袁勝強

(中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315812)

某公司的1#、2#罐原本利用盤管式罐內加熱器進行罐內介質加熱，由于盤管式加熱器結構簡單、盤管設置數量較多，在使用過程中容易出現水擊嚴重、蒸汽耗量大、升溫慢、加熱效果不理想以及開關使用不方便等問題，加之加熱盤管組數較多，安裝費偏高以及使用過程中出現水擊等情況，現如今已逐步在使用中被淘汰。為保證儲罐加熱升溫過程中安全平穩(wěn)進行，同時減少蒸汽消耗，并提高加熱效率，減少加熱過程中操作勞動強度，須采用新型加熱器，優(yōu)化加熱方式[1]。因此，在儲罐檢修時，將罐內原有盤管式加熱器更換為無水擊加熱器進行試用，經過一段時間的實踐應用后發(fā)現，1#、2#罐在加熱過程中優(yōu)化了原有盤管加熱器的所有弊端。總之，經過初步實踐研究發(fā)現，無水擊加熱器在常壓儲罐加熱中的應用性能較優(yōu)，實現了對常壓儲罐加熱效率與加熱水平的提升，并很大程度上實現了對蒸汽與加熱消耗時間的提升。因此，對同類型儲罐加熱器進行改造，對其企業(yè)生產與可持續(xù)發(fā)展具有一定的借鑒意義[2]。為了明確同類型儲罐加熱器的改造、優(yōu)化與設計方向，下述將通過實驗的方式，開展無水擊加熱器在常壓儲罐加熱中的應用效果研究，以此種方式進一步掌握無水擊加熱器在實際應用中的優(yōu)勢。

1 實驗部分

1.1 加熱器使用概況

目前該公司保溫儲罐內普遍采用的加熱器為盤管式加熱器進行罐內油品加熱，盤管式加熱器采用無縫鋼管彎曲為圓形后安裝在罐底板上，根據儲罐容積增加罐內加熱盤管組數，各組并聯(lián)安裝，自罐中心至罐邊緣水平排開。每組加熱盤管在罐壁外部位置安裝有進汽閘閥和出汽疏水閥[3]。該加熱器在安裝時因蒸汽進口高于蒸汽疏水口，更加有助于對加熱過程中冷凝水的排出。但在公司實際生產過程中，會受到加熱器自身性能的影響，在使用中出現水擊問題，此種問題會導致盤管變形、撕裂破損。同時盤管式加熱器在使用過程中會出現蒸汽耗量大、升溫慢、加熱效果不理想等現象，由于加熱盤管組數較多，每組都設有閥門和疏水閥門，日常操作和維修強度較大等影響，對儲罐安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)生產帶來較大影響。

1#、2#罐內原先設有24組盤管式加熱器，在日常使用過程中水擊現象明顯，加熱升溫速度較慢，蒸汽能耗高。在該罐開罐維修時，將盤管式加熱器全部割除，同時在罐壁上遺漏的48個孔洞進行封堵。無水擊加熱器因加熱器體積小、所占面積少、排列有規(guī)律、結構簡單、均為預制件等原因安裝簡單，可實現快捷安裝[4]。通過更換無水擊換加熱器，將1#、2#罐原有加熱管組數從24組減少至3組。

1.2 1#、2#罐采用無水擊加熱器原理

為證明加熱器在常壓儲罐加熱中的應用效果，公司選用新式無水擊加熱器作為實驗對象，展開測試研究。

無水擊加熱器利用冷凝水與蒸汽的密度差進行兩者之間的分離。采用立式結構進行整體設計，將加熱盤管豎直于罐底板進行安裝[5]。通過豎直安裝，蒸汽在管路中的上部流過，冷凝水在管路中的下部流出，在加熱過程中隨時進行水汽分離，從而避免了水擊現象的產生，有效提升了加熱器在使用中的熱交換效率，降低了加熱過程中的蒸汽耗能。

