化工工艺管道蒸汽伴管的设计分析

【摘要】：本文通过对化工工艺管道蒸汽伴热系统设计方法的仔细介绍，从伴管的U型弯累计上升高度、伴管数量、直径、最大允许伴热长度和疏水器等有关材料等方面对国内外现有的蒸汽伴管设计方案以及相应的规范、规定和要点展开充分的论述；结合相应的工程实例，对伴管敷设时相应注意事项和伴管蒸汽的引入，以及袋形累计上升的高度值的最大范围展开探讨。

【关键词】：化工管道蒸汽伴管设计

中图分类号：TQ055.8 文献标识码：A 文章编号：

【正文】:

前言：

伴热是一种行之有效的管道防冻和保温举措，已在化工工程建设中取得广泛的应用，它工作原理就是利用伴热媒介所散发的热量，通过间接或直接的热循环将被伴热管道损失了的热量加以补充，以达到保温、防冻、升温的目的。伴热型式可分为四种：夹套伴热、电伴热、外伴热管伴热和内伴热管伴热。蒸汽、热水、热载和电热是工艺管最经常用到的伴热介质。基于蒸汽适用范围较广、温度易于调节、取用方便和冷凝潜热大等方面特点，蒸汽伴热一直都是一种非常重要的保温伴热方式。可是蒸汽伴热的设计方案也一直是管道设计人员普遍认为的一个难点。本文通过对本院承接的典型的化工管道设计项目进行分析，期望可以为同类的工程项目设计提供一些参考。

一、蒸汽伴热管道相关的系统设计理念

（一）蒸汽伴热的应用范围及组成

常用于低温环境，易凝固、冷凝，和因损失热度导致工艺介质的黏度增高或腐蚀性气体中生成冷凝水从而对正常生产操作的仪表、管线和设备造成一定的影响，在没有特殊加热处理的情况下，常规都会采用蒸汽伴管。（蒸汽伴热系统的构成部分为：①冷凝水总管；②蒸汽引入管；③冷凝水引出管；④蒸汽分配站；⑤冷凝水收集站；⑥蒸汽伴管；⑦蒸汽总管。）

（二）蒸汽伴热的设计组成部分

(1)蒸汽伴管流程图：①表示界区内外所有需要伴热的设备和管道的伴热系统；②图例和代号与管道仪表流程图所用图例与代号应一致；③若被伴热管道太长必须分段伴热时，应注明被伴热管道的段次。段次顺序按被伴热管道介质流向编号，注明在管道号的后面；④蒸汽分配站和冷凝水收集站的型式应与伴热管道布置图相同；⑤图面内容应包括蒸汽进口管、蒸汽分配站、伴管、冷凝水收集站及冷凝水回收系统。

(2)伴管和伴管站的管道布置图：①对于全部所有需要蒸汽伴热的管体管道，采用实粗线将其在伴管道的伴管管道布置图上来进行充分的表示；②全部所有蒸汽伴管的号码管道号要在伴管管道布置图上标注出来；③全部所有的蒸汽伴管站和收集站，在伴管管道布置图上都要显示；④蒸汽分配站和冷凝液收集站同样要标注在相应的伴管管道平面图中，待工艺管线安装完毕以后，对需要对其操作通道做考虑操作通道的分配站的方位应该适当的调整。

(3)伴管和伴管站一览表根据《化工装置管道布置设计内容和深度规定》中的有关规定进行实施。

(4)在蒸汽分配站的上部将非自导形蒸汽分配站的蒸汽引入，常用设置位置在一楼，因冷凝水和蒸汽主管通常以架空的方式和管廊中敷设；在蒸汽分配站的下部引入自导式蒸汽分配站的蒸汽，常用的设置位置是在两层楼面以上，而引入管的位置需要高于蒸汽主管。

(5)伴管站的识别标签：伴管站需要对伴管的起始点、编号做明确的标注，每根伴管上要设立两个相同的标识，一个设置在蒸汽分配站上，另一个在冷凝水收集站上设置，这可以为查找和维修取得便利条件。

(6)要宜水平安装冷凝水收集站。但是跟据现场的实际工程情况也允许将分配站和收集站垂直安装。

（三）允许蒸汽伴管系统中U形弯累计上升的高度

在设架伴热蒸汽管过程中会出现U形弯。出现U形弯会使蒸汽伴热管的压力增加，使得空气不能有效地排出，致使气阻产生，同时还可能引起不同程度的水击。因此，当伴管出现U形弯在有效伴热长度允许的最大范围内时，累计上升高度如表1中数值所示：

