化工管道伴熱方式及設(shè)計(jì)要求
石油化工企業(yè)中的管道，常用伴熱的方法以維持生產(chǎn)操作及停輸期間管內(nèi)介質(zhì)的溫度。它的特點(diǎn)是伴熱介質(zhì)取用方便，除某些特殊的熱載體外，都是由企業(yè)的公用工程系統(tǒng)供給。伴熱方式多種多樣，適用于輸送各種介質(zhì)及操作條件下的工藝管道。通過幾十年的實(shí)際運(yùn)行，證實(shí)安全可靠。由于工藝管道內(nèi)介質(zhì)的生產(chǎn)條件復(fù)雜，因此選用伴熱介質(zhì)，確定伴熱方式都應(yīng)取決于工藝條件，現(xiàn)分析如下。
一、伴熱介質(zhì)
1． 熱水
熱水是一種不常用的伴熱介質(zhì)，適用于在操作溫度不高或不能采用高溫伴熱的介質(zhì)的條件下，作為伴熱的熱源。當(dāng)企業(yè)有這一部分余熱可以利用，而伴熱點(diǎn)布置比較集中是時(shí)，可優(yōu)先使用。有些廠用于原油罐或添加劑罐的加熱，前者是為了節(jié)省蒸汽利用余熱，后者是控制熱源介質(zhì)的溫度，防止添加劑分解變質(zhì)。
2．蒸汽
蒸汽是國內(nèi)外石油化工企業(yè)中廣泛采用的一種伴熱介質(zhì)，取用方便，冷凝潛熱大，溫度易于調(diào)節(jié)，使用范圍廣。石油化工企業(yè)中蒸汽可分高壓、中壓及低壓三個(gè)系統(tǒng)，而用于伴熱的是中、低壓兩個(gè)系統(tǒng)，基本上能滿足石化企業(yè)中工藝管道的使用要求。
3．熱載體
當(dāng)蒸汽（指中、低壓蒸汽）溫度不能滿足工藝要求時(shí)，才采用熱載體作為熱源。這些熱載體在煉油廠中常用的有重柴油或餾程大于300℃餾分油；在石油化工企業(yè)中有聯(lián)苯-聯(lián)苯醚或加氫聯(lián)三苯等。
熱載體作伴熱介質(zhì)，一般用于管內(nèi)介質(zhì)的操作溫度大于150℃的夾套伴熱系統(tǒng)。
4．電伴熱
電伴熱是一種利用電能為熱源的伴熱技術(shù)。電伴熱安全可靠，施工簡便，能有效地進(jìn)行溫度控制，防止管道介質(zhì)溫度過熱。
二、伴熱方式
1．內(nèi)伴熱管伴熱
伴熱管安裝在工藝管道（以下也稱主管）內(nèi)部，伴熱介質(zhì)釋放出來的熱量。全部用于補(bǔ)充主管內(nèi)介質(zhì)的熱損失。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)：
（1）熱效率高，用蒸汽作為熱源時(shí)，與外伴熱管比較，可以節(jié)省15~25%的蒸汽耗量；
（2）內(nèi)伴熱管的外側(cè)傳熱系數(shù)hi，與主管內(nèi)介質(zhì)的流速、粘度有關(guān)；
（3）由于它安裝在工藝管道內(nèi)部，所以伴熱管的管壁加厚。無縫鋼管的自然長度一般為8~13米，伴熱管的焊縫又不允許留在工藝管道內(nèi)部，因此彎管的數(shù)量大大增多，施工工程量隨之加大。
（4）伴熱管的熱變形問題應(yīng)予重視，否則將引起伴熱管脹裂事故，既影響產(chǎn)品質(zhì)量，又要停產(chǎn)檢修。
（5）這種結(jié)構(gòu)型式不能用于輸送有腐蝕性及熱敏性介質(zhì)的管道。一般很少用于石化企業(yè)工藝管道。
2．外伴熱管伴熱
外伴熱管是目前國內(nèi)外石化企業(yè)普遍采用的一種伴熱方式，其伴熱介質(zhì)一般有蒸汽和熱水兩種。伴熱管放出的熱量，一部分補(bǔ)充主管（或稱被伴管）內(nèi)介質(zhì)的熱損失，另一部分通過保溫層散失到四周大氣中。在硬質(zhì)圓形保溫預(yù)制管殼中，主管與伴熱管之間有一最大的保溫空間，也就是伴熱管放出的熱量，幾乎全部代替主管的熱損失，因而這種型式的伴熱保溫結(jié)構(gòu)，熱源的耗量是最省的。
