八换新建伴热系统投运情况分析

【摘要】在投运配套二期聚丙烯伴热系统过程中，发现投用汽水换热器的热源（蒸汽）时，伴热水管网压力迅速升高，最高达到1.32MPa，高于工艺指标。针对这一生产问题，我组织技术人员采取多种措施后，查找出水在密闭条件下加热，体积相应膨胀的理论。在相应工况下进行试验，对膨胀水量进行放空后，解决了伴热水管网压力急剧升高的生产问题。

【关键词】换热器 伴热系统 压力

为配套二套聚丙烯装置，公司对八换伴热水系统进行扩建。八换新增伴热水系统100t/h，其中共有循环泵2台，补水泵2台，汽水换热器2台，水水换热器1台。在投运伴热系统中，发现每次投用汽水换热器热源（蒸汽）时，伴热水管网压力迅速升高。本文对伴热系统的投运过程中管网压力升高的生产问题进行分析，得出水在密闭条件下加热，体积相应膨胀的理论。通过对膨胀水量进行放空后，解决了伴热水管网压力急剧升高的生产问题。

1 伴热系统投运现象

2012年7月31日八换伴热系统汽水换热器开始投运蒸汽。在投运蒸汽过程中，发现在伴热水温度上升的同时，伴热回水、给水压力同时上涨。

投运蒸汽前，在没有启动补水泵的工况下。伴热给水压力、伴热回水压力呈缓慢下降趋势。15：55开始投用换热器E1414、E1415蒸汽后，伴热水温度上升的同时，伴热给水、回水压力直线上升。16：15停运蒸汽后，伴热给水压力、伴热回水压力开始直线下降。

伴热系统投运蒸汽前、后，伴热水管网各参数如下表1：

根据以上现象，技术人员分析出两点原因：

（1）压力表出现误差。在投运伴热系统热源后，随着伴热水温度上升，对换热器压力测点是否存在影响。

（2）换热器可能存在泄漏。换热器封头封闭不严，导致蒸汽漏入伴热系统中，导致伴热水压力极具上升。

通过联系仪表人员对6块在线压力表进行了标定，确定压力表完好，伴热水温度上升对换热器压力测点没有影响。

对换热器E1414、E1415壳程进行打压试验，水压保持至1.5 MPa20分钟 ，未发现有泄露。在换热器拆卸过程中，发现封头垫片型号不匹配。原有垫片为圆形，在换热器中间缺少密封。组织人员对3台换热器封头垫片进行了更换。

2 对伴热系统第二次投运

E1414、E1415换热器垫片更换完毕后，对伴热系统重新试运。在投用E1414、E1415换热器热源（蒸汽）后，伴热水管网压力依然上升。我组织生产办人员根据此问题召开专业研讨会，分析出3项问题。

（1）换热器封头垫片太薄（3mm），不能完全密封伴热水。大量伴热水从封头处泄露，造成换热器管程伴热水气化。

（2）蒸汽投用过快，造成换热器管程瞬间气化。

（3）由于伴热系统保有水量过少，密闭性强，在加热情况下，产生膨胀现象，导致管网压力升高。

针对以上问题采取了3条措施。

（1）用红外线测温器在换热器北侧封头进行测温，温度与伴热水温度相同，表示换热器循环良好。

（2）缓慢投用蒸汽，发现只要投用蒸汽，伴热水压力就开始上涨。

（3）在投用蒸汽过程中，对系统进行一定量的放空，发现在伴热水温度上涨的同时，可保证系统压力保持不变。

3 原因分析

经查阅相关资料，查找到水膨胀的相关理论，即水在密闭条件下加热，体积相应增大。水分子只是在温度升高时，占据更大的空间，水的体积增大了，但是系统的总水量没有变化。如下表2所示，水在各温度下的膨胀系数。

八换伴热系统保有水量的计算：

（1）八换至装置界区段：D N150 750m*2=1500m

（2）界区至装置内：

D N150 87m*2=174m D N100 39m*2=78m

DN50 10m*2=20m

（3）造粒区：DN100 60m*2=120m

（4）掺混区：DN50 43m*2=86m

（5）八换换热器：约4m3

整个伴热系统D N 1 5 0的管线长为1674m，DN100的管线长为198m，DN50的管线长为106m，

合计保有水量约为29.57+1.55+0.21+4=35.33m3

八换伴热水系统保有水量约35 m3，温度从70℃上升到90℃，体积将增加约0.46235m3，故系统压力上涨。

2012年8月15日，09：30开始投用换热器E1414蒸汽后，伴热系统温度上涨的的同时压力缓慢上涨。10：15增大了蒸汽用量，发现伴热水压力上涨速度增大。在趋势图中伴热系统压力有4处下降时段，分别为09：50、10：15、11：09、11：40对伴热水进行4次放空，用水龙头排水25分钟，水量约0.5 m3，与体积膨胀量基本吻合。经过放水后，投运蒸汽前、后，伴热水各参数基本呈直线趋势。

4 总结

通过本次生产技术问题的解决，建议在新建采暖、伴热系统时，应该安装回水缸和分水缸及配套的安全阀，避免由于水膨胀而造成系统超压影响安全平稳生产。

参考文献

[1] 黄卫星，陈文梅.工程流体力学[M].北京：化学工业出版社，2001

[2] 毕明树.工程热力学[M].北京：化学工业出版社，2001

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