化工工艺管道的蒸汽伴热设计探讨

【摘 要】目前，我国化工工艺管道设计中仍首选蒸汽伴热技术，在此，本文就着重论述一下管道蒸汽伴热设计的相关内容，以供参考。

【关键词】化工工艺管道；蒸汽伴热；设计

管道伴热作为一种有效的管道保温及防冻措施，应用于化工工程建设中，可有效防止易凝结物质在管路输送过程中产生凝固或粘度增大。目前，管道伴热的常用介质有热水、蒸汽、热载体和电热，而蒸汽伴热因具有蒸汽取用方便、冷凝潜热大、温度易于调节、适用范围广等特点，且较于其他介质，其免除了能源费用，因此成为了目前国内大多数炼油和化工企业首选的伴热技术。在此，本文将着重介绍一下化工工艺管道的蒸汽伴热设计，以期和同行们共勉。

1 蒸汽分配站、疏水站和冷凝液收集站的设置

1.1 蒸汽分配站、疏水站的设置

在3 m半径范围内如有3个或3个以上的伴热点及回收点时，蒸汽伴热系统应设置蒸汽分配站和疏水站。一般，蒸汽分配站和疏水站的管径可按下列公式计算，然后按表1查取。

S=A+2B+3C

式中：A―DN15、Φ12、φ10伴管根数；B―DN20伴管根数；C―DN25伴管根数。

蒸汽分配站和疏水站应预留1-2个备用接头，“S”值应包括备用接头的管径和数量；在同一个蒸汽分配站的蒸汽伴管当量长度宜大致相等，最短蒸汽伴管的当量长度不宜小于最长伴管当量长度的70%左右；蒸汽分配站的疏水站可水平安装或垂直安装。

1.2 冷凝液收集站的设置

一般，应根据管道设计的需要，将收集站设置为卧式或立式，且其位置的设置应使伴后管道尽量短。且冷凝液收集站应预留1-2个备用接头，各伴管接管口应带有各自的蒸汽疏水阀和切断阀。

2 蒸汽伴管的其他设计要求

2.1 伴管材料及规格

一般，可用于伴管的管道有铜管、不锈钢管和碳钢管三种，目前国内化工装置中较为常用的是碳钢管。且其规格为：1/2"（DN15）、3/4"（DN20）、1"（DN25）。

2.2 伴热介质的选用

即：当管道内介质温度在95℃以下时，应选用0.3-0.6MPa的蒸汽作为热源；管道内介质温度在95-150℃之间时，应选用0.7-0.9MPa的蒸汽作为热源；当管道内输送温度超过150℃的介质时，若0.9MPa的蒸汽不能满足工艺要求时，可选用热载体作为伴热介质。

2.3 管道伴热管管径及所需伴管的最少数量

一般，应根据《石油化工管道伴管和夹套管设计规范》（SH/T3040-2002）中的要求来确定蒸汽伴管的管径和根数，但在具体的设计时，若环境温度、伴管介质的操作条件以及保温材料制品的导热系数和放热系数与规范中的要求不符时，其管径和根数可按以下公式来计算。

d=n≥

式中：d为伴管计算外径，m；d0为伴管外径，m；Di为保温层外径，m；D0为保温层内径，m；K为热损失附加系数，取1.15-1.25；n为伴管根数，根；t为被伴介质温度，℃；ta为环境温度，℃；tst为伴管介质温度，℃；a为保温层外表面向大气的放热系数，W/m2・℃；ai为伴管内保温层内加热空间向保温层的放热系数，一般取13.95W/m2・℃；at为保温层内加热空间向保温层的放热系数，W/m2・℃；λ为保温材料制品倒数系数，W/m2・℃。

2.4 伴管的最大长度

一般，蒸汽伴热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，即最大允许有效长度见表2。

2.5 蒸汽伴管U形弯累计上升允许高度

在化工设计中，为了避免伴管中出现气阻和液阻的现象，应尽量减少U型弯。但在实际设计中，U形弯总是难免会出现的，因此就须限定其累计允许上升高度，具体见表3。

2.6 伴管安装要求

（1）伴管蒸汽应从主管蒸汽顶部引出，并在靠近引出处的水平管道上设置切断阀。

（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）在疏水阀组旁不宜设置旁路阀，以避免蒸汽窜入凝结水管网，从而影响了凝结水系统的正常运行。

（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，以防产生气阻和液阻。

2.7 伴管敷设要求

（1）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。

（2）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。

2.8 伴管热补偿的要求

（1）除能自然补偿外，伴管直管段应每隔20-30m设―个补偿器，补偿器可采用“U”型、“Ω”型或螺旋缠绕型；当主管道上有法兰阀或阀门或弯管时，应在法兰或阀门或弯管处设“U”型、“Ω”型补偿器，且所有补偿不得出现U形。

（2）伴管随被伴管转弯作自然补偿时，伴管固定点的设置应使被伴管的保温结构不受损坏。

3 蒸汽伴热管设计时应注意的事项

（1）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。

（2）要根据化工工艺的具体要求，合理设置蒸汽分配站和疏水站，且蒸汽分配站需预留一定数量的备用接头。

（3）伴管连接一般采用卡套连接和对焊连接。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。 （4）若是输送腐蚀性或热敏性介质的管道，如酸或碱的流体、对热敏感的流体，为避免产生局部过热，应在管道与伴管之间设置一层石棉或是隔离板。

（5）伴热管线须成组布置，以便于设置共同的保温及支撑。

（6）伴管固定点宜采用扎带捆扎固定。当被伴管为不锈钢时，则被伴热管道和固定扎带间应夹入隔离垫，隔离垫厚1mm，宽50mm。

4 结束语

总而言之，蒸汽伴热技术因具有蒸汽取用方便、冷凝潜热大、温度易调节等等优点，成为了目前国内大多数炼油及化工企业管道设计的首选。但随着电伴热技术的逐渐成熟，它的应用使得蒸汽伴热技术显现了自身的弊端，如长输管道的伴热、窄小空间的伴热、无规则外型的设备（如泵）伴热、无蒸汽热源或边远地区管道和设备的伴热、塑料与非金属管道的伴热，等等，均无法采用蒸汽作为伴热介质。因此，在未来的发展进程中，相信电伴热技术必会取代蒸汽、热水伴热技术，成为未来我国重点推广的节能项目。

参考文献：

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[2]钱蔚，何丹丹.化工工艺管道的蒸汽伴热设计探讨[J].城市建设理论研究，2013（37）.

[3]金福鹏，郭慧，李岩.化工装置中工艺管道的伴热设计[J].辽宁化工，2008（05）.