膨脹槽

膨脹槽也可叫做高位槽，在液相導熱油爐加熱系統中，膨脹槽的設置必不可少。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。一般來説，熱傳導液的氧化可通過系統的設置、操作及加入高温抗氧劑加以控制，如升高膨脹槽的位置、採用小口徑膨脹管以防冷熱油產生對流、控制膨脹槽温度低於60℃。如熱傳導液的初餾點高於系統的最高使用温度，則可以不採用氮封；如熱傳導液的初餾點低於系統的最高使用温度，就可能有部分組分汽化造成泵的氣蝕和較大的蒸發損耗，這種情況必須採用氮封。

膨脹槽在熱油循環系統具有重要的作用：（1）儲存受熱後的膨脹量，（2）補充有機熱載體，（3）升温過程排出液相爐和系統中氣體，（4）注油時先將油注入槽內，自動流到爐子機系統管路內，起到中間槽的作用，（5）停電時用冷油置換爐內熱介質，（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：由於液相循環系統配管口徑較小，熱媒存在着加熱時膨脹，受冷時收縮的體積變化。熱媒每升高100℃，其體積比常温時膨脹10%。因此需設一個膨脹槽以吸收其體積的變化；

（2）排氣、脱水：液相循環系統由循環泵來提供動力，為使循環泵發揮其規定的能力，需避免氣蝕的發生，就必須進行排氣、脱水。膨脹槽通過配管和循環泵吸入管線相連。熱媒的供管總是佈置在最低點的下方，而回管總是佈置在最高點的上方，以保證整個系統處於自排氣狀態。熱媒中的氣體流向膨脹槽，打開膨脹槽的排氣閥，使系統內恢復常壓狀態。當膨脹槽的壓力超過設定值時，安全閥起跳泄壓；

（3）安全補油：由於熱媒的泄漏及低沸物的產生，使系統內熱媒量不足，要進行適量補充。冷的熱媒決不能直接加入運行中的熱的熱媒中，因為若熱媒中有水，其汽化後體積迅速膨脹，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後逐漸出現分解及聚合反應，使熱媒原結構發生改變，生成的低分子或高分子物質逐漸增多，從而改變熱媒的特性。劣化的原因主要有高温，空氣中氧及生產過程中化學物質的混入等。劣化後的熱媒易積垢，影響傳熱的效果，使管壁温度上升，嚴重時可使加熱管燒損，同時劣化使熱媒黏度升高，循環泵的運轉負荷加大。防止熱媒氧化、劣化的原則應儘量避免高温熱媒和空氣的接觸，在液相循環系統中，在升温、脱氣、脱水結束後對膨脹槽要充入純度99%以上氮氣充分密封，構成系統內的密閉狀態，在充氮氣時熱媒氣體隨置換氣排入大氣。

膨脹槽安裝高度是基於必須大於泵的氣蝕餘量和導熱油工作狀態下的飽和蒸汽壓，又高於最高用熱點，所以首先滿足導熱油泵氣蝕餘量3~5米，而一般不選用蒸汽壓過高的導熱油，如遇特殊情況所選用的導熱油在工況狀態下蒸汽壓力大於5米（保證循環油泵入口正壓操作）或設計不採用高位膨脹槽，則可採用惰性氣體（如氮氣、二氧化碳等）加壓密封，採用這種措施對導熱油的使用壽命更為有利。

高位膨脹槽應安裝在導熱油加熱系統的最高處，否則高位熱用户的導熱油充不上去，如果強制讓導熱油充上去，高位槽將要冒頂。為了防止導熱油高温氧化，據試驗證明以不高於60℃為宜，因為高於60℃導熱油的氧化將會加據，防止高温的手段主要是高位槽不能保温，膨脹管管徑一定要按規定設計不能太粗，且高位槽至油氣分離器的距離不能太近，亦既是説油氣分離器和高位槽之間的膨脹管相對而言越長越好，有利於導熱油散熱，當然該管線更不能保温，甚至該管線採用帶有散熱性能好的翅片管效果更加。

在設計膨脹槽流程時應儘可能簡單並安全可靠。一般最為基礎的流程如圖1所示。

圖1中①是一條平衡管線，在回熱媒泵之前進行排氣、起穩壓的作用。②是一條平衡管線溢流排放管線，當膨脹槽的液位高時，多餘的熱媒由此管線排入收集罐。③是氮封管線，調節氮氣的流量和壓力，防止熱媒劣化，給膨脹槽定壓。④是系統內排氣管線，進入膨脹槽。⑤是控制閥，正常時閥關閉，事故時打開將熱媒排入收集罐。膨脹槽的附件還有液麪計、壓力計、安全閥、氮氣密封減壓閥、大氣排放閥等。

（1）設定膨脹槽的壓力：為了防止泵的空蝕的發生，必須保證泵內最小壓力大於熱媒的蒸氣壓，即

，式中

為膨脹槽內壓力，

為膨脹槽和泵間的垂直高度靜壓頭，

為抽吸配管內的壓力損失，

為熱媒蒸氣壓力，

稱為必要淨吸壓頭。由此可得出膨脹槽內的壓力為

。根據此式合理設計膨脹槽的壓力、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，根據此設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的運行壓力。

（2）確定膨脹槽的容積：設計膨脹槽的容積時要考慮餘量和膨脹。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過高，依此來決定膨脹槽的容積。當膨脹槽內氮氣温度一定時（正常運行時，膨脹槽內熱媒度在200℃以下，此時熱媒的蒸氣壓可忽略不計）。 ^[1] 

膨脹槽是一個有熱位移的設備，要求基礎一邊為固定端，一邊為滑動端。膨脹槽通常放在系統的最高處，管線是步步高進到膨脹槽。考慮屋頂防水、保温，要求基礎做得較高，一般有600mm以上。熱媒易滲透，存在着潛在的火災危險，要考慮一旦有事故發生，熱媒的排放、收集，因此要做個圍堰，圍堰的容積應夠容納膨脹槽內的熱媒。

（1）管材、閥門管件的選擇：熱媒管道器材的選擇，應遵循以下原則——①注意防泄漏；②應考慮管道使用温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；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採用橡膠類製品；⑤管道的保温材料應選用阻燃型。熱媒對碳鋼無腐蝕性，管道可選擇用碳鋼，一般使用20#鋼，其使用温度-20450℃。為了防止熱媒管的泄漏，熱媒管線的閥門應選用波紋管密封閥。管道的連接應儘量採用焊接連接。

（2）配管要求：配管時應注意——①根據流量選定配管管徑；②充分估計計算配管中的壓力損失；③儘量不發生空氣及液體滯留，注意供給時步步高、迴流時步步低的原則；④充分考慮管道的柔性，可適當改變配管的走向，不產生過高的熱應力，儘可能採用自然補償，一般不採用波紋管來補償熱膨脹。