工艺装置蒸汽外伴热管道的设计

工艺装置蒸汽外伴热管道的设计

姚阳

姚阳

中机国能炼化工程有限公司天津300350

摘要：石油化工装置中，有许多工艺介质管道需要伴热，以弥补管道沿路敷设的热损失，增强粘度高介质的流动性。伴热的方式多种多样，其中蒸汽伴热是最为常见的一种伴热方式。本文对蒸汽外伴热管道的设计及安装做了简略的介绍，希望能对设计者今后的设计提供一定参考。

关键词：蒸汽；伴热管；分配站

石油化工装置中，有许多工艺介质管道需要伴热，以弥补管道沿路敷设的热损失，增强粘度高介质的流动性。伴热的形式主要有热水伴热、蒸汽伴热、电伴热等。其中蒸汽伴热是最为常见的一种伴热形式，具有冷凝潜热大，温度易控制，使用范围广等特点。

1伴热范围

工艺装置内的介质较为复杂，有许多介质物料要求维持一定的温度进入下一工序，且部分介质粘度高，凝固点高，易结晶。这些工况都需要借助伴热加以解决。下列几种情况应采用伴热：

（1）需从外部补偿管内介质热损失，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）在切换操作或停运期间，管内介质由于热损失造成温度下降，介质不能放净、吹扫而可能凝固的管道；（5）在输送过程中，由于热损失可能析出结晶的管道；（6）由于热损失可能导致输送介质粘度增高，系统阻力增加，输送量下降，达不到工艺最小允许量的管道；（7）输送介质的凝固点等于或高于环境温度的管道。

2伴热材料

伴热管的材质应根据设计温度、设计压力和介质特性等设计条件确定，并应符合SH/T3059或相关材料标准选用。伴管通常选用碳钢无缝钢管，有时根据被伴热管道材质，选择不锈钢伴管，应注意，当伴管选用不锈钢材质时，应用不锈钢丝对伴管和被伴管进行捆绑；当伴管和被伴管材质不同时，应在两者之间增加隔离快进行隔离。

3保温厚度

当工艺无特殊要求时，保温厚度应按照经济厚度法计算。若经济厚度偏小，且散热损失量超过最大允许散热损失量时，应采用最大允许热损失量的公式进行校核。保温厚度计算公式可参照《室友化工管道伴热和夹套管设计规范》SH/T3040中的公式进行计算，本文不做赘述。

伴管设计

伴管根数可以从1根到4根不等，最多不宜超过4根。管径宜选择￠10、￠12、DN15、DN20、DN25。具体选用可以参照《石油化工管道伴管和夹套管设计规范》SH/T3040-2012中的表格执行，但当环境温度、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与表中数据不统一时，应按照下列公式进行计算。

d=[K(t-ta)]/｛[(2λ)-1ln(D0/Di)-1+(αD0)-1+(αiDi)-1]αt(tst-t)｝

n≥d/d0

有效伴热长度

蒸汽伴热的有效长度是指蒸汽管线从蒸汽供给点开始到凝结水排出点的蒸汽伴热管长度，亦可称为最大容许长度。管径不同，伴热管线的有效长度也不同，可以按照下式近似计算：

Lmax=GmaxA/g1

Lmax—伴热管的最大允许长度，m

g1—伴热蒸汽用量，kg/mh

G—在允许压力降下的最大蒸汽流量，kg/h

A—安全系数，0.6~0.8

还可以按照下表进行确定：

伴管公称直径

蒸汽分配站垂直安装示意图

蒸汽分配站的分配管管径应先按下式计算出S值后，并结合下表进行选取。

S=A+2B+3C

S—蒸汽分配站伴管总根数

A—DN15、￠12、￠10伴管根数

B—DN20伴管根数

C—DN25半管根数

根数S蒸汽分配管的公称直径DN蒸汽引入管的工程直径DN

S值超过16时，宜设立2个或2个以上蒸汽分配站

以上图蒸汽分配站水平安装为例，DN15伴管根数有2根，DN20伴管根数有3根（含备用口），DN25伴管根数有2根，所以A、B、C值分别取2，3，2，代入公式S=A+2B+3C中计算，得出S值为14，对照表格可知，蒸汽分配管应选取DN80。

应注意，同一个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。每个分配站上宜预留1个或2个备用接头。

结语：以上只是对蒸汽伴热管道的设计做了简要的介绍，实际应用中的内容远不止这些，而且不同的工程要求也不相同，这就要求设计者对温度数据合理取值，对保温厚度进行合理计算，对伴热管的管径及根数进行合理选择，并对伴热后的蒸汽凝液进行合理回收，这样才可以做到节能环保。

参考文献：

[1]汪建羽，干健菁，张发有，宋徐辉.石油化工管道伴热和夹套管设计规范SH/T3040-2012.中国石化出版社.

[2]王怀义.石油化工管道安装设计便查手册（第二版）.北京：中国石化出版社，2007.

[3]徐宝东.化工管路设计手册.北京：化学工业出版社，2011.