YADA項目之熱媒系統

王苗 李文君

摘要：我國從國外引進了一種原油簡介加熱爐系統——熱媒爐。熱媒爐爐管內流動的是一種載熱介質，它先后流經對流段和輻射段爐管，升高溫度而帶走加熱爐爐膛和煙道中燃燒產物的熱量。載熱介質離開加熱爐，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。冷卻后的載熱介質再送回加熱爐吸收熱量，完成了對原有的間接加熱。本文主要針對本院伊朗YADA項目來介紹熱媒爐的工藝流程和使用情況。

關鍵詞：熱媒爐；熱媒；循環(huán)系統；

中圖分類號：TK17文獻標識碼：A文章編號：1674-3520（2014）-06-00255-02一、引言

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

目前，國內使用的熱媒爐系統具有運行安全可靠，原油流經加熱裝置時壓力損失小和自動化控制技術比較成熟等三大優(yōu)點。因此，熱媒爐在原油管道運輸中得到較廣泛的應用。

二、熱媒系統工藝流程

熱媒系統通過管路的進回油閥調節(jié)流量來控制溫度，滿足對不同工藝溫度控制的要求。

（一）閉式供熱循環(huán)系統

熱媒回路是通過電加熱器加熱由熱媒循環(huán)泵輸送的熱媒循環(huán)系統，是整個裝置熱量的來源。系統由熱媒爐、熱媒電加熱器、熱媒循環(huán)泵等設備及連接管道組成。其中，此系統供熱的途徑是直接通過加熱設備。

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進行熱交換。換熱后，溫度降至180℃，經由熱媒循環(huán)泵打回熱媒爐再一次加熱，從而形成閉式供熱循環(huán)系統。

（二）10%流量的持續(xù)循環(huán)過濾系統

熱媒油經過熱媒爐加熱后，可能會出現部分結焦現象，污染熱媒油。因而，為了避免這種結焦現象的產生以及管線中其他雜質的污染，在熱媒循環(huán)泵后設立兩個熱媒過濾器（一用一備），持續(xù)地對總流量10%的熱媒油進行過濾。這是伊朗YADA項目工藝工程師與設備工程師等多次協商、結合之后，所確定的特有的工藝流程。

（三）內循環(huán)系統

在緊急工況時，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)的應急電源，開啟兩臺緊急關斷泵和空冷器，與熱媒爐組成一個內循環(huán)系統。其中，緊急關斷泵的流量是熱媒循環(huán)泵流量的20%。通過熱媒爐加熱后的熱媒油流經空冷器，利用空冷器來冷卻循環(huán)熱媒油，防止其在熱媒爐內過度升溫，從而降低整個系統的溫度。在整個系統中，熱媒膨脹罐起到一個緩沖的作用，對整個廠區(qū)的熱媒油流量進行調節(jié)。

（四）冷卻水循環(huán)系統

由于伊朗是沙漠氣候，水資源匱乏，所以整個熱媒系統采用冷卻水循環(huán)系統，對泵的軸承進行降溫，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進入熱媒循環(huán)泵，對其軸承進行降溫。當熱交換完畢后，冷卻水被冷卻水泵打回冷卻水系統，通過冷卻水系統的空冷器，對溫度升高的冷卻水降溫，從而反復利用，形成熱媒循環(huán)泵的冷卻水循環(huán)系統。

但在緊急工況下，熱媒循環(huán)泵和冷卻水系統均停止運行，緊急關斷泵啟用。在常壓狀態(tài)下，由整個廠區(qū)的地下水系統，對緊急關斷泵的軸承進行冷卻，冷卻過后的水進入開排系統，回收利用。

三、熱媒泵的應力計算

由于熱媒循環(huán)泵和熱媒關斷泵均為離心泵，所以在應力計算時執(zhí)行的是API610（即《石油、化學、天然氣工業(yè)用離心泵》）標準。

我們在做應力計算時，是要將熱媒循環(huán)泵和緊急關斷泵作為一個系統來進行考慮的。根據工藝條件，循環(huán)泵為三用一備，并且正常工況下，緊急關斷泵不運行，從而造成整個系統是冷熱共存的狀態(tài)，因此管嘴受扭，力矩超標，應力不滿足。

由圖1和圖2可以看出，應力計算模型和熱媒泵系統的安裝圖是對應關系，我們由應力計算來校核配管安裝的同時也對配管安裝發(fā)揮不可忽視的指導作用，二者同時進行，相輔相成。

圖1 熱媒泵系統的配管安裝圖

圖2 熱媒泵系統的應力計算模型

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

（一）改變管道走向

一般情況下，管線拐彎越多，柔性越好。因此，在管道設計時，如果將管道布置成一個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生的應力，也可以有效地降低管道對相連設備和約束點的附加力。

（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，對于大管徑的管子，也可以搭配減摩支架、導向支架、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

由于熱媒泵系統中總是冷熱共存的狀態(tài)，造成應力計算非常大的困難，因而，與工藝專業(yè)協商之后在每臺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液體倒流，所以在停泵的狀態(tài)下，系統中有冷油的存在。當添加暖泵線之后，鎖開（LO）閘閥的存在，并且閥后的壓力高于閥前的壓力，似的熱媒系統中有一部分熱媒有倒流，保證未運行的那臺泵與其他泵的溫度相同，從而系統一直保持熱態(tài)，滿足應力的計算要求。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

應力計算結果如圖6所示，當一次應力計算結果小于70%時，配管安裝就滿足應力要求。

圖6 應力計算結果

四、總結

熱媒系統結構比較復雜，自動化控制系統比較完善，安全措施比較齊全。由于系統復雜，所以維護量相對較大，所涉及到的設備和知識較多，因此對熱媒系統進行深入的學習，系統掌握熱媒系統的有關知識，以及日常操作等各項工作非常重要。

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