重油储罐加温盘管的结构选择与改造

李琰 马杰（兰州石化公司油品储运厂，甘肃兰州730060）

重油储罐加温盘管的结构选择与改造

李琰 马杰（兰州石化公司油品储运厂，甘肃兰州730060）

在石油化工行业中，如果储罐储存的是粘度较高或者凝点较低的介质时为了保证罐内的油品温度始终保持在其凝点以上，同时让介质保持良好的流动性，防止凝罐，常常需要从储罐内部对介质进行加温。蒸汽加温盘管就是较常用的一种储罐加温设施。蒸汽加温盘管的优点是操作便捷，安装简单，使用安全可靠，在储罐加温中被广泛的使用。所以根据各类储罐储存介质的性质和生产需求选择适当的结构形式对加温盘管进行改造，使其结构更合理，使用更可靠，维护更便捷，同时最大限度的提高加温效率避免热损失和水击现象是十分必要的。

排管式加温盘管；盘式加温盘管；重油

1　加温盘管的工作原理与分类

1.1加温盘管的工作原理

通常较为常见的储罐蒸汽加温盘管主要是由蒸汽进气管线、加温盘管、冷凝水回水管线和控制阀门这几部分组成。蒸汽加温盘管是在储罐底部安装的管线回路，在入口处接入蒸汽系统利用锅炉蒸汽作为热源对罐内的介质进行热传递加温，出口处接入回水系统排出冷凝水形成一套完整的加温回路。

1.2加温盘管的优缺点

罐内加温盘管的主要特点是结构简单、造价低、操作管理便捷、管内可承受较高压力、安装简便、可以根据容器的形状，制作成圆柱或平板等不同形状，也可将几组加温盘管进行并联组合从而达到增加传热面积效果，甚至可以在一个储罐中采用两组相互独立的加温盘管，通入不同的热源以充分利用热量。但是由于储罐的体积相对于普通设备要大了许多，储罐内流体的流速必然很低，所以管外给热系数也相对较小，这将影响总传热系数的提高。此外，加温盘管自身的通过能力也有限，而且经过长时间使用后盘管内部会积聚锈渣等难以清洗的杂质，可能会进一步限制传热介质的通过性，所以这也限制了加热盘管只适用于传热负荷不是很大的设备及较清洁的传热介质。

1.3加温盘管的种类

现在大型储罐中较为常用的管式加温盘管按照布置形式可分为全面加温盘管和局部加温盘管，按照结构形式不同又可分为排管式加温盘管和盘式加温盘管。

（1）排管式加温盘管

排管式加温盘管由若干个盘管所组成，每一分段由2到4根平行的管子构成，两端与两根集合管连接而成，几个分段构件以并联串联方式连成一组，对称布置在储罐进出口的两侧，每组都有独立的蒸汽进口和冷凝水出口。根据油罐的大小，通过计算确定罐内加热器的分组数。为便于冷凝水的排除，进出口之间要形成一定的坡度。分段式加热器长度不大，摩擦阻力小，可采用较低压力的蒸汽。但分段之间的连接处是容易泄漏的部位。

图1　排管式加温盘管

（2）盘式加温盘管

盘式加温盘管是用很长的钢管根据储罐的内部结构弯曲成所需形状的管式加热盘管。加温盘管在油罐下部均匀分布，可提高油品的加热效果。由于管道较长，对蒸汽压力的要求高。有时为了减小压降，也可将盘管分成平行的几组，并连使用。用U型管卡将盘管安装在金属支架上，能使管子在温度变化时能自由收缩。支架具有不同高度，使盘管沿蒸汽流动方向保持一致的坡度，便于排出冷凝水。

图2　盘式加温盘管

2　两种加温盘管在我厂的应用对比分析

重油是原油提取汽油、柴油后的剩余重质油，其特点是分子量大、粘度高。重油的比重一般在0.82～0.95，比热在10000～11000kcal/kg左右。其成分主要是碳氢化合物，另外含有部分的（约0.1～4%）的硫黄、微量的无机化合物及在前期生产过程中加入的催化剂沉淀物，此外重油贮罐必须设有良好的加热装置，一般以低压蒸汽保持长期均衡供热，罐内油温控制在70～80℃，最高温度不得超过90℃。

