化工工藝管道的伴熱設計

李佩佩

（新疆化工設計研究院有限責任公司，新疆烏魯木齊 830000）

1 化工工藝管道伴熱設計

1.1 伴管伴熱的選用原則

伴管伴熱設備是一種常見的工業(yè)加熱設備，主要用于加熱各種流體介質(zhì)，如水、油、氣體等。在選用伴管伴熱設備時，需要考慮多個因素。首先需要確定所需加熱的溫度范圍和精度。不同的伴管伴熱設備具有不同的加熱范圍和控溫精度，需根據(jù)實際需要選擇適合的型號。其次要考慮被加熱物料的性質(zhì)、流量、壓力等因素。伴管伴熱設備與被加熱物料接觸的材質(zhì)和適用的介質(zhì)也需要考慮，以確保設備與物料之間的兼容性和安全性。

此外，還需要考慮設備的維護保養(yǎng)和使用壽命等因素。伴管伴熱設備在使用過程中需要定期維護保養(yǎng)，以確保設備的正常運行和延長設備的使用壽命。同時，還需考慮設備的性能和價格之間的平衡，選擇性價比最高的伴管伴熱設備。總之，在選用伴管伴熱設備時，需綜合考慮多個因素，以選擇適合自己工藝流程的設備，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

1.2 工藝要點

1.2.1 化工工藝管道伴熱設計的介質(zhì)選擇和處理

在化工工藝管道伴熱設計中，選擇合適的介質(zhì)并對其進行處理和循環(huán)，是保證伴熱效果和設備穩(wěn)定運行的重要環(huán)節(jié)。①介質(zhì)的選擇應根據(jù)伴熱管道中流體的特性和工藝要求，考慮介質(zhì)的流量控制，選用合適的流量控制閥或泵來實現(xiàn)。②為了確保介質(zhì)的質(zhì)量和穩(wěn)定性，需要對介質(zhì)進行處理，如過濾、除氧、防腐等，以防止介質(zhì)中的雜質(zhì)和氧化產(chǎn)物對管道和設備造成損害。對于導熱油等介質(zhì)，還需定期更換和過濾。③為提高伴熱效率和穩(wěn)定性，需要對介質(zhì)進行循環(huán)，選用合適的泵和循環(huán)管道來實現(xiàn)，保持介質(zhì)的流量、壓力和溫度穩(wěn)定。綜上所述，介質(zhì)的選擇和處理在化工工藝管道伴熱設計中至關重要，對設備的正常運行和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性都有著重要影響。

1.2.2 化工工藝管道伴熱設計

化工工藝管道伴熱設計是指對化工工藝管道進行加熱的設計和實現(xiàn)過程。在化工生產(chǎn)過程中，許多液態(tài)物質(zhì)都需要加熱才能滿足生產(chǎn)要求。加熱方式一般采用伴熱方式，即通過將導熱介質(zhì)（如導熱油、水、蒸汽等）流經(jīng)伴熱管道，實現(xiàn)管道的加熱，進而實現(xiàn)物質(zhì)的加熱。在化工工藝管道伴熱設計中，還需要考慮保溫材料的選擇。如表1所示，常用的保溫材料有玻璃棉制品和硅酸鈣，其適用溫度分別為常溫~300℃和常溫~550℃。選用合適的保溫材料可以有效地減少熱量的損失，提高能源利用率，同時也可以保證操作安全和生產(chǎn)效率。

表1 伴熱設計的保溫材料

化工工藝管道伴熱設計的核心是設計伴熱管道的參數(shù)和系統(tǒng)。

（1）選用合適的材料，保證管道的耐高溫、耐腐蝕性能。

（2）根據(jù)介質(zhì)的特性和加熱要求，選擇合適的導熱介質(zhì)和流量控制系統(tǒng)，保證伴熱效果和控制精度。同時，還需要考慮管道的布局和安裝方式，以確保加熱效果和操作方便。

