 裝置自控水平提高後, 將採用大量儀表及導線。因此, 在冬季也要注意採用伴熱防凍保
溫措施, 不使生產受影響。
(3) 可優先考慮採用裝置副產的低能位蒸汽。根據國內外經驗, 使用電伴熱系統的一次投資比蒸汽伴熱約高50 % , 但電伴熱能源利用率高,常年執行費低, 如果電汽**比小於一定值時,則電伴熱投資差額**期會縮短。
(4) 當採用蒸汽伴熱防凍時, 常因光管伴熱效果不佳。因此, 在伴管與主管之間敷設如
導熱膠泥一類高導熱係數材料來代替傳熱效能差的空氣, 形成連續的熱結合體, 可有效地增加接觸面積, 降低熱阻。當採用一般光管做伴熱管並以軟質材料作外保溫材料, 應注意在伴管與保溫層之間加鐵絲網以保證加熱空間。
(5) 應盡量使易凍結的管線布置在不被凍結的環境或在採暖廠房內預先將物料加熱, 然後架空不伴熱的保溫材料絕熱管線送往使用者, 也可與熱管線相平行合併敷設, 以節省能耗。
(6) 當石化生產裝置檢修、暫時停車或發生事故時要使冷卻水能繼續保持迴圈, 尤其在寒冷
季節迴圈冷卻水水池要有防凍措施, 決不能被凍結, 使迴圈水幫浦仍能工作。水的總管及分管要設截斷閥門(最好能電動啟閉) , 當運轉的供水幫浦不工作時即啟動備用水幫浦。停運幫浦的水管線要能排淨剩餘水而不凍結。
3 伴熱方法選用
由於裝置各工藝管道內介質不同, 生產條件各異, 因此選用伴熱介質及伴熱方式首先應滿足生產工藝條件, 同時考慮能源消耗、成本、維修等因素進行綜合考慮後再決定。供熱介質仍為以下幾種: ①熱水; ②蒸汽;③迴圈熱**; ④電熱。
石化行業一般採用外伴熱或夾套伴熱和內伴熱管兩種伴熱方式。
4 蒸汽伴熱
目前蒸汽外伴熱管是國內外石化裝置普遍採用的一種伴熱方式。伴熱管放出的熱量, 一部分補充主管內介質的熱損失, 另一部分通過管外保溫層散失到四周環境。採用硬質保溫預製外殼要使主管與伴熱管間有一空間, 這樣使伴熱小管放出的熱量可幾乎全部補償主管的熱損失, 所以這種伴熱形式熱源的耗量較經濟。
5 電伴熱
在沒有多餘蒸汽及汽源的場合, 如長輸油品管道、油庫及油田等地區可以採用電伴熱。另外對於複雜的管線及儀表管線等, 用電熱帶既方便施工也能有效利用能量, 還容易有效控制溫度。
4 蒸汽伴熱及電伴熱選用比較蒸汽伴熱和電熱帶伴熱廣泛應用於石油化工裝置, 用來防止物料凝結、結晶等, 而使生產能在寒冷季節保持正常運轉。但它們之間在材料、安裝建設及執行成本費用上仍存在一些差異。
5 溫度控制
(1) 電熱帶伴熱要求有溫度控制設施, 並要求設定訊號指示燈來顯示工作狀態。對於輸送熱
敏性介質的場合, 採用電伴熱較易於控制溫度,且熱能利用率高。
(2) 蒸汽伴熱僅借指示溫度計來人工調整溫度, 這是蒸汽伴熱的不足之處。 區域性需要增設壓力調節閥來控制溫度或介質系熱敏性, 而要求特別謹慎。
6 安全性
蒸汽伴熱相對較安全, 但如安裝不好也許會出現蒸汽洩漏, 造**員燙傷或保溫層損壞。
電伴熱一般也很安全, 但如果安裝或維護不良, 也會發生電氣故障。
415 可靠性
蒸汽伴熱和電伴熱系統都難免會出現故障,如汽源**中斷或電伴**路故障。但相比之下, 電伴熱則較少發生故障。
結語(1) 要根據裝置具體情況和公用工程條件, 通過經濟分析比較確定防凍措施方式。石化裝置一般有富餘低壓蒸汽, 則採用低壓蒸汽作防凍熱源將大大降低成本。電伴熱的能量利用率高, 維護費用低, 如有富餘或廉價的供電, 採用電伴熱既獲取好的能量利用率, 又消除了蒸汽伴熱常見的滴、漏、跑、冒現象。
(2) 要仔細評審防凍設計, 使之設計合理、經濟可行, 既要考慮運轉時的需要, 還要考慮檢
修時的需要。
(3) 大型石化聯合企業往往由好幾套裝置組合在一起, 大部分工藝管線及儀表採用蒸汽伴熱
防凍, 所用蒸汽是由裝置區的開工鍋爐提供, 而且動力區鍋爐水幫浦、引風機等均採用電機驅動。因此, 必須要為供汽系統提供兩個獨立電源, 以防發生突發事故影響防凍保溫供汽。此外, 新裝置試車投料最好不安排在冬季嚴寒季節進行。
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