淺談采用聯苯--聯苯醚（VP-1）作為氣相有機熱載體的強制循環系統

吳卓婭

摘 要：在一些特殊的化工工藝中，工藝用戶需要使用氣相有機熱載體強制循環系統。本文以工程項目為例，介紹聯苯--聯苯醚的物理性質及利用聯苯--聯苯醚（VP-1）作為氣相有機熱載體的強制循環系統設計分析、系統組成及設計優化，闡述了氣相有機熱載體的強制循環系統優點以及對未來發展前景進行了展望。

關鍵詞：氣相有機熱載體;聯苯--聯苯醚;設計;系統

1 背景介紹

有機熱載體是作為傳熱介質使用的有機物質的統稱，包括被稱為熱傳導液、導熱油、有機傳熱介質、熱媒等用于間接傳熱目的的所有有機介質。與直接加熱和蒸汽加熱等傳統加熱方式相比，采用有機熱載體傳熱具有節約能耗、加熱均勻、控溫精度高、操作壓力低等優點。

目前有機熱載體液相強制循環系統在尼龍6、氨綸、環己酮等化工中應用較多，國家規范和行業規范對液相強制循環系統描述的都比較詳細，有機熱載體爐廠家也均是以生產液相爐為主。

氣相強制循環系統比液相強制循環系統優勢在于液相強制循環系統利用的是有機熱載體的顯熱，氣相強制循環系統利用的是有機熱載體的潛熱，比液相強制循環系統的焓值高出很多。但是對有機熱載體各種性能要求高，工藝較復雜。氣相有機熱載體強制循環系統在工程中運用較少，本文將以項目為例詳細講述氣相有機熱載體強制循環系統。

2 項目簡介

在某腈氨化工項目中，由于工藝特殊要求（溫度高且控制要求嚴格，需逐漸升溫，換熱量大等），生產裝置的腈化反應器和半腈蒸發器采用氣相有機熱載體加熱，有機熱載體采用聯苯--聯苯醚，最高工作溫度380℃。

3 聯苯--聯苯醚簡介

具有沸點或共沸點的合成型有機熱載體可以在氣相條件下使用，被稱為氣相有機熱載體。氣相有機熱載體可以通過加壓的方式在液相使用，因此又稱為氣相/液相有機熱載體。有機熱載體聯苯--聯苯醚是專為滿足氣相系統要求而設計的，它結合了優異的熱穩定性和低粘度，在12℃到400℃的廣泛最佳使用范圍內實現高效、可靠、均勻的性能。聯苯--聯苯醚代號VP-1，是潔凈水白色液體，閃點為124℃，自然點621℃，40℃運動粘度為2.48mm2/s，25℃密度1060kg/m3，結晶點12℃。聯苯--聯苯醚氣相最佳使用范圍在260℃到400℃。在最高工作溫度380℃時的汽化熱是219.1kJ/kg。

4 系統設計

4.1 系統組成

使用氣相有機熱載體的強制循環系統一般包含的主要設備有：①有機熱載體爐;②低位儲油罐;③閃蒸罐;④有機熱載體循環泵;⑤注油泵;⑥有機熱載體冷卻器;⑦收集罐;⑧安全監測儀表和管道。

4.2 系統設計

系統設計中有機熱載體爐占核心地位，爐型一般根據場地布置要求有立式和臥式，鑒于聯苯-聯苯醚的物理特性，在本工程中選用立式有機熱載體爐，為了安全和用熱均衡，一個工藝用戶配一臺有機熱載體爐。

有機熱載體循環系統采用閉式循環。開車前，桶裝的聯苯--聯苯醚注入低位儲油罐中，再用注油泵通過注油管線向有機熱載體爐或閃蒸罐注油。當閃蒸罐內達到一定液位后，開啟有機熱載體循環泵，注滿整個系統并維持循環。有機熱載體爐開始緩慢升溫，在達到聯苯--聯苯醚常壓沸點前，系統進行排汽脫水、脫低沸物。穩定一段時間后繼續緩慢升溫至操作溫度在閃蒸罐內閃蒸成氣相有機熱載體，氣相有機熱載體進入腈化反應器或半腈蒸發器進行加熱，冷凝后回至閃蒸罐。

