劉霞，林寧

(東華工程科技股份有限公司，合肥 230024)

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一體化自伴熱節(jié)流裝置在煤化工項(xiàng)目中的應(yīng)用

劉霞，林寧

(東華工程科技股份有限公司，合肥 230024)

相比傳統(tǒng)的儀表及管線的伴熱方式，如熱水伴熱、蒸汽伴熱、電伴熱需消耗大量的能源，自伴熱方式不需要額外采用熱源即可滿足伴熱要求，且能節(jié)省儀表安裝材料、減少儀表維護(hù)工作量、提高儀表的測(cè)量精度。詳細(xì)介紹了一體化自伴熱節(jié)流裝置的結(jié)構(gòu)原理和設(shè)計(jì)理念，結(jié)合在煤化工項(xiàng)目中的實(shí)際應(yīng)用，總結(jié)了該產(chǎn)品在工程設(shè)計(jì)、施工安裝、運(yùn)行維護(hù)等階段的工程經(jīng)驗(yàn)。

一體化自伴熱 電伴熱 節(jié)流裝置 煤化工 節(jié)能降耗

在化工生產(chǎn)裝置中，差壓式流量計(jì)是應(yīng)用較為廣泛的流量計(jì)，尤以節(jié)流式差壓流量計(jì)中檢測(cè)件為標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置的應(yīng)用最為普及，它是流量計(jì)選用優(yōu)先考慮的儀表之一[1]。標(biāo)準(zhǔn)節(jié)流裝置檢測(cè)流量的原理：在工藝管道上安裝1個(gè)節(jié)流件并在節(jié)流件前后形成1個(gè)靜壓差，靜壓差通過2根測(cè)量管線傳遞到差壓式變送器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，即可測(cè)得流量。由于測(cè)量管線內(nèi)的物料處于靜止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)環(huán)境溫度低于物料的凝固點(diǎn)時(shí)，需要對(duì)引壓管及變送器進(jìn)行保溫伴熱，以免儀表凍壞，影響儀表測(cè)量系統(tǒng)的正常運(yùn)行進(jìn)而妨礙生產(chǎn)。

針對(duì)差壓式流量計(jì)的伴熱，傳統(tǒng)的方式主要有三種：熱水伴熱、蒸汽伴熱、電伴熱。近年來逐漸被推廣的一種新型伴熱方式被稱為自伴熱方式，其原理為儀表測(cè)量管線隨工藝管線一起保溫，不需要額外采用熱源即滿足測(cè)量要求。筆者通過分析這幾種伴熱方式的優(yōu)缺點(diǎn)，論述了這幾種伴熱方式在工程中的適用場(chǎng)合以及安裝、維護(hù)時(shí)需要注意的事項(xiàng)。重點(diǎn)闡述一體化自伴熱節(jié)流裝置在設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)等階段的工程經(jīng)驗(yàn)。

1 傳統(tǒng)儀表伴熱方式

1.1 熱水伴熱

熱水伴熱是以熱水作為伴熱介質(zhì)，適合操作溫度不高或不能采用高溫伴熱介質(zhì)的場(chǎng)合。

1) 相比蒸汽伴熱，熱水伴熱有如下優(yōu)點(diǎn)：

a) 熱水伴熱相對(duì)運(yùn)行平穩(wěn)、伴熱均勻，易于操作可大幅減少伴熱系統(tǒng)泄漏。

b) 減少維護(hù)量、節(jié)約維修費(fèi)用，儀表伴熱管線沖刷減少、汽蝕減少，一定程度上減少蒸汽伴熱存在的“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象。

