蒸汽伴热

2024-09-09

蒸汽伴热（共4篇）

蒸汽伴热篇1

1 蒸汽伴热及热水伴热特点

蒸汽伴热和热水伴热都是比较传统的伴热方式, 是利用伴热管线紧靠在管道外壁, 通过热传递, 把热量传给原被伴热的介质, 以达到保温、伴热的目的。蒸汽伴热和热水伴热都分为单伴热和双伴热两种形式, 其基本结构如图1所示。电伴热则是一种利用电能为热源的伴热技术, 它安全可靠、施工方便、能有效进行温度控制, 防止管道介质温度过热。但由于目前我国电力供应比较紧张, 而且电伴热投资较大, 在石油化工企业中不常用。

1.1 蒸汽伴热

蒸汽伴热的优势是一次性投资较低, 劣势是维护成本较高, 蒸汽伴热线平稳运行期3-5年, 此后维修费用将成倍增加。在使用过程中存在如下的一些问题:

(1) 采汽点、排凝点多, 分布广, 施工、管理困难; (2) 操作工作量大; (3) 疏水器使用时间长, 用量大, 检修、检测、维护不能保证; (4) 蒸汽伴热“跑冒滴漏”问题较多, 每年维护费用高, 工作量较大, 维修中, 存在停汽可能, 易造成管线受冻, 影响正常工作; (5) 蒸汽温度高, 不易控制, 对于有些凝沸点较低的介质, 若伴热温度高, 则造成气化, 管线将升压, 易出现安全事故。同时出现“大马拉小车”的情况, 造成能源的浪费; (6) 凝液直接排放, 不予回用, 浪费能源; (7) 由于生产需要停用的蒸汽伴热线, 再投用时易水击, 缩短管线使用寿命; (8) 安全方面, 操作工在检查伴热时易烫伤人。

1.2 热水伴热

热水伴热是以热水为伴热介质, 适用于操作温度不高或者不能采用高温伴热介质的管线。

(1) 热水伴热运行平稳, 伴热均匀, 易于操作, 可大大减少伴热系统泄漏; (2) 减少维护量, 美化环境, 节约维修费用, 管线冲刷减小, 气蚀减少, 有效减少跑冒滴漏现象; (3) 热水伴热还能有效利用余热, 节约大量蒸汽, 循环利用减少了运行费用; (4) 可控制热源介质温度, 能有效防止加剂油品变质。

2 热水伴热和蒸汽伴热能量消耗比较

无论是热水伴热还是蒸汽伴热的情况, 其总散热损失都是由以下几部分构成的:

介质管中的热量通过保温层的散热损失;伴热管中的热量通过保温层的散热损失;介质管线和伴热管线以及保温层构成的气体空间的热量通过保温层的散热损失。

根据上述两种不同介质伴热特点, 油品储运厂于2008年对42/12罐区原油管线伴热进行改造, 由原来的蒸汽伴热改为热水伴热。从1年的运行情况看, 效果很好。一方面节能效益明显;另一方面使油品温度得到了很好控制。同时, 由于热水伴热的伴热线给水点、回水点集中布置, 也有利于管理。

2.1 42/12罐区水伴热使用情况

42/12罐区1201、1202、1203、1204、1205、1206、1207线管线伴热均为热水伴热。管线伴热类型及用水量如表1所示。

2.2 42/12罐区蒸汽使用量

42/12罐区管线伴热有给水点2个, 回水点2个, 跑冒滴漏现象明显减少。罐区维温继续使用蒸汽维温, 原油输转部罐区能耗消耗明显比去年减少。兰州从11月份起进入冬季, 伴热线全部投入使用, 到第二年3月结束使用。

Á注:表中数据均未保留小数

从表3明显看出看出2008年11月-2009年3月水伴热投用后, 所用蒸汽量明显下降, 节能效果显著。

2.3 效益计算

42/12罐区管线改为水伴热, 节约蒸汽量W为

每吨蒸汽成本约为100元

所产生的年效益为:

C=W×100 (元/t) =7941×100=79.4 (万元)

3 结论

3.1 相比较蒸汽伴热, 热水伴热由于与外界的温差减小, 因此散热损失明显减少可以显著节能。

3.2 罐区管线蒸汽伴热改为热水伴热时成本小, 操作方便。

3.3 热水伴热对维持管道内低凝点油品的温度是一种比较理想的伴热介质, 尤其适用于油品罐区伴热线集中的地方。此种伴热最大的特点是通过节能取得可观的经济效益。

参考文献

[1]房旭鹏, 李国兴.新体制下长输油气管道的运行管理[J].油气储运, 2011.3.[1]房旭鹏, 李国兴.新体制下长输油气管道的运行管理[J].油气储运, 2011.3.

