煉化裝置儀表伴熱保溫措施淺談

徐一波

(中國石油化工股份有限公司 鎮(zhèn)海煉化分公司,浙江 寧波 315000)

煉化裝置由于工藝介質(zhì)及測量儀表特性，面臨比較棘手的測量儀表防凍防凝問題。由于黏度較大的重油常溫下就易凝結(jié)，故測量儀表的引壓管需要長期伴熱；氣體或黏度小的液體介質(zhì)，測量儀表的引壓管夏天需要的伴熱量較小，但冬天就需要增大伴熱量，儀表維護(hù)人員為此需要投入大量精力調(diào)整伴熱量的大小。此外，保溫層下引壓管外腐蝕也是一個(gè)難題，由于儀表引壓管點(diǎn)多面廣，徹底治理非常不易。從地域分布來看，中國南方地區(qū)的煉化廠在儀表防凍防凝工作中的難度比北方地區(qū)更大，每年冬季突如其來的寒流，常常造成大量儀表的凍凝，再加上南方雨水多，保溫層下的腐蝕也比北方要嚴(yán)重。統(tǒng)計(jì)表明，儀表變送器及附件的檢查調(diào)整約占全部儀表維護(hù)作業(yè)量的56%，其中相當(dāng)一部分是儀表引壓管方面的問題，而引壓管在補(bǔ)漏方面的工作量約占全部儀表維護(hù)作業(yè)量的4%[1]。

1 儀表引壓管蒸汽伴熱及存在的問題

蒸汽伴熱具有熱能輸出高、安全性高的特點(diǎn)，煉化裝置常用伴熱蒸汽的壓力有1.0 MPa，0.4 MPa，如在寒冷地區(qū)，一般采用1.0 MPa的蒸汽伴熱，在南方地區(qū)可采用0.4 MPa的蒸汽伴熱，選用較低的蒸汽壓力時(shí)宜采用較粗的伴熱管線，如φ22 mm的管徑，以減小管道阻力。蒸汽伴熱的問題很多，如受蒸汽管網(wǎng)壓力、蒸汽品質(zhì)等影響以及引壓管內(nèi)工藝介質(zhì)特性差異，需要經(jīng)常調(diào)整伴熱蒸汽閥的開度大小，而且對(duì)儀表引壓管的保溫要求也很高，既要保證輕介質(zhì)不過熱、重介質(zhì)足夠熱，又要保證保溫層下不進(jìn)雨水。目前，各煉化公司在采用蒸汽伴熱保溫方面已積累了大量經(jīng)驗(yàn)。

1.1 輕介質(zhì)和重油介質(zhì)儀表引壓管伴熱保溫方法

以某煉化公司為例，根據(jù)工藝介質(zhì)特性，將現(xiàn)場的蒸汽伴熱形式分為輕伴熱和重伴熱兩類。輕伴熱的伴熱管線和引壓管之間隔離，不直接接觸，如圖1所示，引壓管由φ15 mm的硅酸鋁繩稀疏纏繞，外側(cè)緊貼伴熱管，硅酸鋁毯外側(cè)纏繞鋁箔布；重伴熱的伴熱管線直接接觸引壓管。

圖1 輕介質(zhì)儀表引壓管伴熱示意

1.2 儀表保溫箱伴熱管線的優(yōu)化配置

對(duì)大部分有伴熱的引壓管，長年投用伴熱對(duì)儀表測量影響不大，但是儀表箱內(nèi)的變送器有過熱損壞的可能。為防止夏天儀表箱內(nèi)溫度過高而損壞變送器，常規(guī)的方式是夏天關(guān)伴熱、冬天開伴熱，但這種做法工作量大，因?yàn)橛械陌闊嵋淮伍y在高空位置，開關(guān)閥門需要搭架子，存在一定的危險(xiǎn)性。因此，提出一種改進(jìn)的儀表箱的伴熱管配置方式，如圖2所示，伴熱蒸汽管線在儀表箱內(nèi)、箱外有2路，冬天切換到儀表箱內(nèi)，夏天切換到箱外，方便了儀表維護(hù)人員的操作。

圖2 優(yōu)化的儀表箱伴熱管配置方式示意

1.3 規(guī)范儀表引壓管線的防腐保溫要求

引壓管防腐及保溫是一項(xiàng)瑣碎的工作，由于支架或位置的限制，引壓管的外表面防腐除銹、刷油漆等的施工要比大面積刷油漆的容器本體難度大很多，又由于引壓管表面積小，按刷油漆表面積計(jì)算的施工費(fèi)用很少，故施工單位積極性不高。在保證施工質(zhì)量和施工費(fèi)用合理性的前提下，也要制訂相應(yīng)的刷油漆、保溫材料、保溫樣式的要求，具體見表1所列。

