（机械工程专业论文）工艺伴热管线系统的改造.pdf

中文摘要 论文题目：工艺伴热管线系统的改造 专业：机械工程 ， ，雹 硕士姓名：徐文豪( 签名) 缢之场 指导教师：周三平( 签名) 么蒸：l 至聋 袁建平( 签名) 挚丝车 摘要 节能降耗是炼油企业生存发展的必由之路。目前兰州石化公司综合能耗仍居中石油 公司的一般水平。造成这种状况的重要原因之一是系统全局的综合能量消耗不优化，一 方面许多工艺装置的低温热被强制冷却得不到利用，另一方面是炼油系统的工艺管线伴 热、储运设施维温、装置采暖等仍在消耗大量的高温蒸汽。如果能将装置的大量低温余 热能够加以应用，将使得公司热效率极大提高，对节能降耗有极大的现实意义。本文的 研究内容就是针对其中之一的工艺管线伴热由高品位的蒸汽伴热改成低品位的热水伴热 进行研究。 通过对各装置蒸汽伴热和热水伴热消耗量的计算以及散热损失的计算，对比研究了 蒸汽伴热和热水伴热的散热损失，结果表明，热水伴热时的散热损失仅为蒸汽伴热时散 热损失的8 0 ，即热水伴热较蒸汽伴热节能2 0 。计算得出了把伴热水源加热到9 2 的低温余热，在此基础上算出了加热热水流量。 考虑到伴热系统管线过长会影响系统介质温降及压损较大，本着就近解决的原则， 并充分利用原有蒸汽伴热管线，提出了公司系统蒸汽管线改造方案，确定了伴热参数和 核算步骤，并以连续重整装置为例详细地介绍了热水伴热改造方案的实施。为了定量的 评价热水伴热系统的运行效果，分别对l # 、2 # 热水站和炼油厂、催化剂厂、油品储运厂 进行了技术标定和经济效益分析，结果表明，目前采用热水伴热替代蒸汽伴热，全厂综 合能耗可降低至少4 6 5 ：如果一年按照4 0 0 0 小时的生产运行时间计算，每年可为公司 创造至少1 3 8 6 4 万元的经济效益。 通过对蒸汽伴热和热水伴热的散热损失比较分析和经济性分析，以及对全厂伴热用 户所用热量改为热水伴热后的节能分析，表明将蒸汽伴热改为热水伴热对降低兰州石化 公司的生产成本，提高能源利用效率，增加经济效益，起着十分重要的作用，对兰州石 化公司的节能降耗具有深远的意义。 关键词：炼油低温余热节能伴热管网 论文类型：应用研究 s u b j e c t ：r e f o r mo fp r o c e s st r a c i n gp i p e l i n e s p e c i a l i t y ：m e c h a n i c a le n g i n e e r i n g n a m e ： x uw e n h a o ( s i g n a t l i r e ) 丕坦型竺丛翌 i n s t r u c t o r ：z h o us a n p i n g ( s i g n a t u r e ) y u a nj i a n p i n g ( s i g n a t u r e ) a b s t r a c t e n e r g y - s a v i n gi st h eo n l yw a yt os u r v i v a la n dd e v e l o p m e n to fo i lr e f i n i n ge n t e r p r i s e s l a n z h o up e t r o c h e m i c a lc o m p a n yi s c u r r e n t l ys t i l lt h eb i g g e s to v e r a l le n e r g yc o n s u m p t i o ni n t h eg e n e r a ll e v e lo fo i l c o m p a n i e s i m p o r t a n tr e a s o nf o rt h i ss t a t eo fa f f a i r si so n eo ft h e i n t e g r a t e ds y s t e mg l o b a le n e r g yc o n s u m p t i o ni sn o to p t i m i z e d ，w h i l ean u m b e ro f l o w - t e m p e r a t u r et h e r m a lp r o c e s sd e v i c ew i t h o u tt h eu s eo ff o r c e dc o o l i n go nt h eo t h e rh a n di s t h er e f i n i n gp r o c e s sp i p i n gs y s t e mw i t hh e a t ，s t o r a g ea n d t r a n s p o r t a t i o nf a c i l i t i e s ，d i m e n s i o n a l t e m p e r a t u r e ，h e a t i n ga n do t h e rd e v i c e sa r es t i l lc o n s u m i n gal o to fh i g h t e m p e r a t u