化工裝置蒸汽伴熱系統問題討論

胡建斌，馬玉斌

（天津渤天化工有限責任公司，天津300480）

化工裝置蒸汽伴熱系統問題討論

胡建斌，馬玉斌

（天津渤天化工有限責任公司，天津300480）

介紹了化工裝置中蒸汽伴熱系統的設計以及在設計、安裝、運行管理中應注意的問題。

化工裝置；蒸汽伴熱；設計；安裝；運行管理

1 前言

化工生產中，伴熱是將熱能由外部熱源供給管線系統或設備，用以保證設備和管線系統能夠正常運轉，從而完成連續的化工操

作。在確定需要伴熱的管線時應綜合考慮，既要保證不遺漏需要伴熱的管線，又要保證不做冗余的設計。

2 蒸汽伴熱系統的設計

化工生產中，根據伴熱

介質不同伴熱分為蒸汽伴熱、熱水伴熱和電伴熱3種，在國內化工裝置中蒸汽伴熱是首選的伴熱形式。蒸汽伴熱在伴熱方式上又分為外伴熱、內伴熱和夾套伴熱，在實際生產中絕大部分為外伴熱。

2.1 伴熱管的材質和規格

蒸汽伴熱管的材質主要有紫銅管、不銹鋼管和碳鋼管，伴熱管材質的選用主要由用途、使用環境和投資額三方面綜合考慮。一般情況下，工藝管線采用碳鋼管伴熱，但在一些酸、堿等腐蝕性較強的環境中，由于碳鋼管極易被腐蝕，應采用不銹鋼管伴熱，儀表管線采用不銹鋼管或紫銅管伴熱。常用的伴管材質和規格可按表1選取[2、5]。

表1 蒸汽伴管材質和管徑

2.2 伴熱管的管徑與根數

伴熱管的管徑及根數取決于被伴熱管道所需的伴熱量，由伴熱蒸汽的品質和被伴熱管道的熱損失和過程要求等因素決定，可按下列公式（1）、（2）計算（采用硬質或半硬質圓形保溫材料制品）

式中：K—熱損失附加系數，取1.15～1.25；

t—被伴介質溫度，℃；

ta—環境溫度，℃；

tst—伴管介質溫度，℃；

λ—保溫材料制品導熱系數，W/m·℃；

α—保溫層外表面向大氣的放熱系數，W/m·℃；

αi—保溫層內加熱空間空氣向外表面向保溫層的放熱系數，W/m·℃；

D0—保溫層外徑，m；

Di—保溫層內徑，m；

d0—伴管外徑，m。

在實際設計過程中，可根據伴熱蒸汽溫度（或壓力）、環境溫度、被伴管管徑、被伴介質輸送溫度和保溫層厚度等參數直接參照設計規范中給定的經驗數據選取，如表2所示[1、3]。

表2 蒸汽伴管根數及管徑（環境溫度-15℃）

2.3 伴熱管的最大允許有效伴熱長度

伴熱管的最大允許有效伴熱長度與蒸汽壓力和伴熱管直徑有關，若伴管長度超過最大允許長度就將造成伴熱管路阻力降和散熱損失的增加，并使蒸汽壓力和溫位下降，出現伴熱蒸汽未到末端就已變成冷凝水的現象，影響伴熱效果。伴熱管的最大允許有效伴熱長度的理論計算涉及因素甚多，因此，在設計中常根據經驗做出規定，見表3[1、2、4]。

2.4 伴熱管U形彎的允許高度

伴熱蒸汽管出現U形彎是不可避免的，U形彎的出現會增加蒸汽伴熱管的壓力降，不利于空氣的排除，產生氣阻，同時會引起水擊。設計規范對不同蒸汽壓力下的U形彎累計高度做出了規定，見表4。同時規定，若U形彎的累計上升高度超過表4中數值時，宜適當減少伴熱管最大有效伴熱長度，但伴熱管累計上升高度不宜超過10 m，U形彎累計上升高度的定義如圖1所示[1、2、4]。

表3 蒸汽伴管最大允許有效伴熱長度

表4 蒸汽伴管允許U形彎累計上升高度

2.5 蒸汽伴熱系統的配管設計

蒸汽伴熱系統的配管包括伴熱蒸汽供汽管線、蒸汽分配站、疏水站、疏水閥組、凝液回收管線等，合理的配管設計能夠保證伴熱系統的正常運行，方便生產管理，降低能耗[1、3、4]。

2.5.1 伴熱蒸汽供汽管線的設計

伴熱蒸汽供汽管線的設計在規范中只規定應從主蒸汽管頂部引出，并在靠近引出處設切斷閥，并未對管線布置做出明確規定，因此，在管線設計時，隨意性很大。根據運行經驗，建議蒸汽伴熱主管最好從裝置蒸汽總管上引出2根伴熱蒸汽管，分別供常年伴熱和冬季防凍伴熱用，這樣既方便管理又節約蒸汽，其管線布置如圖2所示。

蒸汽伴熱總管和支管應選用無縫鋼管，其管徑由伴熱所需蒸汽量對照表5選取，伴熱所需蒸汽量m可根據式（3）計算.