（3）在化工工藝管道伴熱設計中，還需要注意安全和節(jié)能。①避免管道泄漏和介質(zhì)的揮發(fā)，以確保生產(chǎn)安全。②控制介質(zhì)的流量和溫度，以避免能耗浪費。③通過采用先進的伴熱技術，如電伴熱、微波加熱等，來提高伴熱效率和降低能耗。

綜上所述，化工工藝管道伴熱設計是一個涉及多個方面的綜合性設計，需要根據(jù)實際情況和工藝要求進行合理的設計和實施，以確保生產(chǎn)安全和高效率。

2 蒸汽分配站和疏水站的設置要求

蒸汽分配站和疏水站是化工工藝管道伴熱設計中非常重要的組成部分[1]。蒸汽分配站的主要作用是將蒸汽從鍋爐輸送到伴熱設備和管道，同時控制蒸汽的流量和壓力。一般來說，蒸汽分配站應該設置在蒸汽管道的起點，并根據(jù)需要設置分配管道和閥門，以便將蒸汽輸送到各個伴熱設備和管道。對于大型化工生產(chǎn)線，可能需要設置多個蒸汽分配站來滿足不同的工藝要求。

除了蒸汽的流量和壓力控制之外，蒸汽分配站還需要考慮到蒸汽的冷凝和凝結水的排放問題。由于蒸汽在輸送過程中會發(fā)生冷凝，因此需要設置凝結水收集器，并通過汽水分離器將凝結水排放到疏水站。在排放凝結水時，還需要注意防止其他雜質(zhì)的混入，以避免對伴熱設備和管道的影響。

與蒸汽分配站相對應的是疏水站。疏水站的主要作用是收集和排放凝結水和其他雜質(zhì)。由于凝結水和其他雜質(zhì)會對伴熱設備和管道造成損害，因此需要將其及時排放。疏水站應該設置在管道的低點處，以便收集凝結水和其他雜質(zhì)。疏水站還應該配備適當?shù)氖杷y和放水管道，以保證疏水暢通。

除了上述要點之外，在蒸汽分配站和疏水站的設置中還需要考慮到材質(zhì)選擇和維護保養(yǎng)等問題。材質(zhì)的選擇應該考慮到蒸汽的壓力和溫度等因素，并選擇耐腐蝕和高溫高壓的材質(zhì)。維護保養(yǎng)方面，應該定期檢查和清洗蒸汽分配站和疏水站，并及時更換損壞的部件，以確保設備的正常運行和安全性。

3 化工工藝管道伴熱設計需注意的問題

3.1 科學設置管道旁路閥門

在化工工藝管道伴熱設計中，科學設置管道旁路閥門是需要注意的問題之一。管道旁路閥門是指在伴熱管道上設置的一個閥門，用于控制伴熱流量和維護伴熱系統(tǒng)的穩(wěn)定運行[2]。在實際應用中，由于各種原因，伴熱管道中的流體流動可能會出現(xiàn)故障或者需要維修，此時通過旁路閥門可以將管道中的介質(zhì)流動切換到旁路管道中，以維持工藝生產(chǎn)的正常進行，同時不會影響伴熱系統(tǒng)的正常運行。①旁路閥門的數(shù)量和位置。根據(jù)管道的長度、管徑和伴熱介質(zhì)的特性，科學設置合適數(shù)量和位置的旁路閥門，以便于操作和維修。②旁路閥門的選型和安裝。旁路閥門的選型應該根據(jù)介質(zhì)的特性和溫度、壓力等參數(shù)來選擇合適的閥門類型和規(guī)格。閥門的安裝位置和方式也需要考慮到操作和維護的方便性。另外，還需要考慮旁路管道的設計和安裝。旁路管道應該與伴熱管道保持一定的距離，以防止熱量的散失和影響介質(zhì)流動。同時，管道的彎曲半徑和接口的連接方式也需要符合相關標準和要求。

