胡寶玉

摘要：化工管道運輸過程中蒸汽伴熱系統(tǒng)在其中起到至關重要的作用。針對目前生產(chǎn)實際中對蒸汽伴熱系統(tǒng)設計缺乏重視，設計存在不夠完善、不夠統(tǒng)一、不規(guī)范，同時現(xiàn)有的計算方式較為落后等問題，采用先進的計算機數(shù)值模擬技術，能夠?qū)崿F(xiàn)精確計算伴熱效果和傳熱效率，優(yōu)化蒸汽伴管設計，減少熱損失。

關鍵詞：化工工藝管道;蒸汽伴熱系統(tǒng);系統(tǒng)設計

1 引言

作為一個有效的管道保溫和防凍措施，伴熱已廣泛應用于化學工程建設。其工作原理是利用伴熱介質(zhì)放出一定的熱量，通過直接或間接的換熱來補充伴熱管道的熱損失，達到加熱、保溫、防凍的目的。由于蒸汽使用方便，凝結(jié)水潛熱大，溫度調(diào)節(jié)方便，應用范圍廣，在設備中被廣泛用作伴熱介質(zhì)。

2 蒸汽伴熱管道系統(tǒng)設計的概述

隨著科學技術的不斷發(fā)展，目前在化工工藝管道伴熱系統(tǒng)中應用的伴熱管道主要有：蒸汽管道伴熱、夾套伴熱、電伴熱等幾種形式。而其中因為蒸汽伴熱管道的取用非常方便，并且在應用過程中其冷凝潛熱大，對于其溫度也非常容易進行調(diào)節(jié)，所以化工工藝伴熱管道中蒸汽伴熱是一種非常常見的伴熱方式。蒸汽伴熱管道系統(tǒng)由以下幾個部分組成：總管、支管、伴熱管、保溫箱、疏水器、冷凝液管、回水支管、回水總管、切斷閥等。

2.1 蒸汽伴熱管道系統(tǒng)圖

伴熱系統(tǒng)圖中為蒸汽總管、蒸汽進口管、冷凝水總管、冷凝水引出管、蒸汽分配站、冷凝水收集站。分配站以及收集站應有相應的編號。分配站與收集站應注明伴管的起始點、編號和被伴熱工藝管線號，每根伴管上應有兩個相同的標簽，一個安裝在蒸汽分配站上，另一個安裝在冷凝水收集站上，便于查找。

2.2 蒸汽伴熱系統(tǒng)的設計要求

2.2.1 蒸汽分配站設計的一般要求

（1）一般情況下，蒸汽分配站的布置方式為臥式（水平）安裝，以利于蒸汽的均勻分配。

（2）蒸汽分配站的設置范圍應合理，一般是在裝置3m的半徑范圍內(nèi)，至少需要3個伴熱供汽組的地方均應設置分配站。其位置應盡可能設置在靠欄桿、平臺、墻、柱等地方，并且盡量減短伴管前的長度，以便于操作且容易支撐。

（3）分配站的蒸汽進氣管應從蒸汽總管自分配站的頂部引入伴熱供汽管道（即蒸汽伴熱管道）應從配汽站頂部或水平方向拉拔。分配站應設置疏水閥，低點應設置排水管道和截止閥。供應管道的截止閥通常位于出口位置的水平管道上。

（4）對于DN40主管道的配汽站，DN15（或DN20）支管數(shù)量不應超過6支，而對于DN50主管道的配汽站，DN15（或DN20）支管數(shù)量應控制在10支以內(nèi)。一般情況下，每個配汽站應預留至少一個備用出口，以便在緊急情況下進行配汽。備用出口應該配置閥門，并用螺紋帽或法蘭帽密封。

2.2.2 蒸汽伴管設計的一般要求

在設計蒸汽伴熱系統(tǒng)時，需要選擇合適的蒸汽伴熱管的尺寸和數(shù)量。伴管尺寸通常情況下選用DN15，必要時也可選用DN20。工藝管道所需的配套管道數(shù)量由工藝管道的公稱直徑?jīng)Q定。一般情況下，工藝管公稱直徑小于100mm時設置一根伴管，直徑150-450mm時設置兩根伴管，直徑大于500mm時設置三根伴管。

2.2.3 蒸汽伴管的設置

（1）在需要伴熱的工藝管道的最高點引入蒸汽伴熱管。它們應該沿管道從高到低設置，并保留在最低點。盡可能使冷凝水自流到冷凝液收集站，避免袋形彎或減少U形彎上行的總高度，以降低液阻和氣阻發(fā)生的可能性。

（2）每個蒸汽伴流管都需要配置單獨的蒸汽供應閥和疏水閥。不宜同時使用多個蒸汽伴管和疏水閥。蒸汽凝結(jié)水通過疏水閥后不需要回收的，應當集中排放。

（3）對于被伴熱的工藝管道上經(jīng)常需要檢修和拆卸的地方（如控制閥、安全閥、轉(zhuǎn)子流量計等），蒸汽伴管應采用活接頭或法蘭連接的方式，伴管的分支采用三通連接。