蒸汽伴热篇2

20世纪70、80年代, 秦皇岛港原油码头、青岛港黄岛1、2期原油码头、大连港鲶鱼湾原油码头等的输油管线都采用了蒸汽伴热, 21世纪初某港口船舶燃料油码头的输油管线的伴热, 经过对蒸汽伴热和几种电伴热的比较后, 采用了适合中、长输管线的集肤效应电伴热, 以这个工程实例, 介绍集肤效应的原理, 系统的组成, 并对电伴热和蒸汽伴热进行了比较, 电伴热的成本低、运行安全、维护方便、节能显著, 用电伴热代替蒸汽伴热将是必然趋势。由于对每个集肤效应电伴热系统都需要专门设计, 所以本文供同行设计参考, 并希望多采用电伴热代替蒸汽伴热, 对港口的节能减排做些工作。

1 管线伴热设计的基础参数

本工程管线伴热的基础参数如下:

1.1 环境温度:最高40℃最低5℃;

1.2 电伴热维持温度范围60-70℃;

1.3 输送管道规格:Ф300X82根;

1.4 管线长:2X2100 m;

1.5 敷设方式:管沟;

1.6 管线首、尾端有阀门控制, 管线不用扫线;

1.7 保温层结构采用硬质聚氨酯保温管壳, 阻燃, 厚度60mm, 最高使用温度60℃。

2 伴热方法的选择

几种伴热方法的特点简要列于表1:

从表1可看出, 集肤效应电伴热适应于中、长距离条件各种管径管线的伴热, 它的优点是:伴热功率大, 电源供电点少 (单电源最大伴热长度24km) , 伴热效果好, 维修方便。本工程实例中的每根伴热管长2.1km, 又考虑到它敷设在管沟内, 选用集肤效应电伴热。

3 集肤效应电伴热的工作原理

3.1 集肤效应电伴热电缆

电缆的结构见图1。芯线一般为镀镍绞织铜丝母线, 绝缘层一般为含氟聚合物的绝缘层, 外护套一般为含氟聚合物的防磨损护套。

本工程采用全F46氟塑料30 mm2电缆。芯线采用二次复合镀锡19股铜线, 直流电阻小于1.16Ω/km。绝缘层厚度为1.2 mm, 最薄处不小于标准值的90%, 且表面光滑, 无色透明。外护套厚度0.8mm, 在耐磨性, 抗老化性和机械强度上达到国际先进水平。电缆的长期允许使用温度:100℃。电缆耐压等级:10 000 V。

3.2 工作原理

集肤效应电伴热系统主要由工艺管道、伴热热管和耐热集肤电缆 (见图1) 、保温层及保护外壳四部分组成, 见图2。伴热热管为具有铁磁性的钢管, 耐热集肤电缆穿在伴热热管中, 外面是是保温层和保护外壳, 集肤伴热管道构成见图3。

集肤效应现象就是交流电流通过导体时, 电流渐趋集中在导体表面通过的一种现象。

临近效应是一对通过反向等电流导体间的一种电磁现象, 高频反向电流流过相邻导体时, 由于磁电作用使导体内的电流偏向靠近另一个导体内的表面处流动。

根据管径的大小, 伴热温度的高低, 集肤效应伴热分为单管、双管和三管伴热等。耐热集肤电缆穿在伴热热管内, 在热管的终端, 电缆的芯线和热管相连。在电源端, 热管和集肤电缆之间连接交流电压, 见图4, 交流电流流经耐热集肤电缆和热热管时, 由于热管的铁磁特性和临近效应, 集肤效应现象迫使电流只能在热管的内壁流动, 产生热能, 而热管的外表面没有电流, 热管因此可以安全的接地。

