化工生產裝置保溫伴熱要素分析

杜 鍇

(沈陽市勝華天合工程有限公司，沈陽 110141)

1 裝置保溫需求的決定要素

1.1 氣候要求

化工生產裝置的保溫伴熱需求，與生產裝置所在的地域有直接聯系。地區的不同，對采暖的需求不同。在我國北方，季節特征明顯，冬夏界線分明;而南方季節分界模糊，氣候相對溫和。因此，在對不同地區生產裝置的整體保溫設計上，要本著設計理念相同、設計思路迥異的原則，因地制宜、因勢利導，根據其氣候特征進行設計，實現保溫的目標。

以北方為例，季節溫差很大，在采暖設計上，要更加注重溫度控制的靈活性和自如性。對每個架臺、每段分配臺都要進行獨立的取熱開關。另外，北方的采暖，需要對采暖區域進行溫度隔絕，以減少熱損失。通常的辦法是用絕熱材料如巖棉等進行外層護套加裝，這些施工的結果，會導致分配臺的管線區分模糊，為此，施工單位需要在分配臺的醒目處加設提示牌，標明伴熱管線的去向、閥門的轄區，以方便操作。

1.2 生產需求

化工企業的不同生產線對生產的需求各有不同，每套工藝流程對系統的溫度要求不同，當溫度指標發生改變，整個系統就會產生生產波動。保溫設施的引入，解決了生產過程中對恒溫值的需求。針對不同的生產系統，設計符合其需求的保溫伴熱系統，根據生產單元的生產情況，投用與之匹配的伴熱系統，以保證生產裝置的正常運行。

1.3 介質需求

不同的介質，對保溫的需求也不同。原油、重油等易凝結的介質，在管路輸送過程中，由于溫度逐漸降低，粘度逐漸增大，甚至會凝固影響生產。因此，在選擇對流動介質的裝置和管線進行保溫和伴熱時，必須從源頭開始加裝保溫措施，如在該物料管道附近加蒸汽等伴管，以維持物料一定的溫度。如材質不同，注意采取隔離措施避免伴管與工藝管道的接觸腐蝕。對于靜態介質的保溫和伴熱，只需對儲罐和容器進行相應的保溫與伴熱就可以實現。對于動態儲罐，則可以根據管線情況和介質特性進行保溫與伴熱。

2 決定裝置伴熱措施要素與實施

2.1 決定裝置伴熱措施要素

影響化工生產裝置的保溫伴熱因素主要包括環境溫度、介質的物理特性、裝置的操作指標、系統的反應條件等，從裝置的架構特點和系統內介質特點以及產品的物理特性三個方面決定了這些要素在實施保溫伴熱過程中的條件和要求。

2.1.1 裝置的架構特點決定保溫伴熱措施的要素

生產裝置內管線縱橫、塔罐林立。不同的裝置架構和設備布局對采暖伴熱有不同的需求。對于保溫層和保溫管線的敷設，首先要根據生產裝置架構情況來進行設計和布線。

2.1.1.1 煉塔和儲罐

煉塔由多層塔盤組成，對于煉塔的塔身進行保溫材料加厚時，要注意塔體的儀表和設備，對設備的開口處、塔的人孔等都要留有維護開口，確保設備檢維修時的破損面最小。煉塔和儲罐外層的保溫材料，既要保證厚度均勻，又要對預留開口處進行足夠的保溫防護。

對于塔身安裝的儀器和設備，要單獨進行保溫和伴熱。需要溫水伴熱的，布線應敷設在保溫層外面，防止管線泄漏時進行拆檢和堵漏。設有儀表保溫箱的，要保證保溫箱的開關潤滑和密封，避免儀器投用、檢查過程中保溫箱開啟障礙，保證保溫效果和使用順暢。

2.1.1.2 管廊和架臺

化工生產裝置的主體，除了煉塔、儲罐，更多的就是管廊和架臺。大型的設備和各種儀器儀表，都分布在錯落有致的架臺和縱橫交錯的管廊。而伴熱分配臺成為這些管廊和架臺的恒溫保護傘，成為化工生產裝置伴熱文化的主干。通常，伴熱分配臺就地設置，采用就近、就低的原則。

