一體化自伴熱節流裝置技術開發及應用

裴炳安， 邱敬敏，張嘉尹

(1. 中石化洛陽工程有限公司，河南 洛陽 471003；2. 中石化勝利油田分公司石油化工總廠，山東 東營 257019；3. 溫州市捷達石化儀表有限公司，浙江 溫州 325000)

一體化自伴熱節流裝置技術開發及應用

裴炳安1， 邱敬敏2，張嘉尹3

(1. 中石化洛陽工程有限公司，河南 洛陽 471003；2. 中石化勝利油田分公司石油化工總廠，山東 東營 257019；3. 溫州市捷達石化儀表有限公司，浙江 溫州 325000)

針對石油和化工生產裝置中節流裝置冬季保溫伴熱存在的能耗高、“跑冒滴漏”現象嚴重、儀表維護工作量大等問題，提出了將節流裝置、儀表引壓管、差壓變送器及安裝附件等集成為一體的理念；介紹了一體化自伴熱節流裝置在結構設計、專用保溫箱設計、散熱面積可調及適應性、節能降耗等方面的技術特點，對一體化自伴熱節流裝置不同公稱直徑時采用的取壓型式和取壓短管型式，不同工藝介質條件時變送器和保溫箱的結構形式和安裝方式等進行了詳細說明；并根據該節流裝置的使用情況，對該產品的推廣應用提出了意見和建議。

節流裝置 一體化 自伴熱 取壓型式 專用儀表箱 節能降耗

在煉油和化工等生產裝置中，節流裝置是應用較廣泛的差壓式流量檢測儀表之一。節流裝置流量計由節流裝置和差壓變送器組成，節流裝置直接安裝在工藝管道上，差壓變送器一般安裝在附近地面或設備平臺上。由于在節流裝置和差壓變送器之間的儀表引壓管內工藝介質是不流動的，因而在冬季或環境溫度較低時，儀表引壓管內的工藝介質經常會發生凍凝，從而導致流量計無法正常工作。為了防止儀表引壓管路冬季或環境溫度較低時發生堵塞，必須對引壓管路進行保溫或伴熱。常規節流裝置儀表伴熱系統存在以下問題：

1) 伴熱管路熱量只有一部分用來維持引壓管內介質溫度，剩余熱量則散發到周圍環境中損耗掉。

2) 工藝管道內高溫介質的熱量沒有得到有效利用。

3) 保溫伴熱系統結構復雜，連接件較多，伴熱管路較長，儀表維護工作量較大。

4) 伴熱管路靜密封點較多，使用年限越長，“跑冒滴漏”現象越嚴重，能耗越高。

5) 伴熱管路泄漏時封堵漏點經常需要動火，存在潛在安全隱患。

6) 引壓管路和伴熱管路現場施工工程量較大，施工質量參差不齊，直接影響節流裝置的測量精度和長周期使用。

為了降低節流裝置儀表伴熱系統的能耗和現場維護工作量，減少施工安裝費用和使用維護成本，提高儀表安裝質量，2003年，筆者所在單位聯合對勝利油田石油化工總廠焦化裝置采用的節流裝置儀表引壓管路配管方案、儀表保溫伴熱方案、儀表保溫箱結構等進行了深入研究和分析，提出將節流裝置、引壓管路、差壓變送器、儀表保溫箱等與自伴熱技術集成一體的理念，并研究開發出了一種新型一體化自伴熱節流裝置。該節流裝置采用取壓法蘭側面打孔技術，整體結構更加緊湊合理；專用儀表保溫箱能夠靈活調整散熱面積，適應不同環境溫度和介質溫度時的使用需求。2011年，該節流裝置獲得國家專利局頒發的實用新型專利授權。

1 一體化自伴熱節流裝置技術開發

1.1技術特點

一體化自伴熱節流裝置采用節流裝置、儀表引壓管路、差壓變送器及安裝附件一體化安裝方式，儀表引壓管路從原來的平均15m左右縮短到1m以內，節省了大量儀表引壓管。此外，由于將引壓管路和變送器最大限度地貼近工藝管道，利用介質熱量對其進行伴熱，取消了常規的熱水或蒸汽伴熱系統，起到了節能降耗、減本增效的目的。該節流裝置在結構設計上有以下技術特點：

1) 結構緊湊。在一體化自伴熱節流裝置中，節流裝置、引壓短管、一次取壓閥、冷凝容器、三閥組、差壓變送器等集成為一體，安裝空間更加緊湊。由于引壓管路縮短，減小了測量滯后，儀表測量精度也更高。

