石油化工工藝管道伴熱管設計

郝培波(中海油石化工程有限公司，山東 青島 266101)

0 引言

在工業化和城市化快速發展的大環境下，現在很多的產業積極地發展建設，人們的生產生活在各個方面都用到能源開發，而且開發要求出現了一定的改變和優化，除了更加強調數量和規模的拓展之外，也注重安全性和穩固性的提升，這種變化也給企業的創新提供了更加鮮明的思路。石油化工作為支撐社會現代化建設的關鍵基礎，在這個形式下應該對其給予充分關注，尤其是工藝管道的一些施工情況。工藝設備和使用的管道出現的一些伴熱問題，一直以來都是石油化工比較重視的方面，而伴熱技術的不斷發展，滿足了熱量的供給問題，還解決了保溫和防凍的相關要求。

1 石油化工工藝管道伴熱技術主要內容

管道伴熱技術是隨著石油化工工業發展應運而生的先進產物，是具有科學性的保溫防凍技術，現在逐漸應用在社會的各個方面。而實際的伴熱方式和伴熱技術有很多不同的類型，主要有傳統伴熱和自動調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，四周環境所受的溫度呈現明顯地下降趨勢，因此分子會出現收縮情況，如果碳顆粒中存在電路流動時，隨之伴熱管出現發熱情況，溫度不斷上升，電塑料中存在的分子就在一定時間內快速地膨脹，分開很多的碳顆粒，導致電路出現中斷問題，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熱功率。

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

2 伴熱方式的主要內容和選擇標準

2.1 概述

就現代化的工藝伴熱管來講，伴熱介質主要包括熱水、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，化工廠生產本身就具有一定的特殊性，所以在內部也會有副產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計的費用，而且副產蒸汽的開發潛力是尤為巨大的，能夠適合于不同類型的管道設計。只要現場的操作溫度在150 ℃以下，那么工藝管道都可以與化工廠的副產蒸汽相結合。也正是在這一態勢的影響下，化工管道伴熱設計最早采用的介質也是蒸汽，早期的電伴熱產品也都是恒功率產品，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，恒功率產品在散熱不良處和重疊交叉處也會產生高溫熱點，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，而且還可以根據被加熱系統運行的實際需求，調節自身的輸出功率，以上這兩部分功能可以相對獨立運轉，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域的輸出功率，如果管道的某一部分在室內，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

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

3 伴熱介質和伴熱溫度的選用標準

如果管道內部的介質溫度在95 ℃以下，那么化工廠應當選擇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。如果管內介質溫度在95～150 ℃之間，應當選擇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。就溫度的選擇來看，化工廠要盡可能保證，伴管的介質溫度高于被伴介質溫度30 ℃以上，如果被伴介質溫度較高，熱水溫度可以高于100℃，但不得高于130 ℃，套管的介質溫度可以等于或者高于被伴介質溫度，兩者之間的溫差應控制在50 ℃以內。

4 石油化工工藝管道伴熱管設計的注意事項

4.1 內伴熱管伴熱設計

化工廠可以把伴熱管正確的安裝在相應的工藝管道中，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部的熱量損失。這也就足以說明，內伴熱管的設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別的，能夠減少25%的蒸汽耗量。另外，內伴熱管在一側的傳熱系數和使用管道內部的一些機制的流速，都存在密切的關系。由于伴熱管安裝在內部，所以化工廠也應適當加厚其內壁，無縫鋼管的自然長度應當控制在8～13 m 之間。但不可否認的是，伴熱管的焊縫，不應當在工藝管道內部顯現出來，因此化工廠也會選擇增加彎管數量這一途徑，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，化工廠應當重視伴熱管的熱變形問題，一旦出現管道這類的問題，在一定程度上會影響產品的使用效果，還會增加后期的維修成本[1]。

4.2 外伴熱管伴熱設計

在石油企業的生產過程中，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，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部的損失，另一部分可以穿過保溫層，全部分散到生存的環境當中。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構，可以最大限度的節省熱能的消耗，壓縮化工企業的生產成本。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，這樣普通的伴熱設計就不能滿足目前的生產需求，化工廠就應當增加伴熱管的數量，實現多管的共同運作。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，可以實現多管齊下的效果[2]。外管伴熱之所以能夠得到石化企業的青睞和信任，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。而且，外伴熱管的檢修工作較為方便，即便出現了損壞現象，檢修人員也可以隨時到現場做出應對，既不會影響正常的生產，也不會造成產品質量問題的出現。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，抗震能力十分優秀，即便環境有很大的波動，也不會發生破裂或者是損壞現象。

4.3 電伴熱設計

以前傳統管道的伴熱很多都是用蒸汽當作相應熱源的，根據伴熱管來降低能量的一些損失。這種落后的形式沒有科學性，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：有感應加熱法、電阻加熱法等。

5 結語

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