一种小口径计量系统伴热的探讨

2020-02-18新疆天业研究院石河子市832000

石河子科技 2020年1期

（新疆天业研究院，石河子市，832000）陈鑫

1 小口径管线在我厂生产的应用

我公司是一家活性钙碳酸钙生产企业。在活性钙生产中使用硬脂酸作为表面活性剂使用。作为活性剂每吨生产用量少，每吨使用量大约在20～40Kg，这就要求生产中计量控制精度高,在每小时产量3吨流量是60～120Kg/h。在现场硬脂酸计量系统有以下部分组成：使用油浴电加热的硬脂酸熔融罐，小型高温齿轮泵输送熔融硬脂酸，流量计使用高温小口径质量流量计，在输送管道上使用直径10mm，壁厚为1mm 的不锈钢管道，总长约11m 管线，管线温度控制每2m设置温度传感器，管线及设备设计有保温及伴热。

首先介绍一下硬脂酸这种物料的特性特点：硬脂酸，即十八烷酸，结构简式：CH3(CH2)16COOH，性状：白色蜡状透明固体或微黄色蜡状固体。能分散成粉末，微带牛油气味。相对密度（g/mL，20/4℃）：0.9 408，熔点：67～69℃，沸点（常压）：183～184℃，带有光泽或含是晶粒的白色蜡状固体。本品无毒，用内衬塑料袋的编织袋或纸箱包装，每袋（或每箱）净重25kg。脂肪酸主要作为表面活性剂的基础原料而得到广泛应用。

2 伴热要求及施工

由于硬脂酸的物理特性，常温下为固体，输送计量时使用是液态，这时硬脂酸的温度至少要达到70℃以上，为保证流动性要求液体温度在90℃以上，为防止气化低于130℃。这就要求伴热温度要达到70℃以上。在设计中相关设备及管线使用电伴热带缠绕在管线和设备上，低温时开启加热，温度高报时停止加热。

现场使用高温型自控温加热电缆施工，保温使用岩棉包裹。管线上采用上下两层平行铺设，齿轮泵，流量计，阀门，管道过滤器及接头管件，采用回旋式缠绕，整体控温，每间隔2m的位置上安装小型陶瓷封装的PT100 热电阻，整体电伴热带使用铝箔自粘带缠绕固定，保证贴合紧密，热量传递可靠，整体固定牢靠。外层使用岩棉包裹，铁丝固定外层使用玻璃丝布缠绕加固对支架固定点重点处理。

条件运行，即不进物料对设备经行运行条件模拟，伴热运行正常，最高温度达到73℃，5 个温度检测均达到了70℃以上。加热高限设定90℃，不能达到，运行时保持运行状态。

整体调试，熔融罐中投入润滑油（代替硬脂酸）加热至90℃，润滑油通过过滤器，自留过料管线至管道泵进口，开机齿轮泵，通过质量流量计计量，调整齿轮泵的转速，在低流量运行，系统计量正常，各测量电温度显示正常。改用硬脂酸测试，测试前对管道过滤器清理，拆除保温，解开伴热带才能露出过滤器，处理过滤网后恢复安装。恢复电伴热及保温层。投料硬脂酸，温度达到90℃后开始运行计量，运行中，流量无显示，测温枪实测泵体温度约60℃，不能达到溶解温度凝固，调试终止。调试过程中管线温度显示开始有跳动，尤其是电伴热运行过程中，波动比较明显增加。

3 使用中存在的问题分析和解决方案提出

硬脂酸投料时，齿轮泵开机没有流量显示，测温枪测量泵体温度低于溶融温度。原因分析：电伴热加热功率不足，对细管线加热温度可以达到70℃以上，对泵体加热没有达到，后续质量流量计也是如此，原因可能是由于安装外形不规则，导致电伴热带缠绕密度不足和支架的导热性能造成局部温度低，同时由于传动部分不能保温，也造成了热量的丧失。同时由于在冬季调试设备，环境温度降至零下，温度低也是一个客观的因素。

电伴热运行中，管线温度波动明显。原因分析：电伴热带敷设在管线表面，温度测量元件也是敷设在管线表面，电伴热带使用220VAC电源，对温度测量的电路产生了电磁干扰，造成温度波动。尤其是在对管线操作和清理过滤器时，拆装保温和电伴热带没有按照规范施工，造成电伴热带表皮损伤时尤为突出。同时处理问题时产生新的问题，要么是加强绝缘，导热性能下降，要么是将损坏的部分拆除，造成部分功率不足。

在对管件操作时，要关闭电伴热电源，管线温度下降，硬脂酸凝固在管线内，清理过滤器时要将保温和电伴热带拆除操作，否侧无法清理。这就给清理过滤器造成了清理困难，同时清理完毕后恢复工作做不好会造成电加热带损坏，保温失效的发生。

解决上述问题，必须寻找一个满足加热功率高，不使用电加热，方便维修维护的综合方案。提出方案一：利用熔融罐的电加热油浴中的导热油作为热源，使用循环泵循环，金属绕性管作为伴热管缠绕在管线及泵体，流量计壳体上，金属绕性管分段安装，维护单台设备时只需中间接头分解，即可以操作，完成后接头恢复，不需要进行电气操作。方案二：使用蒸汽作为热源，无缝管做伴热管，齿轮泵头，流量计制作伴热套。在安装位置高处作为进蒸汽口，安装的低处安装疏水装置，也可以实现。

两个方案均解决了上述问题，综合考虑两个方案的优缺点：首先导热油方案需要增加一台循环泵，现有的电伴热的电气回路可以作为控制回路使用，不用做控制修改，导热油的温度由油浴油温控制，不需要增加控制源，蒸汽方案则需要增加蒸汽控制阀和疏水阀，根据蒸汽的压力和温度控制调节，同时蒸汽供汽温度有超过180℃的情况发生，直接使用有可能造成硬脂酸的气化，必须要降温使用；其二，蒸汽方案中有冷凝水的产生，排放冷凝水及冬天的防冻排水增加了额外操作，其三制作泵头和流量计的伴热夹套需要特殊制造。综合两个方案优缺点，采用循环导热油方案。

4 循环导热油实施

首先确定伴热管线的口径和长度。金属绕性管口径选择内径15mm，采用四根并行螺旋缠绕在直径为10mm 的不锈钢管线上。齿轮泵，管道过滤器，质量流量计采用单根并行缠绕，总长度60m，单根长度3m，合计20根。循环泵的选择：油浴设备上是DN25 的阀门，泵的进口选择DN25，出口选择DN15，与伴热管线一直。泵的控制使用原电伴热的电气回路，功率0.75KW。

现场施工，将原管线上的保温及电伴热带全部拆除，对管线消漏处理。温度测量探头先做固定处理。固定好循环泵的位置，使用单根绕性管对管道过滤器，齿轮泵头，质量流量计做缠绕处理，对管线采用四根并行螺旋缠绕，分别对应好首尾接头最后根据首尾关系把所有伴热管串联到循环泵出口和油浴的回油口，油浴的出油口与循环泵进口相连。