化工工藝管道的伴熱設(shè)計(jì)

摘" " " 要： 近年來，化工行業(yè)飛速發(fā)展，已成為經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展的重要組成部分。與其他行業(yè)相比，化工行業(yè)具有一定特殊性、復(fù)雜性、危險(xiǎn)性，加之化工工藝復(fù)雜，相關(guān)企業(yè)及工作人員必須以正常能量為前提，并保障額外能量的充足供應(yīng)，以確保化工工藝各項(xiàng)工作安全、順利完成。在化工工藝中，伴熱設(shè)計(jì)已成為重點(diǎn)內(nèi)容，如不重視伴熱設(shè)計(jì)，化工工藝難以順利展開。因此，應(yīng)深入分析與研究化工工藝管道的伴熱設(shè)計(jì)，包括選用原則、注意事項(xiàng)等。鑒于此，本文對(duì)化工工藝管道的伴熱設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。首先，本文對(duì)化工工藝管道伴熱進(jìn)行概述。其次，本文從伴管伴熱的選用原則、工藝要點(diǎn)對(duì)化工工藝管道伴熱設(shè)計(jì)進(jìn)行分析。再次，本文對(duì)蒸汽分配站和疏水站的設(shè)置要求進(jìn)行分析。最后，本文對(duì)化工工藝管道伴熱設(shè)計(jì)需注意的問題進(jìn)行討論，以期為伴熱設(shè)計(jì)相關(guān)工作人員提供幫助。

關(guān)" 鍵" 詞：化工； 工藝管道； 伴熱設(shè)計(jì)；

中圖分類號(hào)：TQ055.81" " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A" " "文章編號(hào)： 1004-0935（2023）02-00000229-0×

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化工工藝管道的伴熱設(shè)計(jì)可防止管道內(nèi)部的介質(zhì)凝固、分離、冷凝，還能使管道內(nèi)部長期保持一個(gè)溫度。簡言之，伴熱設(shè)計(jì)能優(yōu)化管道內(nèi)部的性能，從而實(shí)現(xiàn)熱量有效傳輸。從發(fā)展的角度看，化工行業(yè)仍有快速發(fā)展的勢(shì)頭，生產(chǎn)能耗總量持續(xù)升高，有關(guān)工作人員應(yīng)持續(xù)優(yōu)化工藝措施，進(jìn)而推動(dòng)伴熱設(shè)計(jì)發(fā)展。有關(guān)工作人員不僅要深入探索化工工藝管道伴熱，還要明確應(yīng)用原則及工藝流程等，有效應(yīng)用伴熱設(shè)計(jì)，發(fā)揮伴熱設(shè)計(jì)的作用，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)約化工能源，推動(dòng)化工工藝管道伴熱設(shè)計(jì)發(fā)展的目的。

1" 化工工藝管道伴熱的概述

就目前而言，化工工藝管道伴熱設(shè)計(jì)的形式較多。從實(shí)際應(yīng)用角度進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用最普遍的伴熱形式主要有三種：一種是電伴熱帶，一種是伴管，另一種是夾套管。以上伴熱形式均有不同的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)人員需考慮實(shí)際情況選擇伴熱形式。電伴熱是用電，伴管和夾套管多為熱水、蒸汽、導(dǎo)熱油等。無論在何種情況下，選擇任何一種伴熱形式均具有唯一性，也就是說，化工工藝設(shè)計(jì)時(shí)，必須選擇單一形式的伴熱。觀察化工生產(chǎn)與發(fā)展過程，可以看出，夾套管、伴管的應(yīng)用比電伴熱帶多，其根本原因是夾套管、伴管的壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)長于電伴熱，所使用的成本較低[1]。

2" 化工工藝管道伴熱設(shè)計(jì)

