导热油载热体加热系统的设计概要

󰀁󰀁󰀁󰀁CHEMICALENGINEERINGDESIGN化工设计2007,17(5)

导热油载热体加热系统的设计概要

赵志明󰀁󰀁浙江省天正设计工程有限公司󰀁杭州󰀁310012

摘要󰀁介绍载热体加热炉系统的工艺流程、管道配置和设备选型设计。关键词󰀁载热体加热炉󰀁膨胀槽󰀁管道系统󰀁安全运行

1󰀁概述

节能和环保是新时期面对的两大难题。导热油载热体加热系统克服了蒸汽加热、电加热、明火直接加热等系统中存在的热效率不高、循环利用率低、不易控制、影响环境等诸多不利因素。采用液相作热载体,无需水制备、无冷凝排放和余热浪费,是上世纪80年代初在国内逐渐推广采用的加热系统,目前广泛应用于化工、建材、路桥工程和印染等需要加热的各行各业。本文着重介绍液相载热体加热体系的系统设计。

2󰀁系统的组成和工艺流程

导热油载体加热系统主要由燃料供应系统、

导热油载体循环传热系统和被加热系统组成,燃料可采用煤、燃料油、天然气等。受热体可以是反应釜、热交换器、烘房等生产装置,导热油载体供热系统主要由载体炉、循环油泵、膨胀槽、油气分离器、储油槽、注油泵等设备组成,其工艺管路系统由导热油填充装置系统、传热循环系统、导热油排净装置、泄压平衡系统管路等组成,完成由燃料加热导热油、导热油循环供热给受热单元达到供热的目的,其主要工艺流程见图1。

图1󰀁导热油载体加热系统工艺流程

󰀁赵志明:高级工程师。1985年毕业于浙江工学院。长期从事化工工艺设计工作。联系电话:(0571)88362910。

2007,17(5)赵志明󰀁导热油载热体加热系统的设计概要󰀁󰀁󰀁󰀁

󰀁35

3󰀁设备的选用

3󰀁1󰀁载热体炉

载体炉为特殊设备,由专业制造厂家生产,产品必须符合󰀂有机热载体炉 GB/T17410-1998标准。分燃煤、燃气、燃油系列,设计应

根据当地燃料来源、环保要求和经济效益三者比较进行炉型选择,燃气炉和燃油炉较有利于环境,燃煤炉的经济效益较好,设计应根据受热体的工艺对供热的能量大小和工况计算选择载体炉规格,载体炉的主要选择参数是额定供热量和供热温度。

生产需用热功率W为:

W=

Gr󰀁t860K1K

2

胀槽液面的1/3~2/3的高度运行,以卧式圆筒形膨胀槽为例,该区域约占总膨胀槽体积的60%,那么膨胀槽总体积:

V总=V调/0󰀁6=3󰀁3/0󰀁6=5󰀁5m3

另外,如果膨胀槽的所需计算容积太大,可考虑用溢流至储油槽的办法来减小选用膨胀槽的容积,膨胀槽溢流管直径应与膨胀槽底部来自系统的膨胀管直径相同。

根据膨胀槽功能要求应设置溢流口、放净口、放空口、注油口、惰性气体保护接口以及相配套的安全泄压口和液位计。膨胀槽的温度一般不应>70!,膨胀槽外壁不能设置保温措施。3󰀁3󰀁储油槽

储油槽用于开车时对系统加注导热油和在停车或事故时接收系统排放的导热油。容积应不小于载体炉系统中导热油总量的1󰀁2倍,应设置液位计、放空口及放净口。3󰀁4󰀁循环泵

(1)导热油循环泵的主要参数如流量,一般由导热油炉厂家在资料中推荐,循环导热油量根据󰀂有机热载体炉 GB/T17410-1998规定,为防止液相炉中导热油过热与积碳,辐射受热管内热载体的流速应小于2m/s,对流受热面管内热载体的流速不低于1󰀁5m/s。如载热炉没有规定流量,系统设计时可根据载热炉额定热功率,取较理想的载热体导热的进出误差󰀁T=15~25!来计算循环量:

