工藝管道蒸汽伴熱設(shè)計(jì)要點(diǎn)

甄崇汀 中石化寧波工程有限公司 寧波 315103

石油化工裝置中管道伴熱主要是為了防止管內(nèi)介質(zhì)結(jié)晶、冷凝、凝固、凍結(jié)以及維持管內(nèi)介質(zhì)操作溫度(粘度)。伴熱管道的伴熱方式分為外管伴熱、內(nèi)管伴熱、夾套管伴熱和電伴熱。蒸汽取用方便，潛熱大，因此蒸汽伴熱廣泛運(yùn)用于石油化工行業(yè)中。

1 蒸汽伴熱管道設(shè)計(jì)依據(jù)

石油化工裝置中管道蒸汽伴熱按照《石油化工管道伴管和夾套管設(shè)計(jì)規(guī)范》SH/T 3040 -2012(以下簡(jiǎn)稱規(guī)范)設(shè)計(jì)，對(duì)指導(dǎo)和規(guī)范伴熱設(shè)計(jì)起到了重要作用。

2 設(shè)計(jì)參數(shù)的選取

2.1 環(huán)境溫度

環(huán)境溫度的選取與管道布置及運(yùn)行情況有關(guān)。位于采暖的建構(gòu)筑物室內(nèi)，環(huán)境溫度取20℃;室外環(huán)境溫度應(yīng)根據(jù)工藝要求，按最不利環(huán)境溫度條件選取。在2012 版規(guī)范中環(huán)境溫度:取歷年年平均溫度的平均值。對(duì)于防凍伴熱，取歷年最冷月份的平均溫度的平均值［1］。

2.2 伴熱介質(zhì)溫度

管道蒸汽伴熱主要靠蒸汽的潛熱進(jìn)行伴熱，所以蒸汽伴熱介質(zhì)溫度取蒸汽壓力下對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽溫度。石油化工裝置中蒸汽系統(tǒng)一般為過(guò)熱蒸汽，常見(jiàn)的蒸汽壓力有中壓蒸汽 (2MPa、1.6MPa 、1MPa ) 和低壓蒸汽 (0.6MPa、0.4MPa)。伴管蒸汽壓力一般選取0.4MPa、1MPa、1.6MPa，對(duì)應(yīng)的飽和溫度為 151℃、183℃、202℃［1］。

2.3 伴熱管直徑選擇

伴管的管徑宜為Φ10、Φ12、DN15、DN20、DN25，伴管根數(shù)不宜超過(guò)4 根，原則是“大直徑少根數(shù)”。而國(guó)外伴熱管采用“小直徑多根數(shù)”。從熱傳遞效果看，以小直徑多根數(shù)為佳。在工程設(shè)計(jì)中，宜采用同一規(guī)格的伴熱管，常選用管徑為DN15、DN20，便于采購(gòu)施工。

3 伴熱管道設(shè)計(jì)的優(yōu)化

3.1 蒸汽分配站和疏水站總體布置

蒸汽分配站布置原則:根據(jù)管道平面布置圖中被伴熱管道的疏密程度(3 m 半徑范圍內(nèi)如有3個(gè)或3 個(gè)以上的伴熱點(diǎn))需設(shè)置蒸汽分配站。蒸汽分配站首先考慮室內(nèi)布置，且采用自上而下的布置方式，即蒸汽分配站盡量布置在建筑物或框架的上層，保證冷凝液能匯總到低點(diǎn)位置回收利用。

疏水站布置原則:根據(jù)管道平面布置圖中被伴熱管道的疏密程度(3 m 半徑范圍內(nèi)如有3 個(gè)或3 個(gè)以上的回收點(diǎn))需設(shè)置疏水站。疏水站盡量布置在建筑物或框架的最低點(diǎn)位置。

3.2 疏水站的管道設(shè)計(jì)

為了便于疏水閥進(jìn)行壓力試驗(yàn)和清洗檢修，疏水閥前應(yīng)設(shè)置切斷閥。當(dāng)伴熱管道系統(tǒng)吹掃或停車(chē)再開(kāi)車(chē)時(shí)，伴管中的污水需要排除，在切斷閥前應(yīng)設(shè)置排污閥。為了方便操作，疏水站凝結(jié)水收集管間距以200mm 為宜。曾有項(xiàng)目為節(jié)約管道材料，切斷閥和排污閥都未設(shè)置。在疏水閥前設(shè)置切斷閥，當(dāng)伴熱管系統(tǒng)壓力試驗(yàn)時(shí)，伴熱管系統(tǒng)和疏水閥能有效隔開(kāi)。疏水閥前的排污閥也必不可少，這樣可以有效減少污物或鐵銹全部進(jìn)入疏水閥，防止疏水閥堵塞或破壞。同時(shí)，排污閥盡量與凝結(jié)水管道布置成同一垂直面，防止管道內(nèi)機(jī)械雜質(zhì)直接進(jìn)入疏水閥前過(guò)濾器。蒸汽分配站應(yīng)留有一定數(shù)量的備用接頭，以便檢修吹掃、開(kāi)停車(chē)使用。建議疏水閥前應(yīng)設(shè)置切斷閥和排污閥，見(jiàn)圖1，盡管增加了一些費(fèi)用，但對(duì)裝置的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行是有利的。

