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        化工企業(yè)儲運系統(tǒng)恒功率電伴熱帶的應(yīng)用及風(fēng)險控制

        2019-03-26 04:33:50范楓林
        安全、健康和環(huán)境 2019年2期
        關(guān)鍵詞:電伴儲運熱帶

        范楓林

        (南京理工大學(xué),江蘇南京 210094)

        化工生產(chǎn)企業(yè)主廠區(qū)管道伴熱所需的公用工程條件完備,伴熱方式也根據(jù)現(xiàn)場條件靈活多樣,而企業(yè)的儲運系統(tǒng)往往居于廠區(qū)周邊或偏遠地區(qū),公用工程配套不全、巡檢及維護管理難度大。而電伴熱較蒸汽伴熱,節(jié)能效果好,易于集中精確控制。因此,采用電伴熱實現(xiàn)儲運系統(tǒng)物料管線集中伴熱是目前的主流。

        1 電伴熱帶的分類及特點

        1.1 電伴熱帶分類

        電伴熱帶作為電伴熱系統(tǒng)的核心,根據(jù)其結(jié)構(gòu)和原理的不同,可分為恒功率電伴熱帶和自限溫電伴熱帶,前者又包括串聯(lián)式電伴熱帶、并聯(lián)式電伴熱帶2種類型。

        1.2 電伴熱帶特性比較

        從表1電伴熱帶特性比較可以看出,并聯(lián)式恒功率電伴熱帶和自限溫式電伴熱帶均不適宜長管段伴熱,均具有并聯(lián)帶的局部電阻絲損壞不易發(fā)現(xiàn)、壽命相對較短的缺點,而且自限溫式電伴熱帶控溫精度低且須定制;串聯(lián)式恒功率電伴熱帶則適合于長管線,控溫精確,故障率低,且故障點易發(fā)現(xiàn)、易查找,與并聯(lián)帶和自限溫帶比較具有相對優(yōu)勢。

        2 化工儲運系統(tǒng)的伴熱特點及對電伴熱的適應(yīng)性要求

        2.1 儲運系統(tǒng)伴熱特點

        a)儲運生產(chǎn)為間歇性作業(yè),物料輸送管線工藝動態(tài)變化多,同一個物料儲運系統(tǒng)有時送料,有時收料,有時因輸送的物料溫度超過伴熱控制溫度而不需伴熱。因而溫度控制對伴熱運行要求更高,溫控的節(jié)能優(yōu)化空間更大。

        表1 幾種電伴熱帶特性比較

        b)儲運系統(tǒng)管線伴熱的目的多以防凍防凝為主,一旦伴熱系統(tǒng)故障停運,在生產(chǎn)間歇、管線靜態(tài)時極易凍凝,影響企業(yè)的原料、產(chǎn)品輸送。

        c)化工儲運系統(tǒng)儲存的物料品種多,且每種物料系統(tǒng)獨立,物料性質(zhì)差別大,電伴熱控制的溫度各不相同,造成供電回路繁雜。

        d)化工儲運系統(tǒng)罐區(qū)部分管段多、管程短、每個管段伴熱溫度差異大,而罐區(qū)以外的管段一般是長度大,甚至幾千米以上。

        2.2 儲運生產(chǎn)組織對電伴熱系統(tǒng)的要求

        a)針對儲運生產(chǎn)組織特點,要發(fā)揮DCS等電伴熱集中監(jiān)測與控制系統(tǒng)功能強大的優(yōu)勢,解決伴熱回路多、伴熱溫度不統(tǒng)一、管網(wǎng)動態(tài)多帶來的伴熱啟停頻繁的難點。

        b)應(yīng)選用溫度控制精確的伴熱帶。

        c)電伴熱帶要適應(yīng)故障反應(yīng)直觀、故障點易查找、故障處理快的要求。

        3 電伴熱的運行風(fēng)險

        化工儲運生產(chǎn)中電伴熱出現(xiàn)運行故障造成管線凍凝,則干擾主裝置生產(chǎn)負荷,更為重要的是出現(xiàn)因電伴熱造成的火災(zāi)爆炸事故時,后果影響大,主要的風(fēng)險表現(xiàn)在以下幾個方面。