V=

860W3600r2󰀁T式中,G为加热物料量,kg/h;r为物料比热,kcal/K;K1为加热设备传热效率;K2为导热油加热系统效率;W为需要热功率,kW;󰀁t为物料温差,!。

根据计算所得热功率选用载体炉的额定供热量。

载热体炉的供热温度一般应高于加热介质需要加热的最高温度30~50!。3󰀁2󰀁膨胀槽

由于导热油在升温过程中随温度逐渐增高,体积随之膨胀,膨胀槽用于收容由于膨胀而多余的载热体或补充系统由于降温而体积缩小的部分导热油,膨胀槽的调节容积应不小于液相炉和管网系统中有机载体在工作温度下因受热膨胀而增加的容积的1󰀁3倍。

以某种型号的合成导热油为例,假如注油时油温为20!,其密度r1=881kg/m3,当加热到操作温度320!时,其密度r2=661kg/m,可知其膨胀容积为:

V增=r1/r2-1=881/661-1=0󰀁33m3

3

式中,V为循环量,m3/h;W为热功率,kW;r2为导热油比热,kcal/(kg#!)下)。

(2)在系统设计中,如泵的计算要求压头大于0󰀁3MPa,应注意载热体炉的使用压力,国内许多载热体炉的使用压力有0󰀁3MPa和0󰀁6MPa等规格。在系统阻力计算时,一般取导热油流速在2~3m,过低会影响载热效率。

(3)最常用的导热油循环泵为水冷式高温屏蔽泵或专用高温热油泵,导热油泵在使用中与载热体炉配合进行连续运行,因此,导热油循环泵应考虑至少一台备用泵。(在操作状态

如系统(包括加热炉、加热设备、管道系统、膨胀槽最低液位时导热油的容量)在未加热时油的总量为10m3。

那么膨胀槽调节容量:

V调=10∀0󰀁33=3󰀁3m3

一般系统注油至膨胀槽液位总高的1/3为系统应注入的常态导热油总量,使用时导热油在膨󰀁36

󰀁󰀁󰀁󰀁CHEMICALENGINEERINGDESIGN化工设计2007,17(5)

4󰀁管道系统设计

导热油加热系统的管道主要由与载热体炉进出口相连的供回油总管路、与加热设备相连的支路供回路、与膨胀槽相连的膨胀管线和注线、导热油排净系统管线、惰性气体保护管线和安全系统管线等组成。4󰀁1󰀁供回油总管道

(1)供回油总管道连着载热体加热炉和若干个受热单元,串连着循环泵、过滤器、载热体加热炉、油气分离等设备的主要循环管道,见图1中的供油总管和回油总管。

(2)如受热单元较多,可能管线较长,设计时应进行应力分析,设置合理的管路膨胀节。(3)管道布置时应避免向上的∃U%形配管,如无法避免,应在最高处设置针形放气阀。

(4)管径较大的管道与循环泵连接时应采取软连接等措施,避免泵体承受管子过大的力或力矩。4󰀁2󰀁支路管线

与受热单元相连的支路管线直接影响到能否可靠地满足工业生产的加热要求。各受热单元对加热速度、导热油温度往往会有很大的差别。(1)如各受热单元对温度的敏感度要求不高、加热速度不影响产品质量,支路可直接在总管中并联接出。

(2)如个别受热体系要求导热油具有相对较低的温度和较温和的温升速度,最好的方法是采用小循环加热系统,见图2,它是某工厂的受热单元小循环加热管道系统,能很好地满足了生产的特殊要求。

4󰀁3󰀁膨胀管线

(1)膨胀管线是为满足导热油在升温时,导热油溢出膨胀槽或自膨胀槽补充至系统的管线,也是导热油在初次使用时加热脱去水汽、低沸物至膨胀槽的上升通道,是加热系统效果好坏的关键点。

(2)该管道设置要求自油气分离器上部至膨胀槽底部一直是连续上升的,如管线倾斜上升,其折弯角度不得小于120&,以利于气泡上升,尽可能在脱水过程中使油中的水分和低沸物蒸发掉,避免在高温加油时出现∃暴沸%或∃气塞%等不正常现象。

