测量和分析是所有工业现场过程控制的前提和基础。

为了确保测量和分析结果的准确可靠,测量和分析系统必须要确保被测介质满足相应的工艺条件,如相态、流动性、温度、压力、密度及组分等。本文重点关注如何确保维持被测介质在测量所需要的温度条件。

1 仪表采样测量分析系统介绍

一个典型的仪表采样测量分析系统由取样、传输、预处理、测量分析仪表和排放等部分组成。

 

2 为什么需要伴热保温

仪表采样测量分析系统被测介质种类繁多,而其冷凝温度、气化温度等物理特性也不尽相同,在周围环境温度的影响下,会发生冻结、冷凝、气化、析出的现象,为保证仪表测量的准确性,必须要为仪表增加保温伴热。

如烟气检测系统根据不同的指标要求,一般要保持介质温度在90 ~ 180℃之间;硫磺装置尾气分液罐后试样气温度在160℃左右[1];醋酸的温度必须要保持在17℃以上, 55℃以下,以及更多的在高寒地区使用的仪表需要进行防冻、防结露的处理等。

仪表伴热保温作为一种有效的保温及防冻方案在化工企业被广泛应用,其工作原理是利用伴热管线/ 电伴热带通过直接或间接的热交换来补偿测量管线的热损失,达到升温、保温或防冻的效果。

参考HGT 20514-2014 《仪表及管线伴热和绝热保温设计规范》、SH3126-2001《石油化工仪表及管道伴热和隔热设计规范》等标准和规范,仪表及管线伴热符合下列条件之一者应采用伴热:

1) 在环境温度下有冻结、冷凝、结晶、析出等现象产生的物料测量管线和检测仪表。

2) 不能满足最低环境温度要求的仪表。

此外,相关标准中还规定了仪表及管线伴热符合下列条件之一者宜采用保温绝热:

① 热流体的仪表检测系统。

② 当采用保温绝热方式可保证仪表和管线正常工作的情况。

③ 伴热用的蒸汽管线或热水管线、冷凝回水管线、电伴热带等场合。

由图1的典型的仪表采样测量分析系统组成可以看出,从样品的取出到被测介质的排放,主要会经过样品采样管线,仪表保温箱等。

注:本文重点关注仪表及管线伴热的解决方案,至于采样点的设置、介质的预处理等不在讨论的范围。

3 仪表及管线伴热保温的现状

3.1 仪表及管线伴热

当前,市场上的仪表及管线的伴热保温主要有蒸汽伴热、热水伴热和电伴热3 种方式。

1) 蒸汽伴热[2]

最为传统的伴热方式,分轻伴热和重伴热2 种。系统复杂,管路、阀门较多,“跑冒滴漏”现象明显,维护成本高。

2) 热水伴热

正常情况下,热水伴热比蒸汽伴热热量损失减少20%以上,相对于蒸汽伴热而言,热水伴热运行平稳、容易操作。

但和蒸汽伴热类似的是,由于伴热管线和测量管线有限接触,所以换热率比较低。同时温度控制也不太准确,难以满足对工艺温度要求比较严格的仪表管线伴热。

3) 电伴热

电伴热的原理是把电伴热带沿测量管线安装,依靠电伴热带发出的热量来补偿测量介质在管线传输过程中的热量损失。根据现场温度、伴热长度等参数,电伴热带分自限温伴热带、聚合物绝缘恒功率伴热带、矿物绝缘恒功率伴热带等。电伴热系统比较简单,温度控制精确,后期不需要特殊维护。

3.2 仪表及管线保温

结合以上3 种仪表及管线伴热方式,仪表及管线的保温多采取现场包覆、安装、施工的方式,主要存在如下几个方面的问题。

1) 安装施工周期长。

2) 原材料的质量难以控制。

3) 系统各部分的结合处很难妥善处理,容易留下隐患。

4) 施工的质量受限于施工人员的水平,可能无法达到设计的保温效果。

4 仪表及管线伴热整体解决方案

 华阳(Bartec)工业集团作为全球领先的电伴热提供商,有覆盖各个温度等级的自限温及恒功率伴热带产品,可满足各种现场的伴热需求。

针对仪表及管线的伴热保温,华阳首次提出了仪表伴热整体解决方案这一概念,如图2 所示。其专业模块化的产品和方案,覆盖了从采样管线到测量仪表的整体伴热。

满足普通区到危险区,从管道防冻、高温维持到露点测量、组分分析、粘度控制、压力采样等过程的各种仪表保温的应用。

4.1 仪表采样管线/ 预保温管缆

根据现场的应用不同,华阳提供如下3 种预保温管缆,如图3 所示。产品整体集成了测量管线、伴热管线/伴热带、保温、外护套等,全部实现工厂预制,简化工程采购,提高了现场产品的可靠性,节省了现场安装、施工的时间。

1) TBE 电伴热预保温管缆

TBE 是一种将小尺寸物料测量管线、电伴热带、保温材料和外护套集于一体的伴热保温管缆产品。电伴热带被预先置入,保温材料和防水外护套也在工厂完成。在需要时为电伴热带通电,可以起到防冻或温度维持的作用。

2) TBP 预保温管线

TBP 预保温管线,由小尺寸物料导管、保温层和防水外护套组成。其主要应用于流体、蒸汽或其他气体的传输,传输时起到减少传输热损并保护人身安全(隔热以免烫伤)的作用。

