化工工艺管道蒸汽伴管的设计

摘要 :本论文从化工工艺管道蒸汽伴管的背景出发，阐述了蒸汽伴管的设计原则，接着研究了蒸汽伴管系统的设计。

关键词:化工工艺管道，蒸汽伴管，设计

中图分类号：S611文献标识码： A

一、前言

随着化工工艺水平的不断提高，人们对化工工艺管道系统的要求也越来越高，因此，化工工艺管道蒸汽伴管的设计变得尤为重要。在今后的工作与学习当中，对化工工艺管道蒸汽伴管的设计仍要不断进行研究与探讨，将理论与实践相结合，使化工工艺管道系统的设计更加适用、安全、可靠与经济。

二、化工工艺管道蒸汽伴管的背景

在化工工程建设中，管道伴热是管道保温和防冻的一种有效措施,它是五、六十年代热电联产时的产物，其工作原理是利用伴热媒体散发一定的热量，通过直接或间接的热交换补充被伴热管道的热损失，达到升温、保温或防冻的目的。在化工生产中，工艺管道的伴热方式大致可分为:传统蒸汽伴热和自调控电伴热两种。传统伴热即为蒸汽伴热，用蒸汽管道对工艺管道伴热。由于蒸汽伴热具有投资省、蒸汽取用方便、冷凝潜热大、温度易于调节、适用范围较广等优点，在化工生产中采用蒸汽伴热已十分普遍。再者根据我国经济实力的客观条件，传统蒸汽伴热预计在未来较长时期内，仍将是国内大多数炼油和化工企业的首选伴热方式，尤其是在有放热反应的生产装置中，用水散热而产生中、低压蒸汽，将其作为工艺管道蒸汽伴管的伴热介质是能量综合利用的有效途径。在化工生产中，还有些装置的压力冷凝水经闪蒸还副产～0.15MPa的低压蒸汽，也可用作工艺管道蒸汽伴管的伴热介质。

三、蒸汽伴管的设计原则

1）蒸汽伴热管道的设计，一般情况下仅考虑补充被伴热管道内介质在输送过程或停运期间的热损失，以维持所需的操作温度，不考虑管道内介质的升温。

2）下列条件的管道宜考虑蒸汽伴热。

A、输送流体凝固点高于环境温度的管路，宜采用蒸汽伴热以免流体凝固堵塞管路；

B、在环境温度下，需从外部补充管道内介质的热损失，以维持输送温度的液体管道；

C、在输送过程中，由于热损失产生凝液而引起腐蚀或影响正常操作的气体管道；

D、在含有H2S、HCL、CL2等气体地管道中，会出现冷凝或形成水合物，宜采用蒸汽伴热；

E、在输送高粘度流体时，由于热损失导致流体温度下降后粘度剧增，输送量下降且达不到工艺允许量一半的管道；

F、在历年一月份平均温度的低于0℃的地区，保温管道扫线后仍有存水无法排净的局部管段。

3）蒸汽伴热可采用内伴热、外伴热及夹套伴热三种方式对工艺管道进行伴热。

4）蒸汽伴热一般采用中、低压两种压力系统下的饱和蒸汽对工艺管道进行伴热。

四、蒸汽伴管系统的设计

1、蒸汽伴热系统的组成

根据《化工工艺设计施工图内容与深度统一规定》（HG/T20519-2009）中对伴热系统的规定：伴热系统由热源总管、热介质引入管、分配站、伴热管、收集站、收集站出口回流管、回流总管组成。因此，一般认为，蒸汽伴热系统的组成包括:蒸汽总管；蒸汽引入管；蒸汽分配站；蒸汽伴管；冷凝水收集站；冷凝水引出管；冷凝水总管等。图1为传统的蒸汽伴管系统图。

