膨脹槽

　　在液相導(dǎo)熱油加熱系統(tǒng)中，膨脹槽的設(shè)計和使用是整個系統(tǒng)成功運行的一個很重要的參數(shù)，正確設(shè)計安裝和維護膨脹槽有利于延長導(dǎo)熱油的壽命，同時也間接保護了加熱器、熱油泵及其它設(shè)備部件，正確設(shè)計安裝的高位膨脹槽能解決傳熱系統(tǒng)長周期運行中的許多問題。膨脹槽通常設(shè)置在系統(tǒng)的點，因此除容納熱傳導(dǎo)液受熱膨脹量外，還兼有其他重要功能，如新填裝產(chǎn)品中輕組分和運行中產(chǎn)生的低沸物的排空、補充蒸發(fā)及操作損耗、氮氣密封等。
　　定義：
　　膨脹槽也可叫做高位槽，在液相導(dǎo)熱油爐加熱系統(tǒng)中，膨脹槽的設(shè)置。在實際使用中常有一些裝置的膨脹槽必須氮封。膨脹槽氮封的作用之一是防止熱傳導(dǎo)液因接觸空氣而氧化，另外可施加一定壓力，保持液相運行。一般來說，熱傳導(dǎo)液的氧化可通過系統(tǒng)的設(shè)置、操作及加入高溫抗氧劑加以控制，如升高膨脹槽的位置、采用小口徑膨脹管以防冷熱油產(chǎn)生對流、控制膨脹槽溫度低于60℃。如熱傳導(dǎo)液的初餾點高于系統(tǒng)的使用溫度，則可以不采用氮封；如熱傳導(dǎo)液的初餾點低于系統(tǒng)的使用溫度，就可能有部分組分汽化造成泵的氣蝕和較大的蒸發(fā)損耗，這種情況必須采用氮封。
　　膨脹槽的作用：
　　膨脹槽在熱油循環(huán)系統(tǒng)具有重要的作用：（1）儲存受熱后的膨脹量，（2）補充有機熱載體，（3）升溫過程排出液相爐和系統(tǒng)中氣體，（4）注油時先將油注入槽內(nèi)，自動流到爐子機系統(tǒng)管路內(nèi)，起到中間槽的作用，（5）停電時用冷油置換爐內(nèi)熱介質(zhì)，（6）高位補充壓頭作用。以下是幾個較為重要的作用介紹。
　　（1）容納膨脹量：由于液相循環(huán)系統(tǒng)配管口徑較小，熱媒存在著加熱時膨脹，受冷時收縮的體積變化。熱媒每升高100℃，其體積比常溫時膨脹10%。因此需設(shè)一個膨脹槽以吸收其體積的變化；
　?。?）排氣、脫水：液相循環(huán)系統(tǒng)由循環(huán)泵來提供動力，為使循環(huán)泵發(fā)揮其規(guī)定的能力，需避免氣蝕的發(fā)生，就必須進行排氣、脫水。膨脹槽通過配管和循環(huán)泵吸入管線相連。熱媒的供管總是布置在點的下方，而回管總是布置在點的上方，以保證整個系統(tǒng)處于自排氣狀態(tài)。熱媒中的氣體流向膨脹槽，打開膨脹槽的排氣閥，使系統(tǒng)內(nèi)恢復(fù)常壓狀態(tài)。當(dāng)膨脹槽的壓力超過設(shè)定值時，安全閥起跳泄壓；
　?。?）安全補油：由于熱媒的泄漏及低沸物的產(chǎn)生，使系統(tǒng)內(nèi)熱媒量不足，要進行適量補充。冷的熱媒?jīng)Q不能直接加入運行中的熱的熱媒中，因為若熱媒中有水，其汽化后體積迅速膨脹，壓力升高，熱媒就會噴出。通過膨脹槽補油時，對系統(tǒng)的影響較小，可以達到安全補油；
　　（4）防止熱媒氧化、劣化：熱媒的劣化主要是熱媒加熱后逐漸出現(xiàn)分解及聚合反應(yīng)，使熱媒原結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，生成的低分子或高分子物質(zhì)逐漸增多，從而改變熱媒的特性。劣化的原因主要有高溫，空氣中氧及生產(chǎn)過程中化學(xué)物質(zhì)的混入等。劣化后的熱媒易積垢，影響傳熱的效果，使管壁溫度上升，嚴重時可使加熱管燒損，同時劣化使熱媒黏度升高，循環(huán)泵的運轉(zhuǎn)負荷加大。防止熱媒氧化、劣化的原則應(yīng)盡量避免高溫?zé)崦胶涂諝獾慕佑|，在液相循環(huán)系統(tǒng)中，在升溫、脫氣、脫水結(jié)束后對膨脹槽要充入純度99%以上氮氣充分密封，構(gòu)成系統(tǒng)內(nèi)的密閉狀態(tài)，在充氮氣時熱媒氣體隨置換氣排入大氣。
　　膨脹槽的設(shè)計：