圖1 蒸汽疏水站水平安裝的典型示意圖

3.3 疏水閥組的管道設(shè)計(jì)

3.3.1 疏水閥不應(yīng)設(shè)置旁通閥

在某些化工裝置中疏水閥設(shè)有旁通閥，便于疏水閥損壞后更換檢修。2012 版規(guī)范中明確規(guī)定，蒸汽疏水閥組不應(yīng)設(shè)置旁路閥。因?yàn)槭杷y的檢修主要是清洗疏水閥前過(guò)濾器或者更換同一型號(hào)的疏水閥，十分鐘即可完成更換。這樣短時(shí)間的關(guān)閉，對(duì)管道伴熱系統(tǒng)不會(huì)產(chǎn)生影響，且疏水閥設(shè)有旁通閥會(huì)存在蒸汽竄入凝結(jié)水總管的風(fēng)險(xiǎn)，使系統(tǒng)背壓升高，影響疏水閥正常工作，導(dǎo)致疏水量減少，伴管中凝結(jié)水越積越多，干擾凝結(jié)水管網(wǎng)正常運(yùn)行。兩個(gè)以上的疏水閥并聯(lián)時(shí)，疏水閥應(yīng)處于同一標(biāo)高且管道盡量對(duì)稱布置，使阻力降分布均勻［1］。

3.3.2 疏水閥組的管道設(shè)計(jì)

蒸汽凝結(jié)水回收與否，疏水閥組的管道設(shè)計(jì)有所不同。典型布置見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 凝結(jié)水回收典型布置

圖3 凝結(jié)水不回收典型布置

(1)凝結(jié)水回收的管道設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖2)

在密閉凝結(jié)水系統(tǒng)中，公稱直徑大于DN40 的凝結(jié)水返回管宜順介質(zhì)流向45°斜接在凝結(jié)水回收總管的頂部，以減少疏水閥背壓壓力，保證疏水閥正常運(yùn)行。

(2)凝結(jié)水不回收的管道設(shè)計(jì)(見(jiàn)圖3)

在敞開(kāi)凝結(jié)水系統(tǒng)中，蒸汽疏水閥排出的凝結(jié)水應(yīng)采用汽水分離器并經(jīng)冷卻后排至下水系統(tǒng)。本文給出汽水分離器典型圖見(jiàn)圖4。

圖4 汽水分離器典型圖

3.4 被伴熱管道布置

3.4.1 被伴熱管道集中布置

在滿足工藝要求的前提下，將同一介質(zhì)、同一工藝要求的管道集中、靠近布置，以便縮短伴熱管，提高伴熱效率，方便施工。如硫回收裝置硫磺漿液管道、尿素裝置中不同濃度的尿液管道等。

3.4.2 冬季伴熱管道和常年伴熱管道分開(kāi)伴熱

在高寒地區(qū)，冬季溫度與夏季溫度相差大，防凍型伴熱在夏季無(wú)需開(kāi)啟。冬季防凍型伴熱管道與常年伴熱管道分開(kāi)布置，方便操作運(yùn)行，節(jié)約能源。如脫鹽水管道、透平凝液管道等。如果裝置條件允許，為了節(jié)約蒸汽，可在裝置區(qū)內(nèi)設(shè)兩個(gè)蒸汽伴熱系統(tǒng)，分別供常年及冬季防凍伴熱用，到夏季可將冬季伴熱系統(tǒng)關(guān)掉。

3.4.3 直徑DN50 以下管道考慮集中聯(lián)合伴熱

石油化工裝置中常用伴管最小直徑為DN15，對(duì)于被伴熱管直徑為DN50 以下時(shí)，其伴熱能力是過(guò)剩的。這時(shí)，將工藝工況相同的小直徑管道集中布置聯(lián)合伴熱，整體保溫，可以減少伴管長(zhǎng)度和閥門(mén)個(gè)數(shù)，節(jié)約能源。如生活水與脫鹽水管道，聯(lián)合伴熱，整體保溫。

3.5 管道伴熱統(tǒng)籌設(shè)計(jì)