低位儲油罐容量需能夠容納系統中所有有機熱載體量和系統所需要的適當補充儲備量，如有機熱載體爐內容量、閃蒸罐內容量、循環泵容量、工藝用低位儲油罐容量和管道等。為了便于所有有機熱載體回流到低位儲油罐中，低位儲油罐設置在地坑內。聯苯--聯苯醚作為氣相傳熱介質使用一定時間后，油品質量下降，需要進行置換，一般系統中設置兩個儲油罐，一個低位儲油罐放置于有機熱載體爐附近，作為事故時整個系統有機熱載體的收集和供油點，另一個收集罐放置于生產裝置中，作為廢油回收，容積可以做小一點。

閃蒸罐是用來液相有機熱載體閃蒸成氣相有機熱載體的一種設備。閃蒸罐的高度需滿足循環泵的汽蝕余量，介于工藝用戶和循環泵之間。閃蒸罐需要設置液位報警聯鎖和壓力報警聯鎖，罐體上設置兩個安全閥，安全閥前串聯一個爆破片。有機熱載體循環泵是系統中重要的循環設備。在選擇泵的揚程時，需考慮整個系統的壓力損失并留有余量，選定后需復核有機熱載體爐出口工作壓力應當高于其最高工作溫度加20℃條件下對應的有機熱載體飽和壓力。由于聯苯--聯苯醚凝固點12℃，系統中的注油系統、泄油系統和儲油罐均需考慮伴熱，防止有機熱載體凝固，堵塞管道，引起事故。

本工程中有機熱載體使用溫度較高，聯苯--聯苯醚在高溫氣相狀態下，較易裂解，形成低沸物、高沸物等不凝性氣體，系統設計時需考慮不凝氣的排氣系統。氣相系統的安全閥開啟時的排氣及系統不凝氣的排放均需通過減溫液化后排入單獨的有機熱載體收集罐。

5 工藝流程

圖1和圖2工藝流程為氣相強制循環有機熱載體系統主要循環系統。

工藝流程a是80年代工藝流程，有機熱載體從爐內加熱后直接送入閃蒸罐閃蒸成氣相有機熱載體供給用戶。爐子出口至閃蒸罐之間的管道上沒有任何措施，極可能產出有機熱載體部分汽化，為了減緩汽化，該段管直徑設置的比進口大。但在實際運行中，爐內爆管次數仍然較多，經常停車維修。爐內爆管大部分都和有機熱載體內含有氣體，導致局部過熱有關。工藝流程b為本次項目中優化后的工藝流程。在爐子出口至閃蒸罐的管道上增加一個流量調節閥，一可以控制進入閃蒸罐的流量，二可以保證在調節閥前保持有機熱載體液相狀態，避免有機熱載體爐內有氣體出現。在項目建成運行后，有機熱載體爐并未出現爆管現象，整個有機熱載體系統運行良好，極大的提高了生產效率。工藝流程b中的流量調節閥處在汽液兩相工況中，對閥門質量要求很高，本項目中采購的是進口調節閥。

6 結論

氣相強制循環系統利用的是有機熱載體的潛熱，比液相強制循環系統的焓值高出很多。氣相有機熱載體系統具有節約能耗、加熱均勻、控溫精度高和適用溫度范圍大等優點。氣相有機熱載體的強制循環系統在過去由于傳熱介質、設備、管道、閥門及儀表等不能滿足要求或不經濟使用較少。隨著經濟以及科技的發展，氣相強制循環系統在今后的工程中將會運用的越來越多。

參考規范：

[1] TSG G0001-2012，鍋爐安全技術察規程[S].中華人民共和國國家監督檢驗檢疫總局，2012.

[2] GB/23971-2009，有機熱載體[S].中華人民共和國國家監督檢驗檢疫總局，中國國家標準化管理委員會，2009.

[3] SY/T0524-2016，導熱油加熱爐系統規范[S].國家能源局，2016.