化工工艺管道伴热设计毕业论文.doc

化工工艺管道伴热设计 Tracing Tube Design For Chemical Process Piping引言- 1 -第一章：工艺管道伴热系统- 2 -1.1自调控伴热技术- 2 -1.1.1自调控伴热技术原理- 2 -1.1.2 自控电伴热安装条件及应用施工- 2 -1.2传统蒸汽伴热- 4 -1.3蒸汽伴热及电伴热选用比较- 4 -1.3.1 温度控制- 5 -1.3.2 能源费用- 5 -1.3.3 建设安装费用- 6 -1.3.4 安全性、可靠性、维护费用- 6 -1.3.5 小结- 6 -第二章：蒸汽伴热管道的设计- 7 -2.1 蒸汽伴热系统的组成- 7 -2.1.1蒸汽伴热系统的设计内容：- 8 -2.1.2 蒸汽伴热系统相关规定- 8 -2.2 伴管选型- 9 -2.2.1 伴管材料及规格- 9 -2.2.2 保温材料的选择- 10 -2.2.3伴管管径及所需伴管的最少数量- 10 -2.3 蒸汽分配站和输水站的设置- 12 -2.4 蒸汽伴管 形弯累计上升允许高度- 13 -2.5安装要求- 13 -2.6 伴管敷设应符合下列要求- 13 -2.7 伴管设计中应注意的问题- 15 -2.8 解决措施- 16 -第三章：设计实例- 17 -结论- 19 -致谢- 20 -参考文献：- 21 -化工工艺管道伴热设计摘要： 介绍了化工工艺管道伴热系统的工艺设计主要方法：传统蒸汽伴热、自调控电伴热，并阐述了两者的技术及经济效益的优缺点，指出自调控电伴热取代蒸汽伴热的必然趋势,并且简单概述了自控电伴热技术中电缆选材、技术结构特点、控温原理及施工方法。其中主要介绍了蒸汽伴热，并从伴管的直径、数量、最大允许长度、U型弯累计上升高度以及伴管、输水器、紧固件的材料等方面论述了国内外蒸汽伴管设计相关规定、规范和要点;结合工程实例，论述了伴管蒸汽的引入和伴管敷设时相关注意事项，以及在最大允许范围内出现袋型累计上升的高度问题，另外对传统蒸汽伴热管线设计中常见的问题和解决措施也做了简要的列举，蒸汽伴热复杂度决定了运行后的长期维护性及维护费用高的特点，关键字：化工管道；传统蒸汽伴热；自调控电伴热；伴管；设计；Heat Tracing Tube Design for Chemical Process PipingAbstract: Author has introduced the process design method for heat tracing system of chemical piping, Traditional stream Tracing Tube 、Automatic control Electric Heat Tracing Tube,And described the benefits of technical and economic ,pointed out that Automatic control Electric Heat Tracing Tube to replace the steam tracing is an inevitable trend,and done a simple overview of Automatic control Electric Heat Tracing technology、material selection、technical、structural features、temperature control theory and construction methods. it mainly introduced the steam heating,on the side code and gist in the steam tracing design at home and abroad from aspects of diameter,quantity, and max allowable length of tracing tubes ,accumulated inclination of U bends as well as materials of tracing tube ,trap,tightening parts etc;in combination witn project examples,author has also