工艺管道蒸汽伴热设计要点

甄崇汀 中石化宁波工程有限公司 宁波 315103

石油化工装置中管道伴热主要是为了防止管内介质结晶、冷凝、凝固、冻结以及维持管内介质操作温度(粘度)。伴热管道的伴热方式分为外管伴热、内管伴热、夹套管伴热和电伴热。蒸汽取用方便，潜热大，因此蒸汽伴热广泛运用于石油化工行业中。

1 蒸汽伴热管道设计依据

石油化工装置中管道蒸汽伴热按照《石油化工管道伴管和夹套管设计规范》SH/T 3040 -2012(以下简称规范)设计，对指导和规范伴热设计起到了重要作用。

2 设计参数的选取

2.1 环境温度

环境温度的选取与管道布置及运行情况有关。位于采暖的建构筑物室内，环境温度取20℃;室外环境温度应根据工艺要求，按最不利环境温度条件选取。在2012 版规范中环境温度:取历年年平均温度的平均值。对于防冻伴热，取历年最冷月份的平均温度的平均值［1］。

2.2 伴热介质温度

管道蒸汽伴热主要靠蒸汽的潜热进行伴热，所以蒸汽伴热介质温度取蒸汽压力下对应的饱和蒸汽温度。石油化工装置中蒸汽系统一般为过热蒸汽，常见的蒸汽压力有中压蒸汽 (2MPa、1.6MPa 、1MPa ) 和低压蒸汽 (0.6MPa、0.4MPa)。伴管蒸汽压力一般选取0.4MPa、1MPa、1.6MPa，对应的饱和温度为 151℃、183℃、202℃［1］。

2.3 伴热管直径选择

伴管的管径宜为Φ10、Φ12、DN15、DN20、DN25，伴管根数不宜超过4 根，原则是“大直径少根数”。而国外伴热管采用“小直径多根数”。从热传递效果看，以小直径多根数为佳。在工程设计中，宜采用同一规格的伴热管，常选用管径为DN15、DN20，便于采购施工。

3 伴热管道设计的优化

3.1 蒸汽分配站和疏水站总体布置

蒸汽分配站布置原则:根据管道平面布置图中被伴热管道的疏密程度(3 m 半径范围内如有3个或3 个以上的伴热点)需设置蒸汽分配站。蒸汽分配站首先考虑室内布置，且采用自上而下的布置方式，即蒸汽分配站尽量布置在建筑物或框架的上层，保证冷凝液能汇总到低点位置回收利用。

疏水站布置原则:根据管道平面布置图中被伴热管道的疏密程度(3 m 半径范围内如有3 个或3 个以上的回收点)需设置疏水站。疏水站尽量布置在建筑物或框架的最低点位置。

3.2 疏水站的管道设计

为了便于疏水阀进行压力试验和清洗检修，疏水阀前应设置切断阀。当伴热管道系统吹扫或停车再开车时，伴管中的污水需要排除，在切断阀前应设置排污阀。为了方便操作，疏水站凝结水收集管间距以200mm 为宜。曾有项目为节约管道材料，切断阀和排污阀都未设置。在疏水阀前设置切断阀，当伴热管系统压力试验时，伴热管系统和疏水阀能有效隔开。疏水阀前的排污阀也必不可少，这样可以有效减少污物或铁锈全部进入疏水阀，防止疏水阀堵塞或破坏。同时，排污阀尽量与凝结水管道布置成同一垂直面，防止管道内机械杂质直接进入疏水阀前过滤器。蒸汽分配站应留有一定数量的备用接头，以便检修吹扫、开停车使用。建议疏水阀前应设置切断阀和排污阀，见图1，尽管增加了一些费用，但对装置的长期稳定运行是有利的。

图1 蒸汽疏水站水平安装的典型示意图

3.3 疏水阀组的管道设计

3.3.1 疏水阀不应设置旁通阀

在某些化工装置中疏水阀设有旁通阀，便于疏水阀损坏后更换检修。2012 版规范中明确规定，蒸汽疏水阀组不应设置旁路阀。因为疏水阀的检修主要是清洗疏水阀前过滤器或者更换同一型号的疏水阀，十分钟即可完成更换。这样短时间的关闭，对管道伴热系统不会产生影响，且疏水阀设有旁通阀会存在蒸汽窜入凝结水总管的风险，使系统背压升高，影响疏水阀正常工作，导致疏水量减少，伴管中凝结水越积越多，干扰凝结水管网正常运行。两个以上的疏水阀并联时，疏水阀应处于同一标高且管道尽量对称布置，使阻力降分布均匀［1］。

3.3.2 疏水阀组的管道设计

蒸汽凝结水回收与否，疏水阀组的管道设计有所不同。典型布置见图2、图3。

图2 凝结水回收典型布置

图3 凝结水不回收典型布置

(1)凝结水回收的管道设计(见图2)

在密闭凝结水系统中，公称直径大于DN40 的凝结水返回管宜顺介质流向45°斜接在凝结水回收总管的顶部，以减少疏水阀背压压力，保证疏水阀正常运行。

(2)凝结水不回收的管道设计(见图3)

