化工工藝管道蒸汽伴管的設計

亢紅霞(重慶化工設計研究院，重慶 400039)

在現代化工生產過程中。一些化學反應過程中設備需提供熱量，化工管道在輸送介質過程中需要進行伴熱。一般來說，伴熱方式可分為:夾套伴熱、電伴熱、伴熱管伴熱。其中，伴熱管伴熱的方式運用最為廣泛，而蒸汽屬于常用的伴熱介質，因此蒸汽伴熱管的設計在化工生產過程中起著至關重要的作用。本文將從化工工藝方面對蒸汽伴熱管的設計進行分析和探討。

1 蒸汽伴管伴熱系統的運用范圍及基本構成

在化工生產過程中，在環境溫度下，需從外部補充管內介質的熱損失，以維持輸送溫度的液體管道；在物料輸送過程中，由于熱損失產生凝液而引起腐蝕或正常操作的氣體管道；在操作過程中，由于在壓力突然下降而自冷，可能導致結冰堵塞或管道劇冷脆裂的管道；在物料輸送過程中，由于熱損失造成降溫，導致析出結晶體的管道；在輸送高粘度介質時，由于熱損失導致介質降溫后粘度劇增，使系統阻力突增，輸送量下降其量達不到工藝允許量一半的管道，均可采用蒸汽伴管伴熱的形式。

傳統蒸汽伴熱系統主要由冷凝水總管、蒸汽導入管、冷凝水排出管、蒸汽分配站、冷凝水回收站、蒸汽伴管以及蒸汽總管構成。

2 化工工藝管道蒸汽伴管設計原則

在化工生產過程中，物料管道通常采用外部伴熱的方式。

一般情況下對工藝、公用工程管道采用DN15-DN25的伴管，如果需要可選用直徑大于DN25的伴管。

管道伴熱管管數與被伴熱管內工藝介質的情況和工藝管道的直徑有關，應按照項目具體的條件情況來確定蒸汽伴熱管的數量。

此外，對于蒸汽伴熱來說，伴熱的蒸汽介質要求具有足夠的飽和度，而對于壓力方面要求視蒸汽本身的溫度而定，而對于溫度而言，則需要根據化工工藝的介質溫度來看。通常伴熱蒸汽的溫度要明顯高于保溫介質的溫度。當然，化工工藝的介質的一些特點差異，導致選擇蒸汽的溫度也具有一定的差異性，對于壓強方面的要求，一般來說蒸汽的壓強范圍在350千帕至1000kPa之間，但是最低壓力不得低于200kPa。因為壓強過低會導致管道產生阻力，從而減緩輸送速度，導致輸送時蒸汽冷凝成液體。此外，伴熱過程是一個持續過程，蒸汽熱源無論是在開始伴熱還是停止伴熱的條件下都不能關閉。

3 工藝管道蒸汽伴管設計要點

3.1 保溫方面的設計

伴管的設計需要保證其與主管可以進行傳熱，同時也應減少伴熱過程中的熱損失。常見的保溫結構有兩種，即保溫結構和異形保溫結構。就前者來說，主要采用的是SH/T 3040—2002的材質作為保溫殼，在捆扎過程中需要防止出現變形，雖然可有效減少熱損失，但其結構的劣勢導致熱傳遞的效果也比較差；而對于異形保溫結構，加熱面要遠遠小于圓形，而主管散熱面積要增大，其形成主要是一些由軟性保溫材料粘合構成的圓形保溫殼捆扎后變形而成。對于物料管道來說，兩者都可以適用，而且會加入一層軟質材料進行改進，提升保溫效果，另外會適用鐵絲網作為構架，保證伴管與物料管道之間的空間，而且物料管道的管壁會與熱空氣構成小于180°的“自然加熱角”，保證空氣形成熱對流。當然，如果主管輸送的物質溫度已經高于80℃，則需要采用等于180°的“半加熱角”結構進行保溫，并根據具體情況采用夾套管加熱手段。

3.2 架放方面的設計

伴管架放主要包括架設過程和支撐固定過程，對于架設過程來說，可以根據輸送管的位置，對伴管進行鋪設，如果輸送管為水平走向，則伴管則需要鋪設在主管的一面或者兩邊；當然，當輸送管為垂直走向，同時蒸汽伴管數量滿足等于或者大于三根時，則需要繞輸送管進行均勻分布架設。而在架設過程，遇到閥門、連接關節時，則可以按照這些特殊位置的輪廓進行鋪設，而且主要不要讓伴管出現U形，如果在多個伴熱管中出現，主管有效而副管無效的情況，可以在副管的第一個切斷閥處進行伴熱，同時在伴管架設時，需要保證輸送管道的取樣閥、排液閥，放空閥以及掃線閥處的伴熱；對于支撐固定過程來說，通常都是以金屬扎帶或者鐵絲將伴管捆在輸送管上，同時保證兩者間距在1至1.5米之間。如果伴管包含墊層，需要在墊層的地方進行捆綁；如果輸送管包含腐蝕性物質時，需要在兩者間加入隔離材料[2]。

3.3 系統方面的設計

蒸汽伴熱系統是實行蒸汽伴熱的基礎，所以需要遵循科學的設計理念，而對于儀表方面的伴熱蒸汽來說，最重要的是系統的獨立性，從而保證持續伴熱效果。而對于伴熱管的材料有碳鋼、紫銅以及不銹鋼三種類型作為備選。其中前兩者都是國外常用的伴管材料，而就成本而言，紫銅與不銹鋼要遠遠低于碳鋼，但是紫銅本身具有較強的延展性，所以易變形也是它的劣勢所在。而碳鋼對于腐蝕環境的忍耐遠遠低于其他材料，但是卻廣泛用于我國多數化工工藝管道的伴管制造中。對于伴管的連接，通常以焊接或者法蘭連接作為主要手段，但是無論采用何種材料或者何種連接方式，接口處都應當盡量保持在蒸汽伴管頂端，同時根部需要安裝切斷裝置，例如切斷閥等。

為了實現冷凝水回收的功能，需要在伴熱系統中加入冷凝管以及回水管，用于收集冷凝下來的水，一般來說冷凝回水副管的直徑要大伴熱副管的一個級別，而每根伴管均需設置疏水閥門以便于冷凝水的收集及集中排放。此外，為了防止蒸汽進入冷凝管導致系統壓力變化，對冷凝回收過程造成影響，不能在旁路設立疏水閥組，同時保證伴熱蒸汽管道應從高點引入，冷凝水從低點排出。對于伴管，要盡量避免和減少U形彎曲的形成，以防止蒸汽冷凝水對管道造成阻力[3]。

4 結語

隨著近年來我國化工產業的蓬勃發展，對于工業生產的安全性也有了越來越高的要求。由于伴管蒸汽的溫度和壓力均較高，并具有較強的流動性，因此對伴熱管道的質量以及鋪設方案有較高的要求。通過對保溫、架設以及系統構建等方面的分析，提出科學的改革方案，將會大大提高蒸汽伴熱的可靠性以及伴熱效果。

[1]易立東方.探討化工工藝管道蒸汽伴管的設計[J],科技與企業,2013,07(13):232.

[2]王良.化工工藝管道蒸汽伴管的設計[J],中國石油和化工標準與質量,2013,09(18):34.

[3]劉堯祥.探究石油化工工藝裝置蒸汽管道配管的設計[J],中國石油和化工標準與質量,2013,05(09):63-64.