r es t e a m i f y o uc a np l a n tal a r g en u m b e ro fl o w - t e m p e r a t u r ew a s t eh e a tc a nb ea p p l i e d ，w i l le n a b l e c o m p a m e st og r e a t l ye n h a n c et h et h e r m a le f f i c i e n c yo fe n e r g yc o n s u m p t i o nh a sg r e a tp r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e t h i ss t u d yw a sa i m e da tt h ec o n t e n to fo n eo ft h e p r o c e s sp i p e l i n ew i t h h i g h - g r a d eh e a tf r o mt h es t e a mw i t hl o w g r a d eh e a ti n t oh o tw a t e rw i t ht h e r m a li e s e a r c h w i t ht h ev a r i o u sd e v i c e st h r o u g ht h es t e a mh e a ta n dh o tw a t e rw i t ht h ec a l c u l a t i o no f h e a tc o n s u m p t i o na n dh e a tl o s sc a l c u l a t i o n s ，c o m p a r a t i v es t u d yo fs t e a mw i t hh e a ta n dh o t w a t e rh e a tw i t hh e a tl o s s ，r e s u l t ss h o wt h a tt h eh o tw a t e rw i t hh e a tw h e nt h eh e a tl o s si s o n l y h e a tl o s sw h e nt h es t e a mh e a tw i t h8 0 ，o rm o r es t e a mw i t hh o tw a t e rh e a t 惭t 1 h e a t e f f i c i e n c yo f2 0 c a l c u l a t e dt op u ta nw i t h9 2 h o tw a t e rh e a t e dt ol o wt e m p e r a t u r ew a s t e h e a t , c a l c u l a t e do nt h i sb a s i s ，t h eh e a t i n gw a t e rf l o wr a t e t a k i n gi n t oa c c o u n tt h e r m a ls y s t e m sw i t hl o n gp i p e l i n e sw i l la f f e c tt h es y s t e m ，m e d i a l a r g et e m p e r a t u r ed r o pa n dp r e s s u r el o s s ，i n1 i n ew i t ht h ep r i n c i p l eo ft h en e a r e s ts e t t l e m e n t a n dm a k ef u l lu s eo ft h ee x i s t i n gs t e a mw i t hh e a tp i p e s ，s t e a mp i p e sm a d et h ec o m p a n y s s y s t e m st r a n s f o r m a t i o np r o g r a ma n di d e n t i f i e dw i t hh e a tp a r a m e t e r sa n da c c o u n t i n gs t e p sa n d t oc o n t i n u o u s l yr e e n g i n e e r i n gd e v i c e ，f o re x a m p l ed e t a i l e dd e s c r i p t i o no ft h eh o tw a t e rw i t h t h e r m a lt r a n s f o r m a t i o no fp r o g r a mi m p l e m e n t a t i o n f o rq u a n t i t a t i v ee v a l u a t i o no fh o tw a t e r w i t ht h eo p e r a t i o no ft h e r m a ls y