管廊的保溫，通常在裝置建設期間做好預留，管線對接、保溫層敷設，前后銜接。架臺上的保溫相對復雜，也有足夠的時間和空間進行修改和調整。

2.1.2 系統內介質特點決定保溫伴熱措施的要素

系統內介質的物理特性，對保溫伴熱措施的選擇具有決定性的作用。在化工生產中，需要各種原料來實現生產任務。有的介質對溫度的要求很高，環境溫差不滿足其儲存和運送條件，就會發生三態改變;有的介質的凝固取決于反應釜內外的環境，當溫差超出了其存在狀態的指標要求，介質就會發生冷凝、氣化或者聚合。

2.1.2.1 裝置的傳輸管線的保溫

介質在輸送管線的保溫伴熱取決于管線的使用頻次。若同一管線只用于同一種介質的傳輸，則系統保溫伴熱只做單一考慮即可。對于規模較小的生產企業，一條輸送管線可能會用于多種介質的傳輸，通過工藝管線切換來實現不同用途，這種形式的傳輸管線，在保溫伴熱設計時要考慮多種因素;大型生產裝置對管線、設備的使用比較嚴格和專一，通常都是配置系統的專業傳輸管線網絡，實現專線專用，保溫措施可根據傳輸介質定向制定。

2.1.2.2 裝置的反應系統的保溫

介質在系統內進行反應實現生產操作時，系統內的管線情況、反應要求等，都會對介質的三態產生影響，必須根據操作的需要進行相應的保溫和伴熱措施。比如，管線內環境溫度低于介質的熔點，就會導致介質發生凝固，這種情況多發生在化工生產的高溫高壓環節。通過系統的保溫和伴熱，來實現介質溫度的恒定，協助裝置完成整個反應過程。

有的系統受反應條件的限制，對反應系統內部進行一定的技術處理，比如:真空反應系統，當真空管內外溫度差較大時，管內介質就會發生冷凝，破壞原有的真空度。這樣的管線需要進行特殊的技術處理，對保溫材料的選用也有一定的要求;反應塔的塔身內外存在的溫差，會導致塔內介質氣相冷凝發生聚合;等等。避免真空度的破壞、防止聚合的發生，這些都需要采取相應的保溫和伴熱措施。

2.1.2.3 裝置的儲存罐體的保溫

化工行業生產裝置中，有一個特殊的裝置群，那就是罐區。所有的原料、半成品、成品都要經過儲罐的保存運送到各自需要的工號。儲罐的保溫伴熱受管內介質屬性約束，油品在一定的溫度下會凝固，需要通過蒸汽伴熱來保存，當外界環境溫度發生改變時，對伴熱量的需求就會發生改變。

2.1.3 產品的物理特性決定保溫伴熱措施的要素

產品在管線中輸送和在儲罐內存儲，都有一定的環境要求，這些環境要求構成了產品在管線和儲罐內的保溫措施要素。

根據產品的凝固點、熔點的不同，對產品流經的管線和儲罐進行相應的保溫伴熱措施，保證產品的各項指標符合出廠要求和標準。

2.2 生產裝置保溫伴熱措施的實施

我們以某煉塔的反應系統伴熱實施為例，來說明保溫伴熱具體實施情況。

從圖1中我們可以看到，該反應系統的伴熱系統采用蒸汽伴熱和水伴熱兩種形式。點畫線回路為蒸汽伴熱回路;虛線回路為水伴熱回路，實線回路是系統的工藝管線。

圖1 某系統伴熱管線布線圖Fig.1 Some system tracing line layout diagram

圖2 伴熱分配臺示意圖Fig.2 Tracing assignment platform diagram

系統通過水伴熱或蒸汽伴熱實現采暖，伴熱管線與工藝反應管線緊密貼在一起，通過固定管卡捆綁，外層敷設巖棉形成保溫層，再用鍍鋅鐵皮進行加固和防護。每套伴熱系統由來水線路和回水線路組成，在回水分配臺的分支線路上，開關閥前加裝視鏡(水伴熱)和疏水器(蒸汽伴熱)。

