化工生产装置保温伴热要素分析

杜 锴

(沈阳市胜华天合工程有限公司，沈阳 110141)

1 装置保温需求的决定要素

1.1 气候要求

化工生产装置的保温伴热需求，与生产装置所在的地域有直接联系。地区的不同，对采暖的需求不同。在我国北方，季节特征明显，冬夏界线分明;而南方季节分界模糊，气候相对温和。因此，在对不同地区生产装置的整体保温设计上，要本着设计理念相同、设计思路迥异的原则，因地制宜、因势利导，根据其气候特征进行设计，实现保温的目标。

以北方为例，季节温差很大，在采暖设计上，要更加注重温度控制的灵活性和自如性。对每个架台、每段分配台都要进行独立的取热开关。另外，北方的采暖，需要对采暖区域进行温度隔绝，以减少热损失。通常的办法是用绝热材料如岩棉等进行外层护套加装，这些施工的结果，会导致分配台的管线区分模糊，为此，施工单位需要在分配台的醒目处加设提示牌，标明伴热管线的去向、阀门的辖区，以方便操作。

1.2 生产需求

化工企业的不同生产线对生产的需求各有不同，每套工艺流程对系统的温度要求不同，当温度指标发生改变，整个系统就会产生生产波动。保温设施的引入，解决了生产过程中对恒温值的需求。针对不同的生产系统，设计符合其需求的保温伴热系统，根据生产单元的生产情况，投用与之匹配的伴热系统，以保证生产装置的正常运行。

1.3 介质需求

不同的介质，对保温的需求也不同。原油、重油等易凝结的介质，在管路输送过程中，由于温度逐渐降低，粘度逐渐增大，甚至会凝固影响生产。因此，在选择对流动介质的装置和管线进行保温和伴热时，必须从源头开始加装保温措施，如在该物料管道附近加蒸汽等伴管，以维持物料一定的温度。如材质不同，注意采取隔离措施避免伴管与工艺管道的接触腐蚀。对于静态介质的保温和伴热，只需对储罐和容器进行相应的保温与伴热就可以实现。对于动态储罐，则可以根据管线情况和介质特性进行保温与伴热。

2 决定装置伴热措施要素与实施

2.1 决定装置伴热措施要素

影响化工生产装置的保温伴热因素主要包括环境温度、介质的物理特性、装置的操作指标、系统的反应条件等，从装置的架构特点和系统内介质特点以及产品的物理特性三个方面决定了这些要素在实施保温伴热过程中的条件和要求。

2.1.1 装置的架构特点决定保温伴热措施的要素

生产装置内管线纵横、塔罐林立。不同的装置架构和设备布局对采暖伴热有不同的需求。对于保温层和保温管线的敷设，首先要根据生产装置架构情况来进行设计和布线。

2.1.1.1 炼塔和储罐

炼塔由多层塔盘组成，对于炼塔的塔身进行保温材料加厚时，要注意塔体的仪表和设备，对设备的开口处、塔的人孔等都要留有维护开口，确保设备检维修时的破损面最小。炼塔和储罐外层的保温材料，既要保证厚度均匀，又要对预留开口处进行足够的保温防护。

对于塔身安装的仪器和设备，要单独进行保温和伴热。需要温水伴热的，布线应敷设在保温层外面，防止管线泄漏时进行拆检和堵漏。设有仪表保温箱的，要保证保温箱的开关润滑和密封，避免仪器投用、检查过程中保温箱开启障碍，保证保温效果和使用顺畅。

2.1.1.2 管廊和架台

化工生产装置的主体，除了炼塔、储罐，更多的就是管廊和架台。大型的设备和各种仪器仪表，都分布在错落有致的架台和纵横交错的管廊。而伴热分配台成为这些管廊和架台的恒温保护伞，成为化工生产装置伴热文化的主干。通常，伴热分配台就地设置，采用就近、就低的原则。