s t e m sr e s u l t s ，r e s p e c t i v e l y , 1 群，2 群w a t e rs t a t i o n s 甜l do i i r e f i n e r i e s ，c a t a l y s tp l a n t s ，o i ls t o r a g ea n dt r a n s p o r tw o r k sf o rt h et e c h n i c a la n de c o n o m i c a n a l y s i so fc a l i b r a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h ec u r r e n tt h e r m a lr e p l a c e m e n to fs t e a mw i t hh o t w a t e r , w i t hh e a 乞t h ew h o l ep l a n tc a r lr e d u c eo v e r a l le n e r g yc o n s u m p t i o no fa tl e a s t4 6 5 ：i fa i i i 英文摘要 y e a ro fp r o d u c t i o ni na c c o r d a n c ew i t h4 0 0 0h o u r sn m n i n gt i m ep e ry e a rf o rt h ec o m p a n yt o c r e a t et h ee c o n o m i cb e n e f i t so fa tl e a s t13 8 6 4m i l l i o ny u a n t h r o u g ht h es t e a mh e a tw i t hh e a ta n dh o tw a t e r w i t hac o m p a r a t i v ea n a l y s i so fh e a tl o s s a n de c o n o m i ca n a l y s i s ，a sw e l la st h ew h o l ep l a n tw i t ht h e r m a le n e r g yi n t oh o tw a t e rw i t ht h e u s e ra s s o c i a t e dw i t hh e a t ，e n e r g y - s a v i n ga n a l y s i s ，i n d i c a t e dt h a th ew o u l dr e p l a c et h es t e a m w i t l lh o tw a t e rw i t hh e a th e a tt ol o w e rt h ep r o d u c t i o nc o s t so fl a n z h o up e t r o c h e m i c a l c o r p o r a t i o n ，i m p r o v ee n e r g ye f f i c i e n c y , i n c r e a s ee c o n o m i cb e n e f i t s ，p l a y sav e r yi m p o r t a n t e f f e c to nt h el a n z h o up e t r o c h e m i c a lc o m p a n y se n e r g yc o n s u m p t i o nh a sf a r - r e a c h i n g s i g n i f i c a n c e k e y w o r d s ：s t e a mh e a tt r a c i n g ，h o tw a t e r w i t hh e a t , h e a tt r a c i n g t h e s i s ：a p p l i e dr e s e a r c h i v 学位论文创新性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果；也不包含为获得西安石油大学或其它教育机构的学位 或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中做 了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：麟 醐：学 学位论文使用授权的说明 本人完全了解西安石油大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属西安石油大学。学校享有以任何方法发表、复制、 公开阅览、借阅以及申请专利等权利，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文收录 到中国学位论文全文数据库并通过网络向社会公众提供信息服务。本人离校后发表 或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为西安石油大 学。 