        3.1 火災(zāi)爆炸

        伴熱管道輸轉(zhuǎn)物料多為易燃易爆品,火災(zāi)爆炸的主要風(fēng)險因素來源于前期設(shè)計不規(guī)范,電伴熱系統(tǒng)設(shè)計沒有達到防爆標準。同時在管線維修過程中對伴熱帶的損壞,造成伴熱帶發(fā)生接地、短路等產(chǎn)生電火花的故障,從而引燃物料造成火災(zāi)爆炸事故。

        3.2 伴熱負荷不足

        經(jīng)驗表明,由于設(shè)計時關(guān)鍵參數(shù)取值不合理,對極端低溫天氣估計不足,情況出現(xiàn)時即使電伴熱系統(tǒng)持續(xù)加熱也不能維持運行溫度,甚至持續(xù)下降,造成管線凍凝。

        3.3 伴熱溫度檢測控制不準

        俗稱“假溫度”,即溫控器顯示的溫度不能反應(yīng)管道內(nèi)物料的真實溫度,造成溫控器不能啟動加熱、管線凍凝,或不應(yīng)有的持續(xù)加熱、出現(xiàn)物料及伴熱帶過熱。

        3.4 對被伴熱設(shè)備的損壞及觸電危險

        采用電伴熱的設(shè)備,電伴熱帶受到損傷后,易發(fā)生漏電造成人身觸電危險;芯線碰觸設(shè)備外壁形成接地短路故障,破壞被伴熱設(shè)備,圖1為電伴熱故障后燒損管線的情況。

        4 風(fēng)險控制及對策

        理論上,風(fēng)險值(R)=風(fēng)險發(fā)生的概率(L)×風(fēng)險發(fā)生的后果(S),影響L值、S值的因素很多,降低風(fēng)險值R的途徑也多。針對電伴熱應(yīng)用上存在風(fēng)險因素的分析,從方案設(shè)計、安裝、運行管理、故障排除、應(yīng)急管理5個方面做好優(yōu)化,提高電伴熱系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性是風(fēng)險管理的關(guān)鍵。

        4.1 方案設(shè)計優(yōu)化

        4.1.1伴熱負荷的計算

        電伴熱功率計算首先要計算管道熱損失量Q:

        Q=2πλ(TW-TH)[(d+2δ)/d]

        (1)

        式中:Q——管道熱損失量,W/m;

        λ——保溫材料導(dǎo)熱系數(shù),W/m·℃;

        TW——工作維持溫度,℃;

        TH——當?shù)刈畹推骄鶞囟?,℃?/p>

        d——管道外徑,mm;

        δ——保溫層厚度,mm。

        由公式(1)看出,關(guān)鍵參數(shù)TW、TH的確定至關(guān)重要,工程設(shè)計上TW應(yīng)根據(jù)管道輸送物料的凝點,再加上必要的操作空間,一般要增加10 ℃以上;TH的選取為保險起見應(yīng)為當?shù)刈畹汀叭铡逼骄鶜鉁亍?/p>

        圖1 電伴熱帶故障后燒損管線情況

        而電伴熱帶發(fā)熱功率P的計算,要盡可能滿足應(yīng)對極低氣溫風(fēng)險的要求,一般通過可靠系數(shù)k對電伴熱帶發(fā)熱功率P進行調(diào)整,取值區(qū)間1.1~1.2,建議取上限1.2。

        P=kQ

        (2)

        式中:P——電伴熱帶發(fā)熱功率,W/m;

        Q——管道熱損失,W/m·℃;

        k——可靠系數(shù)。

        4.1.2伴熱帶的選取與布線方案優(yōu)化

        儲運系統(tǒng)的罐區(qū)部分與進出罐區(qū)后的外管網(wǎng),特點明顯,前者管線短而繁雜,后者單條管線長度大;從電伴熱帶的特點和使用經(jīng)驗看,罐區(qū)外的長管道首選串聯(lián)帶,而罐區(qū)部分本應(yīng)選擇并聯(lián)帶,但因其固有的缺陷,某一段的電阻絲損壞后不易發(fā)現(xiàn)、發(fā)現(xiàn)損壞后也很難找到準確位置。因此,在伴熱帶選型上盡量多使用串聯(lián)帶。具體設(shè)計時,對罐區(qū)內(nèi)同一品種、伴熱溫度相近的不同品種的短管線,盡可能用一條串聯(lián)帶串聯(lián)起來,滿足串聯(lián)帶對管線長度的要求。罐區(qū)內(nèi)短管線優(yōu)化使用串聯(lián)帶的示例見圖2。