c) 熱水伴熱能有效地利用余熱，循環(huán)利用減少了運(yùn)行費(fèi)用。

d) 可控制熱源介質(zhì)溫度，有效避免工藝物料因溫度過高而發(fā)生的氣化問題。

2) 熱水伴熱也存在一定的缺點(diǎn)：

a) 熱水伴熱換熱率較低，由于伴熱管線和測(cè)量管線的有限接觸，換熱率只有48%左右。

b) 輸送過程的熱量損失大，當(dāng)被伴熱管距離熱源較遠(yuǎn)時(shí)，沿線熱損失較大。

c) 消耗大量的水源，據(jù)計(jì)算，一個(gè)伴熱點(diǎn)的總散熱量約為1025W，按照熱水伴熱前后溫降20℃考慮，1個(gè)伴熱點(diǎn)的實(shí)際耗水量達(dá)到110kg/h[2]。

d) 溫度控制能力相對(duì)電伴熱較差，不能滿足對(duì)溫度要求嚴(yán)格的工藝介質(zhì)伴熱。

1.2 蒸汽伴熱

蒸汽伴熱方式的常規(guī)設(shè)計(jì)方法是采用測(cè)量儀表及其引壓管線并行敷設(shè)蒸汽伴熱管線，再在外邊敷設(shè)保溫材料。蒸汽伴熱與熱水伴熱在設(shè)計(jì)上最大的不同之處是伴管蒸汽從高點(diǎn)引入，沿被伴熱管由高向低敷設(shè)，冷凝水從低點(diǎn)排出；而熱水管伴熱時(shí)，應(yīng)從被伴熱管線的最低點(diǎn)開始伴熱至最高點(diǎn)，然后返回?zé)崴到y(tǒng)[3]。測(cè)量液體流量管路熱水伴熱連接示意、蒸汽伴熱連接示意分別如圖1、圖2所示。

圖1 測(cè)量液體流量管路熱水伴熱連接示意 圖2 測(cè)量液體流量管路蒸汽伴熱連接示意

蒸汽伴熱具有熱能輸出高、可靠性好、安全性高等特點(diǎn)。同時(shí)，蒸汽伴熱的一次性投資低，且一般化工裝置副產(chǎn)大量的低壓蒸汽，因而儀表蒸汽伴熱方式應(yīng)用較為廣泛。

但從實(shí)際使用調(diào)查來看，蒸汽伴熱是一種效率低下的伴熱方式，有以下幾個(gè)方面原因：

1) 即使每條伴熱線都帶有疏水器，可回收大部分凝結(jié)水，但受蒸汽壓力、溫度和其他因素的影響，伴熱管時(shí)有凍結(jié)的事故發(fā)生。

2) 蒸汽伴熱溫度高，導(dǎo)致凝結(jié)水汽化，造成流量測(cè)量不準(zhǔn)確，因而需要隨著氣溫的高低反復(fù)調(diào)整蒸汽伴熱閥門的開度，操作人員的維護(hù)工作量大[1，4]。

3) 采用蒸汽伴熱時(shí)，伴熱所用管線、閥門受蒸汽的沖蝕，使用2～3a就必須更換，維護(hù)成本大。

4) 蒸汽伴熱管路靜密封點(diǎn)較多，使用年限越長，“跑、冒、滴、漏”現(xiàn)象越嚴(yán)重，能耗越高。

1.3 電伴熱

電伴熱是利用電伴熱帶或其他電加熱設(shè)施來補(bǔ)充被伴熱物體在使用過程中所散失的熱量，以維持介質(zhì)溫度在某個(gè)范圍內(nèi)[3]。電伴熱系統(tǒng)由供電電源、電伴熱帶和電伴熱控制系統(tǒng)組成。工作時(shí)，將管道上的溫度傳感器測(cè)得的溫度與溫度控制器設(shè)定的溫度比較，通過控制接觸器及時(shí)切斷或接通電源，達(dá)到伴熱防凍的效果。由于電伴熱是一種利用電能轉(zhuǎn)換為熱能的伴熱方式，因而更加安全可靠，施工方便，并能有效控制溫度，從而防止局部過熱[5]。

電伴熱與蒸汽或熱水伴熱相比，具有如下主要優(yōu)點(diǎn)：

1) 電伴熱裝置簡單，發(fā)熱均勻，溫度準(zhǔn)確，反應(yīng)快捷，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理。