(3)膨胀管线不得设置保温设施。4󰀁4󰀁惰性气体保护系统

虽然目前新型合成型导热油较矿物性导热油具有更好的稳定性和抗氧化性,使用寿命更长,但为了尽可能减少潜在的氧化,在系统中采用惰性气体覆盖是保证系统长期稳定运行的举措之一。一般在膨胀槽、集油槽上部等与大气相通处设置低压惰性气体保护装置。4󰀁5󰀁安全系统管线

(1)在载热体加热炉进口与循环泵之间最好设置液相安全阀,防止由于载热体加热炉内部结焦堵塞引起炉内压力上升,发生事故,安全阀出口可接至膨胀槽或储油槽,安全阀排量应考虑泵的流量,整定压力可取工作压力加0󰀁2MPa。

(2)载热体加热炉宜设置事故时扑灭炉火的蒸汽管道。

4󰀁6󰀁管道及其附件的选择

(1)导热道是高温受压管线,设计必须严格执行󰀂压力管道安全管理与监察规定 的要求。

(2)管道采用无缝钢管,材质可为碳钢或低合金钢。管道连接除阀门等采用法兰连接外,尽可能采用焊接。管法兰采用公称压力不小于1󰀁6MPa的凹凸面或突面带颈平焊钢制管法兰,垫片采用金属缠绕石墨垫片或柔性石墨复合垫片。

(3)保温应采用难燃性保温材料。

5󰀁自动化控制

图2󰀁小循环加热系统示意图导热油系统的自动化控制系统包括载热体加热炉控制系统和导热油循环加热系统的控制。2007,17(5)赵志明󰀁导热油载热体加热系统的设计概要󰀁󰀁󰀁󰀁

󰀁37

(1)载热体加热炉控制系统包括载热体加热炉导热油出口温度调节和进出口温度、压力、压差的显示报警等,该系统由热载体加热炉成套配

置。

(2)导热油循环加热控制系统包括全系统的压力平衡、受热单元的温度等重要参数的控制调节,由于多个受热单元频繁的加热操作,系统压力有一定的波动,应在供回油总管之间设置自动压差调节阀,压差根据受热单元的阻力确定,一般考虑取>0󰀁05MPa的压差,各受热单元的加热温度因导热油温度过高最好采用自动化调节。控制系统目前较先进的工厂采用DCS集散控制系统为主。

(3)膨胀槽底部与系统的最高油位点的垂直距离不应小于1󰀁5m。

(4)膨胀槽宜布置在受热设备与热载体炉之间的主循环管上方,便于系统脱水脱低沸物,不得安装在炉体的本体上方。

(5)储油槽应尽量放在系统的最低处,以便能够放净系统中所有导热油,储油槽与有机热载体炉之间应用隔墙隔开。

7󰀁结语

(1)导热油载热体加热系统是安全、环保、节能的热供给系统,较蒸汽加热等方式具有显著的经济和社会效益,是值得推广的节能技术。(2)设计中合理的设备选择和位置关系的布置、管道及其附件的配置和管道布置是导热油载热体加热系统高效、安全运行的关键。

参󰀁考󰀁文󰀁献

1󰀁GB/T17410-1998,有机热载体炉[S]

2󰀁劳动部颁发.有机热载体炉安全技术监察规程及有关条款说

明[S].1993

(收稿日期2007-04-03)

6󰀁系统布置

(1)导热油载体炉系统的布置应符合󰀂建筑设计防火规定 和󰀂有机热载体炉安全技术监察规程及有关条款说明 的要求。

(2)热载体加热炉间一般应设置在单独的建筑物内,在规定允许的情况下尽可能靠近受热设备,以节约能量。

(上接第7页)

辰化学工程公司倾其近30年水煤浆气化技术的工程设计经验,架起这一新技术与实际生产之间畅通的桥梁,在工艺方案、设备和管道布置、设备选型、材料选择、系统控制、安全连锁、开车停车、操作检修以及设备维护等方面丰富和完善了该技术,为该技术的成功应用、装置的安全稳定运行奠定坚实的基础。