管廊的保温，通常在装置建设期间做好预留，管线对接、保温层敷设，前后衔接。架台上的保温相对复杂，也有足够的时间和空间进行修改和调整。

2.1.2 系统内介质特点决定保温伴热措施的要素

系统内介质的物理特性，对保温伴热措施的选择具有决定性的作用。在化工生产中，需要各种原料来实现生产任务。有的介质对温度的要求很高，环境温差不满足其储存和运送条件，就会发生三态改变;有的介质的凝固取决于反应釜内外的环境，当温差超出了其存在状态的指标要求，介质就会发生冷凝、气化或者聚合。

2.1.2.1 装置的传输管线的保温

介质在输送管线的保温伴热取决于管线的使用频次。若同一管线只用于同一种介质的传输，则系统保温伴热只做单一考虑即可。对于规模较小的生产企业，一条输送管线可能会用于多种介质的传输，通过工艺管线切换来实现不同用途，这种形式的传输管线，在保温伴热设计时要考虑多种因素;大型生产装置对管线、设备的使用比较严格和专一，通常都是配置系统的专业传输管线网络，实现专线专用，保温措施可根据传输介质定向制定。

2.1.2.2 装置的反应系统的保温

介质在系统内进行反应实现生产操作时，系统内的管线情况、反应要求等，都会对介质的三态产生影响，必须根据操作的需要进行相应的保温和伴热措施。比如，管线内环境温度低于介质的熔点，就会导致介质发生凝固，这种情况多发生在化工生产的高温高压环节。通过系统的保温和伴热，来实现介质温度的恒定，协助装置完成整个反应过程。

有的系统受反应条件的限制，对反应系统内部进行一定的技术处理，比如:真空反应系统，当真空管内外温度差较大时，管内介质就会发生冷凝，破坏原有的真空度。这样的管线需要进行特殊的技术处理，对保温材料的选用也有一定的要求;反应塔的塔身内外存在的温差，会导致塔内介质气相冷凝发生聚合;等等。避免真空度的破坏、防止聚合的发生，这些都需要采取相应的保温和伴热措施。

2.1.2.3 装置的储存罐体的保温

化工行业生产装置中，有一个特殊的装置群，那就是罐区。所有的原料、半成品、成品都要经过储罐的保存运送到各自需要的工号。储罐的保温伴热受管内介质属性约束，油品在一定的温度下会凝固，需要通过蒸汽伴热来保存，当外界环境温度发生改变时，对伴热量的需求就会发生改变。

2.1.3 产品的物理特性决定保温伴热措施的要素

产品在管线中输送和在储罐内存储，都有一定的环境要求，这些环境要求构成了产品在管线和储罐内的保温措施要素。

根据产品的凝固点、熔点的不同，对产品流经的管线和储罐进行相应的保温伴热措施，保证产品的各项指标符合出厂要求和标准。

2.2 生产装置保温伴热措施的实施

我们以某炼塔的反应系统伴热实施为例，来说明保温伴热具体实施情况。

从图1中我们可以看到，该反应系统的伴热系统采用蒸汽伴热和水伴热两种形式。点画线回路为蒸汽伴热回路;虚线回路为水伴热回路，实线回路是系统的工艺管线。

图1 某系统伴热管线布线图Fig.1 Some system tracing line layout diagram

图2 伴热分配台示意图Fig.2 Tracing assignment platform diagram

系统通过水伴热或蒸汽伴热实现采暖，伴热管线与工艺反应管线紧密贴在一起，通过固定管卡捆绑，外层敷设岩棉形成保温层，再用镀锌铁皮进行加固和防护。每套伴热系统由来水线路和回水线路组成，在回水分配台的分支线路上，开关阀前加装视镜(水伴热)和疏水器(蒸汽伴热)。