　　膨脹槽安裝高度是基于必須大于泵的氣蝕余量和導(dǎo)熱油工作狀態(tài)下的飽和蒸汽壓，又高于用熱點，所以首先滿足導(dǎo)熱油泵氣蝕余量3~5米，而一般不選用蒸汽壓過高的導(dǎo)熱油，如遇特殊情況所選用的導(dǎo)熱油在工況狀態(tài)下蒸汽壓力大于5米（保證循環(huán)油泵入口正壓操作）或設(shè)計不采用高位膨脹槽，則可采用惰性氣體（如氮氣、二氧化碳等）加壓密封，采用這種措施對導(dǎo)熱油的使用壽命更為有利。
　　高位膨脹槽應(yīng)安裝在導(dǎo)熱油加熱系統(tǒng)的處，否則高位熱用戶的導(dǎo)熱油充不上去，如果強制讓導(dǎo)熱油充上去，高位槽將要冒頂。為了防止導(dǎo)熱油高溫氧化，據(jù)試驗證明以不高于60℃為宜，因為高于60℃導(dǎo)熱油的氧化將會加據(jù)，防止高溫的手段主要是高位槽不能保溫，膨脹管管徑一定要按規(guī)定設(shè)計不能太粗，且高位槽至油氣分離器的距離不能太近，亦既是說油氣分離器和高位槽之間的膨脹管相對而言越長越好，有利于導(dǎo)熱油散熱，當(dāng)然該管線更不能保溫，甚至該管線采用帶有散熱性能好的翅片管效果更加。
　　膨脹槽的基礎(chǔ)流程：
　　在設(shè)計膨脹槽流程時應(yīng)盡可能簡單并安全可靠。一般基礎(chǔ)的流程如右圖所示。
　　圖中①是一條平衡管線，在回?zé)崦奖弥斑M行排氣、起穩(wěn)壓的作用。②是一條平衡管線溢流排放管線，當(dāng)膨脹槽的液位高時，多余的熱媒由此管線排入收集罐。③是氮封管線，調(diào)節(jié)氮氣的流量和壓力，防止熱媒劣化，給膨脹槽定壓。④是系統(tǒng)內(nèi)排氣管線，進入膨脹槽。⑤是控制閥，正常時閥關(guān)閉，事故時打開將熱媒排入收集罐。膨脹槽的附件還有液面計、壓力計、安全閥、氮氣密封減壓閥、大氣排放閥等。
　　設(shè)計膨脹槽的壓力、容積：
　?。?）設(shè)定膨脹槽的壓力：為了防止泵的空蝕的發(fā)生，必須保證泵內(nèi)最小壓力大于熱媒的蒸氣壓，即  ，式中  為膨脹槽內(nèi)壓力，  為膨脹槽和泵間的垂直高度靜壓頭，  為抽吸配管內(nèi)的壓力損失，  為熱媒蒸氣壓力，  稱為必要凈吸壓頭。由此可得出膨脹槽內(nèi)的壓力為  。根據(jù)此式合理設(shè)計膨脹槽的壓力、高度及配管口徑。在滿足上式的前提下，膨脹槽的壓力由通入的氮氣壓力來定，根據(jù)此設(shè)定壓力確定安全閥的起跳壓力。膨脹槽的安裝高度及氮封的壓力決定了熱媒系統(tǒng)的運行壓力。
　?。?）確定膨脹槽的容積：設(shè)計膨脹槽的容積時要考慮余量和膨脹。媒體積膨脹所帶來的氮氣層壓力上升，要考慮氮封壓力不應(yīng)過高，依此來決定膨脹槽的容積。當(dāng)膨脹槽內(nèi)氮氣溫度一定時（正常運行時，膨脹槽內(nèi)熱媒度在200℃以下，此時熱媒的蒸氣壓可忽略不計）。
　　膨脹槽的布置：
　　膨脹槽是一個有熱位移的設(shè)備，要求基礎(chǔ)一邊為固定端，一邊為滑動端。膨脹槽通常放在系統(tǒng)的處，管線是步步高進到膨脹槽?？紤]屋頂防水、保溫，要求基礎(chǔ)做得較高，一般有600mm以上。熱媒易滲透，存在著潛在的火災(zāi)危險，要考慮一旦有事故發(fā)生，熱媒的排放、收集，因此要做個圍堰，圍堰的容積應(yīng)夠容納膨脹槽內(nèi)的熱媒。
　　膨脹槽的配管要求：
　?。?）管材、閥門管件的選擇：熱媒管道器材的選擇，應(yīng)遵循以下原則--①注意防泄漏；②應(yīng)考慮管道使用溫度和壓力對材料的綜合影響；③管子、管件、法蘭、閥門等不能選用有色金屬和生鐵材質(zhì)；④熱媒對橡膠有溶解的作用，所以墊片和填料等填充材料不能采用橡膠類制品；⑤管道的保溫材料應(yīng)選用阻燃型。熱媒對碳鋼無腐蝕性，管道可選擇用碳鋼，一般使用20#鋼，其使用溫度-20450℃。為了防止熱媒管的泄漏，熱媒管線的閥門應(yīng)選用波紋管密封閥。管道的連接應(yīng)盡量采用焊接連接。
　　（2）配管要求：配管時應(yīng)注意--①根據(jù)流量選定配管管徑；②充分估計計算配管中的壓力損失；③盡量不發(fā)生空氣及液體滯留，注意供給時步步高、回流時步步低的原則；④充分考慮管道的柔性，可適當(dāng)改變配管的走向，不產(chǎn)生過高的熱應(yīng)力，盡可能采用自然補償，一般不采用波紋管來補償熱膨脹。