化工裝置蒸汽伴熱系統(tǒng)問(wèn)題討論

胡建斌，馬玉斌

（天津渤天化工有限責(zé)任公司，天津300480）

化工裝置蒸汽伴熱系統(tǒng)問(wèn)題討論

胡建斌，馬玉斌

（天津渤天化工有限責(zé)任公司，天津300480）

介紹了化工裝置中蒸汽伴熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及在設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行管理中應(yīng)注意的問(wèn)題。

化工裝置；蒸汽伴熱；設(shè)計(jì)；安裝；運(yùn)行管理

1 前言

化工生產(chǎn)中，伴熱是將熱能由外部熱源供給管線系統(tǒng)或設(shè)備，用以保證設(shè)備和管線系統(tǒng)能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，從而完成連續(xù)的化工操

作。在確定需要伴熱的管線時(shí)應(yīng)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(shè)計(jì)。

2 蒸汽伴熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

化工生產(chǎn)中，根據(jù)伴熱

介質(zhì)不同伴熱分為蒸汽伴熱、熱水伴熱和電伴熱3種，在國(guó)內(nèi)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(nèi)伴熱和夾套伴熱，在實(shí)際生產(chǎn)中絕大部分為外伴熱。

2.1 伴熱管的材質(zhì)和規(guī)格

蒸汽伴熱管的材質(zhì)主要有紫銅管、不銹鋼管和碳鋼管，伴熱管材質(zhì)的選用主要由用途、使用環(huán)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(qiáng)的環(huán)境中，由于碳鋼管極易被腐蝕，應(yīng)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(zhì)和規(guī)格可按表1選取[2、5]。

表1 蒸汽伴管材質(zhì)和管徑

2.2 伴熱管的管徑與根數(shù)

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

式中：K—熱損失附加系數(shù)，取1.15～1.25；

t—被伴介質(zhì)溫度，℃；

ta—環(huán)境溫度，℃；

tst—伴管介質(zhì)溫度，℃；

λ—保溫材料制品導(dǎo)熱系數(shù)，W/m·℃；

α—保溫層外表面向大氣的放熱系數(shù)，W/m·℃；

αi—保溫層內(nèi)加熱空間空氣向外表面向保溫層的放熱系數(shù)，W/m·℃；

D0—保溫層外徑，m；

Di—保溫層內(nèi)徑，m；

d0—伴管外徑，m。

在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，可根據(jù)伴熱蒸汽溫度（或壓力）、環(huán)境溫度、被伴管管徑、被伴介質(zhì)輸送溫度和保溫層厚度等參數(shù)直接參照設(shè)計(jì)規(guī)范中給定的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選取，如表2所示[1、3]。

表2 蒸汽伴管根數(shù)及管徑（環(huán)境溫度-15℃）

2.3 伴熱管的最大允許有效伴熱長(zhǎng)度

伴熱管的最大允許有效伴熱長(zhǎng)度與蒸汽壓力和伴熱管直徑有關(guān)，若伴管長(zhǎng)度超過(guò)最大允許長(zhǎng)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(xiàn)伴熱蒸汽未到末端就已變成冷凝水的現(xiàn)象，影響伴熱效果。伴熱管的最大允許有效伴熱長(zhǎng)度的理論計(jì)算涉及因素甚多，因此，在設(shè)計(jì)中常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)做出規(guī)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(xiàn)U形彎是不可避免的，U形彎的出現(xiàn)會(huì)增加蒸汽伴熱管的壓力降，不利于空氣的排除，產(chǎn)生氣阻，同時(shí)會(huì)引起水擊。設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)不同蒸汽壓力下的U形彎累計(jì)高度做出了規(guī)定，見表4。同時(shí)規(guī)定，若U形彎的累計(jì)上升高度超過(guò)表4中數(shù)值時(shí)，宜適當(dāng)減少伴熱管最大有效伴熱長(zhǎng)度，但伴熱管累計(jì)上升高度不宜超過(guò)10 m，U形彎累計(jì)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(zhǎng)度

表4 蒸汽伴管允許U形彎累計(jì)上升高度

2.5 蒸汽伴熱系統(tǒng)的配管設(shè)計(jì)

蒸汽伴熱系統(tǒng)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(shè)計(jì)能夠保證伴熱系統(tǒng)的正常運(yùn)行，方便生產(chǎn)管理，降低能耗[1、3、4]。

2.5.1 伴熱蒸汽供汽管線的設(shè)計(jì)

伴熱蒸汽供汽管線的設(shè)計(jì)在規(guī)范中只規(guī)定應(yīng)從主蒸汽管頂部引出，并在靠近引出處設(shè)切斷閥，并未對(duì)管線布置做出明確規(guī)定，因此，在管線設(shè)計(jì)時(shí)，隨意性很大。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，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(jié)約蒸汽，其管線布置如圖2所示。

蒸汽伴熱總管和支管應(yīng)選用無(wú)縫鋼管，其管徑由伴熱所需蒸汽量對(duì)照表5選取，伴熱所需蒸汽量m可根據(jù)式（3）計(jì)算.

