化工工艺管道的伴热设计解析

摘要：本文简要介绍化工装置中工艺管道的伴热方式，同时基于化工生产过程各种伴热方法,研究一下化工装置中工艺管道的蒸汽伴热设计。

关键词：工艺管道；伴热；设计；

中图分类号：TU81文献标识码： A 文章编号：

随着世界能源危机的日益加剧，如何节能成为世界各国高度重视的研究领域之一。设备和管道的隔热是重要的节能措施之一。为了防止生产过程中设备和管道向周围环境散发或吸收热量，绝热工程已经成为化工装置中不可缺少的一部分。工艺管道常用的伴热方式有四种：内伴热管伴热、外伴热管伴热、夹套伴热、电伴热。工艺管道常用的伴热介质一般有四种:热水、蒸汽、热载体和电热。本文主要针对化工工艺管道的伴热设计进行讨论。

一）化工工艺管道伴热设计

1应采用伴管或夹套伴热的工艺管道

1)需从外部补偿管内介质损失，以维持被输送介质温度的管道；

2)在输送过程中，由于热损失而产生凝液，并可能导致腐蚀或影响正常操作的气体管道；

3)在操作过程中，由于介质压力突然下降而自冷，可能冻结导致堵塞的管道；

4)切换操作或间接停输期间，管内介质由于热损失造成温度下降，介质不能放净吹扫可能凝固的管道；

5)在输送过程中，由于热损失可能析出结晶的管道；

6)输送介质由于热损失粘度湖；

7)输送介质的凝固点等于或高于环境温度的管道。

2 伴管伴热的选用原则

1)输送介质的终端温度或环境温度接近或低于其凝固点的管道：

a)介质凝固点低于 50℃时，宜选用伴管伴热；

b)介质凝固点为 50℃至 100℃时，宜选用伴管伴热；

2)输送气体介质的露点高于环境温度需伴热的管道，宜选用伴管伴热；

3)介质温度要求较低的工艺管道，输送介质温度或环境温度接近或低于其凝固点的管道，宜采用热水伴管伴热；

4)液体介质凝固点低于 40℃的管道、气体介质露高于环境温度低于 40℃的管道及热敏性介质管道，宜热水伴管伴热；

5)经常处于中重力自留或停滞状态的易凝介质管道，宜选用夹套管伴热或带导热胶泥的蒸汽伴管伴热。

3工艺管道伴管常用的伴热介质

1)热水：适用于在操作温度不高或不能采用高温伴热的介质条件下，作为伴热的热源；

2) 蒸汽：一般用于管内介质的操作温度小于150℃的伴热；

4蒸汽伴管伴热保温适用范围设备、管道中介质的凝固点、粘度较大，工艺介天 津 化 工2012 年 5 月质需维持的温度较高，或者设备、管道所在区域的防爆等级较高，介质的腐蚀性、热敏性较强时，应选择蒸汽伴热的热保温形式。

5伴管设计中应注意的问题

(1)伴管蒸汽应从主管蒸汽管顶部引出,并在靠近引出处设切断阀,切断阀宜设置在水平管道上;

(2)每根伴管宜单独设疏水阀,不宜与其他伴管合并疏水;通过疏水阀后的不回收凝结水,宜

集中排放;

(3)为防止蒸汽窜入凝结水管网使系统背压升高,干扰凝结水系统正常运行,疏水阀组不宜设置旁路阀;

(4)伴管蒸汽应从高点引入,沿被伴热管道由高向低敷设,凝结水应从低点排出,应尽量减少

U形弯,以防止产生气阻和液阻;

(5)被伴管为水平敷设时,伴管应安装在被伴管下方下侧或两侧,垂直敷设时,伴管等于或多

于3根时宜围绕被伴管均匀敷设;

(6)伴管经过阀门、管件时,伴管应沿其外形敷设,且宜避免或减少“U”形;

(7)当主管伴热,支管不伴热时,支管上的第一个切断阀应予伴热;

(8)被伴热管道上的取样阀、排液阀、放空阀和扫线阀等均应伴热;