2.1排管式加温盘管的弊端

由于排管式加温盘管的结构形式与家用暖气包相似、90度弯头、T型端头较多这一结构特点，造成了排管式加温盘管焊口多、冷凝水易存积、易产生水击。

在封闭管道内中，在压力管道中，由于液体流速的急剧改变，从而造成瞬时压力显著、反复、迅速变化的现象，称为水击，也称水锤。在蒸汽管道中，若暖管不充分，疏水不彻底，导致送出的蒸汽部分凝结成水，体积突然缩小，造成局部真空，周围介质将高速向此处冲击，也会发出巨大的音响和振动。水击现象发生时，压力升高值可能为正常压力的好多倍，使管壁材料承受很大应力；压力的反复变化，会引起管道和设备的振动，严重时会造成管道、管道附件及设备的损坏，影响加温效果，浪费蒸汽。其次，水击造成加温盘管的破裂使油品经破损的加温盘管窜入蒸汽管线，污染蒸汽系统，存在一定的安全环保隐患。

以兰州石化公司油品储运厂393#、395#两具10000m 拱顶储罐为例，两具储罐储存介质均为重油，两具储罐原设计均为排式加温盘管，在实际使用过程中这两套加温系统也的确因为其结构的特性在储罐持续加温过程中均出现了频繁的水击现象，如图3，并且都出现罐内盘管因水击和腐蚀破损的问题，但是为了确保油品的温度能控制在70～80℃之间，不得不开蒸汽加温，因加温盘管破，加温回水又不敢进回水系统，蒸汽直接通过加温盘管破损处进入罐内，影响了油品质量，同时蒸汽回水直排入工业下水，造成了蒸汽大量的浪费，加温盘管破漏问题已成为了严重影响安全平稳生产及节能环保的重要问题。

图3　水击点的形成

通过观察储罐加温盘管的破损位置综合分析，水击主要是冷凝水在蒸汽的推动下加速运动，当遇到阻力，如90度弯头就会产生强烈的水击。油罐检修中，经常可以看到弯头和三通处水击破坏的现象。排管式加温盘管的每一个排管都是由2～4根平行的管子与两根汇管焊接而成，它的T型弯头、T型端头较多，这一结构设计上的缺陷使得排管式加温盘管的水击点较多，受到水击破坏的几率大大增加。

2.2盘式加温盘管的优点

由于盘式加温盘管是用很长的管子弯曲而成的管式加热器，所以相对于排管式加温盘管来说它的焊接点数量较少，避免出现90度弯头、T型端头，这样就大大降低了水击点的数量和泄漏的几率。盘式加温盘管管径相对排管式加温盘管大，排管数量较少，罐内的空间增大，盘管在罐内的分布情况多为圆形弯头或使用弯管，有效地减少了拐弯处的应力，消除了蒸汽加温盘管本身对蒸汽冷凝液的阻止，让蒸汽冷凝液能在罐内蒸汽加温盘管中顺利通过。此外为了使管子在温度变化时能够自由伸缩，使用导向卡箍将盘管安装在金属支架上，支架具有不同高度，使盘管沿蒸汽流动方向保持一致的坡度，便于冷凝水的排出。经过计算，排管式加温盘管加温面积是124m2，盘式加温盘管的加温面积达到了200m2，所以在加温效果上，盘式加温盘管优于排管式加温盘管。

2.3改造前后蒸汽用量对比

选取采用排式加温盘管的394#罐和采用盘式加温盘管的395#罐在同一年内蒸汽用量最大的几个月的月度用量对比数据为例：

表1　蒸汽用量对比

由此表中的数据可以计算出在相同加热效果下：

394#罐蒸汽用量=394+104+158+180+299+147=1282t；

395#罐蒸汽用量=165+34+87+146+211+125=768t。

一具储罐仅6个月的时间就可节约蒸汽514t。

3　结语

相对于排式加温盘管，采用盘式加温盘管可以有效地减少90度弯头和T型端头的数量，从而减少水击点的个数，降低盘管出现损坏的几率提高设备的使用寿命；盘式加温盘管的加温效率要优于排式加温盘管，并且在节能性和经济上具有一定的优势。

［1］HG/T20570.11～95工艺系统工程设计规范［S］.

［2］唐永进，压力管道应力分析（第二版）［M］，北京，中国石化出版社，2009.