2.1" 伴管伴熱的選用原則

化工工藝管道伴熱設(shè)計(jì)中，伴管伴熱的選擇應(yīng)遵循以下五點(diǎn)原則。第一，當(dāng)凝固點(diǎn)的溫度高于輸送介質(zhì)的終端溫度、環(huán)境溫度，此時(shí)，可進(jìn)行伴熱。如介質(zhì)凝固點(diǎn)超過100 ℃，可使用全夾套伴熱；如介質(zhì)凝固點(diǎn)沒有超過100 ℃，但高于50 ℃，可使用夾套管伴熱；如介質(zhì)凝固點(diǎn)未超過50 ℃，可使用伴管伴熱。第二，環(huán)境溫度低于輸送氣體的介質(zhì)漏點(diǎn)時(shí)，可使用伴管伴熱。第三，液體介質(zhì)凝固點(diǎn)和氣體介質(zhì)露點(diǎn)未超過40 ℃、氣體介質(zhì)露點(diǎn)比環(huán)境溫度高，此時(shí)可使用熱水伴管伴熱。第四，介質(zhì)溫度要求較低的管道、輸送介質(zhì)溫度及環(huán)境溫度同凝固點(diǎn)管道相差不大或略低于凝固點(diǎn)管道，此時(shí)，可使用熱水伴管伴熱。第五，如輸送的介質(zhì)具有毒性，所使用的管道為夾套管伴熱管道，此時(shí)可選擇用內(nèi)管焊縫外露型夾套管伴熱[2]。

2.2" 工藝要點(diǎn)

2.2.1" 化工工藝管道伴熱設(shè)計(jì)的介質(zhì)選擇和處理

選擇伴管和夾套管的材料應(yīng)考慮一下幾個(gè)方面：其一，以設(shè)計(jì)壓力、介質(zhì)特性、設(shè)計(jì)溫度為依據(jù)，根據(jù)SH/T3059，科學(xué)選擇伴管、夾套管。其二，必須選用無縫鋼管作為伴管和夾套管的內(nèi)管，選擇焊接鋼管、無縫鋼管作為套管。其三，應(yīng)用不銹鋼絲對(duì)不銹鋼伴管進(jìn)行捆扎。其四，疏水閥上游所使用部件的材料等級(jí)同蒸汽管道保持一致；疏水閥下游所使用部件的材料等級(jí)同凝結(jié)水管保持一致。其五，如施工困難，過濾器、儀表的不規(guī)則形狀的表面可使用φ12、φ10的管道伴熱。伴管材料可以是不銹鋼管、紫銅管。需要注意的是，紫銅管不應(yīng)超過200 ℃。其六，如內(nèi)管材料與套管材料不同，可用柔性計(jì)算對(duì)夾套管進(jìn)行計(jì)算[4]。

在保溫材料選擇方面，需注意介質(zhì)及介質(zhì)溫度。如伴熱設(shè)計(jì)工作中的伴熱管材料是不銹鋼，選擇保溫材料需格外注意，工作人員必須堅(jiān)持保溫材料是否含有氯離子，如含有氯離子，氯離子的含量是多少，控制氯離子的含量，避免管道腐蝕。需要注意的是，硅酸鈣制品中氯離子含量較高，工作人員應(yīng)用硅酸鈣制品應(yīng)格外注意[5]。伴熱設(shè)計(jì)的保溫材料選取如表1所示。

2.2.2" 化工工藝管道伴熱設(shè)計(jì)

在化工工藝管道伴熱設(shè)計(jì)中，應(yīng)采取套夾伴熱的方式，以免出現(xiàn)化工熱量消散過多的現(xiàn)象。實(shí)際上，使用管道輸送化工介質(zhì)期間應(yīng)考慮到介質(zhì)終端溫度、管道內(nèi)部溫度，確保二者溫度相同，如二者溫度不一致，就要考慮溫差問題。與其他伴熱管道方式相比，該方式更有利于保護(hù)熱能和補(bǔ)充熱能。工作人員應(yīng)注意管道內(nèi)部凝點(diǎn)，確保凝點(diǎn)不超過50 ℃。此時(shí)，在根據(jù)管道材料選擇伴熱方式。在工程中，工作人員應(yīng)用管道進(jìn)行氣體輸送時(shí)，應(yīng)用伴管伴熱這一方式的次數(shù)較多。相關(guān)工作人員可根據(jù)實(shí)際情況選擇伴管種類，現(xiàn)階段，常用的伴管種類有兩種，分別是蒸汽伴管、夾套伴管[6]。

