重油儲罐加溫盤管的結構選擇與改造

2016-09-18 08:09:52李琰馬杰蘭州石化公司油品儲運廠甘肅蘭州730060

化工管理 2016年12期

李琰馬杰（蘭州石化公司油品儲運廠，甘肅蘭州730060）

重油儲罐加溫盤管的結構選擇與改造

李琰馬杰（蘭州石化公司油品儲運廠，甘肅蘭州730060）

在石油化工行業中，如果儲罐儲存的是粘度較高或者凝點較低的介質時為了保證罐內的油品溫度始終保持在其凝點以上，同時讓介質保持良好的流動性，防止凝罐，常常需要從儲罐內部對介質進行加溫。蒸汽加溫盤管就是較常用的一種儲罐加溫設施。蒸汽加溫盤管的優點是操作便捷，安裝簡單，使用安全可靠，在儲罐加溫中被廣泛的使用。所以根據各類儲罐儲存介質的性質和生產需求選擇適當的結構形式對加溫盤管進行改造，使其結構更合理，使用更可靠，維護更便捷，同時最大限度的提高加溫效率避免熱損失和水擊現象是十分必要的。

排管式加溫盤管；盤式加溫盤管；重油

1　加溫盤管的工作原理與分類

1.1加溫盤管的工作原理

通常較為常見的儲罐蒸汽加溫盤管主要是由蒸汽進氣管線、加溫盤管、冷凝水回水管線和控制閥門這幾部分組成。蒸汽加溫盤管是在儲罐底部安裝的管線回路，在入口處接入蒸汽系統利用鍋爐蒸汽作為熱源對罐內的介質進行熱傳遞加溫，出口處接入回水系統排出冷凝水形成一套完整的加溫回路。

1.2加溫盤管的優缺點

罐內加溫盤管的主要特點是結構簡單、造價低、操作管理便捷、管內可承受較高壓力、安裝簡便、可以根據容器的形狀，制作成圓柱或平板等不同形狀，也可將幾組加溫盤管進行并聯組合從而達到增加傳熱面積效果，甚至可以在一個儲罐中采用兩組相互獨立的加溫盤管，通入不同的熱源以充分利用熱量。但是由于儲罐的體積相對于普通設備要大了許多，儲罐內流體的流速必然很低，所以管外給熱系數也相對較小，這將影響總傳熱系數的提高。此外，加溫盤管自身的通過能力也有限，而且經過長時間使用后盤管內部會積聚銹渣等難以清洗的雜質，可能會進一步限制傳熱介質的通過性，所以這也限制了加熱盤管只適用于傳熱負荷不是很大的設備及較清潔的傳熱介質。

1.3加溫盤管的種類

現在大型儲罐中較為常用的管式加溫盤管按照布置形式可分為全面加溫盤管和局部加溫盤管，按照結構形式不同又可分為排管式加溫盤管和盤式加溫盤管。

（1）排管式加溫盤管

排管式加溫盤管由若干個盤管所組成，每一分段由2到4根平行的管子構成，兩端與兩根集合管連接而成，幾個分段構件以并聯串聯方式連成一組，對稱布置在儲罐進出口的兩側，每組都有獨立的蒸汽進口和冷凝水出口。根據油罐的大小，通過計算確定罐內加熱器的分組數。為便于冷凝水的排除，進出口之間要形成一定的坡度。分段式加熱器長度不大，摩擦阻力小，可采用較低壓力的蒸汽。但分段之間的連接處是容易泄漏的部位。

圖1　排管式加溫盤管

（2）盤式加溫盤管

盤式加溫盤管是用很長的鋼管根據儲罐的內部結構彎曲成所需形狀的管式加熱盤管。加溫盤管在油罐下部均勻分布，可提高油品的加熱效果。由于管道較長，對蒸汽壓力的要求高。有時為了減小壓降，也可將盤管分成平行的幾組，并連使用。用U型管卡將盤管安裝在金屬支架上，能使管子在溫度變化時能自由收縮。支架具有不同高度，使盤管沿蒸汽流動方向保持一致的坡度，便于排出冷凝水。

