《毕业设计：化工管道伴热设计毕业论文》(3)

第二章：蒸汽伴热管道的设计

在化工项目施工中，对于间断输送具有下列特性的流体的管路，应采用加热保护；凝固点高于环境温度的流体管路；流体组份中能形成有害操作的冰或结晶;含有H2S 、HCL、CL2 等气体，能出现冷凝或形成水合物的管路; 在环境温度下粘度很大，以致在起动循环之压力下连正常流量的一半也达不到的液体管；能出现不合需要的分离等。

对上述管的加热各种加热保护蒸气伴管、夹套管和电热带。其目的是保护介质质温度符合生产工艺要求。各种加热保护的保温层厚度按保温设计规定进行，当介质温度低于蒸汽温度、蒸汽管路或介质有防火、防爆的要求、输送凝固点低于50 0C或具有腐蚀性、热敏性的介质以及介质与蒸汽接触时会产生有损害操作的事故等管路均应采用伴管保护。外蒸汽伴热管尤其在石化工厂中能得到广泛使用, 其主要原因如下:

(1)石化工厂内有副产蒸汽或乏汽可以利用, 而且蒸汽潜热大, 从而降低伴热经常费用。 (2)适用范围普遍, 操作温度在150 ℃以下的工艺管道都可采用。 (3)不需什么特殊材料, 便于施工和管理。

国内300kt/ a 合成氨和520kt/ a 尿素联合工厂、300～600kt/ a 乙烯装置及大部分石油化工装置等基本上都采用蒸汽伴热来防止冻结。因有富余低压蒸汽可利用, 同时为了节约蒸汽, 可在装置区内设两个蒸汽伴热系统, 分别供常年及冬季伴热用, 到夏季可将冬季伴热管阀门关掉。下面结合技术资料，对蒸汽伴管的加热保护施工技术进行分析。

2.1 蒸汽伴热系统的组成

对于低于环境温度，易冷凝、凝固，或因热损失而粘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。典型的蒸汽伴管管道系统见图 2.1蒸汽伴热系统的组成为:①蒸汽总管；②蒸汽引入管；③蒸汽分配站；④蒸汽伴管；⑤冷凝水收集站；⑥冷凝水引出管；⑦冷凝水总管。

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图 2.1

2.1.1蒸汽伴热系统的设计内容：

(1)伴管及伴管站布置图: ①所有需要蒸汽的伴热管,均用粗实线表示在其被伴管道的伴管布置图上;②所有蒸汽伴管编号均表示在伴管布置图上；③所有蒸汽伴管站及收集站,均表示在伴管布置图上;④蒸汽分配站及冷凝液收集站在相应的伴管平面图中标注，待工艺管线安装后，分配站的方位需考虑操作通道作适当的调整。

(2)伴管及伴管站一览表: 按《化工装置管道布置设计内容和深度规定》（HG/T20549.1-1998）中关于伴管和分配站的规定执行。

(3)蒸汽分配站:非自导式蒸汽分配站的蒸汽由蒸汽分配站上部引入，通常设置在1楼，因蒸汽、冷凝水主管通常在管廊或空中架空敷设。自导式蒸汽分配站的蒸汽由蒸汽分配站下 部引入，通常设置在2层楼面以上，引入管高于蒸汽主管。

(4)冷凝水收集站: 通常采用水平安装，根据现场情况也可以设置垂直安装的分配站和收集站。

(5)伴管站识别标签: 伴管站应注明伴管的起始点、编号和被伴热工艺管线号，每根伴管上应有2个相同的标签，1个安装在蒸汽分配站上，另1个安装在冷凝水收集站上，以便于 查找和维修。

2.1.2 蒸汽伴热系统相关规定

(1)在适当的地方集中设置一个伴热蒸汽用分配管，以尽量减少从主管道引出的分支管。

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(2)蒸汽冷凝液的回收，当当回水管比较集中时，可在便于操作的地方设一个凝液收集管，以减少总管上的分支管。收集管应布置在满足伴管的有效伴热长度范围内。伴管的有效长度经验值见表2.1.2

