亢紅霞(重慶化工設(shè)計(jì)研究院，重慶 400039)

在現(xiàn)代化工生產(chǎn)過(guò)程中。一些化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中設(shè)備需提供熱量，化工管道在輸送介質(zhì)過(guò)程中需要進(jìn)行伴熱。一般來(lái)說(shuō)，伴熱方式可分為:夾套伴熱、電伴熱、伴熱管伴熱。其中，伴熱管伴熱的方式運(yùn)用最為廣泛，而蒸汽屬于常用的伴熱介質(zhì)，因此蒸汽伴熱管的設(shè)計(jì)在化工生產(chǎn)過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用。本文將從化工工藝方面對(duì)蒸汽伴熱管的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和探討。

1 蒸汽伴管伴熱系統(tǒng)的運(yùn)用范圍及基本構(gòu)成

在化工生產(chǎn)過(guò)程中，在環(huán)境溫度下，需從外部補(bǔ)充管內(nèi)介質(zhì)的熱損失，以維持輸送溫度的液體管道；在物料輸送過(guò)程中，由于熱損失產(chǎn)生凝液而引起腐蝕或正常操作的氣體管道；在操作過(guò)程中，由于在壓力突然下降而自冷，可能導(dǎo)致結(jié)冰堵塞或管道劇冷脆裂的管道；在物料輸送過(guò)程中，由于熱損失造成降溫，導(dǎo)致析出結(jié)晶體的管道；在輸送高粘度介質(zhì)時(shí)，由于熱損失導(dǎo)致介質(zhì)降溫后粘度劇增，使系統(tǒng)阻力突增，輸送量下降其量達(dá)不到工藝允許量一半的管道，均可采用蒸汽伴管伴熱的形式。

傳統(tǒng)蒸汽伴熱系統(tǒng)主要由冷凝水總管、蒸汽導(dǎo)入管、冷凝水排出管、蒸汽分配站、冷凝水回收站、蒸汽伴管以及蒸汽總管構(gòu)成。

2 化工工藝管道蒸汽伴管設(shè)計(jì)原則

在化工生產(chǎn)過(guò)程中，物料管道通常采用外部伴熱的方式。

一般情況下對(duì)工藝、公用工程管道采用DN15-DN25的伴管，如果需要可選用直徑大于DN25的伴管。

管道伴熱管管數(shù)與被伴熱管內(nèi)工藝介質(zhì)的情況和工藝管道的直徑有關(guān)，應(yīng)按照項(xiàng)目具體的條件情況來(lái)確定蒸汽伴熱管的數(shù)量。

此外，對(duì)于蒸汽伴熱來(lái)說(shuō)，伴熱的蒸汽介質(zhì)要求具有足夠的飽和度，而對(duì)于壓力方面要求視蒸汽本身的溫度而定，而對(duì)于溫度而言，則需要根據(jù)化工工藝的介質(zhì)溫度來(lái)看。通常伴熱蒸汽的溫度要明顯高于保溫介質(zhì)的溫度。當(dāng)然，化工工藝的介質(zhì)的一些特點(diǎn)差異，導(dǎo)致選擇蒸汽的溫度也具有一定的差異性，對(duì)于壓強(qiáng)方面的要求，一般來(lái)說(shuō)蒸汽的壓強(qiáng)范圍在350千帕至1000kPa之間，但是最低壓力不得低于200kPa。因?yàn)閴簭?qiáng)過(guò)低會(huì)導(dǎo)致管道產(chǎn)生阻力，從而減緩輸送速度，導(dǎo)致輸送時(shí)蒸汽冷凝成液體。此外，伴熱過(guò)程是一個(gè)持續(xù)過(guò)程，蒸汽熱源無(wú)論是在開始伴熱還是停止伴熱的條件下都不能關(guān)閉。

3 工藝管道蒸汽伴管設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 保溫方面的設(shè)計(jì)

伴管的設(shè)計(jì)需要保證其與主管可以進(jìn)行傳熱，同時(shí)也應(yīng)減少伴熱過(guò)程中的熱損失。常見(jiàn)的保溫結(jié)構(gòu)有兩種，即保溫結(jié)構(gòu)和異形保溫結(jié)構(gòu)。就前者來(lái)說(shuō)，主要采用的是SH/T 3040—2002的材質(zhì)作為保溫殼，在捆扎過(guò)程中需要防止出現(xiàn)變形，雖然可有效減少熱損失，但其結(jié)構(gòu)的劣勢(shì)導(dǎo)致熱傳遞的效果也比較差；而對(duì)于異形保溫結(jié)構(gòu)，加熱面要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于圓形，而主管散熱面積要增大，其形成主要是一些由軟性保溫材料粘合構(gòu)成的圓形保溫殼捆扎后變形而成。對(duì)于物料管道來(lái)說(shuō)，兩者都可以適用，而且會(huì)加入一層軟質(zhì)材料進(jìn)行改進(jìn)，提升保溫效果，另外會(huì)適用鐵絲網(wǎng)作為構(gòu)架，保證伴管與物料管道之間的空間，而且物料管道的管壁會(huì)與熱空氣構(gòu)成小于180°的“自然加熱角”，保證空氣形成熱對(duì)流。當(dāng)然，如果主管輸送的物質(zhì)溫度已經(jīng)高于80℃，則需要采用等于180°的“半加熱角”結(jié)構(gòu)進(jìn)行保溫，并根據(jù)具體情況采用夾套管加熱手段。