集肤效应系统的阻抗小, 又能够承受高电压, 因此集肤效应系统特别适合长输管线, 根据不同的应用, 从单一供电点, 集肤效应系统就可以向长距离管线提供伴热。

4 集肤效应电伴热的电路和温度控制

根据管线伴热设计的基础参数, 计算出集肤效应伴热所需的伴热功率, 采用工频交流电供电电源, 选择一个电源变压器, 供电电压随实际设计所需确定, 二次供电电压最大可到33kV (根据耐热集肤电缆的绝缘层的耐受电压而定) , 一般单电源控制柜设在工艺管道敷设的中间位置, 变压器的一次侧设有断路器的过载、短路等电气保护, 变压器的次级设有调节范围, 每5%设一档, 共设5档, 通过真空接触器的主触头闭或合, 把交流电压加到或断开耐热集肤电缆和伴热热管的串联电路 (见图4) , 有电流流过伴热热管时, 热管就会对工艺管道进行伴热。在工艺管道上设有固态继电器式的温控器, 当温度低于电伴热维持温度时, 温控器的动合触点使真空接触器的线圈通电而动作, 有电流流过伴热热管而加热, 当温度高于电伴热维持温度时, 温控器的动合触点使接触器的线圈失电而动作, 没有电流流过伴热热管, 伴热热管不产生热 (见图5和图7) 。考虑温控器通过控制真空接触器的通断来控制工艺管道温度, 变压器的初级绕组要能够承受机械及电气的频繁开关, 频率为每天10次左右。变压器在这样的使用情况能保持正常的使用寿命。

本工程测温元件采用XMT-322, 安装在管线的外表面, 温控器的输出可根据用户的需求更改。变压器按两根管线同时工作设计, 采用三相T型专用加热变压器。要求变压器输入端三相不平行度不得大于10%。输入电压:10 000V, 输出电压: (2×1100V) ;变压器的二次侧设5个电压输出档位。输出电流:135 A, 变压器容量:360kVA;变压器效率:0.9。加热变压器和真空接触器等都安装在650 (宽) ×800 (深) ×2000 (高) 的控制柜内。控制柜盘面在前面小门的上方, 设温度值显示、温度范围调整、超温报警指示;电源指示;过电流指示;电压显示;电流显示;工作指示;停止指示;手动-自动切换。控制柜不带电的金属构件均接地, 见图6和图7。

本工程伴热管采用无缝钢管。需用2个钢质的首端接线盒、2个钢质的终端接线盒和60个钢质的中间接线盒。还需要272kg的导热胶泥。

5 电伴热替代蒸汽伴热将是必然趋势

以本工程的集肤效应电伴热与蒸汽伴热比较, 电伴热具有许多显著的优点:

5.1 电伴热比蒸汽伴热适应性广泛

蒸汽伴热不适合复杂管线伴热, 不适合远离装置的管线伴热, 若在北方冰冻的季节里, 安装在野外蒸汽伴热的回水管线可能被冻坏。

集肤效应电伴热适应所有长、短距离输送液体介质钢制管道的伴热和加热, 敷设方式适合复杂管线伴热, 适合远离装置的管线伴热, 适用任何场所, 如:地下直埋、水下、河流穿越、地面架空敷设、适用于易燃引爆场所直埋或架空。

5.2 电伴热比蒸汽伴热安全可靠

蒸汽伴热易烫伤人。

集肤效应电伴热由于伴热热管是碳钢管, 机械强度大, 密封良好, 对电缆有很好的保护作用。集肤电缆是特制耐热电缆, 由于集肤效应系统自身形成绝缘结构, 使工艺管道和伴热热管外表面均不带电, 工艺管道安全接地, 保证工艺管道始终是零电位, 做到安全可靠。

5.3 电伴热比蒸汽伴热便于实现自动化

蒸汽伴热始端高, 终端低, 温度不均匀, 难于控温, 不便于实现自动化。

集肤效应电伴热首尾端的加热温度是均匀的, 不会出现过热现象, 可以通过温度传感器进行温度检测, 通过闭环温控系统准确调节和控制, 实现无人管理自动化控制或遥控, 满足企业现代化发展的要求。