论文作者签名：j 纥堕_ 盎 导师签名： 注：如本论文涉密，请在使用授权的说明中指出( 含解密年限等) 。 卫、| 孝 第章绪论 第一章绪论 1 1 论文研究背景及意义 1 1 1 我国经济发展对节能的要求 中国国民经济和社会发展“十一五”规划纲要明确指出，在“十一五”时期要 努力实现单位国内生产总值能源消耗降低2 0 左右的经济社会发展目标，国务院印发的 发展改革委员会会同有关部f - j n 定的节能减排综合性工作方案明确，再过1 0 年中国 万元国内生产总值能耗将由2 0 0 5 年的1 2 2 吨标准煤下降到1 吨标准煤以下，降低2 0 左右，单位工业增加值用水量降低3 0 。这是贯彻落实科学发展观、构建社会主义和谐 社会的重大举措，是建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择，是推进经济结构调 整，转变增长方式的必由之路，是维护中华民族长远利益的必然要求l l j 。 我国经济快速增长，各项建设取得巨大成就，但也付出了巨大的资源和环境代价， 经济发展与资源环境的矛盾日趋尖锐，群众对环境污染问题反应强烈。这种状况与经济 结构不合理、增长方式粗放直接相关。不加快调整经济结构、转变增长方式，资源支撑 不住，环境容纳不下，社会承受不起，经济发展难以为继。 只有坚持节约发展、清洁发展、安全发展，才能实现经济又好又快发展。同时，温 室气体排放引起全球气候变暖，备受国际社会广泛关注。进一步加强节能减排工作，也 是应对全球气候变化的迫切需要，是我们应该承担的责任。我国工业特别是高耗能、高 污染行业占全国工业能耗和二氧化硫排放近7 0 的电力、钢铁、有色、建材、石油加工、 化工等六大行业是节能重点。石油加工行业的炼油企业如何贯彻国家对节能的要求，是 每个炼油企业发展优先考虑的问题。炼油企业的节能不但符合国家发展的总体要求，同 时企业节约了牛产成本，提升了企业的竞争力，是企业生存发展的必由之路。 1 1 2 炼油行业节能现状 炼油行业是国民经济支柱产业之一，也是主要耗能行业之一。在石油炼制领域中， 石油和天然气既是能源，又是宝贵的原料，因此节能可节省宝贵的原料， 节能可显著降低成本和增加利润，节能可减少环境污染，节能技术的创新和节能技 术改造是企业整体技术进步的重要组成部分，因此大力推进炼油行业的节能工作是非常 重要的。 近十几年来，石化工业的龙头一炼油工业，通过推进技术进步、深入开展节能技术 改造、加强节能综合治理、进行优化用能和强化节能管理活动、推动能源使用合理化等 措施，节能工作取得了显著的成效( 见表l 一1 ) 。 由于目前油源紧缺、原油劣质化、环保苛刻化、油品质量国际化、石化产品高附加 值化和市场竞争激烈，研究并做好企业的节能降耗有重要的现实意义。 两安石油人学硕j j 学位论文 表1 11 9 9 6 - 2 0 0 4 年中国石化和中国石油两在集团炼油能耗变化情况 综合能耗千克标油吨单冈能耗千克标油吨 年份 中囡石化中困石油l | 1 国石化1 1 1 国石油 1 9 9 6 8 4 3 9 1 4 4 9 1 9 9 78 0 2 79 0 4 61 4 4 21 6 5 8 1 9 9 88 7 1 4 9 4 3 61 4 4 61 5 0 0 1 9 9 98 5 4 09 2 5 41 4 4 21 4 9 9 2 0 0 07 9 3 49 1 0 71 4 1 01 3 9 9 2 0 0 17 8 2 58 6 4 41 3 1 01 2 2 5 2 0 0 27 8 3 28 8 0 31 2 9 71 3 2 0 2 0 0 37 6 0 68 3 2 51 2 6 41 2 5 4 2 0 0 47 3 6 87 8 7 01 2 2 01 1 9 5 由表l l 可见，1 9 9 6 2 0 0 4 年炼油行业单因耗能总的趋势是逐年下降的，其中1 9 9 8 年中国石化、中国石油炼厂平均单因耗能分别为1 4 4 6 和1 5 0 0 千克标油吨因数，2 0 0 4 年分别降至1 2 2 0 和1 1 9 5 千克标油吨因数，降幅分别达1 5 6 和2 0 3 3 。表明近年来 我国炼油行业的节能总水平是不断提高的l 2 1 。 1 1 3 兰州石化公司能耗现状 目前，兰州石化公司炼油系统原油加工能力己达到1 0 5 0 万吨年，能耗费用已经成 为产品加工成本的重要部分，节能降耗已成为企业降低成本，合理利用资源，提高经济 效益，坚持可持续发展的重要途径。近年来，新、改建和扩建了十凡套生产装置、全厂 储运设施和辅助设施，经过多次改造后，公司工艺装置能耗已显著降低，但系统综合能 耗却居中国石油股份公司的一般水平。 造成这种状况的重要原因之一是系统全局的综合能量消耗不优化，方面许多工艺 装置的低温热被强制冷却得不到利用，另一方面是炼油系统的储运设施维温、工艺管线 伴热、装置采暖等仍在消耗大量的高温蒸汽。这种操作造成巨大的重复浪费。如果能将 装置的大量低温余热能够加以应用，将使得热效率极大提高，对节能降耗极大的现实意 义。 