图 2.1.2

2.2 伴管选型

带蒸汽伴管的物料管路，常用软质保温材料，将其一并包裹保温。如超细玻璃棉毡，矿渣棉度等。为提高加热效果，在伴管与物料管间应形成加热空间，使加热空气易于产生对流传热，设计采用铁丝网做骨架，使之构成加热空间。物料管的管壁与热空气接触面小雨180的称为“自然加热角”；等于180的称为“半加热角”，管道的管壁完全被热空气包围的称为“全加热”。考虑安装方便，节约材料，通常采用前二者加热方法，当介质温度不高（50～80°）可采用“自然加热角”方式保温，温度较高时，最好采用“半加热角”结构。当输送物料为腐蚀性介质，或热敏性强、易分解的介质。不允许将伴热管紧贴于物料管管壁，应在伴管上焊一隔离板或在物料管和伴热管之间衬垫一绝热片。

2.2.1 伴管材料及规格

可用于伴管的管道有铜管、不锈钢管及碳钢管三种。国外工程中多选用铜管和不锈管作为伴管，这是因为国外的铜管及不锈钢的价格比较便宜，且铜管易于弯曲及连接；碳钢管由于极易被腐蚀，国外在蒸汽伴热系统中已很少使用。但目前国内的化工装置中还是常以碳钢管作为伴热管。

蒸汽伴管常采用的规格：铜管：Φ×1;碳钢（不锈钢）管：1/ 2″（DN15）、3/4″（DN20）、1″

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（DN25）。一般规定蒸汽管的材料与蒸汽主管一样。当所伴主管为不锈钢时，伴管通常仅选用304材质不锈钢。伴管（包括输出和回收管）一般采用卡套连接和对焊连接。

2.2.2 保温材料的选择（表2.2.1）

表 2.2.1

当用不锈钢管作为伴热管时，保温材料的选择要特别注意，要保证保温材料中不含氯离子或者氯离子的含量控制在允许的范围内，因为氯离子的存在对不锈钢管道有腐蚀作用，硅酸钙制品中含有氯离子，在做不锈钢管保温时应慎用

2.2.3伴管管径及所需伴管的最少数量

设计中，根据不同环境及工艺操作条件，蒸汽伴管管径及根数可按《石油化工管道伴管和夹套管设计规范》（SH/T3040-2002）选用

当环境温度（一般环境设计温度取当地1月的平均最低气温）、伴管介质的操作条件、保温材料制品的导热系数及放热系数等数据与《石油化工管道伴管和夹套管设计规范》（SH/T3040-2002）选用不同时，伴管管径及根数（采用硬质或半硬质圆型保温材料制品）可按下列公式计算。

式中，d为伴管计算外径，m;d0为伴管外径，m；Di为保温层外径，m；D0为保温层内径，m；K为热损失附加系数，取1.15～1.25；n为伴管根数，根；t为被伴介质温度，℃；αi为伴管内保温层内加热空间向保温层的放热系数，W/㎡·℃;αi为伴管介质温度，℃；α为保温层外表面向大气的放热系数，W/㎡·℃；αi为保温层内加热空间向保温层的放热系数，W/㎡·℃；一般取13.95 W/㎡·℃；αi为伴管内保温层内加热空间的放热系数，W/㎡·℃；λ为保温材料制品倒数系数，W/㎡·℃。

同时也有另外一种方法，就是根据已有的经验图形做简单大致的选择，一般情况下都能满足工程需求，此方法在选择伴管尺寸和数量主要的依据有：

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①管线内流体要保持的温度； ②最低环境温度及最高风速； ③伴热用的蒸汽饱和温度；

④管线的保温厚度及保温材料的导热系统；

通过确定上述的条件，应用下列图表可快速得出所需伴管的尺寸和数量（并能确定伴热过程中是否使用传热水泥）。图 2.2.2是以保温层厚度为50㎜，导热系数为0.0043W/㎡·K及风 速0为基准条件，得出不同温度下管线的热损失的曲线。于此基准条件不同的情况，需对从图 2.2.2查到的热损失值按下述步骤修正。

图2.2.2 热损失曲线 图2.2.5风速修正系数

①根据已知条件从图2.2.2查出管线热损失Q1值 ②从图2.2.3查出对应保温层厚度的修正系数F1 ③从图2.2.4中查出对应导热系数的修正系数F2 ④从图2.2.5中确定风速修正系数F3 ⑤算出修正的热损失Q2 = Q1×F1×F2×F3

⑥按Q2值，用图8、9及表确定伴管尺寸及数量

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