5.4 电伴热比蒸汽伴热维修方便、成本低

蒸汽伴热的维修工作量大, 需要定期更换蒸汽伴热管道, 成本高。

集肤效应电伴热由于热管一直沿着工艺管线固定, 工艺管线的温度变化非常小。发热元件是坚固的热管, 在野外也很难被损坏。几乎不需要维修。一旦绝缘集肤电缆损坏, 利用系统已有的接线盒可以方便的抽出和更换绝缘集肤电缆, 不会影响保温层。维修方便, 成本低。

5.5 电伴热比蒸汽伴热经济效益好

集肤效应电伴热一次初投资比蒸汽伴热高些, 但是, 运行费用、维修费用和管理费用却比蒸汽伴热低得多, 有资料表明, 经过技术经济比较, 电伴热一次投资比蒸汽伴热多的差额, 很快就从上面的其他费用回收, 经济效益比蒸汽伴热好。

5.6 电伴热和蒸汽伴热比较, 节能显著

蒸汽伴热对输送蒸汽本身也需要保温, 常有跑冒滴漏现象, 加热效率低。

耐热集肤电缆在伴热热管内, 伴热热管和工艺管道焊在一起, 外面加上保温层和保护外壳, 加热效率高。

有资料表明, 输油管道采用集肤效应伴热耗能为231kg/km标煤, 采用蒸汽伴热耗能为1813kg/km标煤。按1kWh=0.404kg标煤进行折算, 每km输油管道每h节约3 915.8kWh的电能。节能效果十分显著。

集肤效应电伴热由于具有以上诸多优点, 特别是经济效益好、节能效果显著, 符合我国的节能减排技术政策, 正受到用户、设计院的重视而得到越来越广泛的应用。

参考文献

煤化工装置蒸汽伴热改造分析篇3

1.1 蒸汽伴热的特点

在蒸汽伴热系统中, 伴热在主管道保温之前固定于主管上, 将低压蒸汽运入伴管。蒸汽伴热系统通常由现有装置主蒸汽系统供给蒸汽, 它包括:蒸汽供给管道、蒸汽伴热管道、蒸汽疏水器到冷凝液系统的返回管道组成。蒸汽伴热系统为管道提供了大量的热, 其可靠性和安全性都比较高, 但蒸汽伴热系统消耗的总能量是伴热管在所需温度实际能量的几倍甚至十几倍。同时蒸汽疏水器、蒸汽泄漏以及供给及返回系统都浪费了大量的能量。

1.2 热水伴热的特点

热水伴热系统与蒸汽伴热系统基本相似, 低温热水伴热虽然也是传统的伴热形式, 但其温位较低, 热量可以从其他装置中大量的工艺余热中获得, 而且伴热后的回水可以重复利用。

1.3 电伴热的特点

自调控伴热线的特点是它控制的温度精确。电伴热技术应用在输送线路复杂、管线温控要求精确、输送距离长的管路保温上, 有性能优越、质量可靠和使用寿命长 (通常为20年) 的明显优势。但一次性投资较高。

2 蒸汽伴热、热水伴热和电伴热消耗的计算

2.1 伴热蒸汽消耗量的校核

由于金属管壁引起的热阻与保温层的相比一般较小, 可以忽略不计, 因此管内外壁温度可视为相同。据此, 计算公式大为简化。散热损失可根据下式计算:

Q-单位长度管线的热损, W/m;tm-介质温度, ℃;te-环境温度, ℃;λ-保温材料导热系数, W/ (m.℃) ;ro-保温层外径, m;ri-保温层内径m;α-保温外表面对环境空气的对流传热系数, W/ (m2.℃) 。

蒸汽用量可以根据下式计算:

式中:f-蒸汽用量, t/h

Hυ-饱和蒸汽的焓降, kJ/kg

θ-热损失附加系数

假设被伴热管平均直径为200mm, 管内介质的温度为100℃, 保温层厚度为50mm, 保温材料以石棉纤维为主, 计算结果见表1。考虑到管线保温效果、疏水器泄漏、雨雪天气、风速等因素的影响, 散热损失会大于表1中理论计算所得的值, 单位长度伴热管的蒸汽消耗量也应大于按照相对理想的状况下计算得蒸汽消耗量。为此, 取蒸汽的消耗量为理论计算得的蒸汽消耗量的1.5倍, 不同环境温度下需要的蒸汽量即为表1最后一列的数据。