图 1传统蒸汽伴管系统图

2、蒸汽伴热系统的设计内容

根据《化工工艺设计施工图内容与深度统一规定》（HG/T20519-2009）中的规定。蒸汽伴热系统的设计内容有：a、蒸汽伴热系统图；b、蒸汽伴热站的平面布置图（如有需要）；c、蒸汽伴热站的轴测图（如有需要）；d、蒸汽伴热表（包括蒸汽分配站、冷凝液收集站、蒸汽伴管表）。

对于伴热管道过多的工程，应按《化工装置管道布置设计内容和深度规定》（HG/T20549.1）中第7章的规定增加设计内容。

3、伴管的最大长度

伴热蒸汽管的最大允许伴热有效长度与蒸汽压力和伴热管直径有关。由于理论计算设计因素甚多，因此各公司一般都根据自己的经验作出规定。国外工程公司如凯洛格公司、日挥公司、壳牌公司等也不尽相同。表1列出了蒸汽伴管外伴热有效长度，表2列出了蒸汽伴管套管伴热有效长度。这些长度为一般通用蒸汽伴管有效长度，若要更为经济合理，需要根据实际设计条件、冷凝液负荷、保温材料及壁厚进行计算。

表1蒸汽伴管外伴热长度一览表

伴管直径mm 蒸汽压力下p (MPa)的最大允许有效伴热长度 /m

0.3~0.5 0.5~0.7 0.7~1.0

Φ10、Φ12 40 50 60

DN15 60 75 90

DN20 60 75 90

DN25 80 100 120

表2蒸汽伴管套管伴热长度一览表

套管DN 供气管DN 蒸汽压力下p (MPa)的最大允许有效伴热长度 /m

0.3~0.5 0.5~0.7 0.7~1.0

≤100 15 45 55 60

125~200 20 55 65 70

250~350 25 55 65 70

400 40 100 110 120

450 50 100 110 120

4、伴管的配置

对蒸汽伴管的配置，一般每个蒸汽伴管都设有独立的蒸汽供给阀和疏水器，带有取样口、导淋、放空和仪表(如压力计)的管线、设备等均应在适当位置设置伴管伴热，安全阀的伴管应尽量靠近阀座，以避免安全阀失灵。

5、蒸汽伴管形弯累计上升允许高度

化工工艺管道蒸汽伴管系统的设计出现U形弯(袋形)是不可避免的。U形弯的形成将会增加蒸汽伴管的压力降，不利于空气的排出，从而产生气阻，同时会引起水击。因此，当蒸汽伴管出现U形弯时，其累计上升高度不应大于规定的数值。表3列出了蒸汽伴管最大允许U形弯累计上升高度的数值。

表3 蒸汽伴管最大允许 U形弯累计上升高度

蒸汽压力/MPa 累计上升高度/m

0.3~0.5 4

0.5~0.7 5

0.7~1.0 6

6、保温材料

蒸汽伴管的保温材料宜采用半硬质管壳或硬质管壳，也可以用软质带形毡缠绕或软质毡包裹，但软质毡内应设置镀锌薄钢板或镀锌铁丝网制成支撑骨架，以保证良好的加热空间。当采用不锈钢管作为伴热管时，保温材料的选择要特别注意，要保证保温材料中不含氯离子或者将氯离子的含量控制在允许的范围内。因为氯离子的存在对不锈钢管道有腐蚀作用，一般硅酸钙制品中含氯离子较多，在设计不锈钢伴热管时应慎用。

五、结束语

通过对化工工艺管道蒸汽伴管系统的分析，进一步明确了蒸汽伴管的设计方向，有助于蒸汽伴管设计水平的提高，为化工工艺管道的优化完善奠定了坚实基础。

参考文献

[1]蔡尔辅.石油化工管道设计.化学工业出版，2001

[2]HG/T20519-2009，化工工艺设计施工图内容与深度统一规定[S]

[3]孙洪波，等.化工装置中蒸汽伴热系统的工艺设计[J].石油化工设计，2000

[4]陈让曲.石油化工厂蒸汽伴热系统问题讨论[J].炼油设计，2006