本次實驗選用的無水擊加熱器是由若干組加熱盤管單元豎直組裝而成。每一組加熱盤管單元設有2.0根立管，在2.0根立管之間安裝有4.0根螺旋翅片橫管相互連接，在橫管上安裝翅片用于增加散熱面積。根立管的外側有連接相鄰加熱單元的橫管，上層流蒸汽，下層流冷凝水，可有效避免水擊產生。加熱單元具體結構如下圖1所示。

圖1 無水擊加熱器加熱單元具體結構

圖1中，1表示為冷凝管接口(出口)；2表示為汽水分離管；3表示為蒸汽管接管(進口)；4表示為蒸汽管接管(出口)；5表示為螺旋翅片管。掌握無水擊加熱器加熱單元具體結構后，進行加熱單元的連接處理，示意圖如下圖2所示。

圖2 加熱單元連接安裝示意圖

無水擊加熱器與普通盤管式加熱器相比，換熱效率高的主要原因是加熱單位面積所使用的長度比盤管式加熱器短。表1是無水擊加熱器和盤管式加熱器在加熱相同面積時所用設備的長度對比。

表1 無水擊加熱器和盤管式加熱器設備長度對比

按照上述圖1與圖2所示的內容進行無水擊加熱器的安裝，根據加熱處理過程中的實際需求，選擇加熱器設備對應長度，完成對1#、2#罐采用無水擊加熱器原理的分析。

1.3 實驗對比指標計算

為更加直接地檢驗無水擊加熱器在常壓儲罐加熱中的應用效果，公司決定在原常壓儲罐區(qū)中的1#、2#罐內新增無水擊加熱器。實驗中，采用靜態(tài)加熱的方式對1#、2#罐進行加熱處理(在收油停止后開始對其進行加溫處理)。

1#罐與2#罐均為5000 m3保溫儲罐，均儲存燃料油且2臺儲罐加熱面積相同。2#罐采用無水擊加熱器進行罐內加熱；2#罐采用盤管式加熱器進行加熱。在正常生產過程中對2臺儲罐進行升溫速度、水擊情況、換熱效率進行對比。

在此基礎上，計算在加熱過程中，無水擊加熱器的熱效率，將其作為無水擊加熱器加熱效果對比結果，計算公式如下：

C=lg(v+a)

(1)

公式(1)中：C表示為無水擊加熱器熱效率；v表示為升溫速度；a表示加熱材料體積百分數。在掌握無水擊加熱器熱效率后，將蒸汽能耗作為實驗對比指標，進行無水擊加熱器蒸汽能耗計算，計算公式如下：

(2)

公式(2)中：G表示無水擊加熱器加熱過程中的蒸汽能耗；h表示材料在常壓儲罐中的高度；g表示為；β表示為加熱材料熱膨脹系數；λ1與λ2分別表示進入熱蒸汽量與導出的蒸汽量；Pr表示內壁放熱系數。

在加熱測試過程中，進行無水擊加熱器連接終端傳感器信息的實時反饋，將計算數值代入公式(1)與公式(2)中，計算無水擊加熱器在加熱使用中的熱效率與蒸汽能耗。對比使用盤管加熱器在加熱處理過程中的指標，將其作為實驗結果。

2 結果與討論

2.1 升溫對比

對2臺罐升溫前，進行盤管加熱器(2#)與無水擊加熱器(1#)的液位分析，明確前者液位為12.538 m，后者液位為12.579 m后，對其溫度變化情況進行跟蹤比較，結果如下表2所示。

