石油化工工藝管道伴熱管設(shè)計

郝培波(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101)

0 引言

在工業(yè)化和城市化快速發(fā)展的大環(huán)境下，現(xiàn)在很多的產(chǎn)業(yè)積極地發(fā)展建設(shè)，人們的生產(chǎn)生活在各個方面都用到能源開發(fā)，而且開發(fā)要求出現(xiàn)了一定的改變和優(yōu)化，除了更加強調(diào)數(shù)量和規(guī)模的拓展之外，也注重安全性和穩(wěn)固性的提升，這種變化也給企業(yè)的創(chuàng)新提供了更加鮮明的思路。石油化工作為支撐社會現(xiàn)代化建設(shè)的關(guān)鍵基礎(chǔ)，在這個形式下應(yīng)該對其給予充分關(guān)注，尤其是工藝管道的一些施工情況。工藝設(shè)備和使用的管道出現(xiàn)的一些伴熱問題，一直以來都是石油化工比較重視的方面，而伴熱技術(shù)的不斷發(fā)展，滿足了熱量的供給問題，還解決了保溫和防凍的相關(guān)要求。

1 石油化工工藝管道伴熱技術(shù)主要內(nèi)容

管道伴熱技術(shù)是隨著石油化工工業(yè)發(fā)展應(yīng)運而生的先進產(chǎn)物，是具有科學性的保溫防凍技術(shù)，現(xiàn)在逐漸應(yīng)用在社會的各個方面。而實際的伴熱方式和伴熱技術(shù)有很多不同的類型，主要有傳統(tǒng)伴熱和自動調(diào)控電伴熱這兩個不同的方面，以前的伴熱只包含伴管伴熱和夾套伴熱。根據(jù)電伴熱的一些工作原理可以看出，伴熱管道在工作的時候，四周環(huán)境所受的溫度呈現(xiàn)明顯地下降趨勢，因此分子會出現(xiàn)收縮情況，如果碳顆粒中存在電路流動時，隨之伴熱管出現(xiàn)發(fā)熱情況，溫度不斷上升，電塑料中存在的分子就在一定時間內(nèi)快速地膨脹，分開很多的碳顆粒，導致電路出現(xiàn)中斷問題，在一定程度上使電阻不斷升高，降低輸出的部分伴熱線，然后形成一套比較完整的、有效的閉合電路，這樣可以快速提高伴熱線的一定發(fā)熱功率。

就傳統(tǒng)伴熱管的設(shè)計來看，工作人員需要考慮到伴管或者是夾套伴熱這兩類工藝。這兩類工藝的應(yīng)用標準也分為不同的層次，具體來講，如果工藝的應(yīng)用能夠滿足內(nèi)部介質(zhì)的一些損失熱量，確保溫度能夠滿足使用管道的一些標準和需求，那么工作人員就應(yīng)當考慮傳統(tǒng)的伴熱設(shè)計方法。除此之外，管道在傳輸?shù)倪^程中，必然會因為熱氣損耗而出現(xiàn)不良的凝液情況，直接影響相應(yīng)的氣體輸送。相關(guān)的工作人員在進行操作的過程中，介質(zhì)壓力會明顯降低，管道出現(xiàn)堵塞的現(xiàn)象。如果管道在不運輸?shù)那闆r下，其中的介質(zhì)也容易受到熱損耗因素的不斷影響，溫度快速降低，使得里面的介質(zhì)無法被清理干凈，最終導致管道的凝固。以上這些，都應(yīng)當成為傳統(tǒng)伴熱管道設(shè)計的參考標準。

2 伴熱方式的主要內(nèi)容和選擇標準

2.1 概述

就現(xiàn)代化的工藝伴熱管來講，伴熱介質(zhì)主要包括熱水、蒸汽熱載體和電熱等多個方面的元素，其中最為常見的是蒸汽伴熱和電伴熱。再加上，化工廠生產(chǎn)本身就具有一定的特殊性，所以在內(nèi)部也會有副產(chǎn)蒸汽或者是乏汽可以利用，這就能夠在很大程度上降低伴熱管設(shè)計的費用，而且副產(chǎn)蒸汽的開發(fā)潛力是尤為巨大的，能夠適合于不同類型的管道設(shè)計。只要現(xiàn)場的操作溫度在150 ℃以下，那么工藝管道都可以與化工廠的副產(chǎn)蒸汽相結(jié)合。也正是在這一態(tài)勢的影響下，化工管道伴熱設(shè)計最早采用的介質(zhì)也是蒸汽，早期的電伴熱產(chǎn)品也都是恒功率產(chǎn)品，在運行的過程中會存在一定的不足和缺陷，即便是在通電之后，功率也始終恒定不變，一旦加熱，其自身的溫度就無法得到有效地控制。除此之外，恒功率產(chǎn)品在散熱不良處和重疊交叉處也會產(chǎn)生高溫熱點，久而久之，加熱器本身也會受到嚴重地磨損，最終會被燒毀，給化工廠帶來一定程度的經(jīng)濟損失。

