(新疆天業(yè)研究院,石河子市,832000) 陳 鑫
我公司是一家活性鈣碳酸鈣生產(chǎn)企業(yè)。在活性鈣生產(chǎn)中使用硬脂酸作為表面活性劑使用。作為活性劑每噸生產(chǎn)用量少,每噸使用量大約在20~40Kg,這就要求生產(chǎn)中計(jì)量控制精度高,在每小時(shí)產(chǎn)量3噸流量是60~120Kg/h。在現(xiàn)場(chǎng)硬脂酸計(jì)量系統(tǒng)有以下部分組成:使用油浴電加熱的硬脂酸熔融罐,小型高溫齒輪泵輸送熔融硬脂酸,流量計(jì)使用高溫小口徑質(zhì)量流量計(jì),在輸送管道上使用直徑10mm,壁厚為1mm 的不銹鋼管道,總長(zhǎng)約11m 管線,管線溫度控制每2m設(shè)置溫度傳感器,管線及設(shè)備設(shè)計(jì)有保溫及伴熱。
首先介紹一下硬脂酸這種物料的特性特點(diǎn):硬脂酸,即十八烷酸,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式:CH3(CH2)16COOH,性狀:白色蠟狀透明固體或微黃色蠟狀固體。能分散成粉末,微帶牛油氣味。相對(duì)密度(g/mL,20/4℃):0.9 408,熔點(diǎn):67~69℃,沸點(diǎn)(常壓):183~184℃,帶有光澤或含是晶粒的白色蠟狀固體。本品無(wú)毒,用內(nèi)襯塑料袋的編織袋或紙箱包裝,每袋(或每箱)凈重25kg。脂肪酸主要作為表面活性劑的基礎(chǔ)原料而得到廣泛應(yīng)用。
由于硬脂酸的物理特性,常溫下為固體,輸送計(jì)量時(shí)使用是液態(tài),這時(shí)硬脂酸的溫度至少要達(dá)到70℃以上,為保證流動(dòng)性要求液體溫度在90℃以上,為防止氣化低于130℃。這就要求伴熱溫度要達(dá)到70℃以上。在設(shè)計(jì)中相關(guān)設(shè)備及管線使用電伴熱帶纏繞在管線和設(shè)備上,低溫時(shí)開(kāi)啟加熱,溫度高報(bào)時(shí)停止加熱。
現(xiàn)場(chǎng)使用高溫型自控溫加熱電纜施工,保溫使用巖棉包裹。管線上采用上下兩層平行鋪設(shè),齒輪泵,流量計(jì),閥門(mén),管道過(guò)濾器及接頭管件,采用回旋式纏繞,整體控溫,每間隔2m的位置上安裝小型陶瓷封裝的PT100 熱電阻,整體電伴熱帶使用鋁箔自粘帶纏繞固定,保證貼合緊密,熱量傳遞可靠,整體固定牢靠。外層使用巖棉包裹,鐵絲固定外層使用玻璃絲布纏繞加固對(duì)支架固定點(diǎn)重點(diǎn)處理。
條件運(yùn)行,即不進(jìn)物料對(duì)設(shè)備經(jīng)行運(yùn)行條件模擬,伴熱運(yùn)行正常,最高溫度達(dá)到73℃,5 個(gè)溫度檢測(cè)均達(dá)到了70℃以上。加熱高限設(shè)定90℃,不能達(dá)到,運(yùn)行時(shí)保持運(yùn)行狀態(tài)。
整體調(diào)試,熔融罐中投入潤(rùn)滑油(代替硬脂酸)加熱至90℃,潤(rùn)滑油通過(guò)過(guò)濾器,自留過(guò)料管線至管道泵進(jìn)口,開(kāi)機(jī)齒輪泵,通過(guò)質(zhì)量流量計(jì)計(jì)量,調(diào)整齒輪泵的轉(zhuǎn)速,在低流量運(yùn)行,系統(tǒng)計(jì)量正常,各測(cè)量電溫度顯示正常。改用硬脂酸測(cè)試,測(cè)試前對(duì)管道過(guò)濾器清理,拆除保溫,解開(kāi)伴熱帶才能露出過(guò)濾器,處理過(guò)濾網(wǎng)后恢復(fù)安裝。恢復(fù)電伴熱及保溫層。投料硬脂酸,溫度達(dá)到90℃后開(kāi)始運(yùn)行計(jì)量,運(yùn)行中,流量無(wú)顯示,測(cè)溫槍實(shí)測(cè)泵體溫度約60℃,不能達(dá)到溶解溫度凝固,調(diào)試終止。調(diào)試過(guò)程中管線溫度顯示開(kāi)始有跳動(dòng),尤其是電伴熱運(yùn)行過(guò)程中,波動(dòng)比較明顯增加。
硬脂酸投料時(shí),齒輪泵開(kāi)機(jī)沒(méi)有流量顯示,測(cè)溫槍測(cè)量泵體溫度低于溶融溫度。原因分析:電伴熱加熱功率不足,對(duì)細(xì)管線加熱溫度可以達(dá)到70℃以上,對(duì)泵體加熱沒(méi)有達(dá)到,后續(xù)質(zhì)量流量計(jì)也是如此,原因可能是由于安裝外形不規(guī)則,導(dǎo)致電伴熱帶纏繞密度不足和支架的導(dǎo)熱性能造成局部溫度低,同時(shí)由于傳動(dòng)部分不能保溫,也造成了熱量的喪失。同時(shí)由于在冬季調(diào)試設(shè)備,環(huán)境溫度降至零下,溫度低也是一個(gè)客觀的因素。
