蒸汽伴热改为热水伴热的节能效益分析 蒸汽伴热改为热水伴热的节能效益分析

蒸汽伴热改为热水伴热的节能效益分析

  • 期刊名字:化工进展
  • 文件大小:461kb
  • 论文作者:贺廷礼,李艳萍,刘桂莲,冯霄
  • 作者单位:中国石油天然气公司兰州分公司,西安交通大学化工系
  • 更新时间:2020-09-03
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论文简介

化工进展516CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS2006年第25卷增刊C15蒸汽伴热改为热水伴热的节能效益分析贺廷礼,李艳萍2,刘桂莲2,冯霄2(中国石油天然气公司兰州分公司,兰州730060;2西安交通大学化工系,西安710049)摘要:对于石油化工物料中的黏油和易凝油,为了防止宅们在菅道中凝结或在输送过程中黏度过于增大,常采用伴热的方法对油品进行保温。在北方地区以前的设计较多采用蒸汽伴热,但蒸汽伴热运行成本较高,且能源浪费较大。本文通过对蒸汽伴热和热水伴热在散热损失方面的分析,确定热水伴热的节能效果;并提出在不改变原来蒸汽伴热管线情况下,由蒸汽伴热改为热水伴热的设计步骤。应用该步骤对某装置进行改造,结果表明将蒸氵伴热改为热水伴热,可以有效利用余热,从而取得很大的节能和经济效益关键词:热水伴热;散热损失;设计Benefit analysis on energy saving for heat preservation from usingsteam to using hot waterhe Tingli, LI Yanping LIU Guilian, FENGXiao'Lanzhou Petrochemical Company, Lanzhou 730060: Department of Chemical Engineering, Xi'an JiaotongUniversity, Xi'an 710049)Abstract: For the viscous oil and condensative oil in petrochemical companies, heat preservation must beconsidered to prevent oil from viscosity increasing or congealing during transportation. In north district ofChina,steam is usually adopted for the purpose in former design, but the operating cost and energy cost ofsuch method are comparatively high. In this paper, the energy effects of heat preservation by using hot waterare analyzed and compared with that by using steam, and the design procedures are given for changing theheat preservation medium from steam into hot water without changing the existing pipelines. An applicationof this proposed procedures is given for a refinery process. The results show that by using hot water as heatpreservation medium to replace steam, not only can save energy and obtain economic profits, but also canprovide more opportunities for efficiently utilize waste heat at low temperature.Key words heat preservation; medium; heat loss; design石油、化工物料在管道中长距离输送和长时间储热传递,把热量传给原被伴热的介质,以达到保温存过程中会因散热而造成物料温度的降低,对于高黏伴热的目的。蒸汽伴热和热水伴热都分为单伴热和性物料,温度的下降意味着物料的黏度升高,其后果双伴热两种形式,其基本结构如图1所示。电伴是造成输送困难,严重的会造成管道系统的堵塞,而热则是一种利用电能为热源的伴热技术,它安全可对于易结晶的物料,温度的下降会产生物料的结晶。靠、施工方便、能有效进行温度控制,防止管道介要保持物料的温度不降低,可行的方法是通过伴热给质温度过热。但由于目前我国电力供应比较紧张,系统连续不断地补充热量,以维持管内物料的温度。而且电伴热投资较大,在石油化工企业中不常用。