當(dāng)裝置工況下管道內(nèi)部積累大量凝固蒸汽，此時(shí)，工作人員可考慮選擇套夾伴管進(jìn)行輸送。實(shí)際安裝期間，工作人員需考慮到伴熱設(shè)計(jì)基本要求選擇伴管安裝。一般情況下，有水平、垂直兩種安裝方式[7]。除此之外，在使用管道進(jìn)行輸送時(shí)，如輸送物質(zhì)具有強(qiáng)腐蝕性，就要考慮使用隔離方法，以確保輸送的安全性和效率[8]。

3" 蒸汽分配站和疏水站的設(shè)置要求

化工工藝管道的伴熱設(shè)計(jì)中，必須重點(diǎn)考慮疏水站、蒸汽分配站的布局工作。如布局科學(xué)合理，就能提高運(yùn)輸工作的效率與質(zhì)量，確保冷凝液體排出。一般情況下，工作人員會(huì)以300 cm為半徑進(jìn)行布局設(shè)計(jì)。如半徑為300 cm的范圍內(nèi)，有三個(gè)或三個(gè)以上回收點(diǎn)、伴熱點(diǎn)，就可分別設(shè)置疏水站、蒸汽分配站，確保能量有效運(yùn)輸，保障冷凝液體的順利排放[9]。

除此之外，針對(duì)疏水站、蒸汽分配站的布局，我國也發(fā)布相關(guān)規(guī)定，要求伴熱設(shè)計(jì)中S代表管徑，并用固定的計(jì)算方式，計(jì)算S值。計(jì)算方式是S=A+2B+C。S值計(jì)算如表2所示。

工作人員應(yīng)用計(jì)算方法得出結(jié)果后，需針對(duì)數(shù)據(jù)展開分析。如S值大于15，工作人員就要在該區(qū)域布置兩個(gè)疏水站。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)管徑較大，冷凝水會(huì)大量輸出，為確保冷凝水排放順利，必須合理設(shè)置疏水站。此外，工作人員還需設(shè)置備用接頭，并將其應(yīng)用于蒸汽分配站中。工程后半段，如管線發(fā)生改變，就必須使用接頭。該方法可確保管線的完整性，以免更換管線而增加成本。此外，需考慮蒸汽伴管的長度，盡量保障同一分配站長度相同[10]。

在蒸汽分配站布局方面，并沒有出臺(tái)相關(guān)規(guī)定，工作人員僅需考慮位置擺放是否科學(xué)合理，是否能滿足管道運(yùn)輸需求即可。對(duì)兩種水平安裝、垂直安裝方式的使用情況進(jìn)行分析，水平安裝最簡便，應(yīng)用最普遍，如空間較小，可使用垂直安裝。

4" 化工工藝管道伴熱設(shè)計(jì)需注意的問題

4.1" 科學(xué)設(shè)置管道旁路閥門

化工工程中用管道進(jìn)行運(yùn)輸?shù)那闆r較多，受某種因素影響，管道內(nèi)部會(huì)積存大量蒸汽，此時(shí)，引出蒸汽后可使用主管蒸汽管。同時(shí)應(yīng)用管道閥門進(jìn)行操控。當(dāng)蒸汽順利引出后，工作人員需立即切斷閥門。工作人員需根據(jù)化工工程實(shí)際情況安裝管道，一般情況，將其安裝于管道上方。需要注意的是，在疏水閥門周邊區(qū)域可安裝旁路閥，用以避免蒸汽或杜絕凝結(jié)水進(jìn)入管道。針對(duì)電伴熱進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員可借助三維模型，通過計(jì)算機(jī)分析該設(shè)計(jì)的應(yīng)用成效。確保電伴熱設(shè)計(jì)達(dá)到理想效果，必須處理好總管、伴管，已保障分配站工作科學(xué)、合理、高效[11]。

