化工工藝管道的伴熱設計研究

徐智豪(四川達美盛工程設計有限公司，四川 成都 610200)

0 引言

化工工藝管道的伴熱設計是一個十分嚴謹的過程，在設計過程中需要充分全面的考慮實際發展情況，致力于設計出最為合理方案，從而保證化工工藝的順利進行。化工工藝的管道伴熱形式眾多，具體選擇哪種伴熱形式需要根據實際情況而定。管道的伴熱組成部分也較為復雜，因此在進行設計的過程中要把握好各個設計環節，提高設計方案的可行性。設計人員應該從多方面入手，綜合實際情況對原有的設計模式進行革新，積極學習先進的設計理念，掌握化工工藝管道的伴熱設計的內涵。

1 化工工藝管道伴熱的概述

從當前的實際發展情況來看，伴熱形式多種多樣，但是目前最為常見并且得到廣泛應用的伴熱形式主要分為三種，分別是夾套管、電伴熱帶以及伴管的使用，這三種形式各自有各自的優點和缺點，具體選用哪種形式需要根據實際情況而定。對于這三種不同形式的伴熱來說，其伴熱載體分別為熱油、蒸汽以及熱水，在不同的情況下，所選用的伴熱形式具有唯一性的特點，換句話說就是在進行化工工藝作業的過程中，只能選擇唯一一種伴熱形式。在進行化工生產的過程中，伴管和夾套管的使用十分廣泛，因為這兩種伴熱形式的使用壽命較長，而且不需要投入過多的成本，因此受到了人們的廣泛歡迎。

2 化工工藝管道伴熱的組成分析

2.1 伴熱分配站

伴熱分配站最為主要的一個功能就是為整個伴熱提供相應的能量，在對伴熱分配站進行設計的過程中，一定要注意以下4個方面的問題。首先是要給分配站配備相應的框架，將二者進行搭配使用才能將分配站的作用充分發揮出來，值得注意的是，框架的設置一定要說滑動架。其次，要將分配站設置在低點的位置，并且為其配備疏水閥裝置。在具體的生產發展過程中，伴熱蒸汽的分配站不能與管道的伴熱站進行同時使用，二者只能任選其一。設計人員在對伴熱分配站進行設計的過程中要保證分配站的穩定性，為了更好的提高分配站的穩定性，應該盡可能的將其設計在靠近墻壁的一側。設計人員還需要對伴管的線路進行科學合理的分配，在能夠滿足實際使用需求的基礎上，盡可能的縮短伴管的管程，通過這樣的方式既能保證分配站的穩定性，同時還能減少成本投入。

2.2 伴熱管道

對于伴熱管道來說，最為重要的組成部分就是化工工藝管道的伴熱設計，設計人員要具備較高的設計能力，并且在設計前期充分考慮實際情況，這樣才能保證化工工藝管道伴熱設計的科學合理性。在進行設計的過程中，設計人員需要抓住設計要點，如下五方面的內容為伴熱設計中最為關鍵的五個點。

(1)在對供氣總管截止閥的位置進行設計的過程中要將其位置設置在主管的出口位置，如果將位置設置在其他地方將會影響供氣總管截止閥的正常運行，除此之外，還要在總管截止閥上安裝切斷閥。

(2)在對伴管進行設計的過程中，可能會出現伴管連接不暢的情況，為了避免這種情況，部分設計人員會在設計過程中添加彎頭設計，并且對原有的設計圖紙進行革新，雖然從表面上來看，通過添加彎頭的方式能夠解決連接不暢的問題，但是如果只是單純的添加彎頭會導致管道內的阻力增加，而且在進行焊接的過程中可能會出現一些泄漏點。在此基礎之上，設計人員應該優化彎頭的設計方式，適當的添加其他設計來改善彎頭設計中存在的不足之處。

(3)在進行伴熱管道設計中，異徑管的使用非常廣泛。目前使用最多的兩種異徑管分別是同心異徑管以及偏心異徑管。同心異徑管適合應用在垂直管路上，因為其能夠指向不同直徑的管路。而偏心異徑管則比較適合應用在水平管路上，偏心異徑管的作用是能夠有效減少凝液的現象，同時還能夠對各項參數進行合理的控制，參數主要包括溫度參數、速度參數。

(4)設計人員在具體的設計過程中要充分考慮油品、蒸汽以及密封度的要求，如果實際情況對這些的要求都比較高，在具體的設計過程中則需要應用柱塞閥。柱塞閥的使用壽命要比截止閥長很多，之所以壽命長是因為柱塞閥一般都是由非金屬材料制成的，由于是非金屬因此不容易生銹，整個柱塞閥的密閉性和抗氧化性都非常好。

(5)管路設計中有很多重要組成部分，其中最為主要的就是三通管，三通管的應用能夠有效減少其氣體輸送過程中出現分叉的情況，設計人員在設計的過程中應該將三通管設置在向上的位置，這樣能夠有效減少凝液堵塞的情況。

3 化工工藝管道的伴熱設計分析

3.1 選用原則

在進行管道伴熱設計的過程中，設計人員一定要遵循相應的設計原則，這樣才能保證整個設計方案的科學合理性。在對伴管伴熱進行選擇的過程中要充分考慮凝固點溫度的情況，根據不同的溫度來選擇不同的伴管。在具體的設計過程中，如果介質的凝固點低于100℃，在選擇伴管的過程中，則可以選擇半管半熱的方式。如果介質的凝固點低于40℃，則可以選用溫水伴熱的方式，選用溫水拌熱的方式要保證溫水始終能夠呈現出緩慢流動的狀態。如果氣體在具體的傳輸過程中很容易發生凝固反應，而且會附著在管壁上，那么此時則可以采用蒸汽伴熱的方式，因為蒸汽伴熱的方式具有較高的熱量。

