随着电伴热产品及技术的完善,电伴热系统与蒸汽伴热系统相比,在石化装置的应用中呈现了诸多方面的优势。结合对烟台万华PO/AE最小二乘估计一体化项目丙烯酸及酯装置采用仪表电伴热系统的工程设计、方案优化、安装调试及维护、优点及缺陷的分析,阐述与总结了仪表电伴热技术的应用前景及设计、实施要点。 石油化工装置中的仪表及其导压管线常用蒸汽、热水或电来进行伴热。随着电伴热产品及技术的发展完善,其温度控制精确稳定、节能、环保等优势已凸现。虽在一次性投资方面略高于蒸汽或热水伴热,但仪表电伴热系统以其伴热精度高,生产和维护费用低,节能、环保、无腐蚀等特点,在大型石化项目中得到越来越广泛的应用。 1.仪表电伴热系统简介
a电伴热原理
电伴热原理是在绝热层和被伴热物体之间安装发热元件,在发出电热补充输储过程中所散失的热量,以维持被伴热介质在一定的温度范围内。石化装置中仪表伴热常有以下两类:
工艺伴热:仪表导压管内的介质因和周围温度不同,损失一定的热量,需由电加热来达到所要求的表面温度。常用于含蜡、易凝,易气化等物料中,以避免因温度降低析出、沉积、粘度突增、增大流动阻力等情况发生。伴热温度应由工艺专业根据被伴热介质物性确定。
防冻系统:防止冬天仪表导压管内介质冻结或凝固。常用于对水、蒸汽等物料的测量中,对此类型应保持最低5℃的维持温度。
b电伴热设计规范
作为防爆电气和电阻加热设备手足口病预防控制指南,涉及电伴热应用方面的标准规范包括:《危险环境用防爆电气设备标准》(GB3836装置设计规范》(GB50058-92);《石油化工仪表及管道伴热和隔热设计规范》(SH3126-2001)等。涉及热损计算的参数包括保持温度、环境温度、绝热类型、仪表管道类型及长度、最高暴露温度,风速影响等。
2.仪表电伴热系统的设计
a方案确定
以烟台万华PO/AE一体化项目丙烯酸及酯装置为例,为避免中间产物甲基卞醇、苯乙烯等物料粘度随温度下降增大,相关的仪表管线需伴热。但苯乙烯温度太高时易聚合。为解决这一矛盾,工艺决定使用电伴热方案。
b伴热元器件的选择
电伴热带分为自限式,恒功率(聚合物绝缘和矿物绝缘)等类型。自限式电伴热带能自动限制加热的温度,安装时能任意截短或在一定范围内接长使用,且允许交叉重叠而无高温度点及烧坏之虞。串联的恒功率电伴热带单位长度输出功率恒定,温度积累必须采取通断电控温,不允许随意在选择电伴热元器件时,要从适用性、经济性、最高维持温度、周围有无腐蚀性环境等方面综合考虑:根据仪表取压管线最高维持温度及最高暴露温度来选定电伴热产品的耐热等级;根据仪表特性及用途来确定电伴热产品的类型;根据单位长度的耗散热量来确定所需电伴热产品的长度或单位面积的功率;根据不同的化学环境(如是否埋地或有否腐蚀性气体等)来确定所需电伴热产品的结构。针对分析仪表采样管线距离较长的特性,宜使用带预制保温层的一体化管束狮子和鹿教学设计,使维持的温度更恒定。对有伴热需求的仪表变送器,表头部分可使用带电加热管的仪表保温箱。一味选用耐高温产品并不值得推荐,在能够耐受极限暴露温度的前
提下,应该以满足伴热条件并且合理、经济、维护方便为原则。释放介质的温度组别(TClass)和伴热管线的最高维持温度,满足最高维持温度不高于爆炸释放介质的温度组别要求。
c仪表电伴热控制方案的选择
伴热系统的温度控制可根据不同的要求采用两种不同的控制方案:马尼拉公约一种是开关型温度控制,主要适用于控制精度要求不高的场合。另外一种是用负反馈调节控制,能使伴热系统的温度控制更加精准。设计中还可以根据装置规模和用户需求,使用ModbusRS485通信协议将工厂里所有的伴热控制、配电盘状态通迅至中央控制室,通过工作站监测所有伴热点的温度、接地故障电流、工作电流等信息,使工厂自动化控制管理水平大大提高。这也是别的伴热形式无法比拟的。对于工艺伴热系统:因为和工艺生产的连续性密切相关,相关的配电盘中应该有带多点微处理器的温度控制器来控制每个回路的加热,而且每个电对于防冻系统:因为多在寒冷的冬季使用,所以相关配电盘中应该有基于微处理的温度控制器,所有加热电路由连接至温度控制器的周围环境感测RTD系统来控制。考虑到一个环境测量RTD将控制所有的加热回路,配电盘还应该提供旁路控制器输出的手动方式,以便维护测试。为降低成本,对于相同伴热要求,相似尺寸和类型的伴热点可以串联组合在同一加热电路。但为了便于查故
