化工工艺管道蒸汽伴热管线的设计

时间：2024-07-28

吕高锋，孟元甲，李新艳

（西安航天源动力工程有限公司，陕西西安 710056）

化工一直以来都是我国国民经济的重要支柱产业之一，在化工生产过程中，有些介质凝固点较低，在输送时必须进行蒸汽伴热，既可以防止在输送过程中介质出现冷冻、结露的状态，也可以确保介质的温度始终处于最佳状态中。本文简要分析了化工工艺管道蒸汽伴热系统的设计方式以及设计内容。

1 化工工艺管道蒸汽伴热管线内涵

工艺管道常见的伴热方式主要有三种，分别是内管伴热、夹套伴热、电伴热。由于内管伴热本身有热变形的问题，为此在使用时不能够输送腐蚀性以及热敏型的介质，很少使用在石油化工装置中。而夹套伴热的夹管方式则分为管帽式夹套和法兰式夹套。电伴热则是利用电能作为热源的伴热形式，能够有效地对温度进行控制。但是随着时代不断地发展，近几年在新建的化工装置中，其主要采用的伴热介质为热水、蒸汽，蒸汽外伴管伴热不仅能够提高伴热的效果，其温度相对更容易调节，成本更低，能够提高伴热的整体效果，适用的范围更广。现阶段我国大部分的石油化工企业在选择伴热方式以及相关的装置时都会选择蒸汽伴热系统。为此，研究蒸汽伴热系统的使用质量也成为发展中的重要组成部分。科学技术的不断发展，当前在化工工艺管道伴热系统中主要选择了蒸汽伴热管道，蒸汽伴热管道对于温度调节十分方便，成为化工工艺伴热管道中常见的一种伴热方式。伴热管道主要由以下几个部分组成，分别是总管支管、伴热管、保温箱、疏水器以及回水支管总数、总回水管、切断阀等。

2 蒸汽伴热系统的设计

在化工介质传输的过程中，由于其长期处于低温环境，很容易出现冷凝，凝固等问题，造成热度损失的现象。导致工艺介质本身的黏度提升，也影响到了相关设备的进一步使用效果。无论是管线或者是仪表的正常使用质量都会下降。为了确保不进行特殊加热、浪费热能的前提下，提高所有介质的运输状态，可以选择蒸汽伴热系统，该系统能够提高介质的传输质量，同时也防止介质在传输的过程中出现一系列的负面问题。

2.1 伴热供气总管设计

化工工艺管道蒸汽伴热系统设计过程中需要最大限度地发挥出伴热的作用。将伴热站进行分开设计，在整体的设计过程中考虑到伴热供气总管设计，应在一楼设置蒸汽粉末分配站。从分配站的上方引入蒸汽，并且将冷凝水以及蒸汽主管放入到外界的空气，或者在设计过程中直接将其安在廊道顶部，这种方式是为了提高蒸汽的使用效果。在设计中也应该考虑到如果蒸汽的主管道位置设计相对较低，甚至低于蒸汽的入口管时，需要通过自导式的蒸汽粉末分配站进行改变，确保所有的蒸汽导入工作能够顺利进行，同时也应该设置热跟踪站。热跟踪站的设计是为了有效地支撑和简化各项不同的操作内容。要求整体的蒸汽管道设计能够贴近栏杆、平台、立柱或者是墙面等地方。在安排热追踪，一定要做到科学且合理，防止由于热追踪站的设计出现问题，影响蒸汽伴热站的运行，一旦出现了相关问题，尽可能在短时间内对其进行制止，防止出现堵塞的情况。进行蒸汽分配站的分析以及管理时，需要进行s值的计算，而s值的计算应始终考虑到管径的大小，按照相关的计算公式算出来s值。在计算的过程中，其主要考虑到的参数有，蒸汽分配管的数量、蒸汽引入管、冷凝水引出管等相关的数据对其进行查取。

选择的公式是：s=a+2b+2c

在对上述公式进行计算以及分析时，需要对数据进行查询，其中a指在整个蒸汽伴热系统中dn15的伴管数量，而b是dn20伴管的数量，c则是dn25的伴管数量。利用计算得出的s值，需要对s值进行分析，当s值大于16时，应对蒸汽分配站以及疏水站的整体数量进行重新的设计规划，确保数量大于等于2。

蒸汽伴热供气总管设计时，还需要设计相关的流程图，要求所有的代号和图例与管道仪表的流程图保持一致。伴热管道的长度在多数情况下都高于一般长度，选择分段伴热应清楚地对每一个段次进行标注。冷凝水收集站以及蒸汽分配站，无论是选择卧式或者立式，都应该和伴热管道中的布置图保持一致。在布置图上需要清楚地规划出所有蒸汽伴管的管道，并且充分地显现出蒸汽收集站以及伴管站。还需要标注冷凝液收集站以及蒸汽分配站对所有的伴管站进行有效的识别。针对伴管制而言，一定要做一个十分明显的记号，该记号的标识目的是为了标识所有伴管的编号以及起点，确保每根伴管都可以随时随地地找到。每根伴管上应该有两个一模一样的标记，分别设置在冷凝水的收集站以及蒸汽的分配站上。这种方式可以让工作人员工作速度以及工作质量得到提升。一旦出现了某一个管路有故障，可以在最短的时间内开展维修工作，而蒸汽分配站以及疏水站也需要满足以下几点内容：第一，如果是水平的安装蒸汽分配站，从顶部或者是侧面将蒸汽管接入。第二，如果出现了三个伴热站，并且是在直径为6m 的规模，则需要根据伴热站的数量，建设相关的分配站以及疏水站留下左右两个接头，防止出现故障时没有备用接头的现象。备用接头能够确保在使用时的使用质量，在相同的蒸汽分配站中，要求争取放管最短的一个保持长度在最长伴管的70%左右。