表1

二 施工材料

1 伴管材料及规格

(1)能适用于伴管的管道有紫铜管、不锈钢管及碳钢管3种。外国工程中常选用紫铜管以及不锈钢管当作伴管,这是由于国外的紫铜管和不锈钢的价格比较便宜,而且紫铜管容易弯曲和连接。碳钢管因为非常容易被腐蚀,海外在蒸汽伴热系统中已基本不使用。然而当前国内的化工装置中还是多以碳钢管及不锈钢当作伴热管。

(2)蒸汽伴管常采用的规格:紫铜管Φ8×1, Φ10×1;不锈钢管Φ12×1.2, Φ15×1.2;或碳钢管DN15、DN20、DN25。

通常规定蒸汽伴管的材料和蒸汽主管相同。当所伴主管是不锈钢时,伴管一般只选用304材质不锈钢。伴管通常采用卡套连接以及对焊连接。

2 疏水器

疏水器能运用恒温式、热动力式、浮筒式等。相比之下热动力式最好,由于其尺寸小,能垂直或者水平安装。除了浮筒式疏水器外,别的都应自带或安装1个过滤器。

3 保温材料

伴管的保温材料应该运用半硬质管壳和硬质管壳,也能用软质带形毡缠绕和软质毡包裹,然而软质毡内应设置镀锌薄钢板和镀锌铁丝网制成支撑骨架,来确保生成最佳的加热空间。在采用不锈钢管当作伴热管时,保温材料的选择需注意一下,要确保保温材料中没有氯离子或者将氯离子的含量控制在一定范围内。由于氯离子的存在对不锈钢管道腐蚀,硅酸钙制品里面含有氯离子,在设计不锈钢管道保温时尤应慎用。

三、施工要求

(1)从主管顶部将伴管蒸汽引出，并在引出处的根部设立一个切断阀门，最好将其设置于水平管道上。

(2)不回收凝结水通过疏水阀后，再做集中处理。

(3)最好对每根伴管设置一个单独的疏水阀，不建议将多个伴管的疏水管道合并。

(4)从高点将伴管蒸汽引入，沿着被伴热管道进行由高向低的敷设，应该从低点排出凝结水，将U形弯的产生量控制到最少，以便防止气阻和液阻的产生。

(5)为了杜绝水蒸汽窜入凝结水管网将系统的背压升高，从而对凝结水系统的正常运行进行干扰，不应该将疏水阀组设置旁路阀。

(6)在密闭凝结水系统中，凝结水回收总管的顶端凝结水返回管应顺介质流向45°斜接。敞开凝结水系统中，疏水阀排出的凝结水最好经汽水分离器冷却后再排至下水系统。

四 安装要求

伴管敷设应符合下列要求

（1）伴管的标准布置通常有两种方式：被伴管水平敷设时，伴管应安装在被伴管下方一侧或两侧；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。

（2）伴管保温应留有空间，以便使用绝热定距垫。非金属阀座的阀门、腐蚀性介质的管线、胶管管线等绝热定距垫的伴管应根据伴管管径按间距1～1.5m安装隔离垫，隔离垫的大小一般为50×25×10mm。材料可采用与管道绝热相同的材料。

（3）所有伴管弯头处均采用煨弯，弯管不能压平，防止影响伴热效果，中间管子与管子对焊连接。

（4）伴管供汽管和回流伴管的弯头和管子连接采用成品弯头和管接头。

（5）伴管间隔1 m用钢带或者铁丝固定，然而在有弯头的地方因为伴热效率稍低应缩短一定距离。这种间隔在弯管处应距焊缝不大于0.2m，距伴管膨胀弯不大于0.4m，因为在这些地方伴管与管子的接触不紧。

【结语】：通过对国外现有化工工艺管道蒸汽伴管设计方案的深层次解析，结合国内有关的化工工艺管道蒸汽伴管的工程设计经验及相关的规范、文献和规定，对安装期间出现的各项问题作出充分的解答，为同种类的工程项目设计提供可靠的参考。

【参考文献】：[1]徐文豪.张正斌.魏敬乾.利用装置低温余热蒸汽伴热改热水伴热浅析[J].广州化工,2010,38(4)

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[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, 17(4).