2) 專用保溫箱。該節流裝置可根據用戶實際需求，采用不同結構形式的專用保溫箱。

C/C-SiC復合材料，是對C/C復合材料進行基體改性后獲得的復合材料。C/C復合材料在高溫下強度高，但抗氧化性差，用SiC陶瓷對其進行基體改性可提高 1 400 ℃ 高溫下的抗氧化性能[7]，而且SiC在 2 000 ℃ 高溫氧化后形成熔融的玻璃相[8]，表現出較好的表面浸潤性和愈合性能，由此提高了C/C-SiC復合材料的高溫抗氧化性。

3) 散熱面積可調。該節流裝置的專用保溫箱可以根據環境溫度和介質溫度變化，現場靈活調整保溫箱內保溫層厚度和保溫箱散熱面積，滿足保溫箱冬季需保溫，夏季需散熱等不同需求。

4) 維護工作量小。該節流裝置的熱源穩定可靠，由于取消了伴熱管路，使用時不會出現常規伴熱系統經常發生的伴熱管腐蝕、蒸汽泄漏等現象，降低了儀表維護工作量。

5) 適應性強。為了適應環境溫度變化，提高自伴熱的可靠性，可在引壓管路中安裝隔離容器，從而根據環境溫度變化情況可加入不同種類的防凍隔離液。

6) 節能降耗。該節流裝置利用工藝介質自身的熱量對儀表進行伴熱，減少了熱水或蒸汽系統的熱量消耗。

1.2取壓方式

一體化自伴熱節流裝置根據取壓法蘭公稱直徑大小，采用如下取壓方式：

1) 節流裝置取壓法蘭DN≤80，采取端面打孔取壓型式。

2) 節流裝置取壓法蘭DN≥100，采用側面打孔取壓型式，如圖1所示。

圖1 一體化自伴熱節流裝置側面打孔取壓型式

1.3取壓短管型式

一體化自伴熱節流裝置根據取壓法蘭DN大小和取壓方位位置，采用以下取壓短管型式，如圖2所示：

1) 節流裝置取壓法蘭DN≤100，且下45°取壓時，采用U型管取壓短管。

2) 節流裝置取壓法蘭DN≥150，且下45°取壓時，采用直角型取壓短管(也稱外彎管型取壓短管)。

3) 節流裝置取壓法蘭150≤DN≤350，且水平取壓時，采用直角型取壓短管(也稱外彎管型取壓短管)。

4) 節流裝置取壓法蘭DN≥400，且水平取壓時，采用直管型取壓短管。

圖2 一體化自伴熱節流裝置取壓短管型式

1.4安裝要求

當節流裝置安裝在垂直工藝管道上時，對于液體介質(自下向上流動)，一體化自伴熱節流裝置的變送器應位于節流裝置下方；對于氣體介質(自上向下流動)，一體化自伴熱節流裝置的變送器應位于節流裝置上方。

當節流裝置安裝在水平工藝管道上時，根據測量介質不同，一體化自伴熱節流裝置采用以下安裝方式：

1) 輕質油、水等輕介質，取壓口采用水平下45°方位，變送器應位于保溫箱下部。

2) 蒸汽介質，取壓口采用水平上45°方位，冷凝容器帶上放空閥，引壓管路與工藝管道間設置隔熱板，變送器應位于保溫箱下部。

3) 渣油、蠟油等重介質，取壓口采用水平下45°方位，配備隔離容器和沖洗油接口， 變送器應位于保溫箱下部。

4) 濕氣體介質，取壓口采用水平上45°方位，變送器應位于保溫箱上部。

5) 燃料氣等干氣體介質，取壓口采用水平上45°方位，變送器應位于保溫箱上部。

2 一體化自伴熱節流裝置應用

2003年，勝利油田石油化工總廠在焦化裝置成品油質量升級改造項目中，針對焦化裝置油質重、易著火、能耗大等特點，與洛陽工程公司和溫州市捷達石化儀表公司一起，深入研究了在節流裝置儀表保溫伴熱系統使用和日常維護中存在的問題，決定將51臺測量重油介質的節流裝置儀表保溫伴熱系統改用一體化自伴熱節流裝置，取得了良好效果。在此基礎上，該廠又對重油催化15臺測量重油的流量儀表保溫伴熱系統采用一體化自伴熱方案進行了改造。

