化工工藝管道的伴熱設計探討

周小剛（中國寰球工程公司華北規劃設計院河北省涿州市 郵編：072752）

管道根據輸送介質特性，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，節約能源；滿足工藝生產，保持和發揮生產能力；以及防止表面燙傷，改善工作環境。

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，其伴熱介質有熱水、蒸汽、熱油和電能。 海上平臺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，操作費用低；所維持的溫度可以有效地進行控制，以防止管道介質溫度過熱。 電伴熱方式有感應加熱法、直接通電法、電阻加熱法。 ①分配站一般應設置一個固定支架及一個滑動支架。 ②分配站的低點應有排液管、切斷閥。 蒸汽分配站還應設疏水閥。 ③儀表采用的伴熱供汽／供水站一般宜單獨設置，不宜與管道的伴熱站共用。其設計方法與管道相同(儀表元件的伴熱由儀表專業自行設計，管道專業僅提供站)。④分配站盡可能靠墻、柱、平臺欄桿等設置，其位置應使伴前管道盡量短。 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伴熱供汽總管應從蒸汽/熱水主管頂部引出，伴熱供汽(供水)管應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，應進行嚴格挑選，采用無縫鋼管，管子的內外表面不得有裂縫、重皮和超過柄靛厚度8%的負偏差的機械損傷(撞擊傷，嚴重劃痕、刮傷)等缺陷。 每根內伴熱管的長度在選用時，應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，內伴熱管在油管外的連通管，采用U 型或n 型彎管連接，當該段涵管需要法蘭連談時，蒸汽連通管也應用法蘭連接，便于檢修時統一拆裝。 內伴熱管在油管黔的連通管應與油管的坡度及坡向相一致。 在適當的連通管上設檢查閥門，便于隨時檢查。

二、化工工藝管道的伴熱設計

管道集膚效應伴熱技術是石油化工等企業熱輸管道用于加熱伴熱及保溫的新技術、新工藝，國外簡稱為SECT 法，適應于中長距離的輸油(超稠油、稠油、高凝油)管道的伴熱和加熱。 集膚效應加熱法基本上由輸油管道、伴熱管(內含耐熱電纜)、保溫層及保護外殼四部分組成。 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。 根據管徑的大小和伴熱溫度的高低，集膚效應伴熱分為單管、雙管和三管伴熱。 耐熱電纜穿在伴熱鋼管內，在電纜的一端通入單相交流電，當交變電流經電纜并通過伴熱管時，由于集膚效應和鄰近效應的作用，電流不是均勻沿著管壁，而是集中在伴熱管內表層流過。 管壁集膚層導電截面減小，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，經傳導使輸油管線升溫。

若伴熱體的熱容量正好補償正常狀態下的散熱損失， 不但啟動時間長，而且管道利用率低。 為了啟動加熱，伴熱容量多些是必要的。 但容量過多則啟動時間短，雖加熱能量可以節約，但設備費用要增大。 正常運行時運行費會增加。 因此，要假定全年總運轉時間、停止時間、啟動和停止的次數，確定最經濟的伴熱體容量。

伴管施工圖的設計：①在伴熱研究的基礎上，按選定的伴熱設計方法完成伴管施工圖管道布置設計。 ②三維計算機模型設計。 a.在伴熱研究(規劃)圖基礎上輸入熱源總管、熱介質引入管、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，利用被伴管軸測圖，標注被伴管線伴熱的起止點并填寫伴管表。 當項目有特殊要求時可對伴前管、伴管、伴后管建立模型。 ③平面設計。 a.根據伴熱研究(規劃)的結果，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、熱介質引入管、收集站出口回流管、回流管總管的管道要畫軸測圖。 d.分配站、冷凝液(熱水回水)收集站畫軸測圖或標準圖，必要時可包括伴前管、伴后管。e.以被伴管軸測圖為基礎在被伴管邊上加上虛線，注出伴管來自何處，回到何處，出伴管軸測圖。 f.簡易設計時可不出伴管軸測圖，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控制，啟動初期與正常運轉時的電量并沒變化。 而用熱源加熱時，只要熱源不變，由于熱源與輸送管的溫差較大，勢必需要大的熱容量。 因此，蒸汽伴熱管在啟動時的熱負荷必須考慮輸送管所吸收的熱量，而且當其長度超過100～200m 時供熱的蒸汽主管的熱損失也應考慮。

伴熱管的蒸汽(以蒸汽為熱源時)溫度，在不使用傳熱膠泥時，應比輸送管介質溫度高一倍，如使用傳熱膠泥時，僅比輸送介質溫度高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，還要適當考慮啟動時加熱管道所需要的熱量。

[1] 費春元,駱濤. 北方冬季施工中長輸管道焊接質量的控制[J]. 科技信息，2010(18)

[2] 李俊花,孫昭晨,崔莉. 一種新的長輸管道泄漏監測方法[J]. 工程力學，2009(08)

[3] 陳安祥. 路面裂縫及影響混凝土強度的技術分析[J]. 中國科技信息，2008(18)