(9)伴管连接应采用焊接,在经过被伴管的阀门、法兰等处可采用法兰或活接头连接。φ12、

φ10紫铜或不锈钢伴管宜采用卡套式接头连接。

6伴热方式的选用原则

蒸汽伴管常以0. 3~1. 0 MPa的饱和蒸汽作为加热介质,伴管直径一般为15~76 mm,但常用

18~25 mm。输送凝固点低于50℃的物料,可采用压力0. 3MPa的蒸汽伴管保温;输送凝固点高

于50℃的物料,可采用压力为0. 3~1. 0MPa的单根或多根伴管保温;输送凝固点高于150℃的

物料,应采用蒸汽夹套管加热。

（二）伴热设备的技术对比

1、蒸汽伴热

蒸汽伴热系统和供热系统是互相独立的两个各级系统，其由点热源供热，经过蒸汽伴热管实现向工艺管道输送热量的功能。因为蒸汽本身在传输的过程中不可避免的会产生一定热损失，那么工艺管道与热源点的距离不同，得到的热补偿也会相应不同，近点会出现过热补偿而远点则有可能出现补偿不足。不过由于电伴热受到一定环境因素的限制，蒸汽伴热的应用范围仍比较广泛。

2、电伴热

与蒸汽伴热系统不同，电伴热散热系统和供热系统是互相结合为一个整体的，其为线热源同时供热。虽然在实际应用中其补偿值和系统所需的热量无法做到严格相等，存在一定的差距，但是电伴热系统没有热量传输问题，因此管道供热相对均匀，不会出现上述蒸汽系统中的管道远近的问题。通常电伴热设备大概有以下三种：其一为矿物绝缘加热电缆，其由氧化镁材质的绝缘材料以及芯线和金属铠装组合而成。该电伴热设备中的矿物绝缘加热电缆属于电阻元件，其利用电流经过芯线电阻时，会产生焦尔热。不过该产品无法随意改变其长度，因此在应用过程中相对不方便；另外一种为恒功率电热带，其与矿物绝缘电缆的原理一样同样属于一种电阻元件，且其功率同样不可调。但是其产品结构与矿物绝缘加热电缆相比有一定改进，即可以按照实际要截短。但是另外一个问题就是电阻丝的缠绕间隔一定的节距就会出现一个焊点，如果在节距内截断，那么其余部分就会因为电路不通而丧失作用，这对于短管线伴热的影响比较大。最后就是自限温电热带，其选用高分子PTC材料制作而成，无论是产品结构还是作用原理都与上述两种不同。自限温电热带可以跟踪工艺管道的实际温度对自身输出功率做出调节，分段独立进行也消除了季节和昼夜气温变化的影响。该设备的自限温加热方法使得电热带更加适应被加热系统，但是上述两种方法则是让被加热系统适应电热带，这就是二者最根本的区别。对于法兰、阀门以及异形管道来说，采用自限温电热带是非常适用的，不过因为自限温电热带的制作材料为高分子PTC，其对于外界的温度承受非常有限，因此在某些特殊的场合无法使用。

（三）伴热设备性能对比

电气设备应用于易燃易爆等危险区域时，其安全性为首要考虑的重要因素。电伴热带的设计应用通常要考虑两个地方的安全性，一是电源的接头及开关等联结处，另一个则是电热带表面温度的高低。这两个问题中，联结处的安全问题解决起来相对容易，只需配备专用的防爆配件即可，对于矿物绝缘电缆及恒功率电热带来说，其功率是由设计电压及电热带电阻来决定的，而电热带的传热速率又由其功率而决定，那么在传热系数一定的情况下，恒功率电热带及矿物绝缘电缆的表面温度则由传热环境及其功率来决定；如果传热效果欠佳，则电热带表面的温度会相应升高。因此相比而言，蒸汽伴热及自限温电热带均可以对加热温度进行自动控制，因此安全系数更高。蒸汽压力决定蒸汽伴热设备的最高表面温度，而自限温电热带最高表面温度则是由其材料来决定的。如果绝缘太好或者传热不畅以及过流过压时，矿物绝缘电缆以及恒功率电热带表面温度有超出其材料熔点的可能，从而发生短路，导致燃烧，严重的有可能比周围气体的爆炸温度要高，引发爆炸事故。但是自限温电热带和蒸汽伴热装置最多达到其最高表面温度，而不会因为外部条件的变化或者误用导致过热，这两种伴热装置在其最高表面温度的安全限制内，其它全性可以得到保证。

（四) 结束语

通过对化工工艺管道的伴热设计，伴热设备的技术对比以及伴热性能对比，能够很好的解析化工工艺管道的伴热设计。

参考文献

1《石油化工管道伴管和夹套管设计规范》SH/T3040-2002

2化工工艺设计手册（下）第三版[M].化学工业出版社.

[3] 王少盖,郑学锋.化工工艺管道蒸汽伴管的设计[J]. 化肥设计. 2008(01)

[4] 李黎,陈洁,王跃新.浅谈夹套管的配管设计[J]. 科技传播. 2011(13)