3.2 根據(jù)實際情況抬高管道引出口

在化工工藝管道的伴熱設計中，根據(jù)實際情況抬高管道引出口也是一個需要注意的問題。抬高管道引出口的主要目的是保證管道中的伴熱介質(zhì)能夠充分循環(huán)，并確保管道中沒有積存和死角，從而保證伴熱效果和設備的正常運行[3]。在實際操作中，如果管道引出口處設置不當，可能會導致管道中的介質(zhì)不能充分流動，出現(xiàn)死角和積存，從而影響伴熱效果和設備的正常運行。因此，在設計管道引出口時，需要根據(jù)實際情況合理設置，以保證管道中的介質(zhì)能夠充分循環(huán)，并避免出現(xiàn)死角和積存。

在抬高管道引出口時，需要考慮伴熱介質(zhì)的流速和管道的斜度等因素。一般來說，管道的斜度應控制在2%以下，以保證伴熱介質(zhì)能夠充分流動[4]。同時，也需要考慮管道的排氣和排水等問題，以確保伴熱系統(tǒng)的正常運行。總之，在化工工藝管道伴熱設計中，根據(jù)實際情況合理抬高管道引出口是至關重要的，需要根據(jù)伴熱介質(zhì)的流速和管道的斜度等因素進行合理設置，以保證管道中的介質(zhì)能夠充分循環(huán)，并避免出現(xiàn)死角和積存，從而保證伴熱效果和設備的正常運行。

3.3 及時探查伴熱系統(tǒng)

化工工藝管道伴熱設計中，及時探查伴熱系統(tǒng)是一個至關重要的問題。在伴熱系統(tǒng)中，常常會出現(xiàn)管道泄漏、閥門故障等問題。這些問題如果不及時處理，可能會影響伴熱效果和設備的正常運行，甚至可能會引發(fā)安全事故，給企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟損失和安全隱患。為了避免這些問題的發(fā)生，需要在設計和運行中加強對伴熱系統(tǒng)的監(jiān)測和探查。采用多種檢測設備如紅外線熱像儀、超聲波檢測儀、壓力表等對伴熱管道和設備進行定期檢測和監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)異常情況及時處理。此外，還可以在伴熱系統(tǒng)設計中加入一些智能監(jiān)測設備和系統(tǒng)，如遠程監(jiān)控系統(tǒng)、智能傳感器等，實現(xiàn)對伴熱系統(tǒng)的實時監(jiān)測和預警，確保伴熱系統(tǒng)運行的安全和穩(wěn)定。

需要特別注意的是，伴熱系統(tǒng)的監(jiān)測和探查應該定期進行，而非僅在出現(xiàn)問題時才進行。這樣可以及時發(fā)現(xiàn)潛在問題并進行處理，避免出現(xiàn)意外情況。同時，也可以通過對伴熱系統(tǒng)的監(jiān)測和探查，為伴熱系統(tǒng)的優(yōu)化提供數(shù)據(jù)和建議，從而提高伴熱效果，降低運行成本，實現(xiàn)經(jīng)濟效益和環(huán)境保護的雙贏。

3.4 選擇合適的伴熱介質(zhì)

在化工工藝管道伴熱設計中，選擇合適的伴熱介質(zhì)是至關重要的[5]。選擇合適的伴熱介質(zhì)可以有效提高管道的傳熱效率，降低工藝成本，保證管道的安全運行。因此，需要綜合考慮多個因素來選擇伴熱介質(zhì)。首先需要考慮介質(zhì)的物理性質(zhì)。伴熱介質(zhì)的比熱容、導熱系數(shù)、黏度等性質(zhì)將影響伴熱介質(zhì)在管道中的流動特性和傳熱效率。比如，高比熱容的介質(zhì)對熱能的儲存能力更強，但傳熱速度會稍慢。因此，在選擇伴熱介質(zhì)時需要根據(jù)具體應用場景選擇合適的物理性質(zhì)。其次，需要考慮伴熱介質(zhì)的化學性質(zhì)。對于化工工藝管道來說，介質(zhì)的腐蝕性、毒性、易燃性等因素都需要被充分考慮。選擇不當?shù)慕橘|(zhì)可能會導致管道的腐蝕、泄漏或者其他安全隱患。因此，在選擇伴熱介質(zhì)時需要根據(jù)管道的具體情況選擇化學性質(zhì)適合的介質(zhì)。

