化工工艺管道蒸汽伴热系统的设计与优化

化工工艺管道蒸汽伴热系统的设计与优化

赵晓洲

天津兴辰工程技术服务有限公司 300400   

摘要：化工产业的健康发展对于中国的经济建设起着十分关键的作用，能够有效地提升我国的经济水平，促进社会的健康可持续发展。在化工生产过程之中，需要输送很多不同种类的介质，结合介质的物性，必须要依赖于蒸汽伴热，才能够顺畅地输送这些物料，避免出现结露或者冻结的情况。基于此，文章对化工工艺管道蒸汽伴热系统的设计与优化策略进行了研究，以供参考。

关键词：工艺管道；蒸汽伴热系统；设计优化

1化工工艺管道蒸汽伴热系统概述

工艺管道常见的伴热方式主要有三种，由于内伴管伴热有伴管热变形问题，且不能用于输送腐蚀性及热敏性介质，因此很少用于石油化工装置。夹套伴热按夹套管连接方式的不同分为管帽式夹套和法兰式夹套。电伴热是利用电能为热源的伴热形式，能有效进行温度控制，近年来逐渐应用于新建化工装置中。伴热采用的主要伴热介质为热水、蒸汽、热载体以及电热。蒸汽外伴管伴热因具有成本低廉、冷凝潜热大、温度易于调节、适用范围广等特点，成为目前国内大多数石油化工装置首选的伴热方式。

2蒸汽伴热的主要内容

由于长期处于低温环境，容易产生冷凝、凝固、热度损失等现象，直接使得工艺介质提升了粘度，从而影响了相关设备、管线、仪表等的正常使用。在不进行特殊加热的前提下，一般都会使用蒸汽伴热系统。蒸汽伴热的主要组成部分有6个，分别是将蒸汽进行引人的管道、将冷凝水加以储存的总管、将冷凝水进行引出的管道、对蒸汽进行分配的分配站、蒸汽伴管、蒸汽的总管。

3化工工艺管道蒸汽伴热系统的具体设计要点研究

3.1明确蒸汽伴管的流程图

工作人员在设计蒸汽伴热系统时，必须明确蒸汽伴管的流程图，要让化工工艺管道的相关管道、仪表及管线设备与蒸汽伴管的流程图一致，避免出现管道或管线乱接，造成运输工作无法顺利进行，阻碍现场管理工作顺利进行，为后期运输工作带来不利影响。工作人员还要根据实际的设计需求和工作情况对流程图进行分析。例如，当伴热管道的长度较长时，设计人员要采取分段伴热的方式设计蒸汽伴热系统，从而让蒸汽伴管能够贴合实际工作需求。

3.2设置蒸汽分配站和疏水站

首先，相关设计人员必须从底部或者侧面将蒸汽管接入蒸汽，并且要保持安装方向的水平形态和垂直形态具有较高的一致性。要在水平方向上安装供气管，从顶部或侧面将凝结水中的导管引出来，从而发挥蒸汽分配站的作用。其次，相关设计人员必须明确管道的直径大小，要将直径控制在合理的范围内，如果蒸汽分配站超过3个，就应该设置相应的蒸汽分配站和疏水站，从而保障蒸汽资源能够得到合理的配置。

3.3冷凝液站设计

相关工作人员要将冷凝液站的主管道和凝结水的总管道进行连接，并要重视吸收冷凝液站的顶部热量。在加热过程中，把冷凝管抽出来，并开启阀门，在管道出口设计疏水阀门，再将蒸汽传输至冷凝处，排放冷凝水。上述操作能够确保化工工艺管道的安全稳定运行，防止介质运输对其他管道和机器设备产生影响。在开展冷凝液收集工作时，要根据实际情况，建立蒸汽伴热分配站，可以采用立式安装，这种方式有利于冷凝液收集工作的顺利完成，能够避免发生管道腐蚀危险。蒸汽伴热设计的另一个重点是设计蒸汽伴热管道，在冷凝液主管输出位置添加切断阀，在冷凝液传回至伴管时需添加一组疏水阀，以此循环使用冷凝液。在设计蒸汽伴热管道时，要使用单独疏水阀，保障蒸汽伴热疏水的独立进行，及时排出管道内部的冷凝水和其他杂质，提高蒸汽伴热系统的安全性。