目前,管道伴热方式有外伴热、内伴热及夹套伴热3种。在炼油装置中,一般均采用外伴热方式,1#的比较而不采用内伴热和夹套伴热。伴热介质主要有蒸汽、11CNMHG热水和电。蒸汽伴热和热水伴热都是比较传统的蒸汽伴热的优势是一次性投资较低,劣势是维伴热方式,是利用伴热管线紧靠在管道外壁,通过第作者简介贺廷礼(192-),男,生产处高级主管贺廷礼等:蒸汽伴热改为热水伴热的节能效益分析·51712热水伴热热水伴热是以热水为伴热介质,适用于操作被伴热介质温度不高或者不能采用高温伴热介质的管线。热介质管水伴热运行平稳,伴热均匀,易于操作,可大大保温层减少伴热系统泄漏,减少维护量,美化环境,节伴热管约维修费用,管线冲刷减小,气蚀减少,有效减少跑冒滴漏现象。热水伴热还能有效利用余热,(a)单伴热(b)双伴热节约大量蒸汽,而且可控制热源介质温度,能有图1伴热管道抛面示意图效防止加剂油品变质。13热水伴热和蒸汽伴热能量消耗比较护成本较高,蒸汽伴热线平稳运行期3~5年,此后无论是热水伴热还是蒸汽伴热的情况,其总散维修费用将成倍增加。在使用过程中存在如下的一热损失都是由以下几部分构成的些问题向:(1)介质管中的热量通过保温层的散热损失;(1)采汽点、排凝点多,分布广,施工、管理(2)伴热管中的热量通过保温层的散热损失;困难(3)介质管线和伴热管线以及保温层构成的气(2)操作工作量大体空间的热量通过保温层的散热损失。(3)疏水器使用时间长,用量大,检修、检圆形保温壳相当于圆管内壳,在保温层内壁维护不能保证与介质管线的外壁之间有一加热空间,这样介质管(4)蒸汽伴热“跑冒滴漏”问题较多,每年维通过保温层散失到四周大气中的热量就可以忽略不护费用高,工作量较大,维修中,存在停汽可能,计,伴热管道的热损失为6别易造成管线受冻,影响正常工作;(5)蒸汽温度高,不易控制,对于有些凝沸点q-R1+R5+R1较低的介质,若伴热温度高,则造成气化,管线将2π(t1-t。)升压,易出现安全事故。同时出现“大马拉小车”2的情况,造成能源的浪费(6)凝液直接排放,不予回用,浪费能源;d(7)由于生产需要停用的蒸汽伴热线,再投用对燕汽伴热和热水伴热管道情况进行散热损时易水击,缩短管线使用寿命失的计算分析,结果如表1所示。表1蒸汽伴热和热水伴热散热损失比较介质管径加mm介质温度/℃c伴热管径/m蒸汽伴热散热损失W·m1热水伴热散热损失/w·m1热水伴热与蒸汽伴热散热损失比较%单伴热533.0671.22705550310977103342.41238.19164.7060127846802134.566735双伴热80360.59411.022955471.9055500321.88TH中国煤化工7158CNMHG8632注:表中取蒸汽温度为160℃,热水温度为90℃,环境温度取为兰州市冬季冷月平均温度-53℃,保温层厚度为30mm。·518·2006年第25卷增刊计算结果表明,用热水伴热时的散热损失是蒸的给水点和回水点。汽伴热时散热损失的67%-73%也就是说当把蒸汽(4)计算每个给水段热水流量以及热水流速伴热改为热水伴热时,至少可节能20%以上。如果热水的流速在正常范围内,即05-3m2蒸汽伴热改热水伴热核算步骤则可以用原伴热管道;否则为不改变原伴热管道,需调整热水的流速,以使管速在正常范围内在将蒸汽伴热改为热水伴热时,为了减少投资(5)核算回水温度费用,应仍采用原蒸汽伴热管线。对各装置的伴热数据,将根据以下步骤对蒸汽消耗量和热水的消耗(6)根据装置实际情况提出伴热热水来源量进行核算。3实例(1)校核各管道单位长度的蒸汽消耗量在计算中要考虑到各介质管线的直径,介质温31装置伴热及余热状况简介度、伴热管线的直径、伴热蒸汽的温度、保温层厚某常减压装置目前的管道采用系统提供的1.0度、空气的对流传热、保温层的导热、环境温度以MPa蒸汽伴热。各伴热管道以及相应的直径、长度、及余热资源的流量、温位等伴热方式和被伴热物流温度数据见表3该装置伴热管线总长为1020m根据单位长度的管子的散热损失,可以计算出单位长度伴热管所消耗的蒸汽量。考虑到冬季风等表3装置内伴热管道数据统计因素的影响,散热损失将大于计算所得值,单位长度伴热管的蒸汽消耗量也应大于上面计算得蒸汽消管内物流管径管长介质温度伴热方式伴热管管径名称耗量。为此,在核算时取蒸汽的消耗量为计算得蒸汽消耗量的1.5倍80150单伴热20(2)计算热水伴热时的热水消耗量破乳剂线50150常温单伴热因为热水伴热时的散热损失为蒸汽伴热时散柴油注碱线5060常温单伴热热损失的67‰~73%,取热水伴热较蒸汽伴热节能航煤注碱线5060常温单伴热2020%。根据蒸汽伴热时的散热损失即可由下式核算常顶瓦斯线150260常温单伴热20出热水的消耗量:10090常温单伴热Qx0.8×3600减顶瓦斯线100100常温单伴热M100150单伴热20000C.X△总计(3)设置给水点和回水点热水伴热时,管线的布置与蒸汽伴热时相同。按SHT3040规定,伴热热水温度宜低于100℃,由表3的数据可见,表中所给介质温度都介于热水伴热系统应采用闭式循环系统,热水的供水压常温和90℃之间,故能用系统提供的90℃的热水力宜为035~10MPa,回水总管余压应控制在02伴热这些管线。