        圖2 罐區(qū)內(nèi)短管線使用串聯(lián)帶及測溫點布置示意

        當然,串聯(lián)帶代替并聯(lián)帶的設(shè)計思路也對管理上提出了更高的要求,設(shè)計階段要對各管段的長度測量準確,首尾連接點的選取要避免重復(fù)布線,交工資料準確詳細,技術(shù)人員要繪制精確的伴熱帶走向圖,甚至同一條管道上因走向或伴熱功率需要往返布置伴熱帶時,要繪制伴熱帶安裝斷面位置圖,以方便后續(xù)維修時故障點的查找。

        4.1.3伴熱溫度的檢測與控制

        電伴熱測溫點的布設(shè)不合理將會形成“假溫度”顯示。如圖2所示的溫度監(jiān)測點A,由于冬季倒罐和加熱循環(huán)增多,測溫點所在的管段溫度較泵出口的外管道高,將直接導(dǎo)致電伴熱不啟動,外管道存在失溫凍凝的風(fēng)險。

        如圖2所示的溫度監(jiān)測點B,測溫點設(shè)在泵出口的外管道上,當外管道啟動電伴熱加溫時,由于冬季倒罐和加熱循環(huán)多,泵入口及循環(huán)管道溫度普遍較高,造成長時間加熱,浪費能源,加快伴熱帶老化,甚至出現(xiàn)燒壞伴熱帶形成火災(zāi)。測溫探頭安裝不牢脫落,也會出現(xiàn)同樣的結(jié)果。

        因此,為方便對管網(wǎng)龐大、工藝動態(tài)復(fù)雜的電伴熱系統(tǒng)的控制和管理,除了應(yīng)用“環(huán)境溫度控制”、“比例環(huán)境溫度控制”等針對局部的控制技術(shù)外,還要采用DCS技術(shù),實現(xiàn)更豐富的高低溫與電流自動檢測、遠程監(jiān)控功能,提高系統(tǒng)運行的可靠性。

        此外,為提高電伴熱系統(tǒng)的安全完整性水平,在溫控器之外,增設(shè)獨立的“溫度限制器”,對電伴熱系統(tǒng)起到額外的保護作用;它通過自帶的RTD,當測量值達到設(shè)定范圍,繼電器自動脫扣,使系統(tǒng)安全完整性達到SIL2以上的水平。

        4.1.4電伴熱系統(tǒng)防爆與漏電保護

        安裝在防爆區(qū)域的電伴熱系統(tǒng),要嚴格按照區(qū)域防爆等級要求進行系統(tǒng)設(shè)計和設(shè)備選型,電源接線盒及電伴熱帶接線盒的防爆等級要達到防爆區(qū)域的防爆要求,設(shè)備具有EC檢測證明或證書;為避免電伴熱系統(tǒng)因漏電造成的觸電等事故,需安裝漏電保護器。

        4.2 安裝

        電伴熱帶敷設(shè)時不要打折、過度彎曲或折疊,不得承受過大的拉力,禁止沖擊錘打,以免損傷絕緣層。安裝時,安裝處上空不再進行焊接、吊裝等操作,以防止電焊熔渣濺落到電伴熱帶上損壞絕緣層。

        保溫層施工必須在電伴熱帶安裝調(diào)試后進行,管線彎頭、閥門、流量計等處的保溫鐵皮要做握邊處理,防止鋒利的鐵皮割傷電伴熱帶;保溫鉆頭用短鉆頭,防止損傷電伴熱帶;管線及保溫鐵皮上每隔5 m標注距首端距離,以便日后故障查找時準確定位。

        電伴熱帶敷設(shè)完后及保溫前要測絕緣并記錄,確認電伴熱帶完好。檢測絕緣時用1 000 V兆歐表檢查系統(tǒng)的絕緣電阻,電伴熱帶的線芯相間或?qū)Φ仉娮钁?yīng)不低于20 MΩ。要記錄交接試運行時的電流,以作為后期維護的參考電流。