目前，許多化工廠采用的是自限溫管道電熱帶，這一裝置是由特定的導電高分子復合材料制成的，具有自動限制加熱溫度的功能，而且還可以根據(jù)被加熱系統(tǒng)運行的實際需求，調(diào)節(jié)自身的輸出功率，以上這兩部分功能可以相對獨立運轉(zhuǎn)，按照不同的層次分批進行。例如，就同一管道來講，管道在戶外的某一部分溫度是相對較低的，自限溫電熱帶就會提高該區(qū)域的輸出功率，如果管道的某一部分在室內(nèi)，溫度就相對較高，自限溫電熱帶又會減少輸出功率。

2.2 選擇標準

化工廠應(yīng)當保證輸送介質(zhì)的終端溫度或者是環(huán)境溫度要始終低于其凝固點的管道，如果介質(zhì)本身的凝固點已經(jīng)低于50 ℃，應(yīng)選用伴管伴熱的設(shè)計方法。如果介質(zhì)凝固點大于50℃小于100 ℃，應(yīng)選擇夾套管伴熱的設(shè)計方法。無論是管道上的法蘭還是閥門，都應(yīng)當選擇夾套型的結(jié)構(gòu)。除此之外，如果輸送氣體介質(zhì)的露點高于環(huán)境溫度需要伴熱的管道，應(yīng)當選用伴管伴熱的形式。對于液體介質(zhì)凝固點低于40 ℃，氣體介質(zhì)露點高于環(huán)境溫度且低于40 ℃的管道，需要選擇熱水伴管伴熱的方法，熱敏性介質(zhì)管道也同樣如此。如果易凝介質(zhì)管道長期處于中立自留或者停滯狀態(tài)，化工廠也應(yīng)當選擇夾套管伴熱的方法。伴熱方式的選擇需要根據(jù)管道施工的要求來科學調(diào)整，只有這樣才能真正保證資源輸送的可靠與穩(wěn)定。

3 伴熱介質(zhì)和伴熱溫度的選用標準

如果管道內(nèi)部的介質(zhì)溫度在95 ℃以下，那么化工廠應(yīng)當選擇0.3～0.6 MPa 的蒸汽作為核心熱源，如果伴熱點相對集中，那么化工廠也可以用熱水作為伴熱的資源。如果管內(nèi)介質(zhì)溫度在95～150 ℃之間，應(yīng)當選擇0.7～0.9 MPa 的蒸汽伴熱。如果管道的輸送溫度達到了150 ℃以上，而0.9 MPa 蒸汽無法滿足工藝要求時，化工廠就可以選擇熱載體，當作伴熱的介質(zhì)。就溫度的選擇來看，化工廠要盡可能保證，伴管的介質(zhì)溫度高于被伴介質(zhì)溫度30 ℃以上，如果被伴介質(zhì)溫度較高，熱水溫度可以高于100℃，但不得高于130 ℃，套管的介質(zhì)溫度可以等于或者高于被伴介質(zhì)溫度，兩者之間的溫差應(yīng)控制在50 ℃以內(nèi)。

4 石油化工工藝管道伴熱管設(shè)計的注意事項

4.1 內(nèi)伴熱管伴熱設(shè)計

化工廠可以把伴熱管正確的安裝在相應(yīng)的工藝管道中，不過所說的工藝管道是進行輸送資源的最主要的管道，伴熱介質(zhì)所釋放的大部分熱量都要毫無保留的用在補充工藝管道內(nèi)部的熱量損失。這也就足以說明，內(nèi)伴熱管的設(shè)計具有熱效率高的特點，而且，蒸汽式散熱所使用的一些熱源和外伴熱管是有明顯區(qū)別的，能夠減少25%的蒸汽耗量。另外，內(nèi)伴熱管在一側(cè)的傳熱系數(shù)和使用管道內(nèi)部的一些機制的流速，都存在密切的關(guān)系。由于伴熱管安裝在內(nèi)部，所以化工廠也應(yīng)適當加厚其內(nèi)壁，無縫鋼管的自然長度應(yīng)當控制在8～13 m 之間。但不可否認的是，伴熱管的焊縫，不應(yīng)當在工藝管道內(nèi)部顯現(xiàn)出來，因此化工廠也會選擇增加彎管數(shù)量這一途徑，解決焊縫的問題，這就在無形中增加了自己的工程量和負擔。除此之外，化工廠應(yīng)當重視伴熱管的熱變形問題，一旦出現(xiàn)管道這類的問題，在一定程度上會影響產(chǎn)品的使用效果，還會增加后期的維修成本[1]。