discussed the relative matters to be noticed incase of laying the tracing tube and introducing the steam of tracing tube as well as the problem about the accumulated inclinde height value incase of existing the pockets with in the max allowed scope,otherwise for the common problems and solution steps of the Traditional stream Tracing Tube design have also done a brief list ,the complexity of Steam heating tracing determines a long maintenance aftet the runing .Key words: chemical piping, Traditionalstream heat tracing,Automatic control Electric Heat Tracing,tracing tube,design 引言 设备和管道的散热是供热系统中热量损失的重要组成部分。自全世界能源危机以来,各国都把节能视为能源之一,普遍受到重视,而设备和管道的隔热是重要的节能措施之一。绝热是保温和保冷的统称,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一部分。在日常化工生产过程中为了防止易凝结物质在管路输送过程中产生凝固或粘度增大，管道的伴热保温技术也逐渐成为一个独立而且成熟的系统。 管线伴热作为一种有效的管道保温及防冻措施已广泛应用于化工工程建设中,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、保温或防冻的工作要求。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。其中传统蒸汽伴热按照伴热方式的不同又可分为：内伴热管伴热、外伴热管伴热和夹套伴热。工艺管道常用的伴热介质为热水、蒸汽、热载体和电热。由于传统蒸汽伴热技术蒸汽取用方便、冷凝潜热大、温度易于调节、适用范围较广,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先，尤其是有的生产装置中的反应是放热反应，用水撤热而产生中、低压蒸汽，它又难有其它合适利用途径。有的装置的压力冷凝水经闪蒸还副产11.5/c低压汽，所以只能用作管线伴热。这样采用蒸汽伴热可免除能源费用，但电伴热的出现仍然让其暴露出自己的缺点，传统伴热技术虽然一次性投入较少但其维护费用要高很多，而且不易操控，在复杂管道伴热中更是不易实现。随着国家经济实力的发展传统蒸汽伴热势必会被电伴热所替代。我国亦已于上世纪60年代中期进行了电伴热的工业试验，按照伴热所需条件以及经济性，伴热技能将越来越成熟。第一章：工艺管道伴热系统1.1自调控伴热技术 1.1.1自调控伴热技术原理 自调控伴热技术是一种新型的伴热方式，早在1960年日本就用直接通电法加热沥青管道来提高它的流动性。20世纪60年代初，德国布纳工厂通过架空管道用电感应加热法加热保温将乳液PVC聚合的聚合液送往喷雾干燥厂房。美国、加拿大等亦都自20世纪60年代起陆续在石油、天然气和化工等领域采用电加热法。它不仅操作方便、运行维护费用低而且控制性能比较好，能在较短的反应时间内将伴热温度调整到所需的工艺指标。其伴热原理是用热电缆和所伴管道捆绑来达到伴热效果，一般自调控伴热电缆是由两根平行的镀锡或镀银的铜质导线构成，外敷一层具有PIC特性（temperature coefficient)的高分子半导体材料，最外层则为阻燃绝缘护套构成，由于这种平行结构，伴热电缆使用时，可根据需要裁剪成任意长度使用，采用二通或三通连接。在每根伴热电缆内，母线之间的具有正温度系数特性的高分子复合材料的电路导通数量，会随温度的影响而有变化，当伴热线周围温度变冷时，导电塑料的微分子产生收缩而使碳粒连接成电路，电流经过这些电路，使电伴热线发热。