3.2 架放方面的設(shè)計(jì)

伴管架放主要包括架設(shè)過(guò)程和支撐固定過(guò)程，對(duì)于架設(shè)過(guò)程來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)輸送管的位置，對(duì)伴管進(jìn)行鋪設(shè)，如果輸送管為水平走向，則伴管則需要鋪設(shè)在主管的一面或者兩邊；當(dāng)然，當(dāng)輸送管為垂直走向，同時(shí)蒸汽伴管數(shù)量滿足等于或者大于三根時(shí)，則需要繞輸送管進(jìn)行均勻分布架設(shè)。而在架設(shè)過(guò)程，遇到閥門、連接關(guān)節(jié)時(shí)，則可以按照這些特殊位置的輪廓進(jìn)行鋪設(shè)，而且主要不要讓伴管出現(xiàn)U形，如果在多個(gè)伴熱管中出現(xiàn)，主管有效而副管無(wú)效的情況，可以在副管的第一個(gè)切斷閥處進(jìn)行伴熱，同時(shí)在伴管架設(shè)時(shí)，需要保證輸送管道的取樣閥、排液閥，放空閥以及掃線閥處的伴熱；對(duì)于支撐固定過(guò)程來(lái)說(shuō)，通常都是以金屬扎帶或者鐵絲將伴管捆在輸送管上，同時(shí)保證兩者間距在1至1.5米之間。如果伴管包含墊層，需要在墊層的地方進(jìn)行捆綁；如果輸送管包含腐蝕性物質(zhì)時(shí)，需要在兩者間加入隔離材料[2]。

3.3 系統(tǒng)方面的設(shè)計(jì)

蒸汽伴熱系統(tǒng)是實(shí)行蒸汽伴熱的基礎(chǔ)，所以需要遵循科學(xué)的設(shè)計(jì)理念，而對(duì)于儀表方面的伴熱蒸汽來(lái)說(shuō)，最重要的是系統(tǒng)的獨(dú)立性，從而保證持續(xù)伴熱效果。而對(duì)于伴熱管的材料有碳鋼、紫銅以及不銹鋼三種類型作為備選。其中前兩者都是國(guó)外常用的伴管材料，而就成本而言，紫銅與不銹鋼要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于碳鋼，但是紫銅本身具有較強(qiáng)的延展性，所以易變形也是它的劣勢(shì)所在。而碳鋼對(duì)于腐蝕環(huán)境的忍耐遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其他材料，但是卻廣泛用于我國(guó)多數(shù)化工工藝管道的伴管制造中。對(duì)于伴管的連接，通常以焊接或者法蘭連接作為主要手段，但是無(wú)論采用何種材料或者何種連接方式，接口處都應(yīng)當(dāng)盡量保持在蒸汽伴管頂端，同時(shí)根部需要安裝切斷裝置，例如切斷閥等。

為了實(shí)現(xiàn)冷凝水回收的功能，需要在伴熱系統(tǒng)中加入冷凝管以及回水管，用于收集冷凝下來(lái)的水，一般來(lái)說(shuō)冷凝回水副管的直徑要大伴熱副管的一個(gè)級(jí)別，而每根伴管均需設(shè)置疏水閥門以便于冷凝水的收集及集中排放。此外，為了防止蒸汽進(jìn)入冷凝管導(dǎo)致系統(tǒng)壓力變化，對(duì)冷凝回收過(guò)程造成影響，不能在旁路設(shè)立疏水閥組，同時(shí)保證伴熱蒸汽管道應(yīng)從高點(diǎn)引入，冷凝水從低點(diǎn)排出。對(duì)于伴管，要盡量避免和減少U形彎曲的形成，以防止蒸汽冷凝水對(duì)管道造成阻力[3]。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著近年來(lái)我國(guó)化工產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)的安全性也有了越來(lái)越高的要求。由于伴管蒸汽的溫度和壓力均較高，并具有較強(qiáng)的流動(dòng)性，因此對(duì)伴熱管道的質(zhì)量以及鋪設(shè)方案有較高的要求。通過(guò)對(duì)保溫、架設(shè)以及系統(tǒng)構(gòu)建等方面的分析，提出科學(xué)的改革方案，將會(huì)大大提高蒸汽伴熱的可靠性以及伴熱效果。

[1]易立東方.探討化工工藝管道蒸汽伴管的設(shè)計(jì)[J],科技與企業(yè),2013,07(13):232.

[2]王良.化工工藝管道蒸汽伴管的設(shè)計(jì)[J],中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2013,09(18):34.

[3]劉堯祥.探究石油化工工藝裝置蒸汽管道配管的設(shè)計(jì)[J],中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,2013,05(09):63-64.