3) TBPS 蒸汽伴热预保温管缆

TBPS 蒸汽伴热预保温管缆,集物料导管、蒸汽伴热管、保温层以及防水外护套于一体。蒸汽伴热管与导管紧密接触,保证了热量的充分交换。 工程中,经常使用TBPS 来做分析采样管和仪表管。

4.2 仪表保温箱及内置加热器

4.2.1 仪表保温箱

Bartec 仪表保温箱集成变送器/ 分析仪、阀门及管路、电气配件、加热器、箱体于一体的仪表现场成套装置。它通过内置的电加热器及温控器,可以准确、经济地提供测量及分析仪表准确测量所需的介质状态,有效地避免了由于冷凝、结晶等造成过程参数无法准确测量的影响。

根据现场需求不同,有玻璃纤维增强型聚酯外壳或不锈钢外壳保温箱体可选。 为了确保现场使用效果,同时根据华阳专业的设计软件,可选不同功率的加热器和不同厚度的保温材料。

4.2.2 加热器

根据现场的温度等级、安装条件等,可选多种类型的仪表保温箱用防爆/ 非防爆加热器,如图4 所示。产品方便直接安装于开关控制柜、仪表保温箱、测量设备、采样分析柜等内部。结构紧凑、节省空间、散热均匀、防腐蚀,可满足从安全区到危险区域的防冻、防冷凝。

 

4.3 柔性可拆卸保温夹套

以上所述的仪表保温箱主要适用于仪表防冻的场合,对于需要维持高温状态进行测量的仪表,基于现场热损、维护等方面的要求,推荐使用华阳BARTEC 柔性可拆卸保温夹套,如图5 所示。其和仪表接触更紧密,表面积较小,热量损失小,降低了伴热的成本。

如质量流量计,其测量介质的粘度对质量流量计的压降有很大的影响。当粘度从1cp 降为10cp 时,压降可能会提升5 ~ 6 倍。因此,当采用质量流量计测量粘度较大的介质时,对流量计是否进行伴热保温,不但是改善介质流动状态的问题,而且是一个介质的压降是否允许的问题。

通过伴热保温,使介质的粘度控制在合适的范围内,减少压损,从而确保质量流量计的稳定运行[3]。

根据不同的应用需求,柔性可拆卸保温夹套内部集成了自限温或恒功率伴热带,能有效阻止阀门、储罐、仪表等小型仪器设备与外界环境的热交换,保持仪器设备的内部温度,降低能量损耗,节约能源。

柔性可拆卸保温夹套根据现场温度、腐蚀性等参数,可选耐高温帆布、玻璃纤维- 不锈钢丝混纺布、PTFE 等不同材质的面料,不同厚度的玻璃纤维棉毡、陶瓷纤维棉等保温材料,固定方式可选尼龙搭扣(魔术贴)、固定扣等。

4.4 温度控制器

华阳DETU 温控器是一款为电伴热提供准确、可靠温度控制的电伴热现场智能温控器。如图6 所示。产品通过IEC Ex、ATEX 及NEPSI 认证可用于危险区域 1 区或 2区(气体)、21 区或 22 区(粉尘)及非危险区域。

DETU 既可现场安装、显示、控制,又能实现远程监控,产品具有如下特点:

自带本安传感器测量温度并实时显示。

可设置温度值、控制回差值,温度低于设定值时

启动伴热带。

可检测传感器故障。

继电器报警信号功能可编程。

带 ModbusRTU 通讯。

带视窗及外部操作按键。

可实时设置修改参数。

可现场控制自限温、恒功率伴热带。

5 总结

华阳的仪表伴热整体解决方案提供从介质采样、温度维持/ 提升到仪表保温伴热的整体解决方案。系统由Tubing Bundle 预保温管缆、仪表保温箱/ 柔性可拆卸保温夹套、加热器、温控器及各种安装、连接附件组成,可满足各种分析采样仪表的伴热需求。

华阳拥有专业的软件进行Tubing Bundle 预保温管缆和仪表保温箱/ 柔性可拆卸保温夹套的热量损失计算,确保所选择的伴热带或加热器满足现场的应用需求。整体解决方案具有如下特点:

标准化的产品系统由标准化的预保温管缆、各种尺寸的仪表保温箱及柔性可拆卸保温夹套等组成。

完整的系统

除预保温管缆、仪表保温箱和柔性可拆卸保温夹套之外,可选多种类型的安装支架和加热器来创建定制的系统,适合每个现场应用。

容易选型

标准化的产品系列及专业的计算软件,给产品选型带来了非常大的便利。

快速安装

相较于传统方案需要在现场进行管道伴热和保温施工,只需要简单地进行管线连接及仪表安装固定即可。

降低成本

集成化的产品,降低了由于采购、非标定制、现场安装带来的额外成本。

节约施工时间

由于预保温管缆及保温箱均已实现了工厂预制、调试,大大节省了现场的施工时间。

可靠性和安全性

产品的标准化及工厂预制、调试,降低了由于不同供应商的采购渠道带来的产品不确定性风险及现场施工造成的影响,提高了系统的可靠性和安全。

 


2018年11月09日

化工装置工艺管道的蒸汽伴热设计探讨
什么是电伴热以及原理-华阳电伴热

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来源:华阳技术部

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