当温度升高时，导电塑料产生微分子的膨胀，碳粒渐渐分开，引起电路中断，电阻上升，伴热电缆自动减少功率输出。当周围温度变冷时，导电塑料又回复到微分子收缩状态，碳粒相应连接起来形成电路，伴热电缆发热功率又自动上升。其原理具体如图：1.1.11.1.2 自控电伴热安装条件及应用施工在没有多余蒸汽及汽源的场合, 如长输油品管道、油库及油田等地区可以采用电伴热。另外对于复杂的管线及仪表管线等, 用电热带既方便也能有效利用能量, 还容易有效控制温度。电伴热主要适用于下列情：（1） 由于用电伴热可有效进行温度控制, 可求, 安全可靠。防止热敏介质管道过热。 图：1.1.1自调控伴热电缆的结构特点及伴热原理热管：导电塑料微分子充分膨胀，几乎切断所有电路暖管：变暖时导电塑料微分子膨胀，渐渐切断电路冷管：受冷时导电塑料微分子收缩，接通电路 铜线阻燃绝缘护套 （2） 适用于没有蒸汽或其它热源的较边远地如油田井场、井口装置的设备和管道及长输油品管道的伴热 （3）非金属管道一般不能采用蒸汽伴热，但可用电伴热。 （4）使管道系统简单, 且又能维持温度超过150 。最小2英寸（螺距）电伴热应用施工：正确绕法除非是温度自限性电伴热带，负责不应交叉缠绕图:1.1.2 a阀体阀门杆（不需伴热）加热电缆图：1.1.2 b1.2传统蒸汽伴热 目前蒸汽外伴热管是国内外石化装置普遍采用的一种伴热方式。伴热管放出的热量，一部分补充主管内介质的热损失，另一部分通过管外保温层散失到四周环境。采用硬质保温预制外壳要使主管与伴热管间有一空间，这样使伴热小管放出的热量可几乎全部补偿主管的热损失。所以这种伴热形式热源的耗量较经济。 在输送介质温度高于150 时，并要求介质还有一定的温升，则可采用23根伴热管，甚至还要采用传热胶泥填充在外伴管与主管之间，使之形成一个整体。它相当于用3根同直径常规伴热管的功用。目前这种传热胶泥国内也已经生产，实践证明采用传热胶泥的外伴热管，可以代替投资昂贵的夹套管及多根伴热管。 外蒸汽伴热管之所以能在石化工厂中得到广泛使用，其主要原因如下： (1)石化工厂内有副产蒸汽或乏汽可以利用, 而且蒸汽潜热大, 从而降低伴热经常费用。 (2) 适用范围普遍, 操作温度在150 以下的工艺管道都可采用。 (3)不需什么特殊材料, 便于施工和管理。1.3蒸汽伴热及电伴热选用比较 蒸汽伴热和电热带伴热广泛应用于石油化工装置, 用来防止物料凝结、结晶等, 而使生产能在寒冷季节保持正常运转。但它们之间在材料、安装建设及运行成本费用上仍存在一些差异。1.3.1 温度控制 (1) 电热带伴热要求有温度控制设施, 并要求设置信号指示灯来显示工作状态。对于输送热敏性介质的场合, 采用电伴热较易于控制温度, 且热能利用率高。 (2)蒸汽伴热仅借指示温度计来人工调整温度,这是蒸汽伴热的不足之处。但目前按国外经验就恶少，局部如确需要亦可按图1.3.1 a增设压力调节阀来控制温度或介质系热敏性， 而要求特别谨慎, 则按图1.3.1 b 增设温度调节阀和高温切断阀, 从而解决蒸汽伴热不能进行温度控制问题。1.3.2 能源费用 目前国内工业用电价格为0.65 0.8元/ kWh , 比国外高3.5kg/ cm2 低压蒸汽价图：1.3.1 a图：1.3.1 b 为价格为70 75 元/t, 折合为0.260.28 元/ kWh 。因此电汽价比为2.52.9。如如装置有副产中、低压蒸汽或闭式操作压力冷凝水经闪蒸可得到1 1.2/ c低压蒸汽, 那么利用低压蒸汽作伴热的能源费用很低。如低压蒸汽按20 元/t 收取维护费, 则折合价为0.074元/ kWh , 则此电汽价比为8.810.8 。假设电伴热一次投资高出蒸汽伴热约50 %, 即使电伴热能源利用率高, 但投资回收期将约为5年或更长。 目前国内装置电价较高, 加之供电较紧张, 而政策规定不鼓励使用电热。假如装置无廉价蒸汽且属边远地区, 则采用电伴热是可取的, 当然某些装置在关键部位采用电伴热也是可行的。1.3.3 建设安装费用 根据国外建设公司和承包商通常的报价, 如果人工费两者相近, 则电伴热材料费将比蒸汽伴热材料费高出一倍, 总之蒸汽伴热系统的建设安装费仅为电伴热的1/ 2 或1/ 3 。假如蒸汽供给管是预制组装的以及冷凝水集水总管可以利用现有, 则蒸汽伴热系统的建设安装费将更低。1.3.4 安全性、可靠性、维护费用安全性： 蒸汽伴热相对较安全, 但如安装不好也许会出现蒸汽泄漏, 造成人员烫伤或保温层损坏。