表5 伴熱蒸汽總管和支管與飽和蒸汽流量、流速關系

式中：K1—比率系數，一般取K1=2；

qi—管線的允許熱損失，kJ/（m·h）；

L1—伴管長度，m；

H—蒸汽汽化潛熱，kJ/kg。

2.5.2 蒸汽分配站和疏水站的設計

為實現集中供氣和集中疏水，裝置內伴熱系統應規劃若干個供氣站和疏水站，站的布置應統一規劃，布局合理。設計規范規定在3 m半徑范圍內，如果有3個或3個以上伴熱點及回收點時，應設置蒸汽分配站和疏水站，并將它們布置在地面或平臺上，以方便操作和維修，蒸汽分配站和疏水站的管徑可按式（4）計算出“S”值，然后按表6查取。

式中：DN15、?12、?10伴管根數；

A—DN20伴管根數；B—DN25伴管根數。

2.5.3 疏水閥組的配管

正確選用疏水閥后，疏水閥組的配管對其使用和伴熱效果有直接影響，在設計時，應注意以下幾點，一是疏水閥組一般不設旁路，以防止蒸汽泄漏入凝結水系統而增加凝結水系統的壓力，造成疏水閥排水能力減小或不能正常工作；一是疏水閥組的配管應在疏水閥前的直管段低點設置排污閥，且要在疏水閥前設置過濾器（疏水器自帶過濾器的可不設），以防止管路內雜質進入疏水器而影響其正常工作。

表6 蒸汽分配站、疏水站管徑（DN）mm

2.5.4 凝液回收管管徑的設計

由于蒸汽冷凝液在回水管內流動時，隨著壓力降低，部分冷凝液會產生蒸發現象，同時，疏水器在使用過程中蒸汽會通過閥片泄漏到冷凝液回收管道中，使回水管道內出現汽、水混合狀態，使回水管內混合氣體的體積比純冷凝液的體積大，所以，冷凝回水管的管徑應等于蒸汽伴熱管的管徑或大一級。

3 蒸汽伴熱系統在安裝過程中應注意的問題

蒸汽伴熱系統在安裝過程中除應嚴格按照設計要求進行外，還應注意以下幾點：

（1）伴管蒸汽應從主管蒸汽管頂部引出，并宜在靠近引出處的水平管段上設置切斷閥；

（2）蒸汽分配站和疏水站的安裝要以方便操作和維修為原則，同時分配站和疏水站應留有一定數量的備用接頭，并用管帽或法蘭蓋封堵；

（3）伴管蒸汽應從高點引入，沿被伴熱管道由高向抵敷設，凝結水應從低點排出，應盡量減少U形彎，以防止產生氣阻和液阻；

（4）伴熱管連接應采用焊接，改變方向時，宜采用現場煨彎，在經過閥門、管件時，應沿其外形敷設，且宜避免或減少U形彎；

（5）被伴管水平敷設時，伴管應安裝在被伴管下側或兩側，垂直敷設時，伴管等于或多于3根時，宜圍繞被伴管均勻敷設。

（6）伴管的結構型式一般為光管伴熱，即伴熱管直接與被伴管直接接觸，伴管用金屬扎帶或鍍鋅鐵絲捆扎在被伴管上，捆扎間距為1.0～1.5 m；當被伴熱介質為熱敏性物料或被伴管與伴管產生接觸腐蝕時，應在伴熱管與被伴管之間加隔離快，并在墊層處捆扎；當伴管捆扎材料與被伴管之間有接觸腐蝕時，應在捆扎處加隔離塊。

（7）由于伴熱管與被伴管熱膨脹量不同，當伴熱管直線距離較長（大于40 m）時，除伴熱管隨被伴管的L形自然補償外，一般每隔20～30 m設1個U形或Ω形補償器，當被伴管有法蘭或閥門或彎管時，可隨法蘭或閥門或彎管外形設補償器，但所有補償器都不得出現袋形；