表5 伴熱蒸汽總管和支管與飽和蒸汽流量、流速關(guān)系

式中：K1—比率系數(shù)，一般取K1=2；

qi—管線的允許熱損失，kJ/（m·h）；

L1—伴管長(zhǎng)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(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)集中供氣和集中疏水，裝置內(nèi)伴熱系統(tǒng)應(yīng)規(guī)劃若干個(gè)供氣站和疏水站，站的布置應(yīng)統(tǒng)一規(guī)劃，布局合理。設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定在3 m半徑范圍內(nèi)，如果有3個(gè)或3個(gè)以上伴熱點(diǎn)及回收點(diǎn)時(shí)，應(yīng)設(shè)置蒸汽分配站和疏水站，并將它們布置在地面或平臺(tái)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(jì)算出“S”值，然后按表6查取。

式中：DN15、?12、?10伴管根數(shù)；

A—DN20伴管根數(shù)；B—DN25伴管根數(shù)。

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(duì)其使用和伴熱效果有直接影響，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)，一是疏水閥組一般不設(shè)旁路，以防止蒸汽泄漏入凝結(jié)水系統(tǒng)而增加凝結(jié)水系統(tǒng)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(yīng)在疏水閥前的直管段低點(diǎn)設(shè)置排污閥，且要在疏水閥前設(shè)置過(guò)濾器（疏水器自帶過(guò)濾器的可不設(shè)），以防止管路內(nèi)雜質(zhì)進(jìn)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(shè)計(jì)

由于蒸汽冷凝液在回水管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，隨著壓力降低，部分冷凝液會(huì)產(chǎn)生蒸發(fā)現(xiàn)象，同時(shí)，疏水器在使用過(guò)程中蒸汽會(huì)通過(guò)閥片泄漏到冷凝液回收管道中，使回水管道內(nèi)出現(xiàn)汽、水混合狀態(tài)，使回水管內(nèi)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(yīng)等于蒸汽伴熱管的管徑或大一級(jí)。

3 蒸汽伴熱系統(tǒng)在安裝過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題

蒸汽伴熱系統(tǒng)在安裝過(guò)程中除應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行外，還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）伴管蒸汽應(yīng)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(shè)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(shí)分配站和疏水站應(yīng)留有一定數(shù)量的備用接頭，并用管帽或法蘭蓋封堵；

（3）伴管蒸汽應(yīng)從高點(diǎn)引入，沿被伴熱管道由高向抵敷設(shè)，凝結(jié)水應(yīng)從低點(diǎn)排出，應(yīng)盡量減少U形彎，以防止產(chǎn)生氣阻和液阻；

（4）伴熱管連接應(yīng)采用焊接，改變方向時(shí)，宜采用現(xiàn)場(chǎng)煨彎，在經(jīng)過(guò)閥門、管件時(shí)，應(yīng)沿其外形敷設(shè)，且宜避免或減少U形彎；

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

（6）伴管的結(jié)構(gòu)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(dāng)被伴熱介質(zhì)為熱敏性物料或被伴管與伴管產(chǎn)生接觸腐蝕時(shí)，應(yīng)在伴熱管與被伴管之間加隔離快，并在墊層處捆扎；當(dāng)伴管捆扎材料與被伴管之間有接觸腐蝕時(shí)，應(yīng)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(dāng)伴熱管直線距離較長(zhǎng)（大于40 m）時(shí)，除伴熱管隨被伴管的L形自然補(bǔ)償外，一般每隔20～30 m設(shè)1個(gè)U形或Ω形補(bǔ)償器，當(dāng)被伴管有法蘭或閥門或彎管時(shí)，可隨法蘭或閥門或彎管外形設(shè)補(bǔ)償器，但所有補(bǔ)償器都不得出現(xiàn)袋形；

（8）為識(shí)別伴管走向，對(duì)蒸汽分配站和疏水站以及與其相連的伴熱管應(yīng)按設(shè)計(jì)編號(hào)作標(biāo)記，將編號(hào)壓印在鋁或不銹鋼制的標(biāo)牌上，并系在相應(yīng)的伴管上，同時(shí)，為防止標(biāo)牌損壞或丟失還應(yīng)編制相應(yīng)的伴熱系統(tǒng)圖，對(duì)伴熱系統(tǒng)的維護(hù)保養(yǎng)[1、2、4、7、8]。

