一種分析儀伴熱保溫取樣管束的設(shè)計(jì)方法研究

陳忠革，蘇暢，楊亮，楊威達(dá)

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451）

在海洋平臺(tái)上，由于空間緊張，管線和設(shè)備眾多，在濕度分析儀的安裝過程中，分析儀取樣口距離分析儀本體一般都會(huì)有一定距離。而氣體介質(zhì)中的濕度對(duì)于溫度變化比較敏感，如果到達(dá)分析儀中的介質(zhì)溫度與工藝管線中的介質(zhì)溫度差別較大，對(duì)分析儀的分析結(jié)果將有較大影響。因此在分析儀與取樣口之間使用伴熱保溫管束就很有必要。

1 伴熱保溫管線的組成

一般伴熱保溫管束由取樣管、電伴熱帶、保溫材料及外護(hù)套等組成。在安裝過程中，還需要電源接線盒等附件。

圖1 伴熱保溫管束結(jié)構(gòu)圖

2 取樣管的選型

取樣管的選擇要考慮取樣介質(zhì)的壓力、溫度、介質(zhì)特性、分析儀的要求等因素。對(duì)于一般介質(zhì)可以考慮選用不銹鋼儀表管，對(duì)于腐蝕性介質(zhì)，可以考慮特殊材質(zhì)的儀表管。以世偉洛克卡套管為例，對(duì)于EN ISO 1127公制不銹鋼無縫卡套管，對(duì)應(yīng)的工作壓力如表1所示：

表1 公制不銹鋼卡套管允許工作壓力

若想確定高溫時(shí)的卡套管工作壓力，可將表1中的允許工作壓力乘以表2中所顯示的系數(shù)：

表2 高溫系數(shù)

3 電伴熱帶的選型和計(jì)算

伴熱帶一般分為恒功率電伴熱帶和自限式電伴熱帶兩種。由于自限式電伴熱帶能夠根據(jù)取樣管線表面的溫度變化自動(dòng)調(diào)整發(fā)熱功率對(duì)于熱量損失進(jìn)行補(bǔ)償，一般選用自限式電伴熱帶。

同時(shí)，自限式電伴熱帶還具有啟動(dòng)速度快、伴熱均勻、施工方便和運(yùn)行成本較低等優(yōu)點(diǎn)。

3.1 管線的散熱量計(jì)算

對(duì)室外安裝的取樣管，根據(jù)管線的直徑，保溫層的材料、厚度和所需要的維持溫度與環(huán)境溫度之差ΔT，查表3和表4就能確定單位長度管線的散熱量。

表3 金屬管線的散熱量[1]

20 20 30 40 60 4.0 6.2 8.3 12.8 4.6 7.0 9.5 14.7 5.3 8.1 10.9 16.9 6.2 9,4 12.71 19.6

表4 保溫系數(shù)[1]

舉例計(jì)算：管徑14mm的取樣管，保溫材料為玻璃纖維，保溫層厚度為10mm，要求管線內(nèi)介質(zhì)（天然氣）維持溫度26℃，環(huán)境最低溫度-10℃，計(jì)算單位取樣管散熱量，如下所示：

(1)計(jì)算維持溫度與環(huán)境溫度之差：

ΔT=TM-TA=26-(-10)=36℃；

TM-工藝介質(zhì)所需維持溫度，℃；

TA-最低環(huán)境溫度，℃；

(2)計(jì)算單位長度散熱量：

查表3求出φ14mm金屬管線ΔT=36℃時(shí)的散熱量。從表3可以查出，當(dāng)ΔT=30℃，單位長度金屬管散熱量為9.4W/m，當(dāng)ΔT=40℃，單位長度金屬管散熱量為12.7W/m，ΔT=36℃時(shí)的單位金屬管散熱量QB使用插值法計(jì)算如下：

QB=9.4+(12.7-9.4)×[(36-30)/(40-30)]=11.38(W/m)

根據(jù)表4可知，玻璃纖維的保溫系數(shù)為1.0，所有使用玻璃纖維保溫材料的金屬管單位長度散熱量QB計(jì)算如下：

QB=f×QB=1.0×11.38=11.38(W/m)

3.2 電熱帶長度的計(jì)算

根據(jù)計(jì)算出的單位長度金屬管散熱量（W/m），考慮環(huán)境、電源電壓和功率后，可以根據(jù)電伴熱帶的屬性選擇合適的電伴熱帶。只要使電伴熱帶單位長度額定發(fā)熱量等于或接近計(jì)算單位長度的散熱量即可。

如果金屬管單位長度的散熱量大于電伴熱帶單位長度額定發(fā)熱量，這樣不能保證管線的維持溫度，可以使用下面兩種方法解決：

(1)同時(shí)使用兩條或多條平行走向的電伴熱帶；

(2)將電伴熱帶纏繞在管線上；

3.3 電伴熱帶的選型

海上油氣平臺(tái)使用較多的是美國瑞侃公司的電伴熱帶，以XTV型電伴熱帶為例，電伴熱帶的功率、尺寸和重量如表5所示。

表5 XTV型電伴熱帶功率、尺寸和重量

根據(jù)散熱量的計(jì)算結(jié)果QB=11.38W/m，可以看出型號(hào)為4XTV2-CT-T3的電伴熱帶可以滿足金屬管的散熱量需求。

3.4 安裝附件

在伴熱保溫管束的安裝過程中，還需要電源接線盒、尾端、護(hù)管/托架、扎帶和位號(hào)牌等附件。電源接線盒用于連接電源線和電伴熱帶；尾端用于電伴熱帶末端的密封，防止電伴熱帶受潮發(fā)生短路；護(hù)管/托架和扎帶用于保護(hù)和固定伴熱保溫管束；位號(hào)牌用于識(shí)別伴熱保溫管束的用途。

4 結(jié)束語

本文介紹了一種分析儀保溫伴熱取樣管束的設(shè)計(jì)方法，包括管束的組成，儀表管的選型，散熱量的計(jì)算和電伴熱帶的選型方法。此管束可以用于分析儀的取樣，確保分析取樣介質(zhì)更接近工藝管線中的介質(zhì)，從而使分析結(jié)果更準(zhǔn)確。希望本文可給類似需求提供參考和借鑒。

◆參考文獻(xiàn)

[1] 《海洋石油工程設(shè)計(jì)指南》編委會(huì). 海洋石油工程電氣、儀控、通信設(shè)計(jì)[M].北京：石油工業(yè)出版社，2007，296-299.