（8）為識別伴管走向，對蒸汽分配站和疏水站以及與其相連的伴熱管應按設計編號作標記，將編號壓印在鋁或不銹鋼制的標牌上，并系在相應的伴管上，同時，為防止標牌損壞或丟失還應編制相應的伴熱系統圖，對伴熱系統的維護保養[1、2、4、7、8]。

4 蒸汽伴熱系統在運行過程中應注意的問題

（1）伴熱系統在運行過程中應按時巡檢，發現泄漏要及時處理，對破損的保溫層也應盡快修復，以防止雨、雪水進入保溫層而加快伴熱管的腐蝕速度。

（2）伴熱系統在運行過程中應定期檢查伴熱效果，若發現伴熱溫度不能達到要求應盡快查找原因。一般，伴管達不到伴熱要求有2種可能，一是疏水器發生堵塞而不能正常工作，此時，應清通疏水器并定期從排污閥排出伴管中的雜質；一是伴管阻力大，造成蒸汽短路，這可能是別的疏水器發生蒸汽泄漏而造成凝液管壓力增加或是由于不同伴熱管的熱負荷相差較大造成的，此時，應根據不同原因做相應處理。

（3）當系統處于停車狀態時，為防止某些管線或容器內物料過熱，對低沸點的物料應關小或間斷通入伴熱蒸汽，以保證系統溫度基本穩定即可。特別是泵入口管線及容器內靜止物料，更應控制伴熱蒸汽量，以防止溫度過高，在泵啟動時引起物料在泵入口處閃蒸而造成汽蝕，損壞設備。

（4）在冬季，若伴熱系統停用，應及時從疏水站低點放凈處排凈伴熱管中的蒸汽凝液，防止伴管被凍裂，必要時可用氮氣吹掃整個伴熱系統管線和閥門，以達到更好的伴熱效果。

（5）在夏季，應關閉冬季防凍伴熱主管上的切斷閥，并在閥后加盲板，防止閥門內漏。從疏水站低點放凈處排凈伴熱管中的蒸汽凝液，同時，用N氮氣吹掃伴熱系統管線和閥門，吹掃完畢后整個系統用氮氣保持微正壓，用以防止伴熱管發生電化學腐蝕，從而延長伴熱管的使用壽命[4、6、7]。

5 結語

蒸汽伴熱是化工裝置中最常用的伴熱方式，其特點是投資費用少、可靠性高、安全性好，但也存在一些問題，如蒸汽的跑、冒、滴、漏現象比較普遍，造成維修保養難度大；蒸汽伴管易腐蝕，一般設計使用壽命為3～5年；由于設計或施工不合理，造成伴熱達不到伴熱要求以及能量利用率低、溫度控制能力差等。因此，在伴熱系統設計和施工中應嚴格按照設計規范和施工規范操作，在運行中加強維護和管理，盡可能降低能耗，延長伴管使用壽命。蒸汽伴熱系統設計和運行的優化以及降低伴管的腐蝕速率，延長使用壽命是蒸汽伴熱研究的方向。

［1］SH／T3040－2002.石油化工管道伴管和夾套管設計規范.

［2］SH 3126－2001.石油化工儀表及管道伴熱和隔熱設計規范.

［3］化工工藝設計手冊（下）第二版.化學工業出版社，1994.

［4］陳讓曲.石油化工廠蒸汽伴熱系統問題討論.煉油設計，1996，26（2）：51－56.

［5］孫洪波，白元峰，李欣平.化工裝置中蒸汽伴熱系統的工藝設計.石油化工設計，2000，17（4）：22－26.

［6］薛祖源.淺談石油化工裝置防凍問題.化工設計，2007，17（2）：15－20.

［7］黃文明.化工生產中蒸汽伴熱的用途與設計安裝.化工時刊，1992，12：29－31.

［8］金福鵬，郭慧，李巖.化工裝置中工藝管道的伴熱設計.遼寧化工，2008，37（5）：326－327.

Several aspects of steam tracing system in chemical plant.

HU Jian-bin MA Yu-bin
(Tianjin Botian Chemical Co.,Ltd,Tianjin 300480,China)

To introduce the steam tracing design in chemical plant and the problems that we should pay attation to in tracing design and installation and operation management.

chemical plant；steam tracing；design；installation；operation management

TQ055.8+1

B

1009－1785(2012)09-0044-04

胡建斌（1979—），男，2002年畢業于沈陽化工學院，化工工藝專業，大學學歷，工程師?，F就任于天津渤天化工有限責任公司環氧氯丙烷廠，從事工藝技術管理工作。

2012-04-15