化工工艺管道的伴热设计探讨

周小刚（中国寰球工程公司华北规划设计院河北省涿州市 邮编：072752）

管道根据输送介质特性，可分为不保温管道、保温管道和保温伴热管道。 汽油、煤油等一般用不保温管道输送，农用柴油、燃料油、间断输送的原油等一般用保温伴热管道输送，连续输送的原油等一般用保温管道输送。 保温的目的是减少热损失，节约能源；满足工艺生产，保持和发挥生产能力；以及防止表面烫伤，改善工作环境。

一、化工工艺管道

伴热常用的有伴管、夹套管和电伴热带3 种方式，其伴热介质有热水、蒸汽、热油和电能。 海上平台由于受空间限制而多采用电伴热。 电伴热具有安全可靠、施工方便、日常维修工作量少；能量的有效利用率高，操作费用低；所维持的温度可以有效地进行控制，以防止管道介质温度过热。 电伴热方式有感应加热法、直接通电法、电阻加热法。 ①分配站一般应设置一个固定支架及一个滑动支架。 ②分配站的低点应有排液管、切断阀。 蒸汽分配站还应设疏水阀。 ③仪表采用的伴热供汽／供水站一般宜单独设置，不宜与管道的伴热站共用。其设计方法与管道相同(仪表元件的伴热由仪表专业自行设计，管道专业仅提供站)。④分配站尽可能靠墙、柱、平台栏杆等设置，其位置应使伴前管道尽量短。 ⑤每组伴热供汽(供水)总管上的切断阀通常安装在蒸汽/热水主管上的出口附近，且装在水平管上，此阀宜采用截止阀。 ⑥伴热供汽总管应从蒸汽/热水主管顶部引出，伴热供汽(供水)管应从伴热站的顶部或水平引出。 用于油管肉的伴热蒸汽管的管子，应进行严格挑选，采用无缝钢管，管子的内外表面不得有裂缝、重皮和超过柄靛厚度8%的负偏差的机械损伤(撞击伤，严重划痕、刮伤)等缺陷。 每根内伴热管的长度在选用时，应比外面配套的油管的长度略长一些，使它在油管两端100～200mm 处用弯头穿过油管管壁，内伴热管在油管外的连通管，采用U 型或n 型弯管连接，当该段涵管需要法兰连谈时，蒸汽连通管也应用法兰连接，便于检修时统一拆装。 内伴热管在油管黔的连通管应与油管的坡度及坡向相一致。 在适当的连通管上设检查阀门，便于随时检查。

二、化工工艺管道的伴热设计

管道集肤效应伴热技术是石油化工等企业热输管道用于加热伴热及保温的新技术、新工艺，国外简称为SECT 法，适应于中长距离的输油(超稠油、稠油、高凝油)管道的伴热和加热。 集肤效应加热法基本上由输油管道、伴热管(内含耐热电缆)、保温层及保护外壳四部分组成。 输油管道和伴热管都为普通钢管，伴热管直径为15—40mm，间断地焊接在输油管道上，耐热电缆穿在伴热管中，外面是保温层和防水外壳。 根据管径的大小和伴热温度的高低，集肤效应伴热分为单管、双管和三管伴热。 耐热电缆穿在伴热钢管内，在电缆的一端通入单相交流电，当交变电流经电缆并通过伴热管时，由于集肤效应和邻近效应的作用，电流不是均匀沿着管壁，而是集中在伴热管内表层流过。 管壁集肤层导电截面减小，交流阻抗显著增加，在相同的电流作用下，伴热管得到较大的加热功率，经传导使输油管线升温。

若伴热体的热容量正好补偿正常状态下的散热损失， 不但启动时间长，而且管道利用率低。 为了启动加热，伴热容量多些是必要的。 但容量过多则启动时间短，虽加热能量可以节约，但设备费用要增大。 正常运行时运行费会增加。 因此，要假定全年总运转时间、停止时间、启动和停止的次数，确定最经济的伴热体容量。

伴管施工图的设计：①在伴热研究的基础上，按选定的伴热设计方法完成伴管施工图管道布置设计。 ②三维计算机模型设计。 a.在伴热研究(规划)图基础上输入热源总管、热介质引入管、分配站、冷凝液(热水回水)收集站、收集站出口回流管、回流管总管的管道模型。 b.一般伴前管、伴管、伴后管不做模型，利用被伴管轴测图，标注被伴管线伴热的起止点并填写伴管表。 当项目有特殊要求时可对伴前管、伴管、伴后管建立模型。 ③平面设计。 a.根据伴热研究(规划)的结果，在管道布置图上加上分配站、冷凝液(热水回水)收集站、热源总管、热介质引入管、收集站出口回流管、回流管总管的管道。b.伴管用虚线表示在被伴管边上。c.热源总管、热介质引入管、收集站出口回流管、回流管总管的管道要画轴测图。 d.分配站、冷凝液(热水回水)收集站画轴测图或标准图，必要时可包括伴前管、伴后管。e.以被伴管轴测图为基础在被伴管边上加上虚线，注出伴管来自何处，回到何处，出伴管轴测图。 f.简易设计时可不出伴管轴测图，仅填写伴管表。

如上所述， 伴热体的热容量不论是热源加热或电加热都要求有过量的热量。 但是，电加热是用定电开关控制，启动初期与正常运转时的电量并没变化。 而用热源加热时，只要热源不变，由于热源与输送管的温差较大，势必需要大的热容量。 因此，蒸汽伴热管在启动时的热负荷必须考虑输送管所吸收的热量，而且当其长度超过100～200m 时供热的蒸汽主管的热损失也应考虑。

伴热管的蒸汽(以蒸汽为热源时)温度，在不使用传热胶泥时，应比输送管介质温度高一倍，如使用传热胶泥时，仅比输送介质温度高10-20℃即可。传热胶泥可以直接抹在伴热蒸汽管和被伴热管之间，以增加它们之间的传热。 近年在市场上也可买到成型的传热胶泥条。 传热胶泥不耐高温，具体温度适用范围见制造厂的样本说明。

结论

管道伴热主要是抵偿管道输送过程中的散热损失， 保持输送介质温度不下降。 伴热需要的热量除抵偿管道散失的热量外，还要适当考虑启动时加热管道所需要的热量。

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