表1 帶保溫的儀表金屬管道涂漆及表面色要求

從表1看到，不銹鋼管線也需要刷油漆，從腐蝕機(jī)理來說，保溫層下的腐蝕是水、污染物以及溫度共同作用的結(jié)果。不銹鋼的層下腐蝕發(fā)生溫度區(qū)間為-4～175 ℃，當(dāng)溫度低于-4 ℃時(shí)，一般沒有腐蝕，而高于175 ℃時(shí)，金屬表面若足夠干燥，也很少發(fā)生腐蝕，在達(dá)到水的沸點(diǎn)之前，溫度每升高 15～20 ℃，腐蝕速率就會(huì)增加一倍[2]。研究表明，在周圍環(huán)境存在氯化物或其他含鹵化合物的情況下，不銹鋼的外部應(yīng)力腐蝕會(huì)加速發(fā)生[3-5]，當(dāng)水汽滲透到保溫層下到達(dá)儀表引壓管熱表面后，鹽類在水汽蒸發(fā)的過程中使得金屬表面的Cl-濃度逐漸變大，保溫層在該過程中起到了一個(gè)運(yùn)輸和留存水汽的作用，由于不銹鋼表面缺乏有效的油漆保護(hù)，層下腐蝕就發(fā)生了。如： 某沿海地區(qū)煉化公司的重整再生單元，由于空氣環(huán)境及引壓管內(nèi)介質(zhì)均含Cl-，儀表引壓管應(yīng)力腐蝕斷裂處經(jīng)常發(fā)生在伴熱管蒸汽泄漏點(diǎn)附近。

傳統(tǒng)上外保溫層使用的都是鋁箔布，但近年來，很多企業(yè)也開始使用鋁皮，后者耐用性、整體美觀性較好。以圖1中的單管輕伴熱為例，所需的保溫材料見表2所列。應(yīng)注意硅酸鋁繩或硅酸鋁毯不應(yīng)含有氯化物，且避免被水液浸濕，鋁皮保溫時(shí)，應(yīng)控制保溫后的直徑大小，以免引壓管保溫后看起來過于粗大，外徑大小取決于鋁皮卷圓機(jī)能預(yù)制的最小直徑(一般為12 mm)。此外，保溫時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制所有保溫鋁皮搭接嚴(yán)密，應(yīng)特別指出的是，由于儀表引壓管的一次閥處位置較高，引壓管頂部的密封應(yīng)特別注意檢查，避免因?yàn)槠湮恢迷驅(qū)е卤刭|(zhì)量下降。

表2 單管輕伴熱鋁皮保溫材料統(tǒng)計(jì)

考慮到保溫施工人員流動(dòng)性大、儀表安裝方式多的因素，保溫樣式也要詳細(xì)規(guī)定，如不帶儀表箱的差壓變送器，在用鋁皮保溫時(shí)應(yīng)使三閥組手輪外露；又如一次閥處安裝有多個(gè)儀表小閥的，不便于鋁皮保溫，應(yīng)改為稀土保溫，稀土保溫的技術(shù)要求比較高，施工人員應(yīng)進(jìn)行專門培訓(xùn)，如涂抹稀土?xí)r每層稀土厚度不宜超過10 mm，待底層表面干固后才能涂抹下一層，最后外表面應(yīng)涂防水固化劑。

2 蒸汽伴熱與其他伴熱方式的比較

2.1 電伴熱

電伴熱系統(tǒng)由供電電源、電伴熱帶和電伴熱控制系統(tǒng)組成，可以使用在防爆場合，無“跑、冒、滴、漏”問題，其工作機(jī)理是： 將管道上的溫度傳感器測得的溫度與溫度控制器設(shè)定的溫度比較，通過控制接觸器及時(shí)切斷或接通電源達(dá)到恒溫效果，適合于某些凝固點(diǎn)在0 ℃以上的化工介質(zhì)，如對(duì)二甲苯，凝固點(diǎn)是15 ℃左右。電伴熱比蒸汽伴熱在溫度控制及儀表維護(hù)工作量等方面有較明顯的優(yōu)勢，但目前在國內(nèi)的煉化裝置中應(yīng)用卻不多，主要是因?yàn)橐淮涡酝顿Y費(fèi)用較高。同一個(gè)裝置選擇蒸汽伴熱和電伴熱，包括一次性投資及維護(hù)費(fèi)用等的年費(fèi)用比值為： 蒸汽伴熱/電伴熱=3/5[6]，電伴熱一次性投資較高。但蒸汽伴熱按10 a壽命，電伴熱按12 a壽命折算，年費(fèi)用比較見表3所列，即電伴熱比蒸汽伴熱費(fèi)用低，但是國內(nèi)的供電有時(shí)比較緊張，政府提倡節(jié)約用電，故電伴熱在裝置無低壓蒸汽且屬邊遠(yuǎn)地區(qū)是可取的，其他有低壓蒸汽的場合，還是以蒸汽伴熱為首選。

