导热油系统控制方案优化设计

导热油系统控制方案优化设计

耿超

中国船舶重工集团有限公司第七一八研究所

摘要：导热油是一种活性介质，不仅适用于温度为400°C的加热系统，而且适用于温度为-60°C的冷却系统。与蒸汽加热不同，供热系统采用封闭系统，导热油传热均衡，实际损失能量较少。传统的蒸汽加热系统配有冷凝蒸汽和排出的开放式系统，泄漏时热量损失较大。同时，导热油的蒸发压力比水汽的蒸发压力小，所需设备相对较低、简单，因此导热油在工业设备上的投资相对较低。此外，其加热系统由于其易于使用、操作相对容易和安全性高，因此特别受欢迎。本文阐述了导热油系统设计和使用时的方案设计准则。

关键词：导热油；优化；安全联锁；失效概率；可靠性；选择控制

引言

采用导热油加热与利用蒸汽加热相比较具有加热均匀、操作简单、安全环保、节约能源、控温精度高、操作压力低等优点，在现代工业生产及日常生活中已被作为传热介质得到广泛应用。既可以加热又可以散热，既可以作为加热介质又可以作为冷却介质。同时，又又因其具有传热均匀、操作简单、安全环保、节约能源，在较低的压力下能获得较高的温度，对设备的要求比蒸汽锅炉低，且不受地域环境限制等优点，而成为现代工业生产中被广泛采用的、理想的最佳传热介质，故越来越被人们所认识，越来越得到广泛应用。因此为了稳定生产质量，必须保持系统油温的稳定。因此，需要有适当的控制方案，确保传热系统的平稳运行。

1、导热油系统

导热油系统加热装置系统的辅机、附件及仪表主要有：高位槽(膨胀槽)、低位槽(储油槽)、油气分离器、循环泵、过滤器、换热设备、输油管路、压力表、流量计、压力式温度计、液面计、截止阀、排气阀、安全阀、排液阀、报警器等。

2、系统设计

在整个导热油系统中，导热油炉处于中心位置，是导热油加热系统中的关键设备，它使导热油的热量得以增加，为用热体提供所需的热源。导热油炉主要由燃烧装置、炉体组成，其它与之相配套的设备有控制器消烟、除尘及通风等设备和装置。导热油先加热到油炉规定的温度，然后再通过循环泵输送到用热设备中。油炉可根据用热设备的负荷要求配置为一个或多个并联设备，并可根据现场布置要求选择合适热油炉设备。

低位槽是加热装置系统的储油设施。一是储存由油罐车或油桶运来的油品，以备抽人系统内使用；二是设备维修或系统长期停车时，系统内的导热油应放入低位槽储存；三是如遇突然停电或其他紧急情况，让高位槽的冷油流导热油炉盘管流至低位槽，以使油膜不超过温度，并保护加热设备；四、利用低位槽底部排污阀，排放系统内因温差产生的冷凝水和新补充油品中的微量水分。

低位槽应该设于加热系统的最低处、以使整个系统的油能够放净；低位槽的容量应不小于有机热体总量的1.2倍。排污管应设在储油罐(低位槽)的最低处，并便于操作。

导热油是靠循环泵的扬程将其打入加热系统满足供热工艺的需求，液相导热油炉及加热系统的压力大小由循环泵的扬程决定，所以在导热油加热装置系统的供热方式呈液相强制循环，循环泵在整个加热系统中对导热油的循环流动起着“心脏”的作用。加热系统中应配备两台各自独立的、并具有各自动力源的循环泵，一台在用，一台备用。循环泵入口处应设过滤器，凡经泵送的导热油必须经过过滤以滤除杂质及异物，在加热系统主管道旁路上应装细过滤器，滤去悬浮在导热油中的碳粒和高聚合物。循环泵应密封可靠，严防泄露，如发现泄露应立即停泵检查、抢修。循环泵应与导热油温度变化的特点相适应，升温要循序渐进，在高温运行前应通过系统中逐渐升温的导热油对泵进行预热；另外在使用中还应注意，系统停止工作时，应等待导热油的温度降至100℃以下时方可停泵，当泵长时间停用时，应将泵内导热油放净，并经常对其进行检试。