為方便操作，伴熱分配臺設在架臺的寬敞處或地面，分配臺的設置采取就近、就低、方便的原則。就近設置有利于伴熱回流的通暢和伴熱效果的實現，更利于操作和充分利用能源。就低主要從操作角度考慮，更加人文和方便。圖2是我們截取的一個伴熱分配臺的使用情況示意圖。

從圖2中我們可以看到本系統將給水分配臺設置在接近塔頂處，回水分配臺設置在塔附近的四樓架臺，這主要是考慮到裝置的伴熱需要和伴熱管線的伴熱分布。整個水伴熱系統為塔-2018實現溫水伴熱，從分配臺示意圖中可以看到，NDH 1006 01～08是該伴熱系統的給水開關閥，NCH 1006是該伴熱系統的回水開關閥，每個序號對應來回水，操作人員可以根據圖中提示進行操作和控制。當然，圖2所對應的現場也應該有同樣的標記與圖紙匹配，實現圖紙、現場的一致。通常，現場采用鍍鋅鐵皮掛簽，鐵皮上進行噴碼，保持字跡不脫落，標簽拴在閥體不可移動部位，確保標識清晰明了。

3 保溫伴熱的設備和材料

3.1 疏水器的選用

采用蒸汽伴熱實現采暖的保溫伴熱系統中，疏水閥是必不可少的設備之一，通過疏水閥開度的調節，實現保溫伴熱的最佳效果和能源利用的最大化，是保溫伴熱系統不懈追求的目標。疏水閥基本的工作原理就是利用蒸汽和水的重量差和溫度差來實現疏水的目的，它能夠迅速排除系統內產生的凝結水，并防止蒸汽泄漏。選用合適排量等級的疏水閥不僅可以節約能源，而且可以保證伴熱系統的暢通運行，實現保溫伴熱理想效果。

在對疏水閥選型過程中必須要遵循以下條件:

1.根據耗汽量確定疏水閥的最大凝結水量。系統在開車和正常運行時凝結水發生量是不同的，因此，選用疏水閥之前必須對系統的耗汽量進行統計，根據化工裝置中蒸汽伴熱情況，通常按照系統每小時耗汽量的2.5倍左右來選擇疏水閥的排水量。從而保證疏水閥在投用后能盡快排出凝結水，迅速提高系統的加熱溫度。反之，會造成凝結水不能及時排出，降低熱效率。

2.根據工作壓差來選擇疏水閥的排水量。疏水閥選用時容易被混淆的兩個概念是公稱壓力和工作壓差。公稱壓力提供的信息是疏水閥閥體所能承受的壓力等級，而工作壓差是疏水閥工作時需要滿足的操作指標。因此，在選擇疏水閥時要根據工作壓差來選擇，而不是依據閥門的公稱壓力來選擇。也就是說，要對系統所選用疏水閥的閥前工作壓力和出口背壓的值有充分的了解，依據前后壓差來選擇疏水閥的排水量。

3.根據蒸汽管線的作用選擇疏水閥類型。蒸汽管線的伴熱需求是選擇疏水閥的重要依據。疏水閥根據工作原理可分為機械型、熱靜力型、熱動力型、特殊型，而每個類型都會對閥門的種類和型號進行細分，伴熱管線的疏水閥要根據現場的實際情況和伴熱的實際需求來選擇，比如對于早晚溫差不同時伴熱壓力發生改變、蒸汽溫度發生相應變化的系統，在選用熱靜力型疏水器時，可根據該使用條件選用膜盒式;而對于直排式伴熱系統，如果壓力瞬間波動幅度較大，則可以選擇熱靜力型疏水器中的雙金屬片式等等。