4.2" 根據(jù)實(shí)際情況抬高管道引出口

在引出水蒸氣這一項(xiàng)工作中，必須明確水蒸氣的引出部位，也就是說，工作人員需適當(dāng)抬高管道出水口，確保該項(xiàng)工作順利進(jìn)行。如存有凝結(jié)水，就必須展開相應(yīng)的排水設(shè)計(jì)，避免管道呈現(xiàn)U型。出現(xiàn)以上問題的主要原因是該類管道排水速度緩慢。工作人員還可在主管、支線管道中展開伴熱設(shè)計(jì)，確保實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用蒸汽。通過完成上述伴熱設(shè)計(jì)，可提高管道內(nèi)的隔熱效果。此外，如選擇蒸汽伴熱，就必須熱量分配這一方面，保障管道能科學(xué)分配熱量。現(xiàn)階段，伴熱設(shè)計(jì)中的蒸汽伴熱具有相對(duì)獨(dú)立性，在保持獨(dú)立性的基礎(chǔ)上還能與主管進(jìn)行連接。工作人員要重視疏水閥門的設(shè)計(jì)問題，保障伴熱處理效果。

4.3" 及時(shí)探查伴熱系統(tǒng)

除管道旁路閥門、高管道引出口外，還要及時(shí)探查伴熱系統(tǒng)，檢查伴熱系統(tǒng)是否保持正常作業(yè)。運(yùn)行初期，工作人員需使用伴熱系統(tǒng)順利排放管道積水，以保護(hù)管道的安全性。在經(jīng)過工作人員調(diào)試后，工作人員需再次進(jìn)行檢查，如出現(xiàn)閥門故障、管道凍結(jié)等諸多問題，就必須立即采取措施處理伴熱管道。

對(duì)技術(shù)人員來說，定期、及時(shí)探查伴熱系統(tǒng)非常必要。工作人員需重視探查工作，確保伴熱系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)。定期檢查過程中，技術(shù)人員除探查伴熱系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)外，還需重點(diǎn)關(guān)注伴熱系統(tǒng)的節(jié)能效果，一旦伴熱管道消耗較多能源，就必須優(yōu)化管道，必要時(shí)，可根據(jù)實(shí)際情況改動(dòng)管道，以保證伴熱管道的性能。

5" 結(jié) 論

綜上所述，經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，化工業(yè)占據(jù)重要位置，在化工工程中展開伴熱管道設(shè)計(jì)工作，工作人員需了解伴熱化工工藝管道伴熱的內(nèi)涵，根據(jù)伴熱設(shè)計(jì)原則，展開設(shè)計(jì)工作。工作人員還應(yīng)洞察國內(nèi)外伴熱設(shè)計(jì)材料使用情況、工藝發(fā)展情況，科學(xué)制定化工工藝管道伴熱的設(shè)計(jì)方案。科學(xué)、合理的伴熱設(shè)計(jì)能進(jìn)一步推動(dòng)化工領(lǐng)域的發(fā)展，也有利于經(jīng)濟(jì)發(fā)展。未來，我國化工工藝設(shè)計(jì)方法將進(jìn)一步發(fā)展，伴熱設(shè)計(jì)將更高效、更科學(xué)、更合理。

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Heat Tracing Design of Chemical Process Pipeline

NIU XUE

Liaoning Province Petroleum-chemical Industry planningamp;Designing Institute Co，Ltd.， Liaoning Shenyang 110000，China；

Abstract：" In recent years， the chemical industry has developed rapidly and has become an important part of economic and social development. Compared with other industries， the chemical industry has certain particularity， complexity and danger. In addition， the chemical process is complex. Relevant enterprises and staff must take normal energy as the premise and ensure the sufficient supply of additional energy to ensure the safe and smooth completion of all work in the chemical process. In the chemical process， the heat tracing design has become the key content. If the heat tracing design is not paid attention to， the chemical process is difficult to carry out smoothly. Therefore， the heat tracing design of chemical process pipeline should be deeply analyzed and studied， including selection principles， precautions， etc. In view of this， the heat tracing design of chemical process pipeline is studied in this paper. First of all， this paper summarizes the heat tracing of chemical process pipeline. Secondly， this paper analyzes the heat tracing design of chemical process pipeline from the selection principles and process points of heat tracing. Thirdly， this paper analyzes the setting requirements of steam distribution station and drain station. Finally， this paper discusses the problems that should be paid attention to in the heat tracing design of chemical process pipeline， in order to provide help for the relevant staff in the heat tracing design..

Key words：" Chemical industry;" Process pipeliner;" Heat tracing design