3.4保温设计

蒸汽伴管含有硬质、软质两种用料，相应形成两种保温体系，硬质用料设计成圆形保温，软质用料设计成异型保温。如果选择硬质用料，会增加保温空间，有效控制热损问题，设计时需捆扎处理保温层，关注保温结构的平稳性，防止出现降低传热速度的问题；软性保温层会减少保温空间，增加热损量，设计时需使用铁丝网调整加热空间。蒸汽伴热系统会采用伴热化工工艺管道输送有关介质，能够降低介质在输送过程中的热损失，防止介质在输送过程中出现溶液，甚至是腐蚀管道的腐蚀气体。如果输送介质出现热损失，就有可能导致介质的温度骤然下降，使介质的黏度增高，从而影响化工工艺管道的有效运输，造成介质与管道相连，影响介质的特性，不利于化工工艺管道保持干净整洁，从而缩短化工工艺管道的使用寿命。因此，必须通过蒸汽伴热的形式对介质温度进行有效的调节和控制。蒸汽伴热系统主要利用蒸汽分配站和蒸汽管道等对管道内部温度进行控制。化工工艺管道的伴热设计通常在蒸汽伴热分配站进行。蒸汽伴热分配站是蒸汽伴热系统设计中重要环节，需要引起工作人员的高度重视。蒸汽伴热分配站主要由仪表、阀门、管道、支架等零部件构成。设计人员要根据具体的运行需求，明确平台、阀门、管道的尺寸以及具体的安装位置，还要为蒸汽伴热分配站配备一个固定支架和一个滑动支架；同时，要配备截止阀、切断阀及疏水阀，并根据实际的运行状况，合理规划半管和总管的具体位置，以及管道的具体尺寸，从而确保蒸汽伴热系统的后续工作能够有序进行，提高蒸汽伴热系统的工作效率。设计人员要明确蒸汽伴热站的具体设计要求，将蒸汽伴热站安装在墙体或墙柱上，并明确蒸汽伴热分配站的安装操作流程，要保障蒸汽分配站能够将管道中的蒸汽迅速地发散出去，避免化工工艺管道内部蒸汽过多，形成冷凝水，腐蚀工艺管道。在安装蒸汽伴热分配站时，要预留1～2个预备口，从而在遇到紧急情况时，能够保障蒸汽的有效分配。

4蒸汽伴热设计存在问题和优化策略

目前，环保和经济效益的要求使得对化工蒸汽伴热管道设计有了更高的要求。此外，流动数值传热方法和商业软件的发展，为提高传热效率和降低能耗的设计提供了计算工具和基础。工厂集成化设计思想运用，为蒸汽伴热管道设计提供新的设计思路和方案。存在以下问题：（1）蒸汽伴热系统设计过程中存在不完善、不统一、不规范等问题，给现场施工操作人员带来不便。（2）伴热效果和传热效率的计算精确度不够，目前大都使用经验公式进行计算，误差较大，造成不必要的热量损失，增加成本。（3）目前设计缺乏系统工程的思想，设计理念落后，创新性不足。针对目前存在问题，结合多年工程实践经验，调研当今工程设计的经验和成果，研究认为：（1）行业需提高设计人员规范意识，设计过程中严格遵循设计规范，建立严格检查监督机制。（2）要树立精细化设计的思想，使用流动数值传热方面软件进行传热和工艺模拟，计算准确的蒸汽用量，优化伴管设计，减少不必要的热损失。（3）采用集成化设计手段，推动整体设计，利用3D软件对蒸汽伴热系统进行的仿真模拟，通过建模，形成更加直观的完成整体设计，碰撞检查中提前发现问题进行修改，使得设计更为合理和有效。

结语

综上所述，蒸汽伴热有着其独特的优势，比如说，容易调节温度、蒸汽取用十分便捷等。在化工生产过程中，使用蒸汽伴热管就是为了能够让蒸汽伴热，有效减少热能的损耗。本文介绍了蒸汽伴热体系的设计理念、设计要求，施工材料的选取以及施工要求，旨在提升伴热设计的合理性，增强其运输效率，提升经济效益，促进化工产业的健康可持续发展，为我国经济水平的增长做出积极贡献。

参考文献：

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