3.2 伴管介質的選擇

在對伴管介質進行選擇的過程中，要充分考慮實際情況，相較于其他設計環節，半管介質的選擇較為簡單，目前最為常見的伴熱介質分別為熱水、蒸氣以及介質油。在進行伴熱介質選擇時，要充分考慮伴熱的具體溫度，根據溫度才能選擇出最為合理的伴熱介質。如果是整個操作溫度不高，而且對于熱量也沒有太大需求則可以采用熱水來作為伴熱介質。如果在具體的操作過程中溫度始終低于150℃，而且只有在短時間內需要熱量則可以采用蒸汽為伴管介質。如果在具體的操作過程中需要大量的熱量，并且整個操作過程長時間處于高溫狀態下，那么則可以采用介質油來作為伴管介質。總而言之，在對伴管介質進行選擇的過程中，一定要充分考慮實際情況以及對熱量的實際需求。

3.3 蒸汽伴管的設計要求

從目前的實際發展情況來看，伴熱管的加熱介質一般都是蒸汽，蒸汽的壓力范圍在0.5～1.2MPa，絕大部分設計人員在前期進行設計的過程中都會直接將伴管的直徑設計為16～80mm之間，雖然這樣的參數設計能夠滿足具體的使用需求，但是想要更好的對材料進行節約，并且減少管壁的損失，則需要將伴管的直徑設計在20～30mm之間，這才是最符合實際情況的直徑設計。除此之外，整齊伴熱管的壓力并不是一成不變的，需要根據凝固點的變化而進行適當的壓力調整。

3.4 伴管工作圖的設計

在進行伴管工作圖設計的過程中，設計人員需要采用三維立體的設計方式，并且將相應的參數輸入到管道圖中，參數輸入完成以后則可以進行模擬操作。設計人員需要對應用在設計中的理論進行反復的核查，并且積極應用理論來對實踐進行驗證，從而保證整個設計方案的準確性。設計人員在進行模型設計的過程中不能在伴管的前后，除此之外，對于已經設計好的管線、熱源以及熱介質都要進行交叉實驗，通過該種方式才能選擇出最為合適的設計方案。

3.5 伴管熱補償設計

為了能夠更好的進行熱補償，設計人員在設計時應該每個20m左右就設置一個補償器，補償器的選擇也非常講究，目前使用較為廣泛的補償器分別是U型補償器和Ω型補償器，具體選用哪種形式的補償器需要根據實際情況而定。在對伴管的固定點進行設計的過程中要保證其不會對保溫結構造成影響，扎帶捆扎的方式非常適合應用在伴管固定點上。

4 化工工藝伴熱設計應注意的問題分析

設計人員在進行化工工藝管道的伴熱設計過程中要重點關注一些關鍵的設計環節，并且在設計過程中重視以下幾個方面，這樣才能保證整個設計方案的科學合理性。首先值得注意的問題是，伴管的蒸汽應該始終是從主蒸汽管頂部引出的，如果伴管的蒸汽并沒有從主蒸汽管頂部引出或者是斷斷續續的頂部引出將會影響正常的生產運行。其次，在進行設計的過程中一定要在各個管道之間設置一個獨立的疏水閥裝置，采用這樣的設計能夠方便對管道進行拆裝，切斷閥應該設置在引出的位置，而且比較適合設置在水平管道上，采用這樣的設計模式能夠更好的對冷凝水進行集中性的排除。部分設計人員在進行設計的過程中會直接在疏水閥旁邊設置一個旁路閥，但是這樣的設計方式很容易導致氣震現象，因為蒸汽會出現不同程度的竄流，因此在具體的設計過程中不能在疏水閥旁設置旁路閥。目前部分設計人員很喜歡加入一些彎頭設計，尤其是U型彎頭，但是彎頭設計過多不僅會影響系統的正常運行，同時還會顯得整個系統過于雜亂，而且還會給后續的施工帶來很大難度，施工單位需要投入更多的成本。彎頭的設計會造成液阻和氣阻的問題，伴熱過程會出現能量分布不均的情況，如果長時間局部的熱量過高還會大大減低伴熱管道的使用壽命。

在進行管道的伴熱設計過程中國，蒸汽分配站和疏水站的合理布局顯得十分重要，如果設計不夠合理將會直接影響傳輸效率以及冷凝液體的正常排出。在設計的過程中應該以三米為半徑范圍，如果在范圍內存在三個以上的伴熱點則需要根據實際情況設置相應的蒸汽分配站和疏水站，通過這樣的方式能夠保證能量傳輸的合理性。

化工工藝管道的伴熱設計是一個較為復雜的過程中，其中任何一個細小的環節都會對最終的設計結果產生影響，因此設計人員一定要做好細節方面的設計工作，掌握設計要點，避免在設計過程中出現一些失誤。

5 結語

綜上所述，在對化工藝管道的伴熱進行設計的過程中，設計人員應該秉承相應的設計原則，并且充分考慮實際情況，提高方案設計的合理性。設計人員的思想應該與時俱進，積極學習先進的設計理念，對于原有的設計方式進行優化和完善。對化工工藝管道的伴熱進行合理的設計能夠推動化工行業得到更好的發展，在此基礎之上，我國社會經濟也能得到更加快速的發展。在未來的發展過程中，我國的設計手段還會不斷進步，從而更加高效的進行伴熱設計。