為了整個(gè)裝置伴熱熱量充分利用，一個(gè)裝置區(qū)域的伴熱設(shè)計(jì)建議由專人完成設(shè)計(jì)。并按《石油化工裝置詳細(xì)工程設(shè)計(jì)內(nèi)容》SH SG-053 規(guī)定，完成管道伴熱表和伴熱管道系統(tǒng)圖或伴熱管道布置圖。

4 材料的選型

4.1 捆扎材料的選型

伴管宜用金屬綁扎帶(12mm ×0.5mm)或鍍鋅鐵絲(Φ0.8mm)捆扎。根據(jù)伴熱管道規(guī)格的不同，捆扎間距從0.8m ～2m 進(jìn)行選擇，有隔離塊的伴管應(yīng)在隔離塊處捆扎;當(dāng)伴管捆扎材料與被伴管有接觸腐蝕時(shí)，在接觸處應(yīng)加隔離墊(如石棉紙或石棉板，規(guī)格50mm ×25mm ×10mm);當(dāng)主管為不銹鋼管，伴熱管為碳鋼管時(shí)，隔離墊宜采用氯離子含量不超過(guò)50mg/kg 的非金屬墊(50mm×25mm×10mm)或不銹鋼薄板(50mm ×1mm)，并應(yīng)采用不銹鋼絲或不引起滲碳的綁扎帶捆扎［3］。

4.2 疏水閥選型注意事項(xiàng)

疏水閥閥組管道設(shè)計(jì)中，在疏水閥上游與進(jìn)口切斷閥間應(yīng)裝有過(guò)濾器，當(dāng)疏水閥本身帶過(guò)濾器時(shí)，外裝過(guò)濾器可省略。

當(dāng)疏水閥出口管有向上立管時(shí)，需要設(shè)置止回閥，或者選用本體帶止逆功能的疏水閥。如熱動(dòng)力型疏水閥 (疏水閥本體帶過(guò)濾器和止逆功能)，連接方式宜選用焊接連接。

5 其它

5.1 導(dǎo)熱膠泥的選用

因?yàn)榘闊峁艿琅c被伴熱管為線接觸，使用導(dǎo)熱膠泥可以增大傳熱面積，是提高伴熱效率的一種有效手段。采用導(dǎo)熱膠泥時(shí)，蒸汽伴管最大允許有效伴熱長(zhǎng)度宜縮短20%。這是由于接觸面增大后，伴熱蒸汽管傳遞的熱量增加，有效伴熱長(zhǎng)度減少。但由于國(guó)內(nèi)缺少導(dǎo)熱膠泥使用經(jīng)驗(yàn)，工程設(shè)計(jì)中一般不選用帶導(dǎo)熱膠泥伴熱。根據(jù)相關(guān)研究，一根帶導(dǎo)熱膠泥的伴熱管伴熱效果至少相當(dāng)于3 根不帶導(dǎo)熱膠泥的伴熱管，節(jié)約能源顯而易見(jiàn)。實(shí)踐證明采用導(dǎo)熱膠泥的外伴熱管，可以代替投資昂貴的夾套管及多根伴熱管，宜推廣使用［2］。

5.2 閥門(mén)安裝要求

由于伴管一般都是DN25 以下規(guī)格，小口徑蒸汽介質(zhì)閥門(mén)一般選擇截止閥。由于截止閥有流向安裝要求，一般按“低進(jìn)高出”安裝。圖1 中閥門(mén)兩端連接型式為SW -RF 的閥門(mén)，在閥門(mén)采購(gòu)時(shí)，需備注說(shuō)明。如排污閥的上游端為焊接端。

5.3 伴管的靜電接地

伴熱管線的進(jìn)汽口，回水口需與工藝管道(被伴熱管)等電位連接。伴管不得直接焊在被伴熱管上，具體做法見(jiàn)圖5。

圖5 伴管靜電接地典型做法

5.4 伴管安裝注意事項(xiàng)

伴熱管經(jīng)過(guò)主管法蘭、閥門(mén)時(shí)，伴熱管應(yīng)設(shè)置可拆卸的連接件(如法蘭連接)，不能妨礙主管道閥門(mén)、法蘭等管道附件的拆裝和檢修。此要求需在現(xiàn)場(chǎng)施工中落實(shí)。

6 結(jié)語(yǔ)

伴熱管道的合理設(shè)計(jì)，可以做到節(jié)省投資，節(jié)約能源，方便施工，使裝置能長(zhǎng)、滿、優(yōu)運(yùn)行。

1 SH/T 3040 -2012，石油化工管道伴管和夾套管設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

2 潘紅良. 應(yīng)用導(dǎo)熱膠泥伴管的伴熱效率研究［J］. 天然氣工業(yè)，2005年第2 期，P172 -175.

3 GB 50517 -2010，石油化工金屬管道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.