化工工藝管道的伴熱設(shè)計(jì)探討

周小剛（中國寰球工程公司華北規(guī)劃設(shè)計(jì)院河北省涿州市 郵編：072752）

管道根據(jù)輸送介質(zhì)特性，可分為不保溫管道、保溫管道和保溫伴熱管道。 汽油、煤油等一般用不保溫管道輸送，農(nóng)用柴油、燃料油、間斷輸送的原油等一般用保溫伴熱管道輸送，連續(xù)輸送的原油等一般用保溫管道輸送。 保溫的目的是減少熱損失，節(jié)約能源；滿足工藝生產(chǎn)，保持和發(fā)揮生產(chǎn)能力；以及防止表面燙傷，改善工作環(huán)境。

一、化工工藝管道

伴熱常用的有伴管、夾套管和電伴熱帶3 種方式，其伴熱介質(zhì)有熱水、蒸汽、熱油和電能。 海上平臺(tái)由于受空間限制而多采用電伴熱。 電伴熱具有安全可靠、施工方便、日常維修工作量少；能量的有效利用率高，操作費(fèi)用低；所維持的溫度可以有效地進(jìn)行控制，以防止管道介質(zhì)溫度過熱。 電伴熱方式有感應(yīng)加熱法、直接通電法、電阻加熱法。 ①分配站一般應(yīng)設(shè)置一個(gè)固定支架及一個(gè)滑動(dòng)支架。 ②分配站的低點(diǎn)應(yīng)有排液管、切斷閥。 蒸汽分配站還應(yīng)設(shè)疏水閥。 ③儀表采用的伴熱供汽／供水站一般宜單獨(dú)設(shè)置，不宜與管道的伴熱站共用。其設(shè)計(jì)方法與管道相同(儀表元件的伴熱由儀表專業(yè)自行設(shè)計(jì)，管道專業(yè)僅提供站)。④分配站盡可能靠墻、柱、平臺(tái)欄桿等設(shè)置，其位置應(yīng)使伴前管道盡量短。 ⑤每組伴熱供汽(供水)總管上的切斷閥通常安裝在蒸汽/熱水主管上的出口附近，且裝在水平管上，此閥宜采用截止閥。 ⑥伴熱供汽總管應(yīng)從蒸汽/熱水主管頂部引出，伴熱供汽(供水)管應(yīng)從伴熱站的頂部或水平引出。 用于油管肉的伴熱蒸汽管的管子，應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格挑選，采用無縫鋼管，管子的內(nèi)外表面不得有裂縫、重皮和超過柄靛厚度8%的負(fù)偏差的機(jī)械損傷(撞擊傷，嚴(yán)重劃痕、刮傷)等缺陷。 每根內(nèi)伴熱管的長度在選用時(shí)，應(yīng)比外面配套的油管的長度略長一些，使它在油管兩端100～200mm 處用彎頭穿過油管管壁，內(nèi)伴熱管在油管外的連通管，采用U 型或n 型彎管連接，當(dāng)該段涵管需要法蘭連談時(shí)，蒸汽連通管也應(yīng)用法蘭連接，便于檢修時(shí)統(tǒng)一拆裝。 內(nèi)伴熱管在油管黔的連通管應(yīng)與油管的坡度及坡向相一致。 在適當(dāng)?shù)倪B通管上設(shè)檢查閥門，便于隨時(shí)檢查。

二、化工工藝管道的伴熱設(shè)計(jì)

管道集膚效應(yīng)伴熱技術(shù)是石油化工等企業(yè)熱輸管道用于加熱伴熱及保溫的新技術(shù)、新工藝，國外簡稱為SECT 法，適應(yīng)于中長距離的輸油(超稠油、稠油、高凝油)管道的伴熱和加熱。 集膚效應(yīng)加熱法基本上由輸油管道、伴熱管(內(nèi)含耐熱電纜)、保溫層及保護(hù)外殼四部分組成。 輸油管道和伴熱管都為普通鋼管，伴熱管直徑為15—40mm，間斷地焊接在輸油管道上，耐熱電纜穿在伴熱管中，外面是保溫層和防水外殼。 根據(jù)管徑的大小和伴熱溫度的高低，集膚效應(yīng)伴熱分為單管、雙管和三管伴熱。 耐熱電纜穿在伴熱鋼管內(nèi)，在電纜的一端通入單相交流電，當(dāng)交變電流經(jīng)電纜并通過伴熱管時(shí)，由于集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的作用，電流不是均勻沿著管壁，而是集中在伴熱管內(nèi)表層流過。 管壁集膚層導(dǎo)電截面減小，交流阻抗顯著增加，在相同的電流作用下，伴熱管得到較大的加熱功率，經(jīng)傳導(dǎo)使輸油管線升溫。