电伴热一般也很安全, 但如果安装或维护不良, 也会发生电气故障。可靠性： 蒸汽伴热和电伴热系统都难免会出现故障, 如汽源供应中断或电伴热线路故障。但相比之下, 电伴热则较少发生故障。另外, 由于电热带表面释热低且均匀, 所以在失灵后靠表面摸触则不易被察觉。维护费用： 与电伴热相比, 蒸汽伴热较易发生故障, 因此比电伴热需要更多的维护, 如管线焊接处出现泄漏或缺陷以及管线可能出现腐蚀, 因而就增加了维修量及能源费。根据杜邦公司的经验, 蒸汽伴热的维护费比电伴热约高一倍, 它与机械和电气人员的工资及其技术水平、施工熟练及管理水平等有关。1.3.5 小结 从上述初步对比, 蒸汽伴热和电伴热各有利弊。结合国内目前情况, 似乎石油化工装置往往有多余廉价蒸汽, 因此蒸汽伴热在相当时期内仍将为首选。 第二章：蒸汽伴热管道的设计在化工项目施工中，对于间断输送具有下列特性的流体的管路，应采用加热保护；凝固点高于环境温度的流体管路；流体组份中能形成有害操作的冰或结晶;含有H2S 、HCL、CL2 等气体，能出现冷凝或形成水合物的管路; 在环境温度下粘度很大，以致在起动循环之压力下连正常流量的一半也达不到的液体管；能出现不合需要的分离等。 对上述管的加热各种加热保护蒸气伴管、夹套管和电热带。其目的是保护介质质温度符合生产工艺要求。各种加热保护的保温层厚度按保温设计规定进行，当介质温度低于蒸汽温度、蒸汽管路或介质有防火、防爆的要求、输送凝固点低于50 0C或具有腐蚀性、热敏性的介质以及介质与蒸汽接触时会产生有损害操作的事故等管路均应采用伴管保护。外蒸汽伴热管尤其在石化工厂中能得到广泛使用, 其主要原因如下: (1)石化工厂内有副产蒸汽或乏汽可以利用, 而且蒸汽潜热大, 从而降低伴热经常费用。 (2)适用范围普遍, 操作温度在150 以下的工艺管道都可采用。 (3)不需什么特殊材料, 便于施工和管理。 国内300kt/ a 合成氨和520kt/ a 尿素联合工厂、300600kt/ a 乙烯装置及大部分石油化工装置等基本上都采用蒸汽伴热来防止冻结。因有富余低压蒸汽可利用, 同时为了节约蒸汽, 可在装置区内设两个蒸汽伴热系统, 分别供常年及冬季伴热用, 到夏季可将冬季伴热管阀门关掉。下面结合技术资料，对蒸汽伴管的加热保护施工技术进行分析。2.1 蒸汽伴热系统的组成对于低于环境温度，易冷凝、凝固，或因热损失而粘度增高的工艺介质或腐蚀性气体中产生冷凝水而影响正常生产操作的管线、设备和仪表，除非有特殊加热处理，一般都应设蒸汽伴管。典型的蒸汽伴管管道系统见图 2.1蒸汽伴热系统的组成为: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。图 2.12.1.1蒸汽伴热系统的设计内容： (1)伴管及伴管站布置图: 所有需要蒸汽的伴热管,均用粗实线表示在其被伴管道的伴管布置图上;所有蒸汽伴管编号均表示在伴管布置图上；所有蒸汽伴管站及收集站,均表示在伴管布置图上;蒸汽分配站及冷凝液收集站在相应的伴管平面图中标注，待工艺管线安装后，分配站的方位需考虑操作通道作适当的调整。 (2)伴管及伴管站一览表: 按化工装置管道布置设计内容和深度规定（HG/T20549.1-1998）中关于伴管和分配站的规定执行。 (3)蒸汽分配站:非自导式蒸汽分配站的蒸汽由蒸汽分配站上部引入，通常设置在1楼，因蒸汽、冷凝水主管通常在管廊或空中架空敷设。自导式蒸汽分配站的蒸汽由蒸汽分配站下部引入，通常设置在2层楼面以上，引入管高于蒸汽主管。 (4)冷凝水收集站: 通常采用水平安装，根据现场情况也可以设置垂直安装的分配站和收集站。 (5)伴管站识别标签: 伴管站应注明伴管的起始点、编号和被伴热工艺管线号，每根伴管上应有2个相同的标签，1个安装在蒸汽分配站上，另1个安装在冷凝水收集站上，以便于查找和维修。2.1.2 蒸汽伴热系统相关规定 (1)在适当的地方集中设置一个伴热蒸汽用分配管，以尽量减少从主管道引出的分支管。 (2)蒸汽冷凝液的回收，当当回水管比较集中时，可在便于操作的地方设一个凝液收集管，以减少总管上的分支管。收集管应布置在满足伴管的有效伴热长度范围内。伴管的有效长度经验值见表2.1.2图 2.1.22.2 伴管选型带蒸汽伴管的物料管路，常用软质保温材料，将其一并包裹保温。如超细玻璃棉毡，矿渣棉度等。为提高加热效果，在伴管与物料管间应形成加热空间，使加热空气易于产生对流传热，设计采用铁丝网做骨架，使之构成加热空间。