导热油熔化和加热管道防腐沥青方法及设备

摘要

本发明公开了一种导热油熔化和加热管道防腐沥青的方法及设备。以油田天然气为燃料，对导热油加热炉进行加热，使导热油达到280-300℃。导热油再将热能传导给沥青锅中的固态管道防腐沥青，使其熔化并达到220-240℃的使用温度。工艺流程主要包括供热单元与用热单元两大部分。关键设备是燃气加热系统，夹套与蛇管传热结构的沥青锅和沥青废气净化装置。主要优点是热效率高，沥青不易结焦，温度容易调节控制，杜绝了火灾事故，环境污染轻，劳动条件和强度大大改善。

说明书

本发明是有关导热油熔化和加热管道防腐沥青的方法及设备。它属于管道防腐的沥青制备技术领域。其工艺流程主要包括供热单元和用热单元，以及沥青废气净化装置。

多年来，石油管道大部分采用沥青玻璃布绝缘防腐，并用明火直接在沥青锅底加热熔化和熬制沥青。主要缺点不但是热效率太低（只有20%左右），而且沥青锅结焦很严重，浪费大量沥青材料，大大缩短沥青锅使用寿命，还由于经常停产清锅和更换新锅，会造成大量产值损失。沥青锅结焦后，产生的有毒和致癌废气进一步大量增加，严重危害操作人员健康，并殃及附近广大居民，同时还由于沥青及沥青废气都是易燃易爆物质，所以明火加热经常发生火灾事故。此外，这种方法的沥青温度不易控制，加热时间较长。为了摆脱这种传统的明火直接加热方法，近几年来某大油田在国内首先试用了过热蒸汽熔化和加热管道防沥青。其优点是减少了结焦和清锅。主要缺点是过热蒸汽装置造价太高，建设投资太大，操作技术比较复杂。另一个主要缺点是过热蒸汽的热量只有极少一部份被沥青锅吸收，大部份热量随着高达500℃以上的过热蒸汽被排放，其热效率甚至比上述明火加热更低，综合经济效益当然不高，因而未能推广应用。

导热油加热技术自八十年代开始在我国应用，目前已应用于化工、纺织、印染等行业。近几年来，道路施工行业也开始利用导热油对道路沥青加热和保温。但是，道路沥青与管道防腐沥青大不相同。道路沥青标号低，软化点只有25～45℃，使用温度只有100～120℃，并且流动性好，杂质少。它所用的导热油加热炉以煤作燃料，需用一个庞大的燃煤灶及其复杂的添煤和出渣装置，还需要鼓风和除尘装置。道路沥青锅为密闭的圆柱形卧式，不能向锅内添加固态沥青。一般是用锅内导热油蛇管对锅内液态道路沥青加热升温或保持住使用温度，再用沥青罐车拉到施工现场使用。锅内无杂质可清，也不结焦。管道防腐沥青为特号沥青，软化点高达125～140℃，使用温度高达220～240℃，因此导热油的工作温度要求达到280～300℃，并且一般是先把固态常温防腐沥青加热熔化，再继续加热到使用温度。所用燃料一般为油田天然气。因此，现有的导热油加热道路沥青方法及设备仍然不能用于熔化和加热管道防腐沥青。

检索“国内专利数据库”中97253篇专利文献，未曾发现有关利用导热油熔化和加热任何沥青的相关文件，只查到几篇有关沥青锅的专利文件，多数以煤为燃料，如86205289U，87200011U，87211566.6等。其中有篇87206468U专利文件，介绍的大型沥青锅是以气或油为燃料。但是共同之处都是用明火直接加热沥青锅底部，主要缺点之一是热效率不太高，二是锅底结焦不可避免，三是明火容易引起火灾事故，四是沥青温度不易控制。

本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，提供一种利用导热油熔化和加热管道防腐沥青的方法及设备，更进一步提高热效率，更有效地防止沥青锅结焦，杜绝火灾事故，方便而可靠地控制沥青温度，并消除沥青废气污染环境。

本发明的目的是通过下述方法及设备实现的。

工艺方法是：以油田天然气为燃料，以导热油为载热流体，用热油泵作为动力源，强制导热油密闭循环。将热能输送到沥青熔化和升温锅，并通过锅内夹套和蛇管双重传热机构，将热量传递给固态的管道防腐沥青，使其熔化并继续加热达到管道防腐作业要求的温度。从沥青锅出来的导热油回油经过油气分离和过滤，再被热油循环泵加压返回到导热油加热炉重新加热升温至工作温度，然后再进入沥青锅。如此循环往复，连续不断地向沥锅提供热量。