2.2 蒸汽分配站

针对蒸汽分配站的接管数量，则根据实际情况进行准确的分析以及确定。其中使用口径为dn40的蒸汽分配站，应该使用六个以内的dn15型或者是dn20型的接管口，做好管口的配套设计，才能确保分配站的应用质量得到提升。如果所设计的蒸汽分配站是dn50型，则需要考虑到在选择蒸汽接口时应使用十个dn15型，或者是使用十个dn20型的蒸汽管孔进行接管，还需要多预留接口，保证不时之需。根据现阶段的实际生产状况进行分析，蒸汽分配站的布置结构设置通常情况下会选择垂直或者是水平的状态，其目的是为了方便蒸汽向着不同的区域扩散，实现蒸汽扩散中的均匀扩散以及均匀散热。促使其散热的质量以及蒸汽的使用质量得到提升，而伴热供气管中的主管道则需要对预留管道内的蒸汽进行引出，防止在管道内出现蒸汽积聚的状态，在实际生产中也需要选择在顶部或者是在水平位置安装相关的蒸汽管道。这种分配方式可以提前安装固定支撑，或者是安装划定支撑，方便管道引气，使得管道在使用时处于安全的状态。

2.3 冷凝液站设计

冷凝液站的设计时，需要考虑到冷凝液站的凝汽器，凝汽器主管道需要与凝结水的总管道顶部进行热量相连接。确保在凝汽器的主管道出口设置截止阀，并且在梯形的蒸汽管上设置一组疏水阀，能够直接返回到冷凝水的末端，并且在加油站顶部抽出分支作为冷凝管。冷凝水需要加入水循环中，可以利用凝结法设置稀释剂。冷凝水可以直接放入到指定的回收管中，避免影响周围的设备以及相关的管道。疏水阀应该选择本体带过滤器型的疏水阀，否则会导致疏水阀在使用时使用质量不佳。过滤器一般情况下则需要选择y 型过滤器，y 型过滤器无论是通道面积或者是使用效果都能够满足冷凝液站的设计需求，而通道面积则应该根据冷凝管的管道选择进行确定。要求选择截面积的二倍。当冷凝水高于疏水阀时，则需要选择动力式的疏水阀，该疏水阀本身带指挥功能，能够在疏水阀后设置止回阀。

3 施工材料的选取及施工的具体要求

3.1 施工的材料选取

选择伴管材料有：不锈钢管、紫铜管、一级碳钢管。在国外的很多项目中都会选择使用紫铜管以及不锈钢管作为伴管。紫铜管和不锈钢管都属于物美价廉的材料，但是在实际使用时最优的选择仍旧是紫铜管，原因是紫铜管的柔韧性更强，能够快速地进行弯曲和连接，并且不费时、不费力。碳钢管则具有非常强的抗腐蚀性，同样在我国广泛使用。

3.2 施工的具体内容

蒸汽伴管施工的过程中，通过以下几种方式能提高施工的质量：①在蒸汽伴管施工的过程中，将支管的蒸汽直接从主管道的顶部引出来，将蒸汽引出到确定的位置根部，同时在管道中需要安装切断阀门，确保整个管道运行和使用的稳定性。②蒸汽伴管中含有的凝结水，如果选择不回收凝结水，会直接经过疏水阀，在经过疏水阀后对其进行统一的处理。③在蒸汽伴管施工中，每根伴管所具有的功能都是不一样的，所以要求工作人员了解每根半管，提高对每根半管的熟悉度，一旦发现半管出现问题，可以及时地进行维修与替换。工作人员可以在每根半管上都安装一个独立性的疏水阀，这种方式是防止一旦某根半管出现问题，导致周围所有的半管同样出现相关的问题，甚至出现了伴热系统的混乱。④应该尽可能地避免在u 型弯上产生阻液或者是气阻的现象，u 型弯在施工时头经常会出现一定的问题，这是蒸汽伴热系统在设计中常见的一个问题。当蒸汽伴热管进行构建时，出现了u 型弯需要增加相应的蒸汽伴管压力，将空气顺利的排出，防止由于气阻的产生而导致空气的排出速度较慢。为此，当产生u 型弯时，应考虑到蒸汽压力的大小，当其压力大于300kPa，小于500kPa，则可以将u 型弯的高度上升，累积到4m 左右，而当蒸汽压力大于700kPa，小于1 000kPa 时，则可以让u 型弯的上升高度累积到6m 左右，而当蒸汽压力超过500kPa 却低于700kPa 时，则u 型弯累计高度约在5m 以上。⑤为了尽可能地避免在蒸汽伴管使用时出现水蒸气进入凝结管网甚至出现了背压升高的状态，不能在输水阀组上安装旁路阀，避免出现对凝结水整体运行时的负面影响，保证凝结水的运行处于一种安全且积极的状态中。