劉國良，李迎春，呂 洋，吳向紅，寧永亮

(平頂山市神馬萬里化工股份有限公司，河南平頂山 467000)

0 前言

平頂山市神馬萬里化工股份有限公司的環(huán)己醇生產(chǎn)裝置是20世紀(jì)90年代從日本旭化成公司引進的，近年來，在引進、消化、吸收、再創(chuàng)新的過程中，綠色環(huán)保和節(jié)能降耗一直是公司的技改重點。原工藝設(shè)計中把低壓蒸汽(0.4 MPa)用于冬季管道的伴熱和異常情況下作為設(shè)備驅(qū)油的介質(zhì)，環(huán)己醇裝置每年冬季(按4個月計)伴熱用低壓蒸汽量為4 t/h，總消耗量約11 710 t。在環(huán)己醇生產(chǎn)裝置中的蒸汽冷凝器、精制塔、再沸器等設(shè)備產(chǎn)生大量的高溫冷凝水，回收后送入熱電分廠，如果將高溫冷凝水的有效余熱回收，結(jié)合環(huán)己醇的生產(chǎn)要求，用作管道的伴熱介質(zhì)替代低壓蒸汽，就可以節(jié)省大量的低壓蒸汽，達到節(jié)約能源之目的。

1 計算依據(jù)

1.1 工藝參數(shù)

采用外夾套加熱方式。管內(nèi)流體是環(huán)己醇，流量為6.4 t/h，冬季伴熱要求環(huán)己醇由30℃升溫至80℃保溫傳輸;高溫冷凝水工藝總排量為30 t/h，外夾套介質(zhì)進口溫度90℃，出口溫度70℃;管道材質(zhì)為碳鋼，管徑180mm，壁厚8mm，管道總長約為1 000 m，無彎頭和水平差;保溫材料為玻璃纖維，厚度50 mm。

1.2 物性參數(shù)

高溫冷凝水平均比熱容:

Cp水=4.2 kJ/(kg·℃)

環(huán)己醇平均比熱容:

Cp醇=2.15 kJ/(kg·℃)

式中:Cp，物料的比熱容。

2 熱量計算

由于高溫冷凝水和環(huán)己醇的導(dǎo)熱系數(shù)比較大;管道材質(zhì)為碳鋼，導(dǎo)熱系數(shù)較保溫層大得多，因此，只考慮環(huán)己醇加熱需要的熱量和保溫層與大氣的熱交換量。

2.1 環(huán)己醇加熱需要的熱量

2.2 傳熱過程的熱量損失

總的傳熱熱阻R由保溫層導(dǎo)熱熱阻以及保溫層與大氣的換熱組成。

保溫層導(dǎo)熱熱阻:

保溫層與大氣對流換熱熱阻:

其中:r1，夾套外半徑(156 mm);r2，保溫層外半徑(206 mm);λ，導(dǎo)熱系數(shù);α，傳熱系數(shù)。

總熱阻:R=R1+R2

單位:m·℃/W。

表1 常用保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)λ W/(kg·℃)

保溫材料為玻璃纖維:

由式(1)得:

環(huán)境風(fēng)速＜5 m/s，保溫層對外界的傳熱系數(shù):

由式(2)得:

取高溫冷凝水的平均溫度:

取環(huán)境的平均溫度:t大氣=10℃

單位時間的熱量損失:

式中:L為管道長度，m。

2.3 高溫冷凝水的需用量

由熱量計算公式:Q水=q水Cp水△t

得高溫冷凝水用量:

3 低壓蒸汽的理論用量

原設(shè)計中0.4 MPa低壓蒸汽的溫度約140℃，主要熱阻R同上，單位時間的熱量損失:

查表得:140℃下水蒸氣相變熱△H=2 148.7 kJ/kg

低壓蒸汽理論需要提供的熱流量:

由熱量計算公式:Q蒸汽=q蒸汽/△H

得:所需低壓蒸汽量:

低壓蒸汽按4 t/h計，實際熱效率為:

3 計算結(jié)果討論

①用熱阻力方程和熱傳導(dǎo)方程，對伴熱系統(tǒng)熱荷需求量、高溫冷凝水熱能的供給量以及過程的熱損失量進行了初步的計算，采用的部分經(jīng)驗公式和數(shù)據(jù)，雖然會有小的誤差，但對伴熱系統(tǒng)改造的工藝設(shè)計方案，提供了非常重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。②環(huán)己醇生產(chǎn)裝置中高溫冷凝水的工藝總排量為30 t/h，計算得出的高溫冷凝水的理論用量為10.48 t/h，完全滿足伴熱系統(tǒng)熱荷需求。③通過計算可看出，原工藝設(shè)計選擇低壓蒸汽作為伴熱介質(zhì)，采用流體管外面另鋪設(shè)兩根蒸汽管道并流伴熱再加外保溫，該方法蒸汽管道與流體管道接觸面積太小，且有空氣間隔，故熱傳導(dǎo)效率非常低，低壓蒸汽消耗量大，低壓蒸汽的實際熱效率僅12.8%，造成嚴(yán)重的能量損失和資源浪費。

4 結(jié)論

通過熱耗量計算為環(huán)己醇生產(chǎn)裝置的水伴熱技改工程提供了理論依據(jù)，用高溫冷凝水伴熱替代原有的低壓蒸汽伴熱系統(tǒng)，能夠更合理的使用二次能源，降低生產(chǎn)成本，應(yīng)用后，有效地提高了企業(yè)的市場競爭力，經(jīng)濟和社會效益顯著。