在化工工业生产过程中通常为了能够更好地对工艺管道进行保温和防冻处理,一般在工程建造时便配套建设相应的伴热管道。工艺管道的伴热方式有4 种,即:内伴热管伴热、外伴热管伴热、夹套伴热和电伴热。由于蒸汽取用方便、冷凝潜热大、温度易于调节、适用范围较广,一直是装置中广泛采用的伴热介质。本文对蒸汽伴热管道系统的设计进行了一些归纳总结。

1.蒸汽伴热管道设计的概述

对于低于环境温度,易冷凝、凝固或因热损失而黏度增高的工艺介质或腐蚀性气体中产生冷凝水而影响正常生产操作的管线、设备和仪表,除非有特殊加热处理,一般都应设蒸汽伴管[1]。

化工工艺中的蒸汽伴热管道系统组成部分有以下几个。

(1)蒸汽的总管道。这一管道用来输入蒸汽。

(2)蒸汽引入管道。用作将蒸汽引入到相应的区域。

(3)蒸汽的分配站。用来实现对总管道输入蒸汽的分配。

(4)蒸汽伴管。用来实现对管道内部温度的控制。

(5)冷凝水的收集管道。对管道内冷凝水进行收集,并及时引出,防止一些具有腐蚀性的冷凝水对设备造成腐蚀。

(6)冷凝水总管道。将不同区域的冷凝水进行汇总,方便冷凝水的收集与处理。

2.蒸汽伴热系统的设计要求

伴热系统的设计要作为一个整体来综合考虑,在遵循标准规范及相应设计原则的前提下,对整个蒸汽伴热系统进行因地制宜地统筹规划[2]。典型的蒸汽伴热管道系统图

2.1蒸汽分配站管道布置的要求

蒸汽分配站用做对蒸汽总管道的蒸汽进行有效分配,避免管道内部的不同区域产生冷凝水[3]。通常而言,蒸汽分配站的管道布置应遵循以下几个原则。

(1)分配站的安装一般采用立式或者卧式安装的方式;

(2)分配站接管数情况,对于DN40蒸汽分配站中的接管数量应该控制在6个以内;DN50蒸汽分配站的接管口控制在10个以内,一般地会在每个分配站预留至少一个备用口[4],在平时备用口都采用螺纹管帽等进行封闭;

(3)在蒸汽伴热管的设置上,其间距控制在1m为宜;

(4)分配站的位置一般在靠柱子、墙壁等区域,这样能够有效的缩减管道的长度;

(5)蒸汽伴热供汽管的切断阀门通常都设置在出口位置的水平管上;

(6)伴热供汽总管应该从蒸汽主管的顶部进行引出,而供汽管则应该从伴热站的顶部位置进行水平方向引出。

2.2冷凝液收集站管道布置设计的要求

冷凝液收集站用来进行冷凝液的收集与处理,通常而言,冷凝液都具有一定的化学腐蚀性,为了更加方便将管道内的冷凝液排出,有效保护相应的设备,需要通过合理的设计来实现。通常情况下,冷凝液收集站的设计与蒸汽分配的设计相互呼应。即冷凝液收集站的管道接管数与蒸汽收集液的管道接管数相一致。所不同的是,为了方便冷凝液的排出,通常冷凝液收集站的备用口设置比蒸汽分配站的备用口要多1~2个,并且一般情况下备用口都是使用阀门封闭的状态。

2.3 伴管的设计要求

通常情况下,伴热蒸汽从主管的顶部引出,在蒸汽分配站处通过分汽阀门进行相应的分配[5]。为了方便每根蒸汽伴热管的工作运转,通常会将每根蒸汽伴热管单独设置疏水阀门,实现不同蒸汽伴热管疏水的独立性。为了有效防止蒸汽传入冷凝水管的部位,造成冷凝水气化,导致系统的背压升高造成安全事故,在进行蒸汽输入的过程中,应关闭冷凝水管道引入口处的阀门,由此保障冷凝水的收集不受干扰。伴热蒸汽管道的布置应从起点引入,在最后的结点处排出。整体的设计应保证在同一个水平面上,从左至右或从上而下设计。如此可以有效防止气阻或液阻现象的发生。

若伴管的敷设方法采用水平的方式,那么应该将其安装在所被伴管道的下方;如果是垂直方式进行敷设,若其数量在2根以上那么应该均匀包围式敷设;如果其主管需要进行伴热且支管无需进行伴热时,那么应该在其支管的第一个切断阀位置进行伴热的设计。伴管之间的连接采用焊接、活接头以及法兰等方式进行,如果伴管的内径为10mm或者12mm,其材质为不锈钢或者紫铜则尽量使用卡套式的接头方式。

2.3.1蒸汽伴热管的有效伴热长度

蒸汽伴热管存在长度限制。蒸汽伴热管道中的蒸汽流经一定长度后,由于向被伴热管道加热和通过保温层散热, 该蒸汽将失去潜热而冷凝[6];若蒸汽伴热管的长度加长,则达不到理想的伴热效果。伴热管的有效伴热长度可按表1来确定[7]。

2.3.2蒸汽伴热管的材质及规格

伴热管一般有三种材料可供选择。分别为碳钢管、不锈钢管以及紫铜管。当前国内的化工装置使用碳钢管与不锈钢管作为伴热管居多。这主要是基于成本方面的考虑,虽然紫铜管有着更加优良的传热效果,但是其造价相比前两种要高出很多。

伴热管一般用DN25、DN20 和DN15 的,具体根据被伴热管的规格及温度要求而定。伴热管道都比较细,选用304不锈钢的好处是不易发生堵塞,而且对于相同的操作条件和管径,不锈钢管道的壁厚比较薄,容易直接进行弯曲加工,有利于施工。但成本相对较高。

3 伴热系统的巡检与维护

伴热系统的巡检与维护十分重要,建设容易,维护难。伴热系统投入使用前,伴热管中的水未放尽,会产生水击造成泄漏; 投入使用后,不检查并调节阀门开度( 如阀门开度过小),易造成工艺管道冻住。切断阀和疏水阀出现故障、伴热管破损时,不及时处理,同样造成蒸汽浪费或管线冻凝的问题。如果不重视,诸如此类的问题将层出不穷。

4 结语

随着化工工业的不断发展,在化工生产系统中起着重要作用的蒸汽伴热系统也越来越受到人们的重视。本文对化工工业生产中所应用的蒸汽伴管的设计进行细致的分析,主要介绍了化工工艺管道蒸汽伴热的相关设计要求以及一些相应的设计参数。从设计的角度而言,蒸汽伴热管的设计应综合多方面的考虑,实现最优化设计。化工工艺管道的蒸汽伴热设计不仅可以节约化工工艺的成本,更能够有效地保证设备的安全性与耐久性,有着非常重要的意义。


2018年11月06日

仿真分析断路器罐体加热装置的设计-华阳电伴热
仪表及管线伴热保温整体解决方案-华阳电热

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来源:华阳技术部

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