3、导热油系统控制方案

导热油的使用寿命与导热油的种类和使用温度，以及加热炉的设计条件、运行条件有关。在加热系统设计合理、配置适当、导热油及加热系统又符合国家相关标准规范的前提下，加强日常操作和管理就是延长导热油使用寿命的关键问题。因此，在日常操作管理中应注意以下问题：

1.应对操作和管理人员进行严格培训，经考试考核合格持证上岗，使之掌握科学的操作和管理方法，具备处理异常情况的能力。

2.严格遵守《锅炉安全技术监察规程》，导热油从油炉的出口温度至少应低于该油品标定使用温度10-30℃，进出口温差应低于30℃，尽量减少油温和压力的较大波动。避免因局部过热而导致裂解和结焦。

3.导热油在加热炉管中的流动应处于湍流状态，在辐射段、对流段的流速和进出口油压力差应严格控制在允许范围内。

4.高位槽的容积应为加热系统中导热油处于正常使用温度运行时二分之一左右。

5.低位槽要求安装在整个加热系统的最低位置，其容积为全系统运行温度下热油体积的1.2倍以上。

6.加热系统压力应控制在0.34-0.595Mpa之间，并按此压力来选择油泵扬程和制定控制操作条件

7.防止空气、水及其他污物进入加热系统；

8.不采用氮封的加热系统，膨胀槽温度应控制在60℃，最高不得超过70℃；系统运行中膨胀槽的温度一般不超过60℃。要避免导热油与空气直接接触而加速导热油的老化。定期取样化验，随时掌握油品的变质情况。

4、系统热膨胀的补偿方法

在液相加热系统中，高位槽是不可缺少的设施，它设在加热装置系统的最高位置，正常工作时保证液位适合工作状态。其主要作用：

1.容纳导热油因受热膨胀增加的容积，稳定系统内导热油的压力，以保证系统在液相状态下安全运行，正常循环；对系统内新添加油品中的轻组分和残留在系统内少量的水分、轻组分在高温下气化生成的气态物质由排空管排空；

2.由此向系统内注油或补充因蒸发及操作所造成的导热油的损耗的油量；在突然停电或者其他紧急状态情况下，关闭加热设备的阀门，打开膨胀器(高位槽)的阀门，让膨胀器(高位槽)的冷油流经加热盘管组置换炉膛中的热油，既可保护加热设备又保证了油膜不超过温度。

设置高位槽时应切实注意如下事项：

1.高位槽应设置在加热系统的最高位置，应使槽底高出系统中所有供热设备和导热油液面最高点至少1.5米，以使装置的各个部位都有静压，防止停泵时加热系统的各个部分的导热油脱气。而且不能将高位槽安装于导热油炉的正上方，以防止高位槽溢油引发火灾。

2.高位槽的容积应不小于系统内导热油额定温度下膨胀值的1.3倍，导热油体积膨胀量可根据液相炉和管网系统中导热油升至工作温度的膨胀体积确定。并应确保导热油在膨胀器(高位槽)内的液位，在其最低液位和最高液位的25%-75%的范围内波动。

3.高位槽上应设置液面计、溢流管最低液位报警器和排空管(排空管上应有防止雨水淋入的措施)，溢流口的位置不应高于液面计所指示的最高液位，根据所用导热油的性质与需求，高位槽内应通入一定压力的氮气或其它惰性气体以防止导热油氧化变质。

结束语

通过优化的热油系统和热节点控制，正确地分配了导热有系统的安全性和稳定性。以上措施提高了传热系统的安全性，确保了传热系统的平稳运行，在生产应用中得到了良好的验证，并对类似设备的设计应用具有积极的方向。经过以上实际验证、可靠且易于实施的优化设计，有助于提高产品质量和运营效率，降低系统风险和能耗，并对系统的长期平稳运行提供了保障。

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