3.2 系統管線和膠管

根據伴熱系統的需要，對總分配臺和支分配臺的配管進行選擇，溫水伴熱系統和蒸汽伴熱系統在配管選擇上采用不銹鋼管和鍍鋅管。

對于伴熱系統的母系統，如果裝置的要求較高，反應釜內介質易腐蝕和毒性較強，通常根據介質需要選用不銹鋼配管。

對于普通化工裝置，選用鍍鋅鐵管。不銹鋼管的成本造價要高于鍍鋅鐵管，因此兩種選擇都是基于實用和費用考慮，既保證裝置安全生產又盡可能避免浪費。

膠管用于伴熱末端的疏水和局部凍凝時的緊急熱傳導和熱排放。膠管的選擇主要是依據伴熱系統尾端的開口尺寸，滿足系統連接。

3.3 保溫材料

根據裝置內伴熱系統的不同位置和實際需要選用保溫材料，如巖棉管、巖棉板、巖棉條。

在敷設保溫材料的區域，必須保證設施和管道表面干燥無油脂、無泄漏、無銹蝕，敷設完畢進行外部防護，采用鍍鋅鐵皮卯榫，防止損壞和裸露。接頭盒對縫必須緊密，從而盡可能地避免熱損失。另外，化工生產裝置都屬于高溫、高壓作業，對于保溫層的敷設還需要加裝專業的保溫釘實現外護。

3.4 鍍鋅鐵皮

鍍鋅鐵皮俗稱白鐵皮，是經過鍍鋅的低碳鋼薄板，通常厚度為0.44～1.22 mm，鍍鋅層厚度不小于0.02 mm。經過鍍鋅處理的鐵皮不易生銹腐蝕，在化工生產裝置的保溫系統中用于保溫層的外護。

4 保溫伴熱建議

4.1 做好圖紙檔案管理

檔案管理是對生產裝置運行管理的必要手段。化工生產裝置的管線布局復雜，保溫層敷設下的管線縱橫交錯，辨識錯誤會給生產帶來極大的隱患。尤其要注意的是區分生產管線和伴熱管線，避免誤操作。

檔案管理作為化工生產管理的重要組成部分，對裝置的采暖伴熱系統的保護也有著極為重要的意義和作用。做好保溫伴熱的圖紙歸檔，確保保溫伴熱系統的完善，為系統有效運行提供保障，更為保溫伴熱系統的后期改造提供依據。

4.2 做好現場標簽

化工生產裝置中管網縱橫管線密布，即使是常年在現場從事一線操作的優秀操作工也會遇到管線辨識不確定情形，因此，現場標簽十分必要。現場標簽的規范、清晰不僅能夠幫助操作人員快速辨識管線用途、介質走向和使用狀態，而且能夠幫助新上崗的操作人員快速厘清現場，并輔助他們完成各種必要的操作。

在進行現場標簽標記時，要注意通用顏色和標識的使用，如消防管線和伴熱管線都要用專業的顏色進行區分。伴熱管線通常都外敷保溫層，避免熱損失。保溫層的涂漆通常選用綠色，生產和反應管線用灰色。

除了進行管線的通用標記外，還要對管線和分配臺的閥門進行專門的標簽處理。比較常用的是采用鍍鋅鐵皮懸掛，將噴有該閥位號和來回水標記的鐵皮標簽拴在閥門固定的手柄上。鐵皮標簽要與檔案圖紙的閥門標記一致，確保信息準確。

4.3 做好運行記錄

運行記錄是對一個系統運行情況的最直觀的反應，更是技術人員進行技術分析的有力依據。對于化工生產裝置的保溫伴熱系統而言，不僅需要制定合理有效的采暖控制方案，來平衡能源使用和裝置的需要;而且要保留完整的運行記錄，包括對伴熱管線的溫度、閥門開度、室外溫度進行記錄，這些數據信息，將成為技術人員對今后供暖指標形成的依據，以及對當前系統不完善部位的修整、重置和改善。

5 結語

化工生產裝置的保溫伴熱是化工生產過程中非常關鍵的一環，研究化工生產裝置中保溫與伴熱的要素分析，對生產裝置的平穩高效運行有著至關重要的作用。本文通過對化工一線的操作實踐和各種伴熱形式的匯總，從裝置的架構特點、系統內介質特點、產品的物理特性等方面探究了化工生產裝置采暖伴熱的要素，為化工生產裝置采暖伴熱提供全新的思路和有效的借鑒。

［1］韓文光.化工裝置實用操作技術指南［M］.北京:化學工業出版社，2001.

［2］胡安定.煉油化工設備腐蝕與防護案例［M］.北京:中國石化出版社，2010.

［3］中國建筑標準設計研究院.管道和設備保溫、防結露及電伴熱(建筑標準圖集)—給水排水專業［M］.北京:中國計劃出版社，2008.