物料管的管壁与热空气接触面小雨180的称为“自然加热角”；等于180的称为“半加热角”，管道的管壁完全被热空气包围的称为“全加热”。考虑安装方便，节约材料，通常采用前二者加热方法，当介质温度不高（5080°）可采用“自然加热角”方式保温，温度较高时，最好采用“半加热角”结构。当输送物料为腐蚀性介质，或热敏性强、易分解的介质。不允许将伴热管紧贴于物料管管壁，应在伴管上焊一隔离板或在物料管和伴热管之间衬垫一绝热片。2.2.1 伴管材料及规格可用于伴管的管道有铜管、不锈钢管及碳钢管三种。国外工程中多选用铜管和不锈管作为伴管，这是因为国外的铜管及不锈钢的价格比较便宜，且铜管易于弯曲及连接；碳钢管由于极易被腐蚀，国外在蒸汽伴热系统中已很少使用。但目前国内的化工装置中还是常以碳钢管作为伴热管。蒸汽伴管常采用的规格：铜管：×1;碳钢（不锈钢）管：1/ 2（DN15）、3/4（DN20）、1（DN25）。一般规定蒸汽管的材料与蒸汽主管一样。当所伴主管为不锈钢时，伴管通常仅选用304材质不锈钢。伴管（包括输出和回收管）一般采用卡套连接和对焊连接。2.2.2 保温材料的选择（表2.2.1）表 2.2.1当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，硅酸钙制品中含有氯离子，在做不锈钢管保温时应慎用2.2.3伴管管径及所需伴管的最少数量设计中，根据不同环境及工艺操作条件，蒸汽伴管管径及根数可按石油化工管道伴管和夹套管设计规范（SH/T3040-2002）选用当环境温度（一般环境设计温度取当地1月的平均最低气温）、伴管介质的操作条件、保温材料制品的导热系数及放热系数等数据与石油化工管道伴管和夹套管设计规范（SH/T3040-2002）选用不同时，伴管管径及根数（采用硬质或半硬质圆型保温材料制品）可按下列公式计算。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1.151.25；n为伴管根数，根；t为被伴介质温度，；i为伴管内保温层内加热空间向保温层的放热系数，W/·i为伴管介质温度，；为保温层外表面向大气的放热系数，W/·；i为保温层内加热空间向保温层的放热系数，W/·；一般取13.95 W/·；i为伴管内保温层内加热空间的放热系数，W/·；为保温材料制品倒数系数，W/·。同时也有另外一种方法，就是根据已有的经验图形做简单大致的选择，一般情况下都能满足工程需求，此方法在选择伴管尺寸和数量主要的依据有：管线内流体要保持的温度；最低环境温度及最高风速；伴热用的蒸汽饱和温度；管线的保温厚度及保温材料的导热系统；通过确定上述的条件，应用下列图表可快速得出所需伴管的尺寸和数量（并能确定伴热过程中是否使用传热水泥）。图 2.2.2是以保温层厚度为50，导热系数为0.0043W/·K及风速0为基准条件，得出不同温度下管线的热损失的曲线。于此基准条件不同的情况，需对从图 2.2.2查到的热损失值按下述步骤修正。 图2.2.2 热损失曲线 图2.2.5风速修正系数根据已知条件从图2.2.2查出管线热损失Q1值从图2.2.3查出对应保温层厚度的修正系数F1从图2.2.4中查出对应导热系数的修正系数F2从图2.2.5中确定风速修正系数F3算出修正的热损失Q2 = Q1×F1×F2×F3按Q2值，用图8、9及表确定伴管尺寸及数量 图 2.2.3保温层厚度的修正系数F1 图 2.2.4保温材料导热系数K2.3 蒸汽分配站和输水站的设置 （1）“S"值的计算蒸汽分配站的管径可按下式计算出“S"值，然后蒸汽分配管、蒸汽引入管、冷凝水集合管、冷凝水引出管按表 2.3.1查取。 S=A + 2B+ 3C式中，A为DN 15、12 、10伴管根数。当“S"值超过 16时，宜设2个或2个以上的蒸汽分配站和疏水站。表 2.3.1（2） 在3 m半径范围内，如果设置了3个或3个以上供气点或拍凝点时，则应在该处设置蒸汽分配管或冷凝水收集站。每个冷凝液回收站的伴管一般不超过14根，并预留12个备用管口。（3） 每根蒸汽伴管在冷凝液返回端必须安装1组疏水阀。如果要回收冷凝液，可在冷凝液疏水阀后设1个切断阀。冷凝液应排放到排污口，以对人体不会产生危害和对周围管线和设备产生腐蚀性影响。（4） 疏水阀组的检修内容主要是疏水阀的检修,一般来说只需清理过滤器,或更换同规格型号的疏水阀。