王苗 李文君

摘要：我國(guó)從國(guó)外引進(jìn)了一種原油簡(jiǎn)介加熱爐系統(tǒng)——熱媒爐。熱媒爐爐管內(nèi)流動(dòng)的是一種載熱介質(zhì)，它先后流經(jīng)對(duì)流段和輻射段爐管，升高溫度而帶走加熱爐爐膛和煙道中燃燒產(chǎn)物的熱量。載熱介質(zhì)離開加熱爐，流入換熱器將大部分熱量傳給原油，把原油加熱到輸送所需的溫度。冷卻后的載熱介質(zhì)再送回加熱爐吸收熱量，完成了對(duì)原有的間接加熱。本文主要針對(duì)本院伊朗YADA項(xiàng)目來(lái)介紹熱媒爐的工藝流程和使用情況。

關(guān)鍵詞：熱媒爐；熱媒；循環(huán)系統(tǒng)；

中圖分類號(hào)：TK17文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-3520（2014）-06-00255-02一、引言

熱媒爐是一種間接加熱設(shè)備，它主要用來(lái)對(duì)管輸原油進(jìn)行中途加熱，以利于原油在管道中進(jìn)行輸送。伊朗YADA項(xiàng)目中的熱媒系統(tǒng)是在正常工況下，為重油區(qū)、輕油區(qū)以及脫氧橇提供加熱設(shè)備的系統(tǒng)。它是一個(gè)主要由熱媒爐、用戶、熱媒循環(huán)泵組成的一個(gè)閉式循環(huán)系統(tǒng)。

目前，國(guó)內(nèi)使用的熱媒爐系統(tǒng)具有運(yùn)行安全可靠，原油流經(jīng)加熱裝置時(shí)壓力損失小和自動(dòng)化控制技術(shù)比較成熟等三大優(yōu)點(diǎn)。因此，熱媒爐在原油管道運(yùn)輸中得到較廣泛的應(yīng)用。

二、熱媒系統(tǒng)工藝流程

熱媒系統(tǒng)通過(guò)管路的進(jìn)回油閥調(diào)節(jié)流量來(lái)控制溫度，滿足對(duì)不同工藝溫度控制的要求。

（一）閉式供熱循環(huán)系統(tǒng)

熱媒回路是通過(guò)電加熱器加熱由熱媒循環(huán)泵輸送的熱媒循環(huán)系統(tǒng)，是整個(gè)裝置熱量的來(lái)源。系統(tǒng)由熱媒爐、熱媒電加熱器、熱媒循環(huán)泵等設(shè)備及連接管道組成。其中，此系統(tǒng)供熱的途徑是直接通過(guò)加熱設(shè)備。

熱媒爐將熱媒油加熱到220℃，供給給重油系列、輕油系列和脫氧橇等用戶作為加熱介質(zhì)進(jìn)行熱交換。換熱后，溫度降至180℃，經(jīng)由熱媒循環(huán)泵打回?zé)崦綘t再一次加熱，從而形成閉式供熱循環(huán)系統(tǒng)。

（二）10%流量的持續(xù)循環(huán)過(guò)濾系統(tǒng)

熱媒油經(jīng)過(guò)熱媒爐加熱后，可能會(huì)出現(xiàn)部分結(jié)焦現(xiàn)象，污染熱媒油。因而，為了避免這種結(jié)焦現(xiàn)象的產(chǎn)生以及管線中其他雜質(zhì)的污染，在熱媒循環(huán)泵后設(shè)立兩個(gè)熱媒過(guò)濾器（一用一備），持續(xù)地對(duì)總流量10%的熱媒油進(jìn)行過(guò)濾。這是伊朗YADA項(xiàng)目工藝工程師與設(shè)備工程師等多次協(xié)商、結(jié)合之后，所確定的特有的工藝流程。

（三）內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)

在緊急工況時(shí)，如廠區(qū)突然停電的情況下，熱媒循環(huán)泵停止工作，利用廠區(qū)的應(yīng)急電源，開啟兩臺(tái)緊急關(guān)斷泵和空冷器，與熱媒爐組成一個(gè)內(nèi)循環(huán)系統(tǒng)。其中，緊急關(guān)斷泵的流量是熱媒循環(huán)泵流量的20%。通過(guò)熱媒爐加熱后的熱媒油流經(jīng)空冷器，利用空冷器來(lái)冷卻循環(huán)熱媒油，防止其在熱媒爐內(nèi)過(guò)度升溫，從而降低整個(gè)系統(tǒng)的溫度。在整個(gè)系統(tǒng)中，熱媒膨脹罐起到一個(gè)緩沖的作用，對(duì)整個(gè)廠區(qū)的熱媒油流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

（四）冷卻水循環(huán)系統(tǒng)

由于伊朗是沙漠氣候，水資源匱乏，所以整個(gè)熱媒系統(tǒng)采用冷卻水循環(huán)系統(tǒng)，對(duì)泵的軸承進(jìn)行降溫，從而大大提高了水資源的利用率。