(2)随着人们对多喷嘴对置式水煤浆气化技术了解不断加深,投资者可以从更广泛的角度来认识这一技术的特点,更多的使用者选用这一煤气化技术,也能促进该技术的不断完善。

(3)受资源情况制约,我国煤化工事业迅猛发展的势头短期内不会缓解,煤制油、煤制烯烃已经将传统意义上煤化工和石油化工融为一体,经济规模的门槛还会提高。

(4)由于煤气化技术的特殊作用,人们对气化炉大型化的关注和期待还会加强,多喷嘴对置式水煤浆气化技术为准备建设超大型煤化工装置建设者又提供了一个有利的选择。

(收稿日期2007-07-27)

󰀁󰀁(1)多喷嘴气化炉1台配置4个预膜外混喷嘴,单个喷嘴处理煤量仅为同等情况下的1/4,同等规模的气化炉喷嘴的能力理论上还有4倍的扩展空间,这从根本上消除了水煤浆气化技术大型化的瓶颈。

(2)预膜式喷嘴的雾化效果也优于内混式喷嘴。与单喷嘴气化炉受限射流流场相比,多喷嘴气化炉的撞击流场处理煤量增大时,更有利于物流的快速反应,从而保证碳转化率不至于降低。因此该技术单炉能力继续扩大的前景非常乐观。

(3)设备超限问题。目前最大的气化炉壳体直径为3880mm(处理煤2000t/d),没有超出运输条件,也无其他超限设备。考虑直径控制在4200mm以下,单台气化炉日处理能力在2500~3000t。系统阀门也在可控范围内。

4󰀁结语

(1)从中试到工业示范装置,多喷嘴对置式水煤浆气化技术成功实现了工程化放大,中国天

2007,17(5)ABSTRACTSOFCHEMICALENGINEERINGDESIGN󰀁󰀁󰀁󰀁

󰀁1

ABSTRACTS

EngineeringDesignofCoal󰀂waterSlurryGasification

TechnologywithOpposedMulti󰀂burner

SunMinxu

󰀁(ChinaTianchenChemicalEngineeringCorporation,Tianjin300400)

󰀁Introducebrieflytheyearsengineeringdesignexperiencesofcoal󰀂waterslurrygasificationtechnologywithopposedmulti󰀂burner.󰀁Keywords󰀁coal󰀂waterslurrygasificationtechnologywithopposedmulti󰀂burner󰀁processfeature󰀁equipmentconfiguration󰀁technicalandeconomictarget󰀁largescaletrend

DevelopmentandConsiderationsoftheChineseTitaniumDioxideIndustry

TangWenqian

󰀁(ChemicalPlanningandDesignInstituteofShandongProvince,Jinan250013)

󰀁PutforwardthecountermeasuresinconnectionwiththecurrentsituationoftheChinesetitaniumdioxideindustry.󰀁Keywords󰀁titaniumdioxide󰀁high󰀂titaniaslag󰀁ilmeniteenviron󰀂mentprotection

CalculationforVapor󰀂liquidPhaseEquilibriumofNonidealSystemwithNRTLandSRKEquation

JiangXiaowei,etal

󰀁(HualuEngineeringandTechnologyCo.,Ltd.,Xian710054)

󰀁Calculateandintroducethevapor󰀂liquidphaseequilibriumofnon󰀂idealsystemwiththeNRTLandSRKequation.Theconclusionisanimportantguidanceandreferencetotheprocesssimulationsoftware.Keywords󰀁NRTL󰀁SRK󰀁vapor󰀂liquidequilibriumactivitycoeffi󰀂cient󰀁fugacitycoefficient

InfluenceonDesignofDistillationColumnof

ProcessSimulationLiXinping,etal

(TheChinaPetroleumEngineeringNortheastCompany,Jilin

toring.