        4.3 電伴熱運行管理

        電伴熱運行過程中要密切關(guān)注伴熱系統(tǒng)的運行狀況,及時發(fā)現(xiàn)并消除運行中的隱患和問題,延長伴熱帶的使用壽命。

        a)關(guān)注運行電流和溫度。電流、溫度是電伴熱運行的2個重要參數(shù),這兩個參數(shù)發(fā)生較大變化時,就表征電伴熱帶可能出現(xiàn)了故障。

        日常要記錄運行電流,在電伴熱第一次試運行或通電時,記錄運行電流;每次冬季試運行時或正常運行時也要記錄運行電流。冬季送電前測絕緣,檢查電伴熱是否具備工作條件,送電運行4~6個小時后,檢查電伴熱帶運行狀況,并記錄運行電流,與以前的運行電流進行比較,判斷電伴熱運行是否正常。

        b)根據(jù)物料的凝點合理設(shè)定運行溫度,并根據(jù)氣溫變化及時調(diào)整。如果溫度設(shè)定過高,縮短電伴熱帶使用壽命,浪費電能。

        4.4 伴熱帶故障處理

        4.4.1故障查找方法

        并聯(lián)型電伴熱帶的故障大多由電阻絲損壞造成的,此時電伴熱帶整體仍能運行,只能通過分析運行電流大小變化來判斷是否出現(xiàn)故障,拆除保溫后沿電伴熱帶測試是否發(fā)熱來查找故障位置。而串聯(lián)型電伴熱帶故障主要有斷線故障、接地短路故障、相間短路故障等。一般的查找方法主要有3種。

        a)斷線查找法。將電伴熱帶從中間斷開,再從斷開處測量對地或相間電阻,判定故障點在斷點的前后區(qū)域,確認區(qū)域范圍后再將故障段從中間斷開,以此類推直至將故障確認在20 m之內(nèi),該方法對電伴熱帶損傷較大。

        b)破絕緣層查找法。主要用于查找斷線故障,將電伴熱帶中間絕緣層割開,將一端接地,用萬用表測量伴熱帶對地的通斷情況,判定故障點在前半段還是后半段,確認后再將故障段中間的絕緣層割開,以此類推直至找到故障[1]。

        c)電纜故障探測器查找法。該方法能查找電伴熱帶的各種故障。利用電伴熱帶結(jié)構(gòu)和電纜結(jié)構(gòu)相似,用電纜故障儀探測器確定故障點的范圍,再采用聲測法、音頻法等不同的定點方法進行精確定點,提高故障查找效率,減少對電伴熱帶損傷,查找故障時應(yīng)優(yōu)先采用[2]。

        4.4.2常見故障及處理

        表2列出幾種常見的故障現(xiàn)象及處理措施。

        4.5 應(yīng)急管理

        單就電伴熱系統(tǒng)對化工儲運生產(chǎn)安穩(wěn)運行的影響,應(yīng)急管理側(cè)重于電伴熱系統(tǒng)故障狀態(tài)下,如何盡快恢復(fù)伴熱,避免影響物料進出廠。由此,除了做好預(yù)知性維修、運行監(jiān)測、完善搶修技術(shù)方案外,根據(jù)情況做好以下工作。

        表2 常見故障現(xiàn)象及處理措施

        a)運行溫度的設(shè)置要為巡檢發(fā)現(xiàn)故障、簡單故障排除留下一定的反應(yīng)時間,一般要比物料凝點高5 ℃以上,在凝線前將伴熱帶問題處理完畢。

        b)在滿足工藝條件的情況下,制定工藝預(yù)案,故障時進行物料循環(huán)加熱。

        c)準備好頂線儲罐或槽車,緊急情況下掃線處理。

        5 結(jié)語

        隨著電伴熱帶加工技術(shù)的提高,越來越多的化工物料管線采用電伴熱。儲運專業(yè)如何結(jié)合自身的工藝狀況,針對同行業(yè)發(fā)現(xiàn)的使用風(fēng)險和經(jīng)驗,在系統(tǒng)設(shè)計上完善監(jiān)測控制措施,在運行和維修上控制風(fēng)險度,保證生產(chǎn)安穩(wěn)運行,還需要進一步探討和實踐。

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