2.2 伴热热水消耗量的计算

根据蒸汽伴热时的散热损失即可由下式核算出

热水的消耗量:

式中:F-热水的质量流量, kg/h;Q-蒸汽伴热时的散热损失, W/m;Cp-水的比热, kJ/kg·℃;ΔT-热水伴热过程的温降, ℃。

在对各装置的计算中, 将用上述方法计算各个伴热管的热水消耗量。计算表1中各管的热水消耗量, 核算中伴热热水的温度为90℃, 回水温度为70℃, 伴热管直径为15mm管线, 不同环境温度对应的伴热水量见表2。

按照热水在伴管中的合理流速范围0.5m/s～3.0m/s, 即使按照环境温度-15℃时, 热水流速仍然处于合理范围的下限。

2.3 电伴热能耗的计算

参考国内采用电伴热的经验数据, 通过伴热温度自动精确控制系统, 平均热损量减少60%。电耗量可采用如下公式计算:如下表

3 投资收益评价

3.1 投资费用评价

由于装置原伴热为蒸汽伴热, 伴管可以利旧, 节省投资费用。投资估算如下:

可以看出热水伴热比电伴热投资费用低130万元。

3.2 操作费用评价

利用煤气化装置原先由冷却公用工程带走的工艺低温余热向伴管提供热量, 减少冷公用工程的消耗量同时可以大幅节约能耗费用。

可以看出热水伴热比电伴热操作费用低121万元。

3.3 年综合收益评价

3.3.1 伴热低压蒸汽消耗下降5吨/小时, 装置防冻时间按照4个月计算, 按照低压蒸汽价格185元/吨, 一年节省蒸汽费用266万元。

3.3.2 电能消耗:热水泵按照45KW计算, 按照电价0.607元/kwh, 每年电费7.9万元。

3.3.3 节省循环水160t/h, 按照循环水0.35元/吨, 全年折成本16.1万元。

3.3.4 检修维修费用, 保守估计节省5万元/年。

3.3.5 年综合节约生产成本为280万元。

4 结束语

根据以上对蒸汽伴热、电伴热、水伴热的比较和蒸汽改水伴热的计算和经济性分析, 可以得到以下结论:

(1) 蒸汽伴热改水伴热是最合理的改造方向。

(2) 该项改造总投资246万元, 每年节约生产成本280万元, 投资回收周期不足一年, 经济效益明显。

摘要：从技术、经济等方面, 对煤化工装置蒸汽伴热改造进行计算、比较, 结果表明, 蒸汽改热水伴热是合理的改造方式, 可以大幅度降低能耗, 提高能量利用率。

关键词：蒸汽伴热,热水伴热,电伴热,经济效益

参考文献

[1]何秉善, 周睿.蒸汽伴热改热水伴热的计算和分析[J].甘肃科技, 2009, 25 (11) :59-60.

[2]王少盖, 郑学锋.化工工艺管道蒸汽伴管的设计[J].化肥设计, 2008, 46 (1) :22-22.

蒸汽伴热在化工仪表中的应用篇4

关键词：蒸汽伴热,化工厂,疏水器,故障处理

0 引言

伴热作为一种有效的管道保温及防冻方案在化工厂中一直被广泛应用。兖矿国宏化工有限公司采用的伴热方式为蒸汽伴热,其工作原理是通过蒸汽伴热管道散热以补充被保温管道的热损失。

1 蒸汽伴热

仪表在冬天或气温较低时上冻,将引起数据显示不正常,甚至冻坏表、造成停车等,会严重影响工艺安全生产,所以仪表的保温伴热在冬季安全生产中至关重要。一般凡是水汽系统的压力、流量等引压管道的仪表都必须要进行伴热,对于含有水分的气路也必须进行伴热。伴热时要注意伴热管线与引压管线要有一定的距离,特别是液位的冷凝罐尽量不要进行伴热,因温度高时,会引起汽化造成液位不准确。

仪表蒸汽伴热示意图见图1。蒸汽走向:系统蒸汽→总进汽→放空(倒淋)→分管线→一次阀→仪表管钱→仪表表箱→回水阀→疏水器→回水集管→回水总阀→凝结水系统。

组成材料:Φ18×3、Φ18×2碳钢管、Φ14×2不锈钢管;承插焊闸阀DN15PN125,高压DN15PN600;热动力疏水器DN15PN125,高压DN15PN600;金属缠绕垫,根据疏水器的公称通径和压力等级决定;螺栓M10×60、M10×80、M12×60、M12×80。