为方便操作，伴热分配台设在架台的宽敞处或地面，分配台的设置采取就近、就低、方便的原则。就近设置有利于伴热回流的通畅和伴热效果的实现，更利于操作和充分利用能源。就低主要从操作角度考虑，更加人文和方便。图2是我们截取的一个伴热分配台的使用情况示意图。

从图2中我们可以看到本系统将给水分配台设置在接近塔顶处，回水分配台设置在塔附近的四楼架台，这主要是考虑到装置的伴热需要和伴热管线的伴热分布。整个水伴热系统为塔-2018实现温水伴热，从分配台示意图中可以看到，NDH 1006 01～08是该伴热系统的给水开关阀，NCH 1006是该伴热系统的回水开关阀，每个序号对应来回水，操作人员可以根据图中提示进行操作和控制。当然，图2所对应的现场也应该有同样的标记与图纸匹配，实现图纸、现场的一致。通常，现场采用镀锌铁皮挂签，铁皮上进行喷码，保持字迹不脱落，标签拴在阀体不可移动部位，确保标识清晰明了。

3 保温伴热的设备和材料

3.1 疏水器的选用

采用蒸汽伴热实现采暖的保温伴热系统中，疏水阀是必不可少的设备之一，通过疏水阀开度的调节，实现保温伴热的最佳效果和能源利用的最大化，是保温伴热系统不懈追求的目标。疏水阀基本的工作原理就是利用蒸汽和水的重量差和温度差来实现疏水的目的，它能够迅速排除系统内产生的凝结水，并防止蒸汽泄漏。选用合适排量等级的疏水阀不仅可以节约能源，而且可以保证伴热系统的畅通运行，实现保温伴热理想效果。

在对疏水阀选型过程中必须要遵循以下条件:

1.根据耗汽量确定疏水阀的最大凝结水量。系统在开车和正常运行时凝结水发生量是不同的，因此，选用疏水阀之前必须对系统的耗汽量进行统计，根据化工装置中蒸汽伴热情况，通常按照系统每小时耗汽量的2.5倍左右来选择疏水阀的排水量。从而保证疏水阀在投用后能尽快排出凝结水，迅速提高系统的加热温度。反之，会造成凝结水不能及时排出，降低热效率。

2.根据工作压差来选择疏水阀的排水量。疏水阀选用时容易被混淆的两个概念是公称压力和工作压差。公称压力提供的信息是疏水阀阀体所能承受的压力等级，而工作压差是疏水阀工作时需要满足的操作指标。因此，在选择疏水阀时要根据工作压差来选择，而不是依据阀门的公称压力来选择。也就是说，要对系统所选用疏水阀的阀前工作压力和出口背压的值有充分的了解，依据前后压差来选择疏水阀的排水量。

3.根据蒸汽管线的作用选择疏水阀类型。蒸汽管线的伴热需求是选择疏水阀的重要依据。疏水阀根据工作原理可分为机械型、热静力型、热动力型、特殊型，而每个类型都会对阀门的种类和型号进行细分，伴热管线的疏水阀要根据现场的实际情况和伴热的实际需求来选择，比如对于早晚温差不同时伴热压力发生改变、蒸汽温度发生相应变化的系统，在选用热静力型疏水器时，可根据该使用条件选用膜盒式;而对于直排式伴热系统，如果压力瞬间波动幅度较大，则可以选择热静力型疏水器中的双金属片式等等。