03MPa。SHT3040制定了热水伴热最大允许有效根据该装置的能量平衡,该装置有很丰富的余伴热长度见表2热资源,为13918kW,其温位介于129~40℃,统计见表4。表2热水伴热管最大允许有效伴热长度伴热管管径mm表4常减压装置的低温余热资源热水压力MP410、2DNI5DN20DN25物流乞称通量压力相态供应温度目标温度热量Akgh-I/MPa000000初顶油气125000013g,1104中国煤化工401810常HCNMHI10290203根据表2所给出的热水伴热管最大允许有效伴热长度规定并结合实际管线布置情况设置热水伴热合计13918增刊贺廷礼等:蒸汽伴热改为热水伴热的节能效益分析·519·部分低温余热可以用来在伴热热水的循环系统表5常减压装置的低温余热利用中加热伴热回水,从而可以节约蒸汽。但并不是所有的129~40℃的能量均可在实际生产中用来加物流名称供应温目标温热回收回收的热量加热热水流度T度∧℃温度rAW热伴热用的热水。这主要是考虑到以下因素。初顶油气1044085(1)伴热热水回水温度为70℃,给水温度为常顶油气129408813合计987440410490℃。低温热源需把伴热热水的温度由70℃加热至90℃。鉴于此,只有85℃以上的热源的可以利用。初顶油(2)常二线、减四线的温位虽然能满足要求,但由于这两股物流的能量较小,即可利用的能量较·A→采暖水罐,装置内伴热系统伴热小,如果考虑到投资换热器的话,从经济上不合算。常顶油3)初顶油气的能量较常二线、减四线要大,404.It/h但与常顶油气相比却小得多,装置可以根据资金情3608th70℃况和热水的消耗量确定是否需要回收这部分热量。采暖水罐4(4)常顶油气的热量较大,可以用来加热大量70℃的伴热热水。表5示出了初顶油气和常顶油气两股物流的热回收温度、可以回收的能量及可以生产的90℃热水图2余热回收利用系统简图的量。这两股物流共可以加热热水404th(在计算中取热损失为5%)。热水可用于装置内管线的伴3.2伴热所需热水量的核算热,多余的热水可输入系统热水管线。图2示出了根据前面的设计步骤可以得到的伴热所需的余热回收利用系统简图热水量,结果见表6表6各管线所需要的伴热蒸汽和伴热水量蒸汽总质量流量热水汍量给水点热水流速调整后的伴热数据管道名称管长/m热水流速/m热水流量/g·h回水温度r℃常三线破乳剂1133.81柴油注碱线6045352航煤注碱线453.52041549641965.260452198.55常顶瓦斯线17.8203109927减顶瓦斯线减压线225.729827518123注:表中热水总流量是根据伴热热水温降为20℃计算的本装置的常顶油气和初顶油气均可以用来加热0.5-0.93m/s。因此把蒸汽伴热改为热水伴热时,伴热水,共404h,其中,初顶油气可把43.3th的热管道无需更换。剩余的热水共3943th,可以输热水由70℃加热至90℃,常顶油气可以把3608h送到系统的热水管线给其他的装置或系统管线伴的热水由70℃加热至90℃。这部分热水都可以用热来给各管线伴热,从而可以为本装置节约蒸汽汽15中国煤化工以为系统节约蒸05m的种情况下,共需98加热水,如表4所示。4与 CNMHG0.2咖h。在保证每股伴热管内热水的流速不低于还可见,如用原来的伴热管道,伴热水的流速为(1)相比较蒸汽伴热,热水伴热由于与外界的化工进2006年第25卷增刊温差减小,因此散热损失明显减少,仅为蒸汽伴热4—伴热管内流体的温度,℃散热损失的67%~73%,因此可以显著节能。t环境温度,℃(2)热水伴热能够很容易地利用低温余热r热水伴热过程的温降,℃进行。a保温层内壁散热系数,w(m2·℃(3)本文给出由蒸汽伴热改为热水伴热时的设a—保温层外表面散热系数,Wm2·℃)计步骤。λ—导热系数,w(m·℃)(4)通过对某常减压装置由蒸汽伴热改为热水伴热的设计,取得了明显的节能与经济效益,有效参考文献利用装置内的余热,共可节约蒸汽l59th。[]潘红良伴热管遒传热性能的有限元分析U油气储运,2004,23符号说明2】张颖,刘滨沥青油输送系统的技术改造门山西冶金,19,3]刘晓楠.新型节能环保伴热方式与传统伴热方式的比较和经济分C水的比热容,kJ(kg·)析门2002,25d—保温层内径,m14]陈波,佥利新,任庆涛油品工艺管道伴热介质削析[门当代化工,d—保温层外径,m2004,33(3):183-184.M—热水的质量流量,kg(h·m)5]吴明,王梅,邓兰君三管伴热输油管保温层经济厚度的研究抚Q蒸汽伴热时的散热损失,Wm顺石油学院学报,1998,18(3);46-55q—伴热总管散热量,W/m16]余龙红催化裂化装置管线散热损失估算及分析门炼油技术与工材料热阻,m·℃/w程,204,34(11):38-R保温层内壁热阻,m·℃NW7炼油装置工艺管线安装设计手册[MR—外表面热阻,m·℃/w8]何潮洪,冯霄化工原理M北京:科学出版社,2001:5.中国煤化工CNMHG

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