在正常工況下，冷卻水從冷卻水系統(tǒng)進(jìn)入熱媒循環(huán)泵，對(duì)其軸承進(jìn)行降溫。當(dāng)熱交換完畢后，冷卻水被冷卻水泵打回冷卻水系統(tǒng)，通過(guò)冷卻水系統(tǒng)的空冷器，對(duì)溫度升高的冷卻水降溫，從而反復(fù)利用，形成熱媒循環(huán)泵的冷卻水循環(huán)系統(tǒng)。

但在緊急工況下，熱媒循環(huán)泵和冷卻水系統(tǒng)均停止運(yùn)行，緊急關(guān)斷泵啟用。在常壓狀態(tài)下，由整個(gè)廠區(qū)的地下水系統(tǒng)，對(duì)緊急關(guān)斷泵的軸承進(jìn)行冷卻，冷卻過(guò)后的水進(jìn)入開排系統(tǒng)，回收利用。

三、熱媒泵的應(yīng)力計(jì)算

由于熱媒循環(huán)泵和熱媒關(guān)斷泵均為離心泵，所以在應(yīng)力計(jì)算時(shí)執(zhí)行的是API610（即《石油、化學(xué)、天然氣工業(yè)用離心泵》）標(biāo)準(zhǔn)。

我們?cè)谧鰬?yīng)力計(jì)算時(shí)，是要將熱媒循環(huán)泵和緊急關(guān)斷泵作為一個(gè)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行考慮的。根據(jù)工藝條件，循環(huán)泵為三用一備，并且正常工況下，緊急關(guān)斷泵不運(yùn)行，從而造成整個(gè)系統(tǒng)是冷熱共存的狀態(tài)，因此管嘴受扭，力矩超標(biāo)，應(yīng)力不滿足。

由圖1和圖2可以看出，應(yīng)力計(jì)算模型和熱媒泵系統(tǒng)的安裝圖是對(duì)應(yīng)關(guān)系，我們由應(yīng)力計(jì)算來(lái)校核配管安裝的同時(shí)也對(duì)配管安裝發(fā)揮不可忽視的指導(dǎo)作用，二者同時(shí)進(jìn)行，相輔相成。

圖1 熱媒泵系統(tǒng)的配管安裝圖

圖2 熱媒泵系統(tǒng)的應(yīng)力計(jì)算模型

由于熱媒管線具有管徑大、溫度高的特點(diǎn)，因而要增加其柔性，減少管嘴的荷載，其方法有以下幾點(diǎn)。

（一）改變管道走向

一般情況下，管線拐彎越多，柔性越好。因此，在管道設(shè)計(jì)時(shí)，如果將管道布置成一個(gè)有較好的柔性的空間幾何形狀（如圖1所示），就可以有效的降低由管道熱脹或附加位移而產(chǎn)生的應(yīng)力，也可以有效地降低管道對(duì)相連設(shè)備和約束點(diǎn)的附加力。

（二）增加彈簧支吊架

選用彈簧支吊架，可使支架處存在垂直位移，從而將約束放松，增加管系的柔性。在增加彈簧支架的同時(shí)，對(duì)于大管徑的管子，也可以搭配減摩支架、導(dǎo)向支架、限位支架共同使用，也能大大減少管嘴荷載（如圖3所示）。

圖3 支架圖

其中，限位支架的作用是減小順管子方向的位移，在安裝方面，要求放在與管嘴同一水平線上。

（三）增加暖泵線

由于熱媒泵系統(tǒng)中總是冷熱共存的狀態(tài)，造成應(yīng)力計(jì)算非常大的困難，因而，與工藝專業(yè)協(xié)商之后在每臺(tái)泵都增加一條暖泵線（如圖4所示）。

圖4 熱媒循環(huán)泵PID

由于止回閥的方向不能使管道內(nèi)液體倒流，所以在停泵的狀態(tài)下，系統(tǒng)中有冷油的存在。當(dāng)添加暖泵線之后，鎖開（LO）閘閥的存在，并且閥后的壓力高于閥前的壓力，似的熱媒系統(tǒng)中有一部分熱媒有倒流，保證未運(yùn)行的那臺(tái)泵與其他泵的溫度相同，從而系統(tǒng)一直保持熱態(tài)，滿足應(yīng)力的計(jì)算要求。暖泵線的配管安裝如圖5所示。

圖5 熱媒循環(huán)泵配管安裝

應(yīng)力計(jì)算結(jié)果如圖6所示，當(dāng)一次應(yīng)力計(jì)算結(jié)果小于70%時(shí)，配管安裝就滿足應(yīng)力要求。

圖6 應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

四、總結(jié)

熱媒系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，自動(dòng)化控制系統(tǒng)比較完善，安全措施比較齊全。由于系統(tǒng)復(fù)雜，所以維護(hù)量相對(duì)較大，所涉及到的設(shè)備和知識(shí)較多，因此對(duì)熱媒系統(tǒng)進(jìn)行深入的學(xué)習(xí)，系統(tǒng)掌握熱媒系統(tǒng)的有關(guān)知識(shí)，以及日常操作等各項(xiàng)工作非常重要。

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