當(dāng)伴熱所需的傳熱量較大（主管輸送溫度大于150℃）或主管要求有一定的溫升時(shí)，常規(guī)伴熱設(shè)計(jì)將難以滿足工藝要求，需要多管（伴熱管根數(shù)超過3根）伴熱。在這種情況下，應(yīng)采用傳熱系數(shù)大的伴熱膠泥，填充在常規(guī)的外伴熱管與主管之間，使它們形成一個(gè)連續(xù)式的熱結(jié)合體（如圖1-1所示），這樣的直接傳熱優(yōu)于一般靠對(duì)流與輻射的傳熱。因此，一根帶傳熱膠泥的外伴熱管相當(dāng)于用3根同直徑的常規(guī)伴熱管的作用。其結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。
實(shí)踐證明帶傳熱膠泥的外伴熱管可以代替投資昂貴的夾套管及多根伴熱管。它能提供與夾套管一樣的傳熱效果 如圖1-2所示。
綜上所述，外伴熱管在石化企業(yè)中能廣泛的應(yīng)用，其主要原因有以下幾點(diǎn)：
（1）適應(yīng)范圍廣，一般操作溫度在170℃以下的工藝管道都可以采用。輸送有腐蝕性或熱敏性介質(zhì)的管道，不能用內(nèi)伴熱及夾套伴熱，但對(duì)于常規(guī)的外伴熱管，只要在主管與伴熱管之間用石棉板隔熱后，仍可采用。
（2）施工、生產(chǎn)管理及檢修都比較方便。伴熱管損壞后，可以及時(shí)修理、既不影響生產(chǎn)，又不會(huì)出現(xiàn)質(zhì)量事故。
（3）帶傳熱膠泥的外伴熱管，它的傳熱率非常接近于夾套管。同時(shí)傳熱膠泥能對(duì)任何部分維持均勻的溫度。
（4）傳熱膠泥使用壽命長，具有優(yōu)良的抗震能力。在加熱與冷卻交替循環(huán)的操作條件下，不會(huì)發(fā)生破裂、剝落及損壞現(xiàn)象。傳熱膠泥也可用于電伴熱系統(tǒng)。
3．夾套伴熱
夾套伴熱管即在工藝管線的外面安裝一套管，類似套管式換熱器進(jìn)行換熱。在理論上只要伴熱介質(zhì)溫度與內(nèi)管介質(zhì)的溫度相同，或略高一些，就能維持內(nèi)管介質(zhì)的溫度，這時(shí)蒸汽消耗量只要滿足本身的熱損失，因而伴熱效率是比較高的。
常用的夾套管基本上分為兩種類型：
（1）管帽式夾套管
管帽式夾套管要求內(nèi)管焊縫全部在夾套外側(cè)。這種結(jié)構(gòu)又稱內(nèi)管焊縫外露型，如圖1-3所示。
（2）法蘭式夾套管
法蘭式夾套管的內(nèi)管焊縫全部在夾套內(nèi)部，法蘭及閥門處都能通過伴熱介質(zhì)，不會(huì)產(chǎn)生局部（指法蘭及閥門處）熱損失，達(dá)到全線在夾套下伴熱的目的。這種類型又稱內(nèi)管焊縫隱蔽型。如圖1-4所示。
夾套管伴熱耗鋼量大，施工工程亦大。但它能應(yīng)用于外伴熱管不能滿足工藝要求的介質(zhì)管道。如石化企業(yè)中輸送高凝固點(diǎn)，高熔點(diǎn)介質(zhì)的管道，需采用這種伴熱方式。
4．電伴熱
以往管道伴熱多用蒸汽作外供熱源，通過伴熱管補(bǔ)償其散熱損失。這種傳統(tǒng)的伴熱方式，伴熱所需維持的溫度無法控制；耗熱量大，安裝和維修的工作量大，生產(chǎn)管理不方便。采用電伴熱可以有效利用能量，有效控制溫度。電伴熱方式有感應(yīng)加熱法、直接通電法、電阻加熱法等。
在實(shí)踐過程中，蒸汽外伴熱管伴熱是一種使用最多的伴熱方式，故敘述蒸汽外伴熱的設(shè)計(jì)原則，其它伴熱方法參見其它有關(guān)規(guī)定。
