高凝點物料管道的內管伴熱設計

萬保坡（長園華盛（泰興）鋰電材料有限公司，江蘇泰興225400）

高凝點物料管道的內管伴熱設計

萬保坡（長園華盛（泰興）鋰電材料有限公司，江蘇泰興225400）

管道伴熱的目的是維持管道內介質的溫度，蒸汽是化工管路伴熱裝置中廣泛采用的一種伴熱介質。目前常用的蒸汽伴管主要有外伴熱管、夾套管、內加熱管。對于高凝固點的物料如鄰苯二胺，夾套管的使用存在一些限制，因此根據現場經驗，設計了內加熱管，實際使用效果良好。

蒸汽伴熱；高凝固點；鄰苯二胺；內管伴熱

化工裝置有很多管道需要伴熱，用于維持管道內物料的溫度。常見的伴熱介質有熱水、蒸汽、導熱油、電伴熱等。從成本及伴熱效果綜合考慮，大部分伴熱管均使用蒸汽作為伴熱介質。石化標準SH/T 3040-2012《石油化工管道伴管和夾套管設計規范》對蒸汽伴熱管的設計做出了詳細的規定。其中規定，對于介質凝固點高于100℃時，應選用內管焊縫隱蔽型夾套管（全夾套）伴熱，管道上的閥門、法蘭、過濾器等應為夾套型【1】。但在實際生產中，發現全夾套管有如下缺點：

⑴．管道重量隨內管直徑增大而幾倍增大，不方便安裝。如內管規格為Φ108×4mm，外夾套管規格為Φ159×4mm時每米夾套管理論重量達到24.5kg【2】，不方便安裝及維修。

⑵．鋼材使用量增大（例如Φ108×4mm內管需要Φ159×4mm外套管，鋼材耗用增大），增加了建設成本。

⑶．有毒有害介質無法使用全夾套管，只能使用內管焊縫外漏的半夾套形式。半夾套形式存在伴熱死區，物料容易凝結，堵塞管道，妨礙生產的正常進行。

⑷．管道保溫材料直徑增大（Φ108×4mm的內管需要使用Φ159×4mm外管，保溫棉管內徑需要159mm規格），增加了保溫成本。

在鄰苯二胺項目中，由于鄰苯二胺凝固點為102-104℃，對于管道的輸送流暢提出了更高的要求。為了解決物料安全輸送問題，對伴熱管做出進一步改進設計。

1 介質凝固點超過100℃的伴熱管改進

為了解決以上問題，在15000噸/年鄰苯二胺工程項目中，創造性的開發了內管伴熱的技術。裝置投產后至今，管路運行穩定，降低了生產維護成本。

內管伴熱系統的示意圖如下:

如圖所示：Φ108×4mm的物料管中安裝一根Φ18×2mm蒸汽管。蒸汽內管在物料管兩端通過煨彎穿出物管外壁，然后焊接連接法蘭。整根內加熱管在接觸物料部分沒有焊縫。

內管加熱的伴熱技術優點如下：

⑴．相比全夾套管伴熱，管道重量大幅降低，方便安裝。如物料管規格為Φ108×4mm，內加熱管使用Φ18×2mm。每米內加熱管理論重量只有12kg，比全夾套管減少了50%。

⑵．不再使用大規格外加套鋼管，材料成本大幅降低，可以節省約50%的材料及安裝成本，效益明顯。

⑶．伴熱效果好，節省能源。夾套管伴熱蒸汽在向物料提供熱量的同時還會向環境散熱，而內加熱管浸沒在物料中，熱量全部由物料吸收，不會向環境中散熱，節能效果明顯。

⑷．所有焊縫外漏，利于檢修及試壓，可以用于輸送有毒有害介質。

⑸．保溫棉管不需要放大規格，節省保溫成本30%以上。

2 內管伴熱技術施工注意事項

內管伴熱具有很多優點，但施工時需要注意以下幾點，不然會影響使用效果。

⑴．內伴熱管由于需要浸沒在物料中，因此需要注意防腐；同時由于內伴熱管內徑都較小（一般為Φ18mm或Φ25mm），因此需要使用不銹鋼或合金鋼材質。

⑵．內伴熱管浸沒在物料管中的部分不能留有焊縫，所有彎頭均為機械煨彎。

⑶．公稱直徑DN80及以上物料管可以使用內伴熱管，DN65及以下管道由于無法制作，不能使用。

⑷．受限于鋼管長度（浸沒在物料中的管線不能有焊縫），使用內伴熱管的物料管道兩片法蘭間的總距離為購買的內加熱管長度減去0.8米。

⑸．內伴熱管安裝前必須嚴格試壓、試漏、試通。在保證內伴熱管暢通、無泄漏基礎上才可安裝。

3 實際使用案例

在15000噸/年鄰苯二胺工程項目中，以下介質均需要伴熱：鄰硝基氯苯（凝固點31-33℃），鄰硝基苯胺（凝固點69.7℃），鄰苯二胺（凝固點102-104℃）。經過反復試驗，并參照SH/T 3040-2012規范，對三種物料設計了不同的伴熱方式：

含鄰硝基氯苯介質管路使用Φ25mm×2.5mm蒸汽伴熱管；

含鄰硝基苯胺介質管路使用半夾套管伴熱，管線上的閥門、視鏡、過濾器等均使用夾套型。

含鄰苯二胺介質管路外徑小于Φ89mm的使用全夾套管，外徑大于等于Φ89mm的使用蒸汽內管伴熱。管線上的閥門、視鏡、過濾器等均使用全夾套型。

裝置于2011年投產后，伴熱系統穩定，運行至今未發生物料凝固堵塞問題。

4 結語

對于凝固點高于100℃的介質，當管徑較大時，使用全夾套伴熱安裝及維護、保溫成本很高或者由于介質特性而無法使用全夾套伴熱時，本文提供了一種新的伴熱方法：內管伴熱技術。通過對比兩種方法的優缺點，詳細論述了內管加熱技術的施工方法及注意事項，為類似物料管道的伴熱系統在節約投資、方便施工、易于操作的設計、施工上提出了新的方向。為裝置的穩定運行提供充分的保障。

[1]SH/T 3040-2012《石油化工管道伴管和夾套管設計規范》中國石化出版社.

[2]《化工工藝設計手冊》第四版下冊p193化學工業出版社.

萬保坡（1983-）；性別：男，籍貫：河北衡水人，學歷：本科，畢業于上海交通大學；現有職稱：中級工程師；研究方向：化學工程。