当冷凝液返回疏水站时,在疏水阀前后都设1个切断阀,并在疏水阀和后1个切断阀之间设置1个检查阀。日挥公司也是这么要求的。2.4 蒸汽伴管 形弯累计上升允许高度伴热蒸汽管出现U形弯（袋形）有时是不可避免的。U形弯的出现将会增加蒸汽伴热管的压力降，不利于空气的排出，产生气阻，同时会引起水击。因此，当伴管在最大允许有效伴热长度出现U形弯时，累计上升高度不应大于表2.3.2中规定的数值。表 2.3.2蒸汽允许最大U形弯累计上升高度国外工程公司的规定也不尽相同，如壳牌公司规定的U形弯累计上升高度最大为3 m2.5安装要求伴管蒸汽引入及凝结水排出要求：1) 伴管蒸汽应从蒸汽主管顶部引出,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。3) 为防止蒸汽窜入凝结水管网而致使系统背压升高,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) 通过疏水阀后的不回收凝结水,宜集中排放。6）在密闭凝结水系统中,凝结水返回管宜顺介质流向45°斜接在凝结水回收总管的顶部。在敞开凝结水系统中,疏水阀排出的凝结水宜采用汽水分离器经冷却后排至下水系统。2.6 伴管敷设应符合下列要求（1）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。带绝热定距垫的伴管保温见图2.6.1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材料可以采用与管道绝热相同的材料。 （3）所有伴管（不包括伴管供汽和回流伴管）弯头处均采用煨弯，中间管子与管子图 2.6.1带绝热定距垫的伴管保温对焊连接。（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）伴管每隔1 m用钢带或铁丝固定，但在有弯头的地方由于伴热效率较低应相应缩短距离。（6）除能自然补偿外，伴管直管段应每隔12 m设置1个膨胀环。在管件以及管线方向改变的地方，阀门和法兰处的环可以作为膨胀环。见图 2.6.2图 2.6.2 伴管的膨胀环 （7）伴管的标准位置见图 2.6.3图 2.6.3 伴管的标准位置（8）当主管伴热而支管不伴热时，支管上的第一个切断阀应予以伴热，见图 2.6.4（9）伴管经过阀门、管件时，伴管应沿其外形敷设，宜避免或减少U形，见图 2.6.5图 2.6.4支管伴热 图 2.6.5阀门伴热2.7 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) 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,宜法兰等处可采用法兰或活接头连接。12 、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; 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。12、10紫铜或不锈钢伴管宜采用卡套连接头连接2.8 解决措施为了要解决上述问题，可采取以下措施。 (1) 根据被伴热管线的运行参数选用合适的伴热管径。 (2) 同一干线上的各支路所带负荷要接近,而负荷相差较大的支路应分别连结在不同干管上。 (3) 伴热流程应防止出现短路, 使每一干管上连接相匀称的负荷。 (4) 伴热支路管线上应尽量不再设一级支路。 (5) 在每个支路的顶端及末端均安装阀门,并在末端安装温度计以便流量调节、控制等, 但有的装置设计伴热管线只管连接支路再连支管。 (6) 合理设置高点放气阀和低点放水阀, 对埋地管线的低点放水处应设阀门池。 (7) 合理设置蒸汽分配站和疏水站, 以方便操作和维修, 分配站应留有一定数量的备用接头。 (8) 正确选择及安装疏水器, 使冷凝水能顺畅排出。对疏水器要定期检查, 在寒冷地区要采取防冻措施, 以维护正常运行。 (9) 由于输送主管与伴热管之间热胀量不同: 当伴热管供汽点与排凝点之间的直线不超过40m 时, 可采用中间固定在主管的管卡上,以便使热胀量均匀分配到伴热管的两端, 并在伴热管引入点处及引出处的保温结构上留出约100mm 长的空隙以填充软质保温材料, 不妨碍伴热管的位移; 当长度大于40m 时, 除主管为L 形自然补偿的管段外, 一般每隔3040m设一个补偿器, 补偿器可采用U 形或 形, 当主管道上有法兰或阀门或弯管时, 可在法兰或阀门或弯管处设U 形或 形补偿器, 且所有补偿器不得出现袋形。 (10) 因导热好、易弯曲且很易与黄铜管件相接, 通常采用紫铜管做伴热管。当蒸汽压力高于16kg/ cm2 时或冷凝水有腐蚀性, 则建议采用不锈钢做伴热管。而碳钢管道常用于蒸汽压力低且无腐蚀的情况。(11) 如伴热线与介质管相组合, 要合理选用软质矿渣棉保温材料。冬季下雪难免使水渗入碱性的矿渣棉,会对输送醋酸的铝管产生腐蚀。第三章：设计实例工艺条件: 工艺管线内流体温度保持60 伴热蒸汽压力：0.3MPa（G） 最低环境温度：-20 饱和蒸汽温度：132.9 年平均风速：4 m/s 蒸汽冷凝热：2171.82kJ/ 工艺管线尺寸：DN200 保温材料：玻璃棉被伴热的工艺管线长度：50m 保温厚度：50mm(1) 求T1T1 =（60+132.9）/2-（-20）=116.45 (2)从图 2.2.2中查出热损失Q1值：Q1=86.4W/m(3) 从图 2.2.3中查出保温层厚度对应的修正系数 F1F1=1.0(4) 计算出工艺管线和伴管平均温度与设计的最小环境温度的平均值T=(60+132.9)/2+(-20)/2=38.2(5) 利用图 3.1.a 查出保温 材料在T温度下的导热系数 K，K=0.036 W/·K（不同生产厂生产的保温材料导热系数有所不同，最好按实际的保温材料的导热系数值）。 a b c图 3.1(6) 从图 3.2中查出 K=0.036 W/·K的修正系数 F2=0.86(7) 利用图 3.3（因为风速 4.5m/s 与本题条件接近）查出风速修正系数F3=1.037(8) 计算出修正过的热损失 Q2Q2 = Q1×F1×F2×F3 = 86.4×1.0×0.86×1.037=77.05 W/m(9)计算出T2（蒸汽温度与工艺温度之差) T2 = 132.9-60 =72.9(10) 利用Q2值与T2值在图 3.2和图 3.3中分别找出其正交点。 图 3.2 不用传热水泥时伴管的数量及尺寸(11) 分析：图 3.2中正交点处在单根5/8的铜管之上，单根3/4铜管即可满足伴热要求。但是，由于我国常使用碳钢管件作为伴管，因此在图 3.2中查找，距正交点最近处的碳钢管为单根3/4，故选择单根3/4碳钢管作伴热管。图 3.3图 3.3中正交点处在远离单根3/8铜管之下，且由于3/8铜管作为伴管的输出热量约为380W/m，明显高出所需要的热量77.05W/m。 结论 伴热管采用单根3/4碳钢管，根据表 2.1.2条件下最长能伴60m，所以满足所需伴热50m的要求，从其附近分配盘引一根3/4的伴管即可。主要介绍了蒸汽伴热系统的相关设计要领，结合化工工程设计经验及相关规定、规范、文献和目前的一些设计做法。根据国内经济状况和技术成熟度，传统蒸汽伴热设计仍然是目前设计的首选，它的高热输出蒸汽伴热系统为管道提供了大量的热。金属伴管和金属管道之间有非常高的导热率, 即使在保温损坏的情况下对伴热系统温度影响也不会很大。当然许多因素会导致蒸汽伴热系统故障, 例如管道泄漏、蒸汽疏水器故障、但很少有潜在的问题会影响其温度。过量的低压蒸汽用于伴热，提高了废热利用率，这也大大提高了蒸汽伴热的经济性。所以研究蒸汽伴热技术仍处于不可忽略的地位。参考文献： 1 中华人马共和国国家标准GB2026497.工业设备及管道绝热工程设计规范，1997 2 中华人民共和国国家标准GBJ12689.工业设备及管道绝热工程施工及验收规范，1989 3Chemical Engineering August 4 1986.65 70 4国家医药管理局上海医药设计院编，化工工艺设计手册（上），化学工业出版社（北京），1989 5化学工业部化工工艺配管设计设计中心站组织编，化工管路手册（下），化学工业出版社，1988 6 SH /T3040 -2002. 石油化工管道伴管和夹套管设计规范. 7 化工工艺设计手册(下) 第二版. 化学工业出版社, 1994. 8 蔡尔辅. 石油化工管道设计. 化学工业出版, 2001. 9 陈让曲. 石油化工厂蒸汽伴热系统问题讨论. 炼油设计, 1996, 26 (2) : 5156 10 炼油技术与工程. 2006, 36 (3) : 4347 11 石油化工装置工艺管道安装设计手册M. 2005 年1 月版: 413477