障,根据经验每个回路中以不超过六个串联连接的部分为宜。用于防冻保护系统的电伴热带多为自限式型。
3设计方案优化
a专业协作
电伴热系统的设计涉及多个专业,我国可持续发展战略但归根结底是为工艺装置平稳运行服务的。各专业应积极配合工艺专业确定电伴热方案。应该掌握介质特性及极限状况时热量损失;提供最高暴露温度,是否有蒸汽吹扫等信息;在PID上作出标图注明哪些管道、设备及仪表的供电回路可以合并以便进行优化;提出不同伴热类型的温度控制精度范围以便选择适宜的控制方式等。
b合理选型减少伴热点
在高寒地区的石化装置中,仪表专业在仪表选型伊始,就应考虑选用毛细管带膜片密封的变送器以减少伴热需求,尤其是与安全联锁输入有关的变送器。选用产品时应详细了解工况及产品特性。如自限式型的电伴热带因可交叉敷设任意剪切颇受用户青睐,但产品维持温度和暴露温度都低,在有蒸汽吹扫的高暴露温度的场合无法使用。对输送距离较长的分析仪采样管线可选用一体化预制管束。
c方案的提前制订
在设计工作中应保持前瞻性。比如将非防爆在现场的防爆伴热控制配电盘能靠近伴热点布置,但控制器回路数量受限。这些方案应该在项目初期规划中尽早确定下来,避免造成在MCC的配电柜布置中没有预留足够位置的被动局面。
4施工调试维护
电伴热系统的使用效果和安装、施工的质量密切相关。因现场安装不规范引起的问题在工厂内很常见。保温层固定件损伤伴热带、伴热带与管道的固定不紧密造成散热不均、末端接线盒连接不规范漏水、无明显标识致使检修时伴热带受损等情况时有发生。为保证施工现场能按标准的设计工艺和流程执行,减少交叉的工作点,使责任清晰明确,实践证明由电伴热专业制造厂统一完成产品的设计、采购、施工、调试的整个流程会更可靠。不仅从监督管理,项目控制,物料管理,安装施工,质量控制,调试运行每一个环节都能得到专的服务,而且能有效的保证安装质量,减少故障率,使用户受益。要保证电伴热系统长期平稳运行,还应有一套电伴热系统的运行维护管理办法和基础资料(包括竣工图,材料表等);定期对安全性进行评
5电伴热的优点及缺陷分析
在石化装置中,蒸汽伴热是一种主要的伴热方式。但因为蒸汽的散热量不易控制,其热效率始终处于一个较低的水平。而且工业需要伴热的仪表管线比较复杂,尺寸也很小,在受限空间铺设蒸汽伴热管道十分不便。比较而言,电伴热具有以下显著优点:
a节能、环保
蒸汽,热水伴热耗汽耗水量大,只能利用一部分热能,大量热能无法利用而排入疏水器损耗掉。而电伴热回路有温控单元,煤炭科学技术只发热弥补热损,能显著提高热使用效率。另外在冬季运行时,蒸汽伴热管道经常会出现"跑、冒、滴、漏"现象,对环境污染较大,并且需要投入很大的人力物力进行检修维护。
b控制精准
因蒸汽温度要远高于物料所需保持的温度范围,易造成局部物料过热。但电伴热能准确维持工艺温度,有利于保证工业装置的安全连续生产。
c经济性好
对同一个装置,选择两种不同伴热方式经济指标比例如下:蒸汽伴热和电热伴两种方案硬件总投资比例:蒸汽伴热∶电伴热=1∶1146;蒸汽伴热和电热伴两种方案操作费用比例:蒸汽伴热∶电伴热=212∶1;费用年值比例:蒸汽伴热∶电伴热=1167∶1;
d缺陷与不足
从适用条件上来看,用于暴露温度不高的防导压管伴热长度以便工厂预制。仪表导压管安装的不确定性,使得只能实地测量长度后再通知工厂加工。这一特性不仅影响了施工进度,也为工厂未来的改造带来了不便。从维护上来看,电伴热作为一种防爆电气设备,在充满爆炸性气体的危险区使用时对安全性要求很高,而蒸汽伴热没有这种顾虑。而且伴热回路的检修必须在断电下进行,串联的多个伴热点都会受影响。这也是不推荐单个回路中伴热点数量超过6个的原因。从故障率上来看,因IEC标准在所有防人身电击的条文中,都规定了采用动作电流不大于30mA的漏电保护器,电伴热供电回路也不例外。但用户反映处于室外的石化装置,电气设备在潮湿的雨季正常泄漏电流较大,易引起误动作或有可能造成误动作,从而影响电伴热系统的稳定运行。频繁的误动作的后果往往是不得已将保护器短接或拆除,使线路失去漏电保护导致危险后果。
6结语
由以上分析可知,电伴热虽然一次性投资略高,使用有局限,但伴热效果好,节能、环保、经济。
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