聚酯装置中热媒循环系统的设计

李 涛

(中国昆仑工程公司，北京10037)

热媒(HTM)系统是聚酯装置的重要组成部分，担负着聚酯装置加热保温作用。国产化聚酯装置设计初期，热媒系统采用的都是液相热媒循环系统，由于国产屏蔽泵的容量所限，生产能力为600 t/d的五釜聚酯生产线的热媒循环系统有11套，热媒循环泵21台，热媒管道多而复杂。随着聚酯装置中气相热媒系统替代液相热媒系统和一次热媒直接加热第一酯化反应器盘管技术的使用，减少了装置中热媒循环泵的数量。现在一套600 t/d的五釜聚酯生产线只有4套液相热媒系统，8台热媒循环泵，5套气相热媒系统。热媒循环泵的减少直接降低了运行电耗。作者介绍了某工程公司600 t/d连续聚合聚酯装置中热媒循环系统，其热媒循环泵的减少直接减少了运行电耗，降低了生产成本。

1 热媒循环系统

目前，聚酯装置的热媒循环系统分为液相热媒循环系统和气相热媒循环系统。液相热媒介质为氢化三联苯，气相热媒介质为联苯和联苯醚的混合物。通常把来自和返回热媒炉的液相热媒称为一次热媒。由热媒炉、热媒泵以及热媒总管和热媒膨胀槽组成了一次热媒系统。一次热媒系统是一个完全的闭合循环回路，热媒通过热媒泵从热媒炉顶部进入炉内盘管，加热并从炉底输出进入热媒总管。热媒供聚酯装置的总管温度控制在330°左右，一次热媒系统回路上设有热媒膨胀槽，以补偿热媒在循环回路中由于温度变化所产生的热膨胀或收缩，保证一次热媒系统正常稳定运行，同时热媒膨胀槽对二次液相热媒系统用户的循环管路具有脱气、脱水作用［1］。

相对于一次热媒来说，通常将装置中反应器内盘管等的热媒称为二次热媒。在装置内有二次热媒循环泵，由二次热媒循环泵和其管路组成的系统称为二次液相热媒系统。二次热媒的温度一般为250～290℃。采用一次热媒加热气相热媒蒸发器中的气相热媒介质，产生的蒸气为装置反应器筒体夹套等服务的热媒称为气相热媒。由气相热媒蒸发器和其管路组成的系统称为气相热媒系统，气相热媒的温度一般为275～295℃。

2 二次液相热媒系统

2.1 工作流程

二次液相热媒系统是一个封闭带压的循环系统，每个二次热媒泵出口管线上都设计有温度传感器，可以设置本系统所需要的二次热媒的温度，该系统温度的调节是通过一次热媒进入二次热媒系统的流量变化来控制的。高温的一次热媒进入二次热媒系统，低温的二次热媒通过带锁止回阀(此止回阀锁关时可作为截止阀使用)返回到一次热媒系统中。每个热媒出口管线上都设计有现场温度计及节流阀，可以通过调节节流阀的开度适当调整该分支管路的温度。

典型的二次液相热媒系统工作流程见图1。

图1 二次液相热媒系统工作流程Fig.1 Typical process of a secondary liquid heating medium system

2.2 设计要点

(1)二次液相热媒供管及回管的优化设计。为了保证系统能够正常运行，液相热媒的供管应布置在所服务设备、夹套管的下方，回管应布置在所服务设备、夹套管的上方［2］。如果管路有不可避免的向下袋形，应设计低排管线。

二次液相热媒供回管的设计应保证热媒流过所有用户的每个热媒腔，一个热媒系统多用户时，采用并联方式，即供管都接在热媒泵后二次热媒供管上，回管都接在热媒泵前二次热媒回管上。

当热媒通过夹套阀或其他在线部件，使其形成单独的热媒空间。如在线设备的管口有隔板，隔断前后热媒则须为该部件单独设计热媒供回管，靠近该部件前后增加热媒跨接管或以该部件为分隔点，其前后管路分为单独的线路。

(2)排气管线的设置。由于在一定的温度下，一直有少量热媒慢慢地分解成气态裂变产物，随着时间的推移而不断积累，因此必须对气态裂变产物进行妥善收集和排放。在每个二次热媒管系的最高点设置排气管线，此管线同时承担着二次热媒系统的脱气和本系统排放时的补气作用。排气管线起点处必须保持至少30°倾角。

二次热媒泵可以布置在管线的上方或下方，如果布置在上方时，应考虑泵后管路脱气。一般在泵后管线向下方的最后一个弯头附近(最高点)设计排气管线。

(3)一次热媒供回管和填充管线的配置。一次热媒供回管的连接点必须在二次热媒泵的吸入管线上，一次热媒供管应靠近泵，且一次热媒供回管连接点之间的距离不小于2 m。这是为了避免一次热媒供回管与二次热媒连接点距离过近而导致一次热媒供回管之间发生“短路”。