当然低品位的热能利用起来会有难度，但这也是提高公司热效率的关键，一个单位 热效率水平的提高不在于高品位的热能利用有多好，这些热能很好利用，一般都能够较 好地利用，只有低品位能量的充分利用才是提高热效率的关键，因为这些能量利用有难 度。 纵观兰州石化公司的能耗系统，有可能利用低温余热的地方有工艺管线伴热、储运 设施维温、装置采暖等，而这些系统仍在消耗大量的高温蒸汽。如果能将高温蒸汽改用 热水作为工艺管线伴热的热源，或者用作进罐原油加热的热源，甚至于在夏季作为维温 的热源，而这些场合的所需热源的场合的温度并无需太高，利用热水作为热源完全可行， 2 第章绪论 这样一方面节约大量的宝贵的高品位能量，也可为低温热的利用提供机会，同时提高热 利用率，还可以使初馏塔返塔回流温度偏高的问题得以解决，一举多得，对公司的节能 降耗有着重大的意义。 本文的研究内容即基于此，主要研究蒸汽伴热改用热水伴热的可行性，技术方案等 一系列问题。 1 2 炼油企业动力系统节能措施 近年来，中国炼油行业在降低成本、挖潜增效以及提高市场竞争力等方面做了大量 工作，取得了较显著的成效。就我国的炼油企业来讲，工艺过程主要是换热、分离、催 化反应，因此节能工作也主要通过这些环节的实现达到。下面，重点介绍兰州石化公司 近年来在动力供应方面采取的丰要节能技术与措施，可概括为以下几个方面。 ( 1 ) 锅炉尾部受热面改造 动力锅炉丰要为公司炼油装置供应中压、低压蒸汽，共三台，产汽能力为2 2 5 t h 。 在石油炼制和化工行业，锅炉燃料大多数使用减压渣油、催化渣油及瓦斯干气，而 这些燃料的主要特点是含硫高、灰份高，在长期运行过程中，锅炉空气预热器普遍存在 二个问题，一是低温腐蚀问题，二是积灰堵塞。其原因是众所周知的，即运行中空气预 热器的低温段遇上了烟气的酸露点，一般认为烟气的酸露点会造成管子腐蚀穿孔，当空 气预热器低温段管壁处于酸露点范围内时，壁面沉积一层“酸水”，它在腐蚀管壁的同时 又吸附烟气中的灰分，粘结成非常坚固的板块堵塞空气预热器，日积月累很难清除，使 锅炉被迫降低负荷运行，严重影响牛产，同时，又因为空气预热器漏风，引起锅炉风机 大负荷运行而能耗高等等一系列问题。 碳钢搪瓷管是一种较为有效的防腐复合材料，对低温露点腐蚀有一定的防护效果。 采用搪瓷材料用于锅炉尾部受热面之后，锅炉低温腐蚀问题得到有效控制，其极大地延 长了锅炉运行周期和检修周期，使牛产被动局面彻底改变，提高了锅炉设备的可靠性和 经济性，具有显著的经济效应【3 j 。 ( 2 ) 汽动式排凝回收装置 汽动式排凝回收装置是一种闭式蒸汽和凝结水回收系统，它兼有闭式回收系统的优 点和功能，同时可以实现热能的梯级回收利用。它是对正常排凝疏水的回收利用：即对 长期需要排凝的地方增加疏水器和汽水分离设施，正常回收，减少排放损失和环境污染。 为了解决正常的排凝放空问题，建立汽动式排凝回收装置( 其工作原理见图1 1 ) 是一 种有效的方法，这种方法不改变目前蒸汽管网的排凝管的位置、数量和管径，采用受控 的蒸汽喷射【4 l 携带排凝方法，集中进行汽水分离；3 5 m p a 的中压蒸汽汽水分离后多余的 “次中压蒸汽”经过动能利用后，并入低压管网；没有蒸汽数量上的泄漏；1 o m p a 的低 压蒸汽汽水分离后的次低压蒸汽，以及中压凝结水闪蒸出来的二次蒸汽，被“次中压蒸 汽”喷射提升压力后，能级恢复如初，重新回到低压蒸汽管网。完全没有低压蒸汽损耗 j 两安石油人学硕士学位论文 与降质，并且回收了1 5 的中压闪蒸汽；低压凝结水与中压凝结水在“泵阀凝结水排汽站” 内再次闪蒸出0 3 m p a 的乏汽，该乏汽被“次中压蒸汽”提升压力后，能级上升一级， 并入低压蒸汽管网。中压和低压两级分离出来的凝结水在“泵阀凝结水排汽站”内自动加 压后，将凝结水打入厂内的凝结水泵压管线，完全闭式回收，没有任何乏汽泄漏以及凝 结水的浪费。在气动式凝结水回收站中，中压蒸汽在数量上没有损耗，在品质上由于它 对低压蒸汽和乏汽进行了加压做功，动能基本没有损耗。 图1 1 汽动式排凝回收装置流程图 l 一中压蒸汽线；2 一中压汽水分离器；3 疏水阀；4 一低压汽水分离器； 5 凝结水罐；6 一凝结水泵；7 疑结水泉压管线；8 一低压喷射器： p 低压蒸汽线；l 蝴中压蒸汽线：l l 一中压喷射器 ( 3 ) 高温凝结水除油除铁 1 0 0 t h 高温凝结水除油装置是兰州石化公司炼油板块建厂以来建设投用的第一套高 温凝结水除油装置，也是国内石油、石化系统建设投资规模最大的采用类萃取工作原理 利用独特的亲油功能树脂h o l 1 0 0 树脂除油的第一套凝结水除油装置。 高温凝结水除油除铁装置的建成投用，解决了兰州石化公司炼油板块2 0 多年来高温 凝结水含油的难题，为国内石油石化企业高温凝结水除油除铁提供了先进经验；经过近 几年的运行，节能、节水、环保效益十分良好【5 】。 ( 4 ) 优化蒸汽动力系统 蒸汽是炼油化工生产过程中的丰要能源之一。兰州石化公司随生产规模不断扩大， 蒸汽用量增多，管网系统也愈来愈复杂；要想提高蒸汽使用效率，降低成本，增加市场 竞争力，关键要有详尽的生产信息和科学的分析于段。公司蒸汽系统虽然经过近几年的 改造和完善，但主干系统除新建d n 6 0 0 m m 干线外，其它几条干线都是建j 一初期建立投 用至今，材料老化，强度性能降低，已到更新期，但因公司资金紧张，无法全部更新， 只能维持现状运行，经常出现泄漏。