2 疏水器的作用及安装

2.1 作用

冬季仪表蒸汽伴热很多故障都来自疏水器。疏水器的作用是排水阻汽,既保证仪表的伴热,又降低蒸汽的消耗量,起到节能的效果。疏水器是一个自动的阀门,当蒸汽变成冷凝液时,温度随之降低,疏水器中的受热元件收缩,将针型阀门打开进行排凝。在此过程中,冷凝液的流动,不可避免的将蒸汽带出,但蒸汽会加热疏水器中的受热元件使之膨胀,将阀门关闭。此受热元件的位置是可以调整的,当疏水器的排汽量过大时,可将位置压紧一些,反之将位置松开一些。

蒸汽疏水器是将蒸汽系统中的凝结水、空气和二氧化碳气体尽快排出,并最大限度地自动防止蒸汽的泄露。实际运行中有许多因素会影响蒸汽疏水器的工作效果,如选型、安装、使用等。

2.2 疏水器的安装

在安装疏水器之前要用带压蒸汽吹扫管道,清除管道中的杂物。疏水器前要安装阀门,方便疏水器随时捡修,凝结水流向要与疏水器安装箭头标志一致。疏水器应安装在仪表管伴热管路的最低处,及时排出凝结水,避免管道产生汽阻。蒸汽疏水器不要串联安装,每台仪表伴热应该各自安装疏水器。疏水器后如有凝结水回收,疏水器出水管应从回收总管的上面接入总管,减少背压,防止回流;另外,不同压力等级的管线要分开回收。疏水器后凝结水回收总管不能爬坡,会增加疏水器的背压。疏水器在整个蒸汽伴热系统中被认为是个小配件,但对系统工作和经济运行影响很大。需勤检修,使疏水器经常处在良好的工作状态下,才能达到最佳节能效果。

3 常见故障及处理

兖矿国宏化工有限公司自2007年冬季投用蒸汽伴热,常见故障及处理方法如下。

3.1 伴热不热

这是蒸汽伴热最常见的故障。伴热不热的原因有3种:

(1)伴热未投用。在仪表蒸汽伴热走向图中,进气集管的进气阀、一次阀或回水阀如果关闭,则伴热未投用。所以投用蒸汽伴热时,应先检查各个进气回水阀是否打开。

(2)疏水器或回水阀堵。检查仪表蒸汽伴热时,如果伴热管不热,应采取分段处理问题的方法,逐段检查是什么原因导致伴热管不热。如果是由于疏水器或回水阀堵,则应清洗或更换疏水器、回水阀。

(3)伴热管安装方式不规范。国宏公司热电车间1.1MPa减温减压站压力PT-6803、PT6804多次出现冬季伴热管、导压管上冻现象。研究发现,两个压力点的伴热管未单独供气,伴热管之间存在串联现象,如图2(a)所示。显然蒸汽伴热管的安装不规范,改造后安装如图2(b)所示。改造后蒸汽伴热运行正常。

为避免冬季伴热管不热现象,仪表包机人应按预定巡检路线定期巡检,巡检中要检查伴热管线阀门是否正常、疏水装置是否正常、保温材料安装是否完好,及时解决现场发生的保温伴热问题。

3.2 伴热管线存在漏点

在冬季运行时,蒸汽伴热管道经常会出现“跑、冒、滴、漏”现象,为了确保伴热仪表的运行安全,仪表运行班要对漏点及时处理。例如,回水阀漏通常要检查阀前后连接处有无垫片或紧固是否到位;伴热管上有“沙眼”或伴热管裂造成漏点,则需办理相关票证后,对伴热管进行焊接漏点或换管,漏点处理后要对伴热管及时保温。

3.3 伴热管冻

冬季仪表工巡检时,发现伴热管冻,应检查仪表导压管是否冻,如果仪表导压管冻,要先用蒸汽吹通仪表导压管,再将伴热管吹通。然后确认造成伴热管冻的原因,如果疏水器或回水阀堵造成伴热管冻,则需清洗疏水器或回水阀;保温不到位造成伴热管冻,则需做好保温工作。