热媒填充管线用于冷态时对二次热媒系统进行热媒填充，在二次热媒供管或回管上。一般设计在一次热媒回管的带锁止回阀前面。

(4)管道柔性化。由于二次液相热媒的操作温度较高，所以整个热媒管线的布置需充分考虑管道的柔性，应采用自然补偿的方式消除管道的热胀应力。在此基础上管道还应尽可能的短，以减少管路的热损失。

3 气相热媒系统

3.1 工作流程

从图2可看出，一次热媒从气相热媒蒸发器底部进入，气相热媒经过一次热媒加热由液体变为气体去往反应器或夹套管等设备，换热后的热媒凝液排至凝液总管，换热后的气相部分经放空总管汇总至气液分离器。

图2 气相热媒系统工作流程Fig.2 Typical process of a gas heating medium system

从气液分离器上部出来的气相热媒放空至气相热媒收集槽，从气液分离器下部出来的气相热媒凝液经凝液总管返回至气相热媒蒸发器，由一次热媒加热循环使用。

3.2 设计要点

(1)气相热媒蒸发器。气相热媒凝液必须靠重力从用户流回到蒸发器，所以蒸发器必须布置在低于用户的位置上，且用户凝液出口应高于蒸发器出口1.6 m以上。

(2)气相热媒管线。当气相热媒管线水平布置时，水平管段应有逆流坡度，每10 m设置一个凝液排放接管;在水平管段向上的垂直拐角处，应设凝液排放接管［2］。但在聚酯装置中，由于气相热媒管线从蒸发器出口至用户大多小于50 m。按照DN150的蒸气管道，用复合硅酸盐保温，厚度120 mm，蒸气温度275℃，保温外壁温度按照40℃计算，其热损失量为99.9 W/m，折合275℃时的气相热媒冷凝量为0.37 g/(m·s)，50 m长度的气相管线总冷凝量为15 g/s，相对于热媒蒸发器中凝液的质量很小［2］，因此在水平管段和向上的垂直拐角处并不设计凝液排放管线，而是让凝液直接通过气相管线回流到蒸发器中。

(3)凝液管线。凝液管道宜从设备的竖直方向接出，当无法从竖直方向接出时，应至少有1 m长度的竖直管段;水平的凝液管段，宜有大于1%的顺流坡度;凝液分离器排放的水平管段，宜有大于5%的顺流坡度［3］。密封的凝液总管水平布置，溢流管高度为400 mm;凝液总管的管径至少比接到其上的最大的凝液管线的管径大一档;凝液总管与蒸发器顶部的最小垂直距离为0.6 m。

(4)放气管线。排气管道向上与垂直线的夹角不小于30°，且宜在排气管和汇总管间设孔板;排气汇总管宜有1%的顺流坡度［3］。一个凝液分离器最多可连接同一加热系统的8根排气管线，若超过8根，需增加一条带有凝液分离器的放空总管;如果受空间限制，允许把凝液分离器布置在放空总管下方且最大垂直距离不超过3 m。

(5)气相热媒管道系统的布置。通常每个管道用户有一个气相热媒供给点、一个凝液排放点和一个放气点。如果用户为水平走向的夹套管，则气相热媒应从夹套管的侧面水平进入;如果夹套管走向为倒“U”型布置，则应在倒“U”型夹套管两侧的最低处分别接凝液排放，两侧的垂直高度下1/3处分别水平接气相热媒供管，在最顶部设一个放气点。另外，如果夹套管管径大于DN600，气相热媒供管应在夹套管接入点的180°对面再设一个水平接入点，保证大管径夹套管内的气相热媒供给充足。当一个密闭空间需要气相热媒加热且只有两个接口时(液位计、轴封)，高处的管口接气相热媒供管，低处的管口接凝液排放。此凝液排放管线要接凝液分离器，对凝液进行气液分离。

(6)管道柔性化。由于气相热媒的操作温度高，所以整个热媒管线的布置应充分考虑管道的柔性，应采用自然补偿。在此基础上管道应尽可能的短，以减少管路的热损失。

4 结论

现在国内大多数聚酯与纺丝装置都是采用直纺衔接，故聚酯熔体温度的高低直接影响纺丝装置的正常生产，聚酯纺丝对于工艺温度有着严格的要求。因此，热媒加热系统不仅是聚酯工艺也是纺丝工艺控温的关键，应当从流程、控制、布置等各个方面来完善热媒循环系统的设计。

［1］ 赵天堂，袁晓虎.聚酯装置热媒系统安全控制设计探讨［J］.中国科技博览，2012(6):166.

［2］ GB50492—2009，聚酯工厂设计规范［S］.

［3］ 俱虎良.聚酯装置中气相热媒系统的设计与应用［J］.合成纤维工业，2013，36(3):58－60.