表2 2臺罐溫度進行跟蹤比較結果

備注：2臺罐加熱方式：蒸汽；蒸汽閥門開度：75 %；蒸汽溫度：182 ℃。

從上述表2跟蹤數據可以看出，無水擊加熱器升溫速度明顯大于盤管加熱器升溫速度。

2.2 蒸汽能耗分析

將測試中的相關數據代入計算公式，得到蒸汽閥門開度與2種加熱器相對應的蒸汽能耗，如下表3所示。

表3 蒸汽閥門開度與2種加熱器相對應的蒸汽能耗

按照蒸汽閥門開度為75 %，從節(jié)約蒸汽的角度來核算，每小時節(jié)約蒸汽量約在0.3噸。

2.3 能耗對比

結合溫升速度和能耗分析，無水擊型加熱器加熱24 h罐內介質溫度上升2.98 ℃，盤管式加熱器加熱24 h罐內介質溫度上升2.37 ℃。當蒸汽閥門開度為75 %時，盤管式加熱器將罐內溫度加熱至2.98 ℃需要30 h，比無水擊加熱器多出6 h。通過計算無水擊加熱器比盤管式加熱器節(jié)約蒸汽約30 %。表4是2種加熱器能耗對比統(tǒng)計表：

表4 2種加熱器能耗對比統(tǒng)計表

通過表4所示的實驗結果可以看出，盤管加熱器的溫升小于無水擊加熱器的溫升，盤管加熱器的總蒸汽能耗大于無水擊加熱器的總蒸汽能耗，由此證明無水擊加熱器在常壓儲罐加熱中的應用效果要明顯優(yōu)于盤管加熱器在常壓儲罐加熱中的應用效果。

2.4 應用結論分析

通過無水擊加熱器與盤管式加熱器在實際使用過程中對比結果，得出下述四個方面的結論：

其一，無水擊加熱器在實際應用中的加熱速度快，節(jié)能效果明顯。主要是由于無水擊加熱器整體結構采用立式設計。因此，在使用過程中具有顯著的水汽分離功能，當蒸汽在運輸管路中的推進速度提升時，對應結構的熱傳導效率將呈現一種提升趨勢。與此同時，常壓儲罐的有效加熱面積提升，熱效率顯著提高。通過上述實驗，能夠得出以下結論：

其一，無水擊加熱器加熱速度比盤管式加熱器加熱速度快，同時節(jié)約蒸汽用量約30 %左右。

其二，在實際操作中，無水擊加熱器的操作安全顯著提升，主要是由于無水擊加熱器在運行中受到冷凝水與熱蒸汽的同步推進，解決了無水擊加熱器在使用中的水擊問題。與此同時，降低了無水擊加熱器的泄漏率，當泄漏率呈現降低趨勢后，對加熱器的檢修次數對應減少，裝置整體使用壽命得到提升。

其三，無水擊加熱器具有安裝方便的優(yōu)勢，加熱單元在常壓儲罐中的占比空間較小，整體排列具有秩序性，結構簡單，可先行預制，實現快捷安裝。

其四，供氣點與疏水點少，在使用時減少操作勞動強度，節(jié)約閥門及疏水閥等配套設備

在此基礎上，對無水擊加熱器在使用中的經濟效益進行分析：無水擊加熱器在加熱相同油品使溫度上升1.0 ℃時，相比于盤管式加熱器節(jié)約蒸汽約30.0 %。1#罐平均每月蒸汽用量為425.0噸，節(jié)約蒸汽127.5噸。按市場價每噸蒸汽平均約300元/噸，1#罐每月可節(jié)約蒸汽3.8萬元，每年可節(jié)約45.9萬。綜上所述，無水擊加熱器的經濟效益良好。

3 結論

本文開展了無水擊加熱器在常壓儲罐加熱中的應用效果研究，通過此次研究發(fā)現，無水擊加熱器無論是在加熱溫升速度、蒸汽用量，均優(yōu)于舊式的盤管加熱器。無水擊加熱器冷凝水分路推進，消除了水擊現象，加熱器泄漏率降低，使用壽命高，安全性好。相同加熱面積下無水擊加熱器在罐內所占面積小，排列有規(guī)律，結構簡單，安裝比較快捷，均優(yōu)于盤管式加熱器。由于蒸汽能耗降低，具有良好的經濟效益，降低儲罐加熱成本，實現進一步的降本增效，對同類型儲罐加熱器改造具有一定借鑒意義。