2) 可靠性高，具有防爆、防火及全天候工作性能，使用壽命長，傳輸無泄漏，不污染環(huán)境。

3) 保護(hù)環(huán)境，減少污染：電伴熱不會(huì)發(fā)生“跑、冒、滴、漏”污染環(huán)境現(xiàn)象。

4) 節(jié)省設(shè)計(jì)成本、施工運(yùn)行及維護(hù)成本。

2 一體化自伴熱結(jié)構(gòu)及原理

一體化自伴熱節(jié)流裝置是一種新型節(jié)能環(huán)保流量計(jì)，其工作原理是利用被伴熱物料在工藝過程中介質(zhì)自身的熱量，來維持差壓變送器的正常測(cè)量。具體的結(jié)構(gòu)改進(jìn)在于縮短測(cè)量管線的長度，把變送器盡可能向取壓點(diǎn)根部靠近，使得節(jié)流裝置，引壓短管、一次取壓閥、冷凝容器、三閥組、流量(差壓式)變送器集成為一體，并能緊湊地布置在一個(gè)尺寸適當(dāng)?shù)谋叵鋬?nèi)。

為縮短引壓管的長度和彎頭數(shù)量，一體化自伴熱節(jié)流裝置在取壓方式和取壓短管形式上做了技術(shù)改進(jìn)，即節(jié)流裝置取壓法蘭公稱直徑不小于100mm，采用側(cè)面打孔取壓形式，同時(shí)根據(jù)取壓法蘭的大小和取壓方位位置，取壓短管類型又分為直管型取壓短管、直角型取壓短管、U型取壓短管。這些改進(jìn)后的一體化自伴熱節(jié)流裝置，結(jié)構(gòu)更為緊湊，由于取壓管線縮短，減小了測(cè)量滯后，從而提高了儀表的系統(tǒng)測(cè)量精度。

3 一體化自伴熱節(jié)流裝置的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

一體化自伴熱節(jié)流裝置適用于煉油、化工、天然氣、熱電、水處理等領(lǐng)域。筆者針對(duì)在煤化工項(xiàng)目中的應(yīng)用實(shí)例，闡述一體化自伴熱節(jié)流裝置在設(shè)計(jì)和維護(hù)方面的一些工程經(jīng)驗(yàn)：

1) 在工程設(shè)計(jì)階段應(yīng)充分考慮一體化自伴熱節(jié)流裝置的安裝空間。在儀表選型方案確定后，應(yīng)及時(shí)向配管專業(yè)提出節(jié)流裝置的直管段要求、保溫箱的具體尺寸以及安裝拆卸所需要的空間等設(shè)計(jì)要求。此外，為便于儀表的檢修維護(hù)，一體化自伴熱節(jié)流裝置的安裝應(yīng)盡可能靠近地面或工作檢修平臺(tái)。

2) 煤化工項(xiàng)目需要伴熱的節(jié)流裝置多為熱水和蒸汽場(chǎng)合，但并不是所有的測(cè)量蒸汽流量的節(jié)流裝置都適用一體化自伴熱，如高壓蒸汽(26MPa及以上)，取壓管線需配2個(gè)高壓閘閥(雙閥結(jié)構(gòu))，閥體很大，單個(gè)閥質(zhì)量約為25kg，且所配2個(gè)閘閥串聯(lián)連接，加大了保溫箱的體積，也使得引壓管上承受的質(zhì)量加大。如果采用一體化自保溫節(jié)流裝置，為法蘭側(cè)面打孔取壓，引壓短管外徑為φ22mm，引壓短管承受不住6個(gè)閥和2個(gè)隔離容器的總質(zhì)量，因而高壓介質(zhì)場(chǎng)合不宜采用一體化自伴熱節(jié)流裝置。