工艺流程主要包括供热单元和用热单元，以及沥青废气净化装置。供热单元的主要设备，包括天然气燃烧器、导热油加热炉、油气分离器、过滤器、导热油循环泵、膨胀罐、注油泵和储油罐等;用热单元主要包括沥青熔化锅、升温沥青锅、低位沥青槽、保温沥青泵、保温沥青阀、保温沥青管线和包布沥青槽等。供热单元与用热单元通过导热油进（出）和回油管线连成一个密闭的热能交换循环系统。沥青废气净化装置主要包括抽风阀、吸气风机、水洗净化器、水泵和水池等。

上述工艺流程中起关键性作用的设备是天然气燃烧器与导热油加热炉构成的燃气加热系统、沥青熔化锅，以及沥青废气净化装置。

天然气燃烧器为圆柱形状，下半部份直径略小于上半部份。主要由天然气点火枪、空气调节窗口、天然气进气口、燃烧火嘴及燃烧室等部份组成。燃烧室由耐火和绝热材料围成。燃烧室中的天然气火焰直接对炉膛内的导热油蛇管进行加热，使导热油很快升温达到280～300℃的工作温度，热效率高达78%以上。

沥青熔化锅为长方体形，底部为梯形，锅壁为双层并填有绝热保温材料。锅底装有导热油夹套，锅内有导热油蛇管。既扩大了传热面积，又使沥青受热均匀，有利于缩短熔化和加热沥青的时间;既提高了热效率，又防止了沥青锅结焦。锅底一端最低位置有一出口，用来清除沥青中沉积下来的杂质。锅底的另一端有一出口，用来向防腐作业车间或沥青罐车提供220～240℃的高温沥青。在高温沥青出口之上方安装导热油进油和回油管线，并装有相应的导热油流量调节阀门及温度和压力仪表。用来调节控制沥青锅的升温速度和加热温度，方便而又安全。锅顶设置了可以机械升降的锅盖，并有沥青废气排出口。既便于投放固态块状沥青，又可使沥青在锅内密闭熔化和升温，产生的废气不易扩散，只能从该排出口排出。

沥青废气净化装置中的抽风阀，其进口与沥青锅顶部的沥青废气排出口相连，其出口与吸气风机相连。由吸气风机将有毒的沥青废气抽吸到水洗净化器。废气由下而上，水由上而下，二者对流。废气经过水洗净化，绝大部份有毒和致癌成份被水吸收，然后排放到大气中去。所用的净化水由水泵从水池中打到净化器顶部，并可循环利用。

沥青废气净化装置还可以采用另一种技术方案。即把吸气风机抽吸出来的沥青废气用管道输送到供热单元的天然气燃烧器的燃烧室中燃烧，将其中的可燃成份及有毒和致癌成份烧掉，然后再排放到大气中去。

本发明与现有技术相比具有如下主要优点：

1、进一步提高了热效率。本发明的导热油燃气加热系统与燃煤加热系统对比，不但省去了庞大而笨重的燃煤灶膛及其添煤清渣机构和鼓风除尘装置，而且把热效率从70%提高到78%，除去导热油管路和沥青锅的热量损失，其综合热效率仍可高达64.1%。而用天然气明火直接加热沥青锅底热效率只有20%，用过热蒸汽熔化和加热沥青的热效率更低。

2、基本上解决了沥青锅结焦老大难问题。本发明每套装置每年不但可使60吨优质沥青免遭结焦损失，而且可以延长沥青锅使用寿命，每年平均节省沥青锅投资5万元。更重要的是不再经常停产清锅或更换新锅，每月少停产至少3天，每年即可挽回产值损失504万元。