在敞开凝结水系统中，蒸汽疏水阀排出的凝结水应采用汽水分离器并经冷却后排至下水系统。本文给出汽水分离器典型图见图4。

图4 汽水分离器典型图

3.4 被伴热管道布置

3.4.1 被伴热管道集中布置

在满足工艺要求的前提下，将同一介质、同一工艺要求的管道集中、靠近布置，以便缩短伴热管，提高伴热效率，方便施工。如硫回收装置硫磺浆液管道、尿素装置中不同浓度的尿液管道等。

3.4.2 冬季伴热管道和常年伴热管道分开伴热

在高寒地区，冬季温度与夏季温度相差大，防冻型伴热在夏季无需开启。冬季防冻型伴热管道与常年伴热管道分开布置，方便操作运行，节约能源。如脱盐水管道、透平凝液管道等。如果装置条件允许，为了节约蒸汽，可在装置区内设两个蒸汽伴热系统，分别供常年及冬季防冻伴热用，到夏季可将冬季伴热系统关掉。

3.4.3 直径DN50 以下管道考虑集中联合伴热

石油化工装置中常用伴管最小直径为DN15，对于被伴热管直径为DN50 以下时，其伴热能力是过剩的。这时，将工艺工况相同的小直径管道集中布置联合伴热，整体保温，可以减少伴管长度和阀门个数，节约能源。如生活水与脱盐水管道，联合伴热，整体保温。

3.5 管道伴热统筹设计

为了整个装置伴热热量充分利用，一个装置区域的伴热设计建议由专人完成设计。并按《石油化工装置详细工程设计内容》SH SG-053 规定，完成管道伴热表和伴热管道系统图或伴热管道布置图。

4 材料的选型

4.1 捆扎材料的选型

伴管宜用金属绑扎带(12mm ×0.5mm)或镀锌铁丝(Φ0.8mm)捆扎。根据伴热管道规格的不同，捆扎间距从0.8m ～2m 进行选择，有隔离块的伴管应在隔离块处捆扎;当伴管捆扎材料与被伴管有接触腐蚀时，在接触处应加隔离垫(如石棉纸或石棉板，规格50mm ×25mm ×10mm);当主管为不锈钢管，伴热管为碳钢管时，隔离垫宜采用氯离子含量不超过50mg/kg 的非金属垫(50mm×25mm×10mm)或不锈钢薄板(50mm ×1mm)，并应采用不锈钢丝或不引起渗碳的绑扎带捆扎［3］。

4.2 疏水阀选型注意事项

疏水阀阀组管道设计中，在疏水阀上游与进口切断阀间应装有过滤器，当疏水阀本身带过滤器时，外装过滤器可省略。

当疏水阀出口管有向上立管时，需要设置止回阀，或者选用本体带止逆功能的疏水阀。如热动力型疏水阀 (疏水阀本体带过滤器和止逆功能)，连接方式宜选用焊接连接。

5 其它

5.1 导热胶泥的选用

因为伴热管道与被伴热管为线接触，使用导热胶泥可以增大传热面积，是提高伴热效率的一种有效手段。采用导热胶泥时，蒸汽伴管最大允许有效伴热长度宜缩短20%。这是由于接触面增大后，伴热蒸汽管传递的热量增加，有效伴热长度减少。但由于国内缺少导热胶泥使用经验，工程设计中一般不选用带导热胶泥伴热。根据相关研究，一根带导热胶泥的伴热管伴热效果至少相当于3 根不带导热胶泥的伴热管，节约能源显而易见。实践证明采用导热胶泥的外伴热管，可以代替投资昂贵的夹套管及多根伴热管，宜推广使用［2］。

5.2 阀门安装要求

由于伴管一般都是DN25 以下规格，小口径蒸汽介质阀门一般选择截止阀。由于截止阀有流向安装要求，一般按“低进高出”安装。图1 中阀门两端连接型式为SW -RF 的阀门，在阀门采购时，需备注说明。如排污阀的上游端为焊接端。

5.3 伴管的静电接地

伴热管线的进汽口，回水口需与工艺管道(被伴热管)等电位连接。伴管不得直接焊在被伴热管上，具体做法见图5。

图5 伴管静电接地典型做法

5.4 伴管安装注意事项

伴热管经过主管法兰、阀门时，伴热管应设置可拆卸的连接件(如法兰连接)，不能妨碍主管道阀门、法兰等管道附件的拆装和检修。此要求需在现场施工中落实。

6 结语

伴热管道的合理设计，可以做到节省投资，节约能源，方便施工，使装置能长、满、优运行。

1 SH/T 3040 -2012，石油化工管道伴管和夹套管设计规范［S］.

2 潘红良. 应用导热胶泥伴管的伴热效率研究［J］. 天然气工业，2005年第2 期，P172 -175.

3 GB 50517 -2010，石油化工金属管道工程施工质量验收规范［S］.