（4）被伴熱工藝管道水平放置時，伴管應設置在其下方或兩側(cè);被伴熱工藝管道垂直放置時，伴管（數(shù)量≥3根）宜圍繞其均勻鋪設。

2.2.4 冷凝液收集站設計的一般要求

（1）冷凝液收集站的設置范圍應合理，通常在裝置3m半徑范圍內(nèi)至少需要3根冷凝液管組時應設置冷凝液收集站，其位置應使伴熱后的管道盡量短，具體形式根據(jù)管道布置設計的需要而定。

（2）蒸汽伴管在離開被伴熱工藝管道后，在進入冷凝液收集站之前的各伴管接口處都需設置各自獨立的蒸汽疏水閥和切斷閥。冷凝液收集站上設置的接管數(shù)量應合理，DN40冷凝液收集站的接管口不應多于6個，DN50冷凝液收集站的接管口應不多于10個。所有的冷凝液收集站均應設置1～2個預留備用口，并配置相應的閥門，用法蘭蓋或螺紋管帽予以封閉。

（3）蒸汽冷凝液回收管應從冷凝液主管的頂部接入，蒸汽冷凝液支管應從伴熱站的頂部或水平接出。冷凝液總管上的切斷閥，應就近安裝在出口附近的水平管段上，以便于安裝操作和檢修。當冷凝液收集站的位置低于蒸汽冷凝液總管時，冷凝液會發(fā)生回流并可能會產(chǎn)生閃蒸蒸汽，因此需要在冷凝液總管上設置止回閥。

當蒸汽伴生管中的凝結(jié)水不需要回收時，應通過裝置附近的污水出口就地集中排放。排污口的安裝不得對人體造成危害，不得腐蝕周圍的管道和設備，保證正常生產(chǎn)。

2.3 伴熱管材料的選用標準

伴熱管一般有碳鋼管、不銹鋼管以及紫銅管三種材料可供選擇。目前國內(nèi)化工廠的伴熱管道主要有碳鋼管和不銹鋼管。這主要是基于成本考慮。雖然銅管具有較好的傳熱效果，但其成本遠高于前兩種。

蒸汽伴管的規(guī)格一般為碳鋼管有DN15、DN20和DN25三種，不銹鋼管則主要為φ15×1.2、φ12×1.2兩種。正常情況下，伴汽管的選材與蒸汽總管選材一致。即蒸汽伴流管為不銹鋼時，蒸汽總管也為不銹鋼，便于兩者之間的焊接。

3 蒸汽伴熱設計存在問題和優(yōu)化策略

目前，環(huán)境保護和經(jīng)濟效益的要求使得化工蒸汽伴熱管道的設計具有更高的要求。此外，流動數(shù)值傳熱方法和商用軟件的發(fā)展為提高傳熱效率、降低能耗提供了計算工具和依據(jù)。工廠集成化設計思想運用，為蒸汽伴熱管道設計提供新的設計思路和方案存在以下3個問題：

（1）蒸汽伴熱系統(tǒng)設計中存在著不完善、不均勻、不規(guī)范等問題，給現(xiàn)場施工人員帶來了不便。

（2）伴熱效果和傳熱效率的計算精度不夠。目前，大多采用經(jīng)驗公式來計算伴熱效果和傳熱效率。誤差較大，造成不必要的熱損失，成本增加。

（3）目前設計缺乏系統(tǒng)工程的思想，設計理念落后，創(chuàng)新性不足。

針對目前存在問題，結(jié)合多年工程實踐經(jīng)驗，調(diào)研當今工程設計的經(jīng)驗和成果，研究認為：首先，行業(yè)需要提高設計師規(guī)范意識，在設計過程中嚴格遵守設計規(guī)范，建立嚴格的檢查監(jiān)督機制。其次，樹立精細設計的理念，利用流動數(shù)值傳熱軟件進行傳熱和過程模擬，計算準確的蒸汽消耗，優(yōu)化配套管道的設計，減少不必要的熱損失。最后，采用綜合設計的方法來促進整體設計。利用三維軟件對蒸汽跟蹤系統(tǒng)進行了仿真。通過建模，形成更加直觀的整體設計。修改前的碰撞檢測中發(fā)現(xiàn)了問題，使設計更加合理有效。

4 結(jié)語

隨著化工的不斷發(fā)展，蒸汽伴熱系統(tǒng)在化工生產(chǎn)系統(tǒng)中的重要作用越來越明顯。優(yōu)良的蒸汽伴熱設計不僅可以節(jié)約成本，而且可以有效地保證設備和管道運行的安全性和耐久性。從設計的角度來看，蒸汽伴熱管道的設計應多方面考慮，并結(jié)合各種因素的綜合考慮，才能實現(xiàn)最優(yōu)設計?；み^程管道蒸汽伴熱設計不僅可以節(jié)約化工過程成本，而且可以有效地保證設備的安全性和耐久性，具有重要的意義。

參考文獻

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（作者單位：洪陽冶化工程科技有限公司）