3、沥青加热速度和温度便于调节控制。本发明的操作自动化程度较高，设有安全报警装置，准确可靠，并从根本上杜绝了火灾事故。

4、有效地解决了环境污染问题。本发明采用的沥青废气净化装置，可使排放出去的沥青工业污染物大大低于国家规定的Ⅰ级标准指标。

5、大大改善了劳动条件和减轻了劳动强度。尤其是操作工人，不再遭受清除结焦之苦和沥青毒气之害。

本发明的附图图面说明如下：

图1是本发明的导热油熔化和加热管道防腐沥青工艺方法流程示意图。

图2是图1中的天然气燃烧器与导热油加热炉构成的燃气加热系统结构示意图。

图3是图1中的沥青熔化锅纵向剖视主视图，图4是沥青熔化锅横向剖视左视图。

图5是本发明的沥青废气净化装置示意图。

下面将结合各附图进一步详述本发明的最佳实施方案。

图1所示本发明的工艺流程中，1是天然气燃烧器，2是导热油加热炉，3是油气分离器，4是过滤器，5是导热油循泵，6是膨胀罐，7是注油泵，8是储油罐，以上设备组成了供热单元。其中的油气分离器用来把导热油工作过程中出现的水分、有机物蒸汽及气体分离出来，排放出去，以保证系统正常工作。过滤器的作用是将导热油内可能混入的杂质和在高温运行时产生的聚合物残炭分离出去。导热油循环泵是导热油密闭循环的动力源，它工作时需要水泵供水强制冷却。膨胀罐的作用是容纳导热油在高温下的体积膨胀量，同时还能补充系统内的油液和排除系统内的水分、气体及低挥放成份，并且具有补偿稳定油压的作用。膨胀罐设置在全系统的最高点，并且设有呼吸孔、溢流口及低液位报警装置，以确保系统安全运行。注油泵的作用是向系统注入或卸放导热油。储油罐可以容纳全系统的导热油，工作时储油罐储存的部份油量可以随时向系统补充油量的不足;当系统油量膨胀时，多余的导热油从膨胀罐的溢流管自动流入储油罐。用热单元中的9是沥青熔化锅，10是升温沥青锅，11是低位沥青槽，12是保温沥青泵，13是保温沥青阀，14是保温沥青管线，15是管道防腐车间的包布沥青槽。其中的沥青熔化锅用来熔化固态块状管道防腐沥青和储存继续加热升温的液态沥青。升温沥青锅用来对液态管道防腐沥青继续加热和储存液态沥青。低位沥青槽用来暂时存放从炼厂拉来卸下的液态管道防腐沥青，然后通过保温沥青泵和保温沥青三通阀，注入升温沥青锅或熔化锅中进行加热。达到使用温度后，通过保温沥青管线送到防腐作业车间的包布沥青槽，也可以通过保温沥青三通阀装入沥青罐车，拉到管道施工现场使用。

图2为本发明的导热油燃气加热系统结构示意图。该系统安装在高出地面的固定支架上。天然气燃烧器1安装在导热油加热炉2的底部，二者成为一个整体。天然气燃烧器为圆柱形状，下半部份直径略小于上半部份直径。主要由天然气点火枪18，空气调节窗口19，天然气进气口20，燃烧火嘴21及燃烧室22等部份组成。其中的燃烧室由耐火及绝热材料围成，位于炉膛底部。导热油加热炉2的炉膛内具有双排导热油蛇管23。点火枪18和天然气进气口20分别与两根天然气管子相接。点火时，首先将点火枪抽出，点燃之后插进燃烧器中，并拧紧固定住;再打开天然气进气口20的阀门送气，天然气从燃烧室中的各个燃烧嘴21喷出，并被点火枪18的火焰点燃，整个燃烧室即可充满熊熊燃烧的火焰;此火焰直接对炉膛内的导热油蛇管23加热，使导热油很快达到280～300℃的工作温度。空气调节窗口的作用是调节进入燃烧室的空气量，使其与天然气的混合比例达到最佳状态，保证天然气最大限度完全燃烧，火焰达到最旺。因此热效率可达78%，既节省了大量天然气，还可以减轻烟气污染。

图3和图4分别是本发明中的沥青熔化锅的主视剖视图和左视剖视图的结构示意图。其中的24是导热油传热夹套，25是导热油传热蛇管，26是沥青杂质清理出口，27是液态高温沥青出口，28是沥青废气排出口，29是沥青锅机械升降锅盖，30和31分别是沥青锅的导热油进出口，分别与导热油的进、回油管线16和17相接。该沥青锅为长方体形，底部为梯形，锅壁为双层并填有绝热保温材料。高温导热油通过夹套24和蛇管25，将热量传导给锅内固态管道防腐沥青，使其熔化并达到使用温度。由于采用了这样的传热结构，散热面积较大，沥青受热较均匀，所以每锅8吨常温固态沥青约10个小时即可达到220～240℃的使用温度。沥青升温速度及温度可以由导热油进出口30及31上安装的阀门调节和控制，并由仪表显示出来。沥青中的杂质沉积在梯形锅底，可以通过出口26进行清理。高温沥青由出口27输送到管道防腐作业车间或装入沥青罐车拉到施工现场。每只沥青锅上都装有保温沥青阀门。密闭熔化和加热沥青时产生的沥青废气，被锅盖29盖住而不扩散，通过锅顶上的排气口28被吸气风机抽出净化处理。锅盖29设有机械操作机构，向锅内装入固态沥青时锅盖被提升敞开，装完再落下盖好。本发明提供的这种沥青锅，热量损失只有5%，沥青不再结焦，温度很容易调节控制，从根本上杜绝了火灾事故，生产安全可靠，大大改善了劳动条件和减轻了劳动强度。

图5是本发明提供的沥青废气净化装置示意图。每台沥青锅顶的废气排出口安装一个抽风阀32，抽风阀出口再连到吸气风机33。吸气风机将沥青锅中的沥青废气抽吸出来。废气从净化器34的下端进入，净化水则从净化器上部喷淋下来，废气与水对流。经过水洗后绝大部份有毒和致癌成份被水吸收，然后再排放出去。所用的净化水由水泵35从水池36中抽到净化器顶部，并可以循环利用。