電伴熱運(yùn)行中,管線溫度波動(dòng)明顯。原因分析:電伴熱帶敷設(shè)在管線表面,溫度測(cè)量元件也是敷設(shè)在管線表面,電伴熱帶使用220VAC電源,對(duì)溫度測(cè)量的電路產(chǎn)生了電磁干擾,造成溫度波動(dòng)。尤其是在對(duì)管線操作和清理過(guò)濾器時(shí),拆裝保溫和電伴熱帶沒(méi)有按照規(guī)范施工,造成電伴熱帶表皮損傷時(shí)尤為突出。同時(shí)處理問(wèn)題時(shí)產(chǎn)生新的問(wèn)題,要么是加強(qiáng)絕緣,導(dǎo)熱性能下降,要么是將損壞的部分拆除,造成部分功率不足。
在對(duì)管件操作時(shí),要關(guān)閉電伴熱電源,管線溫度下降,硬脂酸凝固在管線內(nèi),清理過(guò)濾器時(shí)要將保溫和電伴熱帶拆除操作,否側(cè)無(wú)法清理。這就給清理過(guò)濾器造成了清理困難,同時(shí)清理完畢后恢復(fù)工作做不好會(huì)造成電加熱帶損壞,保溫失效的發(fā)生。
解決上述問(wèn)題,必須尋找一個(gè)滿足加熱功率高,不使用電加熱,方便維修維護(hù)的綜合方案。提出方案一:利用熔融罐的電加熱油浴中的導(dǎo)熱油作為熱源,使用循環(huán)泵循環(huán),金屬繞性管作為伴熱管纏繞在管線及泵體,流量計(jì)殼體上,金屬繞性管分段安裝,維護(hù)單臺(tái)設(shè)備時(shí)只需中間接頭分解,即可以操作,完成后接頭恢復(fù),不需要進(jìn)行電氣操作。方案二:使用蒸汽作為熱源,無(wú)縫管做伴熱管,齒輪泵頭,流量計(jì)制作伴熱套。在安裝位置高處作為進(jìn)蒸汽口,安裝的低處安裝疏水裝置,也可以實(shí)現(xiàn)。
兩個(gè)方案均解決了上述問(wèn)題,綜合考慮兩個(gè)方案的優(yōu)缺點(diǎn):首先導(dǎo)熱油方案需要增加一臺(tái)循環(huán)泵,現(xiàn)有的電伴熱的電氣回路可以作為控制回路使用,不用做控制修改,導(dǎo)熱油的溫度由油浴油溫控制,不需要增加控制源,蒸汽方案則需要增加蒸汽控制閥和疏水閥,根據(jù)蒸汽的壓力和溫度控制調(diào)節(jié),同時(shí)蒸汽供汽溫度有超過(guò)180℃的情況發(fā)生,直接使用有可能造成硬脂酸的氣化,必須要降溫使用;其二,蒸汽方案中有冷凝水的產(chǎn)生,排放冷凝水及冬天的防凍排水增加了額外操作,其三制作泵頭和流量計(jì)的伴熱夾套需要特殊制造。綜合兩個(gè)方案優(yōu)缺點(diǎn),采用循環(huán)導(dǎo)熱油方案。
首先確定伴熱管線的口徑和長(zhǎng)度。金屬繞性管口徑選擇內(nèi)徑15mm,采用四根并行螺旋纏繞在直徑為10mm 的不銹鋼管線上。齒輪泵,管道過(guò)濾器,質(zhì)量流量計(jì)采用單根并行纏繞,總長(zhǎng)度60m,單根長(zhǎng)度3m,合計(jì)20根。循環(huán)泵的選擇:油浴設(shè)備上是DN25 的閥門(mén),泵的進(jìn)口選擇DN25,出口選擇DN15,與伴熱管線一直。泵的控制使用原電伴熱的電氣回路,功率0.75KW。
現(xiàn)場(chǎng)施工,將原管線上的保溫及電伴熱帶全部拆除,對(duì)管線消漏處理。溫度測(cè)量探頭先做固定處理。固定好循環(huán)泵的位置,使用單根繞性管對(duì)管道過(guò)濾器,齒輪泵頭,質(zhì)量流量計(jì)做纏繞處理,對(duì)管線采用四根并行螺旋纏繞,分別對(duì)應(yīng)好首尾接頭最后根據(jù)首尾關(guān)系把所有伴熱管串聯(lián)到循環(huán)泵出口和油浴的回油口,油浴的出油口與循環(huán)泵進(jìn)口相連。
改造完成后,投料運(yùn)行,一次投運(yùn)成功。使用熔融罐的導(dǎo)熱油循環(huán),硬脂酸在罐內(nèi)溫度與管線溫度一直,流動(dòng)過(guò)程中沒(méi)有溫差,不發(fā)生凝結(jié)。沒(méi)有直接使用電加熱,對(duì)溫度測(cè)量回路沒(méi)有電氣影響。設(shè)備清理過(guò)濾器時(shí),只需要部分拆除管線即可完成,沒(méi)有增加額外的勞動(dòng)強(qiáng)度,達(dá)到了預(yù)期效果。
小口徑管線和小口徑泵,流量計(jì)等在流體的精細(xì)計(jì)量中廣泛使用,對(duì)于高溫液體存在管道細(xì)熱量損失大,易凝結(jié)的問(wèn)題。對(duì)管道及管件保溫和伴熱提出了要求,由于小口徑管道的安裝和施工的特殊性,本文進(jìn)行一種易于施工和維修維護(hù)的實(shí)用性方案討論對(duì)比,最終經(jīng)過(guò)實(shí)踐考驗(yàn),得出了經(jīng)濟(jì)實(shí)用的導(dǎo)熱油加波紋管保溫伴熱方案。