三、設(shè)計(jì)要求
1．伴熱設(shè)計(jì)的要求
（1）管道伴熱設(shè)計(jì)，一般情況下僅考慮補(bǔ)充管內(nèi)介質(zhì)在輸送過程或停輸期間的熱損失，以維持所需的操作溫度，不考慮管內(nèi)介質(zhì)的升溫。
（2）對(duì)于工藝有特殊要求，介質(zhì)需要升溫的管道，可以選用特殊的伴熱方式進(jìn)行升溫輸送。
（3）下列條件的管道應(yīng)考率保溫伴熱。
a.在環(huán)境溫度下，需從外部補(bǔ)充管內(nèi)介質(zhì)的熱損失，以維持輸送溫度的液體管道；
b.在輸送過程中，由于熱損失產(chǎn)生凝液而引起腐蝕或影響正常操作的氣體管道；
c.在操作過程中，由于在壓力突然下降而自冷，可能導(dǎo)致結(jié)冰堵塞或管道劇冷脆裂的管道；
d.在切換操作或間歇停輸期間，管內(nèi)介質(zhì)由于熱損失造成溫度下降，又不能放空或掃線而影響下次輸送的管道；
e.在輸送過程中，由于熱損失造成降溫，導(dǎo)致析出結(jié)晶體的管道；
f.在輸送高粘度介質(zhì)時(shí)，由于熱損失導(dǎo)致介質(zhì)溫降后粘度劇增，輸送量下降且其量達(dá)不到工藝允許量一半的管道；
g.在歷年一月份平均溫度的平均值低于0℃地區(qū)，保溫管道掃線后仍有存水無法排凈的局部管段。
2．伴熱介質(zhì)的選用
（1）管內(nèi)介質(zhì)溫度在95℃以下的管道，應(yīng)選用0.3～0.6Mpa的蒸汽作為熱源。再伴熱點(diǎn)（或稱加氣點(diǎn)）集中地段，也可選用熱水伴熱。
（2）管內(nèi)介質(zhì)溫度在95～150℃之間的管道，應(yīng)選用0.7～0.9Mpa的蒸汽伴熱。
（3）輸送溫度在150℃以上的管道，當(dāng)0.9Mpa蒸汽還不能滿足工藝要求時(shí)，可選用熱載體作為伴熱介質(zhì)。
（4）夾套管的伴熱介質(zhì)溫度可等于或稍高于被伴介質(zhì)的溫度，但不宜高于被伴介質(zhì)溫度50℃。
3．伴熱方式的選用
（1）輸送介質(zhì)的凝固點(diǎn)低于50℃的管道，可選用外伴熱管伴熱。
當(dāng)有特殊要求且工藝管道的公稱直徑大于150mm時(shí)，也可選用內(nèi)伴熱管伴熱。
（2）輸送介質(zhì)的凝固點(diǎn)從50～100℃的管道，或經(jīng)常處于重力自流，或停滯狀態(tài)的易凝介質(zhì)的管道，宜選用管帽式夾套管伴369熱，或帶傳熱膠泥的外伴熱管伴熱。
（3）輸送介質(zhì)的凝固點(diǎn)高于100℃的管道，應(yīng)選用法蘭式夾套管伴熱。管道上的法蘭、閥門應(yīng)帶夾套型。
（4）輸送腐蝕性介質(zhì)或熱敏性介質(zhì)的管道，嚴(yán)禁使用內(nèi)伴熱管、帶傳熱膠泥的外伴熱管及蒸汽夾套管伴熱。可選用外伴熱管伴熱，但伴熱管與主管之間應(yīng)有隔熱措施。
（5）加熱爐前的燃料氣體，為了防止冷凝帶液影響燃燒，可用夾套伴熱。
（6）工藝管道要求在輸送過程中有一定溫升時(shí)，可選用帶傳熱膠泥的外伴熱管或夾套管伴熱。
（7）對(duì)于在100℃左右或大于100℃時(shí)，管內(nèi)介質(zhì)易于分解、聚合或產(chǎn)生其它物性改變的物料，應(yīng)采用熱水外伴熱管伴熱，熱水溫度可根據(jù)工藝操作條件確定。
（8）輸送有毒介質(zhì)的管道當(dāng)采用夾套管伴熱時(shí)，應(yīng)采用管帽式夾套管。
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