2008年，該廠在常減壓、重油催化、柴油加氫等裝置大檢修中，根據一體化自伴熱技術在焦化、重油催化中的使用經驗和發現的問題，對原有一體化自伴熱方案進行了仔細分析和改進，并在該廠裝置改造和以后新建項目上大面積推廣使用。截至2012年底，該廠已有549套流量測量儀表采用了一體化自伴熱節流裝置，經過連續幾年冬季持續低溫的運行考驗，達到了降低儀表維護工作量、提高儀表測量精度和節能降耗的使用效果，取得了良好的經濟效益和社會效益。

3 結束語

一體化自伴熱節流裝置在該廠的成功應用，解決了冬季長期困擾北方煉廠的儀表伴熱系統耗能高、儀表故障率高等難題。與傳統伴熱系統相比，一體化自伴熱節流裝置具有冬季儀表維護工作量小，測量穩定，節能降耗、綠色環保等特點，具有良好的經濟效益和社會效益。一體化自伴熱技術在煉油、化工裝置壓力測量儀表保溫伴熱系統改造中具有一定借鑒意義，也可在煤化工、天然氣、冶金、熱電、水處理等領域中推廣應用，具有良好的市場前景和推廣使用價值。

[1] 上海工業自動化研究所.GB/T 2624.1—2006用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量 第1部分： 一般原理和要求[S].北京： 中國標準出版社，2007.

[2] 上海工業自動化研究所.GB/T 2624.2—2006用安裝在圓形截面管道中的差壓裝置測量滿管流體流量 第2部分： 孔板[S].北京： 中國標準出版社，2007.

[3] 朱繼光，曲毓才.提高差壓式流量計測量準確度方法的研討[J].計量與測試技術，2007，34(03)： 6-7，9.

[4] 朱聰，蔣洪，陽朝暉.提高標準孔板流量計測量準確度的措施[J].油氣儲運，2005，24(02)： 45-47.

[5] 陸德民，張振基，黃步余.石油化工自動控制設計手冊[M].3版.北京： 化學工業出版社，2000.

[6] 中國石化集團北京石油化工工程公司.SH 3005—1999石油化工儀表選型設計規范[S].北京： 中國石化出版社，1999.

[7] 中國石化集團洛陽石油化工工程公司.SH/T 3104—2000石油化工儀表安裝設計規范[S].北京： 中國石化出版社，2001.

[8] 中國石化集團洛陽石油化工工程公司.SH 3126—2001石油化工儀表及管道伴熱和隔熱設計規范[S].北京： 中國石化出版社，2002.

[9] 中國石化集團蘭州設計院.SH 3021—2001石油化工儀表及管道隔離和吹洗設計規范[S].北京： 中國石化出版社，2002.

[10] 美國石油學會.美國煉油廠儀表及調節系統安裝手冊(修訂本)[M].蔣照忠，譯.北京： 石油化學工業出版社，1976.

TechnologyDevelopmentandApplicationofIntegratedSelf-tracingThrottlingDevice

Pei Bing’an1， Qiu Jingmin2， Zhang Jiayi3

(1． Sinopec Luoyang Engineering Co． Ltd．， Luoyang， 471003， China； 2． Sinopec Refinery of Shengli Oil Field Co． Ltd．， Dongying， 257019， China； 3． Wenzhou Jieda Petrochemical Instrumental Co． Ltd．， Wenzhou， 325000， China)

Aim to the problems of high energy consumption，serious leakage and large instrument maintenance work in winter in petrochemical production plant, ideas of integration of throttling device，pressure pipes，differential pressure transmitter and installation accessories are put forward. The technology features of structure design，special insulation box design，adjustable heat radiation area, flexibility, energy saving and lower consumption of integrated self-tracing throttling device are introduced. The pressure type and pressure pipe type of integrated self-tracing throttling device possessing different nominal diameter, and structure and installation of transmitter and insulation box with different medium are described in detail. Based on application practice of integrated self-tracing throttling device, suggestions and opinions are proposed to the device popularization and application．

throttling device； integrated； self-tracing； pressure type； special insulation box； energy saving and lower consumption

稿件收到日期： 2013-03-26。

裴炳安(1965—)，男，河南洛陽人，1985年畢業于華南工學院工業自動化專業，長期從事自控工程設計和管理工作，現任中石化洛陽工程有限公司副總工程師，儀電室主任。

TH814+.5

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1007-7324(2013)03-0023-03