3) 對(duì)于工藝介質(zhì)溫度在200℃以上場(chǎng)合，如采用了一體化自伴熱裝置，要注意在工藝管道與導(dǎo)壓管線、隔離容器之間增加隔熱板。此外，儀表檢修人員要定期檢測(cè)保溫箱內(nèi)的溫度，如環(huán)境溫度升高，自保溫產(chǎn)生的熱量使保溫箱內(nèi)溫度超過70℃，會(huì)損壞變送器儀表元器件和信號(hào)電纜，變送器的適用環(huán)境溫度為-40～80℃，電纜長期最高工作溫度不超過70℃。因此，要及時(shí)做好保溫箱的散熱措施，如把保溫箱前蓋打開，或者保溫箱半面箱體打開。

4) 在施工時(shí)，待儀表調(diào)試完畢后，再對(duì)儀表配管及工藝管道進(jìn)行保溫，并保持與工藝管道保溫層的連續(xù)性；一次取壓閥閥體保溫后，閥柄應(yīng)裸露在外，并使閥柄轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，便于操作。

5) 對(duì)蒸汽和熱水的流量伴熱，制訂一體化自伴熱保溫箱“冬裝夏取”的維護(hù)原則。即冬天正常投用自伴熱方式，非采暖季應(yīng)及時(shí)取下保溫箱，防止箱內(nèi)溫度過高影響儀表和信號(hào)電纜的使用壽命。

4 結(jié)束語

自伴熱與傳統(tǒng)的熱水伴熱、蒸汽伴熱、電伴熱相比，維護(hù)工作量大幅減小，更加方便、節(jié)能。一體化自伴熱節(jié)流裝置在煤化工項(xiàng)目中的應(yīng)用表明，測(cè)量準(zhǔn)確，保溫效果良好，并且能實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的目標(biāo)，值得在類似工況中推廣應(yīng)用。

[1] 董萍，王秋紅，孫旭，等.HG/T 20514—2014儀表及管線伴熱和絕熱保溫設(shè)計(jì)規(guī)定[S].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

[2] 陸德民，張振基，黃步余.石油化工自動(dòng)控制設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].3版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2000.

[3] 龐曉明，劉一笑，郭紹貞.儀表伴熱時(shí)熱水量的計(jì)算[J].石油化工自動(dòng)化，2001，37(01)：11-12.

[4] 樂嘉謙．儀表工手冊(cè)[M].2版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.

[5] 彭海濱.電伴熱在石化行業(yè)中的應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化，2010，46(06)：20-23.

[6] 李軍.自伴熱在節(jié)能降耗中的應(yīng)用[J]．化工自動(dòng)化及儀表，2009，36(03)：90-91.

[7] 裴炳安，邱敬敏，張嘉尹．一體化自伴熱節(jié)流裝置技術(shù)開發(fā)及應(yīng)用[J].石油化工自動(dòng)化，2013，49(03)：23-25.

Application of Integrated Self-tracing Throttling Device in Coal Chemical Industry

Liu Xia, Lin Ning

(East China Engineering Science and Technology Co. Ltd., Hefei, 230024, China)

s：Compared to traditional heat-tracing mode of hot water, steam and electrical heat-tracing for instrumentation and pipeline with high energy consumption, goal of heat-tracing without consuming extra energy can met by self-heat-tracing with saving instrument mounting material, lowering instrument-maintaining workload and improving measurement accuracy. The structure principle and the design idea of integrated self-heat-tracing throttling device are introduced in detail. Combined with practical application in coal chemical industry, the engineering experience of this instrument in the stage of engineering design, installation, operation and maintenance are summarized.

integrated self-heat-tracing; electrical heat-tracing; throttling device; coal chemical industry; energy saving and consumption reducing

劉霞(1984—)，女，江西九江人，2008年畢業(yè)于北京化工大學(xué)控制理論與控制工程專業(yè)，獲碩士學(xué)位，現(xiàn)就職于東華工程科技股份有限公司，從事自控專業(yè)工程設(shè)計(jì)工作，任工程師。

TP216

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1007-7324(2016)05-0064-03

稿件收到日期：2016-05-28，修改稿收到日期：2016-07-16。