表3 蒸汽伴熱與電伴熱的年費(fèi)用比較

2.2 熱水伴熱

熱水伴熱是以熱水為伴熱介質(zhì)，在中國北方地區(qū)使用較多，效果明顯。與蒸汽伴熱相比，熱水伴熱具有熱量損失小的特點(diǎn)，在正常的情況下，熱水伴熱比蒸汽伴熱減少熱量損失20%以上[7]，相對(duì)于蒸汽伴熱而言，熱水伴熱運(yùn)行平穩(wěn)。熱水伴熱是通過合理回收和利用煉化廠的低溫余熱來加熱水的，有利于節(jié)能減排和保護(hù)環(huán)境，但熱水伴熱也存在一定的缺點(diǎn)，如換熱效率較低，換熱率只有48%左右，輸送過程中熱量損失大。當(dāng)被伴熱管距離熱源較遠(yuǎn)時(shí)，沿線熱損失較大，溫度控制能力相對(duì)電伴熱也較差，不能滿足對(duì)溫度要求嚴(yán)格的儀表引壓管線，又消耗水源，每天需要補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)伴熱水用量的5%～10%，且需要經(jīng)過水質(zhì)軟化處理。相對(duì)于電伴熱，運(yùn)行費(fèi)用比較高。

2.3 自伴熱

自伴熱[8]是通過縮短儀表引出管線的長度，取消原有蒸汽伴熱管線，充分利用管道和設(shè)備本身的熱量給儀表伴熱，達(dá)到節(jié)約蒸汽降本增效的目的。由于引壓管縮短，相應(yīng)地大幅減少了儀表維護(hù)量。但還是存在伴熱溫度難以控制的問題，如裝置剛開工時(shí)工藝管線本身熱量就不高，伴熱不足，需要儀表維護(hù)人員打沖洗油沖洗。此外，對(duì)于溫度較高且含水的輕介質(zhì)儀表，夏天介質(zhì)容易汽化，需要將保溫罩做成可拆卸式，便于拆卸。

3 儀表保溫伴熱的改進(jìn)措施

3.1 采用節(jié)能伴熱管纜

節(jié)能伴熱管纜[9]由不銹鋼內(nèi)管、保溫材料(玻纖)、金屬纏繞膜鋁箔及PVC護(hù)套管組成。特別適用在蒸汽伴熱系統(tǒng)的蒸汽分配站及熱水回收站與被伴熱的管線、設(shè)備這一段直管上，既能減少施工量，又能避免因保溫質(zhì)量不好、引起進(jìn)水腐蝕問題，該伴熱管纜還可以把引壓管也制作在一起，引壓管和伴熱管均采用卡套，適合大部分需要引壓管和伴熱的場合。

3.2 蒸汽伴熱溫度的智能監(jiān)控

隨著企業(yè)維護(hù)人員數(shù)量的減少，人工巡檢調(diào)整蒸汽伴熱已經(jīng)不能滿足企業(yè)管理的需要，對(duì)伴熱溫度進(jìn)行在線監(jiān)測并集中管理，能在很大程度上降低現(xiàn)場人員的巡檢頻次，提高監(jiān)控有效性和故障響應(yīng)實(shí)時(shí)性[10]。智能差壓變送器的應(yīng)用，使引壓管的溫度檢測變得容易，因?yàn)橹悄懿顗鹤兯推鞴逃械哪ず袦囟葌鞲衅骺梢酝ㄟ^HART信號(hào)讀入到DCS中，但對(duì)于雙法蘭變送器，則要采用在法蘭膜盒保溫層下或在疏水管的保溫層下預(yù)埋溫度傳感器，通過無線通信的方式，利用現(xiàn)在煉化公司已普遍使用的泵群檢測系統(tǒng)傳遞到后臺(tái)監(jiān)控系統(tǒng)中。為減少無線溫度檢測點(diǎn)數(shù)量，應(yīng)優(yōu)選對(duì)聯(lián)鎖、控制等影響較大的雙法蘭儀表進(jìn)行溫度監(jiān)測。

3.3 改變測量方式

近年來，隨著測量技術(shù)快速的發(fā)展，出現(xiàn)了不使用引壓管、毛細(xì)管的電子遠(yuǎn)程差壓變送器[11]，采用數(shù)字結(jié)構(gòu)取代了常規(guī)的引壓管和毛細(xì)管，適合正、負(fù)壓力膜盒間距超過100 m的場合，不受環(huán)境溫度的影響，且安裝相對(duì)方便。因?yàn)槭请娮有盘?hào)傳遞結(jié)構(gòu)，省去了保溫伴熱的做法；在流量測量中。使用管道式流量計(jì)以代替孔板加變送器模式，是一個(gè)很好的發(fā)展方向，但這需要轉(zhuǎn)變理念。從一次性投資上來說，孔板加變送器的方式與采用管道式流量計(jì)的成本接近，甚至更低。

4 結(jié)束語

蒸汽伴熱作為現(xiàn)今各煉化廠主要的儀表防凍防凝手段，仍將長期使用，減少儀表引壓管的各種故障，就能大幅提高儀表的可靠性。應(yīng)綜合治理儀表引壓管伴熱保溫問題，在工廠設(shè)計(jì)階段，應(yīng)根據(jù)測量介質(zhì)，避免或減少儀表引壓管及伴熱管的使用，采用更為可靠的伴熱方式；在施工階段，應(yīng)提高儀表引壓管保溫施工質(zhì)量，減少層下腐蝕的發(fā)生；在運(yùn)維階段，應(yīng)采用各種智能化調(diào)整溫度的手段，減輕儀表維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。