圖2　盤式加溫盤管

2　兩種加溫盤管在我廠的應用對比分析

重油是原油提取汽油、柴油后的剩余重質油，其特點是分子量大、粘度高。重油的比重一般在0.82～0.95，比熱在10000～11000kcal/kg左右。其成分主要是碳氫化合物，另外含有部分的（約0.1～4%）的硫黃、微量的無機化合物及在前期生產過程中加入的催化劑沉淀物，此外重油貯罐必須設有良好的加熱裝置，一般以低壓蒸汽保持長期均衡供熱，罐內油溫控制在70～80℃，最高溫度不得超過90℃。

2.1排管式加溫盤管的弊端

由于排管式加溫盤管的結構形式與家用暖氣包相似、90度彎頭、T型端頭較多這一結構特點，造成了排管式加溫盤管焊口多、冷凝水易存積、易產生水擊。

在封閉管道內中，在壓力管道中，由于液體流速的急劇改變，從而造成瞬時壓力顯著、反復、迅速變化的現象，稱為水擊，也稱水錘。在蒸汽管道中，若暖管不充分，疏水不徹底，導致送出的蒸汽部分凝結成水，體積突然縮小，造成局部真空，周圍介質將高速向此處沖擊，也會發出巨大的音響和振動。水擊現象發生時，壓力升高值可能為正常壓力的好多倍，使管壁材料承受很大應力；壓力的反復變化，會引起管道和設備的振動，嚴重時會造成管道、管道附件及設備的損壞，影響加溫效果，浪費蒸汽。其次，水擊造成加溫盤管的破裂使油品經破損的加溫盤管竄入蒸汽管線，污染蒸汽系統，存在一定的安全環保隱患。

以蘭州石化公司油品儲運廠393#、395#兩具10000m 拱頂儲罐為例，兩具儲罐儲存介質均為重油，兩具儲罐原設計均為排式加溫盤管，在實際使用過程中這兩套加溫系統也的確因為其結構的特性在儲罐持續加溫過程中均出現了頻繁的水擊現象，如圖3，并且都出現罐內盤管因水擊和腐蝕破損的問題，但是為了確保油品的溫度能控制在70～80℃之間，不得不開蒸汽加溫，因加溫盤管破，加溫回水又不敢進回水系統，蒸汽直接通過加溫盤管破損處進入罐內，影響了油品質量，同時蒸汽回水直排入工業下水，造成了蒸汽大量的浪費，加溫盤管破漏問題已成為了嚴重影響安全平穩生產及節能環保的重要問題。

圖3　水擊點的形成

通過觀察儲罐加溫盤管的破損位置綜合分析，水擊主要是冷凝水在蒸汽的推動下加速運動，當遇到阻力，如90度彎頭就會產生強烈的水擊。油罐檢修中，經常可以看到彎頭和三通處水擊破壞的現象。排管式加溫盤管的每一個排管都是由2～4根平行的管子與兩根匯管焊接而成，它的T型彎頭、T型端頭較多，這一結構設計上的缺陷使得排管式加溫盤管的水擊點較多，受到水擊破壞的幾率大大增加。

2.2盤式加溫盤管的優點

由于盤式加溫盤管是用很長的管子彎曲而成的管式加熱器，所以相對于排管式加溫盤管來說它的焊接點數量較少，避免出現90度彎頭、T型端頭，這樣就大大降低了水擊點的數量和泄漏的幾率。盤式加溫盤管管徑相對排管式加溫盤管大，排管數量較少，罐內的空間增大，盤管在罐內的分布情況多為圓形彎頭或使用彎管，有效地減少了拐彎處的應力，消除了蒸汽加溫盤管本身對蒸汽冷凝液的阻止，讓蒸汽冷凝液能在罐內蒸汽加溫盤管中順利通過。此外為了使管子在溫度變化時能夠自由伸縮，使用導向卡箍將盤管安裝在金屬支架上，支架具有不同高度，使盤管沿蒸汽流動方向保持一致的坡度，便于冷凝水的排出。經過計算，排管式加溫盤管加溫面積是124m2，盤式加溫盤管的加溫面積達到了200m2，所以在加溫效果上，盤式加溫盤管優于排管式加溫盤管。

2.3改造前后蒸汽用量對比

選取采用排式加溫盤管的394#罐和采用盤式加溫盤管的395#罐在同一年內蒸汽用量最大的幾個月的月度用量對比數據為例：