3.2 系统管线和胶管

根据伴热系统的需要，对总分配台和支分配台的配管进行选择，温水伴热系统和蒸汽伴热系统在配管选择上采用不锈钢管和镀锌管。

对于伴热系统的母系统，如果装置的要求较高，反应釜内介质易腐蚀和毒性较强，通常根据介质需要选用不锈钢配管。

对于普通化工装置，选用镀锌铁管。不锈钢管的成本造价要高于镀锌铁管，因此两种选择都是基于实用和费用考虑，既保证装置安全生产又尽可能避免浪费。

胶管用于伴热末端的疏水和局部冻凝时的紧急热传导和热排放。胶管的选择主要是依据伴热系统尾端的开口尺寸，满足系统连接。

3.3 保温材料

根据装置内伴热系统的不同位置和实际需要选用保温材料，如岩棉管、岩棉板、岩棉条。

在敷设保温材料的区域，必须保证设施和管道表面干燥无油脂、无泄漏、无锈蚀，敷设完毕进行外部防护，采用镀锌铁皮卯榫，防止损坏和裸露。接头盒对缝必须紧密，从而尽可能地避免热损失。另外，化工生产装置都属于高温、高压作业，对于保温层的敷设还需要加装专业的保温钉实现外护。

3.4 镀锌铁皮

镀锌铁皮俗称白铁皮，是经过镀锌的低碳钢薄板，通常厚度为0.44～1.22 mm，镀锌层厚度不小于0.02 mm。经过镀锌处理的铁皮不易生锈腐蚀，在化工生产装置的保温系统中用于保温层的外护。

4 保温伴热建议

4.1 做好图纸档案管理

档案管理是对生产装置运行管理的必要手段。化工生产装置的管线布局复杂，保温层敷设下的管线纵横交错，辨识错误会给生产带来极大的隐患。尤其要注意的是区分生产管线和伴热管线，避免误操作。

档案管理作为化工生产管理的重要组成部分，对装置的采暖伴热系统的保护也有着极为重要的意义和作用。做好保温伴热的图纸归档，确保保温伴热系统的完善，为系统有效运行提供保障，更为保温伴热系统的后期改造提供依据。

4.2 做好现场标签

化工生产装置中管网纵横管线密布，即使是常年在现场从事一线操作的优秀操作工也会遇到管线辨识不确定情形，因此，现场标签十分必要。现场标签的规范、清晰不仅能够帮助操作人员快速辨识管线用途、介质走向和使用状态，而且能够帮助新上岗的操作人员快速厘清现场，并辅助他们完成各种必要的操作。

在进行现场标签标记时，要注意通用颜色和标识的使用，如消防管线和伴热管线都要用专业的颜色进行区分。伴热管线通常都外敷保温层，避免热损失。保温层的涂漆通常选用绿色，生产和反应管线用灰色。

除了进行管线的通用标记外，还要对管线和分配台的阀门进行专门的标签处理。比较常用的是采用镀锌铁皮悬挂，将喷有该阀位号和来回水标记的铁皮标签拴在阀门固定的手柄上。铁皮标签要与档案图纸的阀门标记一致，确保信息准确。

4.3 做好运行记录

运行记录是对一个系统运行情况的最直观的反应，更是技术人员进行技术分析的有力依据。对于化工生产装置的保温伴热系统而言，不仅需要制定合理有效的采暖控制方案，来平衡能源使用和装置的需要;而且要保留完整的运行记录，包括对伴热管线的温度、阀门开度、室外温度进行记录，这些数据信息，将成为技术人员对今后供暖指标形成的依据，以及对当前系统不完善部位的修整、重置和改善。

5 结语

化工生产装置的保温伴热是化工生产过程中非常关键的一环，研究化工生产装置中保温与伴热的要素分析，对生产装置的平稳高效运行有着至关重要的作用。本文通过对化工一线的操作实践和各种伴热形式的汇总，从装置的架构特点、系统内介质特点、产品的物理特性等方面探究了化工生产装置采暖伴热的要素，为化工生产装置采暖伴热提供全新的思路和有效的借鉴。

［1］韩文光.化工装置实用操作技术指南［M］.北京:化学工业出版社，2001.

［2］胡安定.炼油化工设备腐蚀与防护案例［M］.北京:中国石化出版社，2010.

［3］中国建筑标准设计研究院.管道和设备保温、防结露及电伴热(建筑标准图集)—给水排水专业［M］.北京:中国计划出版社，2008.