若伴熱體的熱容量正好補(bǔ)償正常狀態(tài)下的散熱損失， 不但啟動(dòng)時(shí)間長，而且管道利用率低。 為了啟動(dòng)加熱，伴熱容量多些是必要的。 但容量過多則啟動(dòng)時(shí)間短，雖加熱能量可以節(jié)約，但設(shè)備費(fèi)用要增大。 正常運(yùn)行時(shí)運(yùn)行費(fèi)會(huì)增加。 因此，要假定全年總運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間、停止時(shí)間、啟動(dòng)和停止的次數(shù)，確定最經(jīng)濟(jì)的伴熱體容量。

伴管施工圖的設(shè)計(jì)：①在伴熱研究的基礎(chǔ)上，按選定的伴熱設(shè)計(jì)方法完成伴管施工圖管道布置設(shè)計(jì)。 ②三維計(jì)算機(jī)模型設(shè)計(jì)。 a.在伴熱研究(規(guī)劃)圖基礎(chǔ)上輸入熱源總管、熱介質(zhì)引入管、分配站、冷凝液(熱水回水)收集站、收集站出口回流管、回流管總管的管道模型。 b.一般伴前管、伴管、伴后管不做模型，利用被伴管軸測(cè)圖，標(biāo)注被伴管線伴熱的起止點(diǎn)并填寫伴管表。 當(dāng)項(xiàng)目有特殊要求時(shí)可對(duì)伴前管、伴管、伴后管建立模型。 ③平面設(shè)計(jì)。 a.根據(jù)伴熱研究(規(guī)劃)的結(jié)果，在管道布置圖上加上分配站、冷凝液(熱水回水)收集站、熱源總管、熱介質(zhì)引入管、收集站出口回流管、回流管總管的管道。b.伴管用虛線表示在被伴管邊上。c.熱源總管、熱介質(zhì)引入管、收集站出口回流管、回流管總管的管道要畫軸測(cè)圖。 d.分配站、冷凝液(熱水回水)收集站畫軸測(cè)圖或標(biāo)準(zhǔn)圖，必要時(shí)可包括伴前管、伴后管。e.以被伴管軸測(cè)圖為基礎(chǔ)在被伴管邊上加上虛線，注出伴管來自何處，回到何處，出伴管軸測(cè)圖。 f.簡易設(shè)計(jì)時(shí)可不出伴管軸測(cè)圖，僅填寫伴管表。

如上所述， 伴熱體的熱容量不論是熱源加熱或電加熱都要求有過量的熱量。 但是，電加熱是用定電開關(guān)控制，啟動(dòng)初期與正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的電量并沒變化。 而用熱源加熱時(shí)，只要熱源不變，由于熱源與輸送管的溫差較大，勢(shì)必需要大的熱容量。 因此，蒸汽伴熱管在啟動(dòng)時(shí)的熱負(fù)荷必須考慮輸送管所吸收的熱量，而且當(dāng)其長度超過100～200m 時(shí)供熱的蒸汽主管的熱損失也應(yīng)考慮。

伴熱管的蒸汽(以蒸汽為熱源時(shí))溫度，在不使用傳熱膠泥時(shí)，應(yīng)比輸送管介質(zhì)溫度高一倍，如使用傳熱膠泥時(shí)，僅比輸送介質(zhì)溫度高10-20℃即可。傳熱膠泥可以直接抹在伴熱蒸汽管和被伴熱管之間，以增加它們之間的傳熱。 近年在市場(chǎng)上也可買到成型的傳熱膠泥條。 傳熱膠泥不耐高溫，具體溫度適用范圍見制造廠的樣本說明。

結(jié)論

管道伴熱主要是抵償管道輸送過程中的散熱損失， 保持輸送介質(zhì)溫度不下降。 伴熱需要的熱量除抵償管道散失的熱量外，還要適當(dāng)考慮啟動(dòng)時(shí)加熱管道所需要的熱量。

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