伴熱介質(zhì)的溫度范圍也是一個重要的考慮因素。不同介質(zhì)的溫度范圍是有限制的，選擇超出介質(zhì)溫度范圍的溫度也會影響介質(zhì)的穩(wěn)定性和伴熱效果。因此，在選擇伴熱介質(zhì)時需要根據(jù)管道的具體情況選擇適合的溫度范圍。最后，成本也是選擇伴熱介質(zhì)時需要考慮的一個因素。不同介質(zhì)的價格差異很大，高成本的介質(zhì)可能會導致工藝成本的上升，但若質(zhì)量好，可以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在選擇伴熱介質(zhì)時需要綜合考慮成本和質(zhì)量。

3.5 管道絕熱層的選擇

化工工藝管道伴熱設計中，絕熱層的選擇至關重要。絕熱層可以起到隔熱保溫的作用，防止管道內(nèi)部的熱量損失和外界溫度對管道的影響，從而提高伴熱效果，減少能量損失，同時保障管道的安全運行。在選擇絕熱層材料時，需要考慮多個因素。

（1）考慮管道的使用環(huán)境和要求，如溫度范圍、使用壽命、防火性能等。例如，在高溫環(huán)境下使用的管道需要選擇能夠承受高溫的絕熱材料。

（2）綜合考慮絕熱層的成本和可維護性等方面，選擇適合自己需求的絕熱層材料。

常見的絕熱層材料包括礦物棉絕熱層、聚氨酯泡沫絕熱層、聚苯板絕熱層和氣凝膠絕熱層。礦物棉絕熱層具有良好的隔熱性能和吸音性能，但會釋放有害物質(zhì)。聚氨酯泡沫絕熱層具有良好的隔熱性能和防火性能，但成本相對較高。聚苯板絕熱層具有優(yōu)異的絕熱性能和強度，價格適中，但易受潮。氣凝膠絕熱層是一種新型的超輕質(zhì)絕熱層材料，具有良好的隔熱性能和耐火性能，但價格較高。因此，在選擇絕熱層材料時，需要根據(jù)具體的使用環(huán)境和要求進行綜合考慮，選擇適合自己需求的絕熱層材料，并注意在使用時采取必要的防護措施，以確保人體健康和安全。

3.6 伴熱功率的計算

在化工工藝管道中，伴熱設計是一個非常重要的環(huán)節(jié)，它的目的是確保管道內(nèi)的介質(zhì)在工藝運行中始終處于所需的溫度范圍內(nèi)，以保證工藝的正常運行和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。伴熱功率的計算是伴熱設計的重要組成部分。伴熱功率是指為保持管道內(nèi)介質(zhì)溫度穩(wěn)定所需要補充的熱量。伴熱功率的計算需要考慮多個因素，包括管道的長度、直徑，介質(zhì)的流速、溫度差等。這些因素的不同組合將導致不同的伴熱功率需求。

管道長度和直徑是計算伴熱功率的基本參數(shù)之一。通常情況下，管道越長、直徑越大，所需要的伴熱功率就越大。介質(zhì)的流速也是一個重要的因素，因為流速的快慢直接影響著介質(zhì)的傳熱能力。此外，介質(zhì)的溫度差也是計算伴熱功率時必須考慮的因素。溫度差越大，伴熱功率需求就越大。

在進行伴熱功率計算時，還需要考慮管道的絕熱性能和周圍環(huán)境的溫度。絕熱層的質(zhì)量和厚度會影響管道的散熱情況，因此必須對其進行合理的選擇和設計。同時，周圍環(huán)境的溫度也會對伴熱功率的計算產(chǎn)生影響，如在寒冷的冬季，周圍環(huán)境的溫度較低，介質(zhì)的散熱速度會加快，導致伴熱功率需求增加。

4 結束語

要想加強化工工藝管道的伴熱設計，提高設計水平和質(zhì)量，還需要綜合考慮各種措施和具體情況，從而進行有利方案選擇。只有這樣，才能把各種伴熱設計措施整合在一起，以此來提高化工工藝管理伴熱設計水平和質(zhì)量。