目前，运行只能是“头痛医头，脚痛治脚”，哪里漏 4 第一章绪论 处理哪里，使运行存在很多隐患和不安全因素。 为解决上述问题，公司实施了“蒸汽系统实时数据采集及在线智能优化项目”，沿5 # 路和3 # 路蒸汽建立2 5 处数据自动采集分站和两座数据采集总站，数据经总站处理后 及时传输给公司、调度及各分厂、用户，便于领导决策和用户及时掌握蒸汽使用情况。 提高蒸汽系统运行管理水平，实现蒸汽系统优化操作，达到节能降耗的h 的。 ( 5 ) 低温热量的回收 在炼油生产过程中，产生了大量的低温热，为了节约能源和降低成本，以实现装置 间的热联合，将这部分热量回收利用。虽然回收的是余热，但是这个系统对生产装置来 说，应该是一个可靠的冷源，一定要将这部分热量及时如数地取走，否则将影响产热装 置的正常生产；同时这个系统对用热单位是直接用在生产过程之中，所以又必须是一个 可靠的热源，否则将影响所有用热单位的正常生产。 1 3 管线伴热技术概述 石油、化工物料在管道中长距离输送和长时间储存过程中会因散热而造成物料温度 的降低，对于高黏性物料，温度的下降意味着物料的黏度升高，其后果是造成输送困难， 严重的下降会产生物料的结晶。要保持物料的温度不降低，可行的方法是通过伴热给系 统；连续不断地补充热量，以维持管内物料的温度。 伴热作为一种有效的管道保温及防冻方案一直被广泛应用，其工作原理是通过伴热 媒体散发一定的热量，通过直接或间接的热交换补充被伴热管道的热损失，以达到升温， 保温或防冻的正常工作要求。过去很长一段时间内、在绝大多数火电厂中，蒸汽伴热始 终是一种主要的保温方式，其工作原理是通过蒸汽伴热管道散热以补充被保温管道的热 损失。由于蒸汽的散热量不易控制，其保温效率始终处于一个较低的水平。而且，由于 电厂中需要伴热的管道一般以仪表管线、工艺管线及化学管线为主，这些管线比较复杂， 铺设蒸汽伴热管道十分不便。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，每年冬季电j 维修部门都不得不在管线保温上花费大量的人力、物力来 确保电厂的冬季运行安全。 伴 a 单伴热 屡 图1 2 伴热管道剖面示意图 5 b 双伴热 层 两安石油大学硕 ：学位论文 目前，管道伴热方式有外伴热、内伴热和夹套伴热3 种。在炼油装置中，一般均采 用外伴热方式，而不采用内伴热和夹套伴热。伴热介质主要有蒸汽、热水和电【lj 。蒸汽 伴热和热水伴热都是比较传统的伴热方式，是利用伴热管线紧靠在管道外壁，通过热传 递，把热量传给原被伴热的介质，以达到保温、伴热的目的。蒸汽伴热和热水伴热都分 为单伴热和双伴热两种形式，其基本结构如图1 2 所示【8 l 。 1 4 热水伴热 热水伴热是以热水为伴热介质。热水伴热较蒸汽伴热运行平稳、且易于操作，可有 效减少伴热系统“跑、冒、滴、漏”现象，减小汽蚀和管线冲刷，美化环境，节约维修 成本。热水伴热还能有效利用余热，节约大量蒸汽，使热源介质温度得到有效控制，防 止输送介质变质。 1 5 主要研究内容 对系统伴热管线进行了分析计算，并核算各装置伴热管线的蒸汽消耗量和伴热热水 的消耗量，提出了各装置的伴热方案。丰要研究内容包括： ( 1 ) 介质管中散热损失计算； ( 2 ) 伴热管中散热损失计算； ( 3 ) 介质管线和伴热管线以及保温层构成的气体空间的散热损失。 ( 4 ) 对炼油系统伴热管线进行了统计、分析； ( 5 ) 对炼油系统装置低温余热负荷的分析计算； ( 6 ) 各装置伴热管线的蒸汽消耗量和伴热热水的消耗量计算； ( 7 ) 提出了各装置的伴热方案，确定技改方案； ( 8 ) 技改方案实施； ( 9 ) 经济效果分析。 课题来源： 兰州石化公司技改项目：炼油系统改热水伴热措施，项目编号：j c 0 5 0 6 s 9 9 0 0 ， 2 0 0 5 10 - 2 0 0 8 1 1 6 第二章蒸汽伴热和热水伴热对比研究 第二章蒸汽伴热和热水伴热对比研究 2 1 蒸汽伴热和热水伴热管线的散热损失计算 为了准确对比蒸汽伴热与热水伴热的优劣，对公司内部炼油系统的管线伴热进行了 统计，见表2 - 1 所示： 表2 1 公司炼油系统伴热管线数据统计 名称 伴热管长度( m ) 第一套常减压 1 0 2 0 第一二套常减压 3 4 6 0 5 0 0 万t a 常减压 6 3 2 0 1 4 0 万t a 重催 1 0 3 5 0 连续重整 1 6 5 0 0 两油品车间 1 6 4 9 0 东油品车i 日j 1 1 4 5 0 第套溶剂精制 4 4 0 第二套溶剂精制 1 8 5 老气体精制装置 , 3 d d o 炼 新气体精制装置 3 7 5 两酸装置 1 2 6 0 0 油 4 0 万吨年航煤加氢装置 2 3 4 1 r 6 0 万吨年焦化汽柴油加氢 2 8 5 6 苯烃化一丙烯齐聚装置 1 3 9 5 丙烷脱沥青 2 0 4 0 减粘装置 7 0 5 0 第二套润滑油加氢补充精制( 2 0 单元) 1 6 1 0 润滑油白土补充精制( 2 7 单元) 9 6 0 润滑油酸碱精制( 2 8 单元) 2 6 0 m t b e7 1 2 烷基化 1 2 8 6 延迟焦化 4 7 3 0 系统管线 7 5 5 4 5 储运j 2 1 9 0 5 催化剂厂 4 0 2 0 动力厂 1 0 0 0 储运厂油罐维温 罐i 又：维温 6 8 、尿素、6 l 泵房罐隧维温 合计2 1 0 3 3 0 7 西安石油人学硕 j 学何论文 从表2 一l 可以看出，公司炼油系统各装置不同管径的伴热线总长度约2 1 0 3 3 0 米。 