󰀁Keywords󰀁equation󰀁propertiesofwaterandsteam󰀁enthalpycoalgasification

ProcessDesignofShellandTubeHeatExchanger

ZanHesong

󰀁(HualuEngineeringandTechnologyCo.,Ltd.,Xian710054)

󰀁Introducetheprocessdesignprogramsofheatexchangerespeciallyfortheshellandtubeheatexchangerincombinationwiththepracti󰀂calengineeringexperience,andtheusageandfunctionofsomepro󰀂cesscalculationsoftwareusedforheatexchangers.

󰀁Keywords󰀁shellandtube󰀁heatexchanger󰀁processdesignProcessofBPAandChoiceofitsProprietaryTechnology

TongKe,etal

󰀁(TheChinaPetroleumEngineeringNortheastCompany,Jilin132002)

󰀁IntroducetheprocessofBPA,thecomparisonofionexchangerandHClcatalyzedtechnologies.Describethefeatureofthedifferentcrystallizationtechnologies,discussthechoiceofBPAproprietarytechnology.

󰀁Keywords󰀁BPA󰀁polycarbonategrade󰀁expoxygrade󰀁crystal󰀂lization󰀁qualityspecifications

ApplicationandInefficacyAnalysisofSpringSupportsandHangersinPipingDesign

ZhangMinzhen

󰀁(SINOPECLuoyangPetrochemicalEngineeringCorporatoin,Luoyang471003)

󰀁Emphasizetodiscusstheapplicationoccasionofspringsupportsandhangers,bydissertatingthesignificanceofpipesupportsandhangersinprojectconstructing,theselectivemeansofspringsup󰀂portsandhangersandthecauseofspringinefficacy.

󰀁Keywords󰀁supportandhanger󰀁spring󰀁pipingdesign󰀁load󰀁varietyrate󰀁inefficacy

SummarizationofConductionOilHeatCarrying

FluidHeatingSystemDesign

ZhaoZhiming

󰀁(ZhejiangTitanDesign&EngineeringCo.,LTD.,Hangzhou310012)

󰀁Introducethedesignofprocessflow,pipingconfigureandequip󰀂mentselectionforheatcarryingfluidheatingfurnacesystem.

󰀁Keywords󰀁heatcarryingfluidheatingfurnace󰀁expansiontank󰀁pipingsystem󰀁safeoperation

AnalysisofConductionOilSystem

󰀁

LiangShaohui,etal

(HualuEngineeringandTechnologyCo.,

Ltd.,

Xian

󰀁

132002)

󰀁Usingthetraditionaldesignmethods,theoperationpressurevaria󰀂tionoftowerhasaminorinfluenceupontheatmosphericandcom󰀂presseddistillationtowers,butagreatinfluenceuponthevacuumones.Thisarticlediscussestheparallelsimulationalgorithmusedinprocesscalculationandequipmentdesignforthevacuumdistillationtowerdesign.

󰀁Keywords󰀁processsimulation󰀁vacuumdistillationtower󰀁paral󰀂lelsimulation󰀁turbogridtowerplate

StudyonCorrelationsbetweenthePropertiesof

WaterandSteam

YinJunjie

󰀁(SinopecNingboEngineeringCo.,Ltd.,Ningbo315040)󰀁Thecorrelationequationsbetweenenthalpyofsaturatedwater,saturatedsteamanditsoperationpressureandsuperheatedsteamanditsoperationpressureandoperationtemperaturebyequationy=a+bx+cx2+dx3+ex4,inordertoobtainthepropertiesofwaterandsteamusedinheatloadcalculationofShellcoalgasifierinDCSmoni󰀂

710054)

󰀁Analyzethedesignandoperationofconductionoilsysteminchem󰀂icalplants,pointoutthemattersneedingattention,whichguaranteethesystemrunforlongtime.

󰀁Keywords󰀁conductionoil󰀁system󰀁analysis

TreatmentofCarbonDepositonHeatExchangeTubein

CokingGasNon󰀂catalystConversionUnit

ZhuBin

(PingdingshanFeixingChemicalIndustryGroupCo.,Ltd.,

󰀁