4 蒸汽伴熱系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題

（1）伴熱系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)按時(shí)巡檢，發(fā)現(xiàn)泄漏要及時(shí)處理，對(duì)破損的保溫層也應(yīng)盡快修復(fù)，以防止雨、雪水進(jìn)入保溫層而加快伴熱管的腐蝕速度。

（2）伴熱系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)定期檢查伴熱效果，若發(fā)現(xiàn)伴熱溫度不能達(dá)到要求應(yīng)盡快查找原因。一般，伴管達(dá)不到伴熱要求有2種可能，一是疏水器發(fā)生堵塞而不能正常工作，此時(shí)，應(yīng)清通疏水器并定期從排污閥排出伴管中的雜質(zhì)；一是伴管阻力大，造成蒸汽短路，這可能是別的疏水器發(fā)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(fù)荷相差較大造成的，此時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同原因做相應(yīng)處理。

（3）當(dāng)系統(tǒng)處于停車狀態(tài)時(shí)，為防止某些管線或容器內(nèi)物料過(guò)熱，對(duì)低沸點(diǎn)的物料應(yīng)關(guān)小或間斷通入伴熱蒸汽，以保證系統(tǒng)溫度基本穩(wěn)定即可。特別是泵入口管線及容器內(nèi)靜止物料，更應(yīng)控制伴熱蒸汽量，以防止溫度過(guò)高，在泵啟動(dòng)時(shí)引起物料在泵入口處閃蒸而造成汽蝕，損壞設(shè)備。

（4）在冬季，若伴熱系統(tǒng)停用，應(yīng)及時(shí)從疏水站低點(diǎn)放凈處排凈伴熱管中的蒸汽凝液，防止伴管被凍裂，必要時(shí)可用氮?dú)獯祾哒麄€(gè)伴熱系統(tǒng)管線和閥門，以達(dá)到更好的伴熱效果。

（5）在夏季，應(yīng)關(guān)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(nèi)漏。從疏水站低點(diǎn)放凈處排凈伴熱管中的蒸汽凝液，同時(shí)，用N氮?dú)獯祾甙闊嵯到y(tǒng)管線和閥門，吹掃完畢后整個(gè)系統(tǒng)用氮?dú)獗３治⒄龎?，用以防止伴熱管發(fā)生電化學(xué)腐蝕，從而延長(zhǎng)伴熱管的使用壽命[4、6、7]。

5 結(jié)語(yǔ)

蒸汽伴熱是化工裝置中最常用的伴熱方式，其特點(diǎn)是投資費(fèi)用少、可靠性高、安全性好，但也存在一些問(wèn)題，如蒸汽的跑、冒、滴、漏現(xiàn)象比較普遍，造成維修保養(yǎng)難度大；蒸汽伴管易腐蝕，一般設(shè)計(jì)使用壽命為3～5年；由于設(shè)計(jì)或施工不合理，造成伴熱達(dá)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(tǒng)設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)規(guī)范和施工規(guī)范操作，在運(yùn)行中加強(qiáng)維護(hù)和管理，盡可能降低能耗，延長(zhǎng)伴管使用壽命。蒸汽伴熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行的優(yōu)化以及降低伴管的腐蝕速率，延長(zhǎng)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(shè)計(jì)規(guī)范.

［2］SH 3126－2001.石油化工儀表及管道伴熱和隔熱設(shè)計(jì)規(guī)范.

［3］化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)（下）第二版.化學(xué)工業(yè)出版社，1994.

［4］陳讓曲.石油化工廠蒸汽伴熱系統(tǒng)問(wèn)題討論.煉油設(shè)計(jì)，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(tǒng)的工藝設(shè)計(jì).石油化工設(shè)計(jì)，2000，17（4）：22－26.

［6］薛祖源.淺談石油化工裝置防凍問(wèn)題.化工設(shè)計(jì)，2007，17（2）：15－20.

［7］黃文明.化工生產(chǎn)中蒸汽伴熱的用途與設(shè)計(jì)安裝.化工時(shí)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(shè)計(jì).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(yè)于沈陽(yáng)化工學(xué)院，化工工藝專業(yè)，大學(xué)學(xué)歷，工程師?，F(xiàn)就任于天津渤天化工有限責(zé)任公司環(huán)氧氯丙烷廠，從事工藝技術(shù)管理工作。

2012-04-15