蒸汽伴热管规格如表2 2 所示： 表2 2 蒸汽伴热管规格( 蒸汽压力l o 公斤厘米2 ) 【1 0 1 环境温度保持介质 工艺管径d n 温度 项目 4 0 5 08 0 1 0 01 5 0 一2 0 02 5 0 3 5 04 0 0 5 0 0 根数x d n1x1 51 1 5lx 2 01x 2 5 2 x 2 0 0 最大放水距离，米 1 0 0l o o1 2 01 5 01 2 0 不低于 耗汽最，公斤米，、时 o 2o 2o 2 50 3 5 0 5 2 0 根数x d n1x 2 01x 2 52 x 2 02 x 2 02 x 2 5 6 1 1 0 0 最大放水距离，米 1 2 01 5 01 2 01 2 0 1 5 0 耗汽晕，公斤米，j 、时 o 2 5o 3 50 50 50 7 根数d n1 2 0lx 2 01x 2 52 2 0 2 2 5 6 0 最大放水距离，米 1 2 0 1 2 01 5 01 2 01 5 0 耗汽量，公斤米j 、时 o 2 5o 2 50 3 50 5o 7 2 l 3 0 根数x d n1x 2 52 x 2 02 x 2 52 2 5 2 4 0 6 1 1 0 0 最大放水距离，米 1 5 01 2 01 5 01 5 02 0 0 耗汽量，公斤米小时 o 3 50 5o 70 70 9 为了更为准确的反映公司工艺伴热管线消耗的蒸汽量，根据兰州市的冬天的气温对 散热损失进行了校核。散热损失可以根据式( 2 1 ) 进行计算f 1 0 】： 窖2 嚣2 瓣2 z ( t o - t , ) 九 、d o 4 a d i 式中： q ：散热量，k j m2 h ； t 。：管内流体的温度，； t ：环境温度，； a ：导热系数，k j m h ； d ，：保温层外径，m ； d 。：保温层内径，m ； r ：材料热阻，m 2 h c k j ； r 。：表面热阻，m2 h c k j ； a ：表面散热系数，k j m2 h 。 计算所得的蒸汽伴热散热损失如表2 - 3 所示。 8 ( 2 - 1 ) 第二章蒸汽伴热和热水伴热对比研究 表2 3 蒸汽伴热与热水伴热散热损失 管径 保温厚度介质温度伴热管蒸汽伴热散热掺热水伴热散麴热水伴热与蒸汽伴 ( m m ) ( i i i i t i ) 伴热方式 ( )径( m m失( w m )损失( w m ) 热的损失比( ) 2 5 03 0 单伴热 8 02 55 3 3 0 63 7 9 6 37 1 2 2 2 0 03 0 单伴热 8 02 54 3 7 8 03 1 0 9 77 1 0 3 1 5 03 0 单伴热 8 02 53 4 2 4 l2 4 2 2 37 0 7 4 1 0 03 0 单伴热 7 02 52 3 8 1 91 6 4 7 0 6 9 1 5 8 03 0 单伴热 6 02 01 8 7 9 41 2 7 8 46 8 0 2 5 03 0 单伴热 6 02 01 3 4 5 69 0 6 36 7 3 5 5 03 0 双伴热 6 02 01 2 7 0 98 6 3 26 7 9 2 8 03 0 双伴热 6 02 01 7 6 7 61 2 1 4 06 8 6 8 1 0 03 0 双伴热 7 02 52 2 3 9 01 5 6 4 66 9 8 8 1 5 03 0 双伴热 8 02 53 2 1 8 82 3 0 3 97 1 5 8 2 0 03 0 双伴热8 02 54 1 1 0 2 2 9 5 5 47 1 9 0 2 5 03 0 双伴热 8 0 2 5 5 0 0 0 23 6 0 5 97 2 1 1 注：表中取蒸汽温度1 6 0 0 ，热水温度9 0 。 同样的的方法可以算得到热水伴热散热损失，为了便于比较，将其也列于表2 3 。 根据热水伴热与蒸汽伴热的比较( 见表2 3 ) ，热水伴热时的散热损失小于蒸汽伴热时的 散热损失，结果表明，热水伴热时的散热损失仅为蒸汽伴热时散热损失的8 0 ，即热水 伴热较蒸汽伴热节能2 0 。 通过计算，由表2 3 可以看出，使用热水对物料管线进行伴热比使用蒸汽伴热时产 牛的热损失要少，由表2 3 对比可得热水伴热比蒸汽伴热在正常使用中节能至少在2 0 以上。由此可见，蒸汽伴热改热水伴热是企业现行形势下一项节能、增效的有效措施， 通过合理的改造将使我们的企业在未来的市场中具有更大的竞争潜力。 2 2 工艺伴热管线蒸汽消耗量计算 根据表2 - 1 所示的管长和表2 - 2 的管子规格，考虑由式2 一l 所计算的散热损失，可 得公司炼油系统各装置工艺伴热管线消耗蒸汽量，结果如表2 - 4 所示。 