4.2 外伴熱管伴熱設(shè)計

在石油企業(yè)的生產(chǎn)過程中，會使用外伴熱管作為一種伴熱手段，這是較為普遍的使用方式，都是依靠不同的介質(zhì)，主要是蒸汽和熱水等。如果伴熱管釋放出很多的熱量以后，大部分的熱量補充工藝管道內(nèi)部的損失，另一部分可以穿過保溫層，全部分散到生存的環(huán)境當中。外伴熱管在大多時候會使用一些保溫管殼，這樣可以在主要管道和伴熱管道中間留出很多的保溫空間，伴熱管在之后會放出大量的熱量，全部用于補充熱量的損失。換句話說，就是這種類型的保溫結(jié)構(gòu)，可以最大限度的節(jié)省熱能的消耗，壓縮化工企業(yè)的生產(chǎn)成本。值得注意的是，如果主要管道輸送溫度超過150 ℃，主要管道在運行過程中會對溫度升高有明確的標準，這樣普通的伴熱設(shè)計就不能滿足目前的生產(chǎn)需求，化工廠就應(yīng)當增加伴熱管的數(shù)量，實現(xiàn)多管的共同運作。在這里化工廠需要使用傳熱效果較好的伴熱膠泥，相較于過去的對流和輻射傳熱來講，傳熱膠泥的輔助，可以實現(xiàn)多管齊下的效果[2]。外管伴熱之所以能夠得到石化企業(yè)的青睞和信任，主要原因在于，外伴熱管的適用范圍非常廣，管道在操作過程中要保持溫度始終在170 ℃以下，這樣可以與之進行聯(lián)系。并且，管道運行會有強烈的腐蝕性，在運行來講，化工廠不能使用內(nèi)伴熱或者是夾套伴熱的方法，但只要用石棉板把主管和外伴熱管間隔，也不會影響管道的正常運轉(zhuǎn)。而且，外伴熱管的檢修工作較為方便，即便出現(xiàn)了損壞現(xiàn)象，檢修人員也可以隨時到現(xiàn)場做出應(yīng)對，既不會影響正常的生產(chǎn)，也不會造成產(chǎn)品質(zhì)量問題的出現(xiàn)。除此之外，如果外伴熱管帶有傳熱膠泥，那么其自身的熱傳導率也會非常接近夾套管，保持溫度的均衡且穩(wěn)定。再加上，傳熱膠泥的使用壽命本身相對較長，抗震能力十分優(yōu)秀，即便環(huán)境有很大的波動，也不會發(fā)生破裂或者是損壞現(xiàn)象。

4.3 電伴熱設(shè)計

以前傳統(tǒng)管道的伴熱很多都是用蒸汽當作相應(yīng)熱源的，根據(jù)伴熱管來降低能量的一些損失。這種落后的形式?jīng)]有科學性，并不能完全滿足溫度控制的需求，甚至會在一定程度上給現(xiàn)場埋下安全隱患和風險，耗熱量相對較大，安裝和維修的步驟十分繁瑣。對此，化工廠也可以使用電伴熱的設(shè)計方式，有效利用能量，靈活控制管道的運行溫度，例如：有感應(yīng)加熱法、電阻加熱法等。

5 結(jié)語

綜上所述，工藝管道的伴熱管設(shè)計形式是多種多樣的，而且能夠有效應(yīng)對石油化工生產(chǎn)的不同情況，正因為如此，化工廠才更應(yīng)根據(jù)自己的發(fā)展水平做出科學的判斷。文章通過內(nèi)伴熱管設(shè)計、外伴熱管設(shè)計、電伴熱設(shè)計這三個角度，論述了伴熱管設(shè)計的途徑，充分結(jié)合了石油化工的發(fā)展現(xiàn)狀，在理論上有明顯的合理性，實踐上具有可行性，可以發(fā)展成為企業(yè)的重要參考依據(jù)。在以后的發(fā)展過程中，企業(yè)也可以在夾套伴熱設(shè)計中進一步改良創(chuàng)新。