9 两安石油人学硕士学位论文 表2 4 公司炼油系统工艺伴热管线蒸汽消耗量统计 名称伴热管长度( m ) 蒸汽消耗最( t h ) 第一套常减压 1 0 2 0o 2 3 第_ 套常减压 3 4 6 01 1 0 5 0 0 万t a 常减压 6 3 2 01 7 7 1 4 0 万妇重催 1 0 3 5 02 2 0 连续重整1 6 5 0 03 7 7 两汕品车间1 6 4 9 0 3 0 4 东油品车间 1 1 4 5 02 2 0 第一套溶剂精制 4 4 0 0 0 9 第_ 套溶剂精制 1 8 5 0 0 4 老气体精制装置 d d d o 0 4 1 炼 新气体精制装置 3 7 5 0 0 5 5 两酸装置 1 2 6 0 01 4 9 油 4 0 万吨年航煤加氢装置 2 3 4 lo 2 5 r6 0 万吨年焦化汽柴油加氢 2 8 5 60 7 4 苯烃化一丙烯齐聚装置 1 3 9 5o 1 6 丙烷脱沥青 2 0 4 0o 5 3 减枯装置 7 0 5 0o 9 3 第二套润滑油加氢补充精制( 2 0 单元) 1 6 1 00 3 7 润滑油向土补充精制( 2 7 单元) 9 6 0o 2 l 润滑油酸碱精制( 2 8 单元) 2 6 00 0 3 4 m t b e7 1 20 0 6 3 烷基化 1 2 8 60 1 6 延迟焦化 4 7 3 01 4 4 系统管线 7 5 5 4 52 0 2 4 储运厂 2 1 9 0 56 7 9 催化剂厂 4 0 2 0o 8 3 动力厂 1 0 0 00 2 0 储运厂油罐维温 2 6 罐区维温 6 8 、尿素、6 l 泉房罐区维温 1 1 9 合计 2 1 0 3 3 06 3 8 5 2 3 工艺伴热管线热水消耗量计算 根据2 。l 的计算结果可以知道，热水伴热的热损失约为蒸汽伴热的8 0 。而蒸汽伴 热的散热损失已经算出为表2 3 所示，由此根据式( 2 2 ) 可以计算出热水的消耗量： 式中： m ：q x 0 8 x3 6 0 0 l o oxc p a t 1 0 ( 2 - 2 ) 第二章蒸汽伴热和热水伴热对比研究 m ：热水的质量流量，k g h m ； q ：蒸汽伴热时的散热损失，w m ； c p ：水的比热，k j k g ； t ：热水伴热过程的温降，。 计算出的炼油系统各装置工艺伴热管线的热水消耗量如表2 5 所示，为了便于比较， 将蒸气的消耗量也列于表2 5 。 表2 5 炼油系统各装置工艺伴热管线蒸汽消耗量与热水消耗量对比 名称伴热管长度( m蒸汽消耗黾( t h ：所需热水量( 仆) 第一套常减压 1 0 2 0 0 2 36 0 4 第_ 套常减压 3 4 6 01 1 02 1 0 8 5 0 0 万t a 常减压 6 3 2 0 1 7 74 4 2 5 1 4 0 万g a 重催 1 0 3 5 0 2 2 06 1 8 2 连续重整 1 6 5 0 0 3 7 77 5 1 6 西油品车间 1 6 4 9 0 3 0 41 4 4 8 0 东油品车问 1 1 4 5 0 2 2 0 5 1 2 5 第一套溶剂精制 4 4 0o 0 92 5 8 第二套溶剂精制 1 8 50 0 42 8 3 老气体精制装置 o o o o0 4 12 6 9 9 炼 新气体精制装置 3 7 50 0 5 51 2 8 9 两酸装置 1 2 6 0 01 4 96 1 5 7 油 4 0 万吨年航煤加氢装置 2 3 4 l0 2 52 1 1 2 厂 6 0 万吨年焦化汽柴油加氢 2 8 5 60 7 43 3 6 苯烃化一丙烯齐聚装置 1 3 9 50 1 61 3 8 5 丙烷脱沥青 2 0 4 00 5 31 3 1 4 减粘装置 7 0 5 00 9 31 9 8 5 第一套润滑油加氢补充精制( 2 0 单元) 1 6 1 00 3 75 2 7 2 润滑油白十补充精制( 2 7 单元) 9 6 00 2 11 6 9 5 润滑油酸碱精制( 2 8 单元) 2 6 00 0 3 41 1 3 m t b e7 1 20 0 6 34 5 0 烷基化 1 2 8 60 1 66 4 2 延迟焦化 4 7 3 01 4 43 9 8 4 系统管线 7 5 5 4 52 0 2 46 2 8 储运j 2 1 9 0 56 7 91 3 4 5 8 催化剂厂 4 0 2 0o 8 31 1 9 8 动力厂 1 0 0 00 2 03 4 嗟区纠 储运j 油罐维温 2 66 2 1 温 6 8 、尿素、6 l 泵房罐区维温 1 1 9 2 4 4 2 合计2 1 0 3 3 06 3 8 5 1 9 2 7 4 7 西安石油人学硕士学位论文 由表2 5 可以看出，当公司炼油系统各装置生产正常时，每小时用于生产所需物料 输送的伴热将耗用1 o m p a 蒸汽6 3 8 5 吨。 改造为热水伴热以后，由于热水伴热系统是一个带压的闭式循环系统，仅在开工期 间提供水源，待达到满足需要后，该部分水在内部循环使用，正常工作时仅需补充少量 蒸发损耗的水量即可。因此，采用热水伴热可以大大减少管线伴热的蒸汽消耗量，节约 高温位能量，节省蒸汽能源浪费，有利于进一步降低全厂综合能耗，提高经济效益。 2 4 蒸汽伴热和热水伴热的其他方面比