一种分析仪伴热保温取样管束的设计方法研究

陈忠革，苏畅，杨亮，杨威达

（海洋石油工程股份有限公司， 天津 300451）

在海洋平台上，由于空间紧张，管线和设备众多，在湿度分析仪的安装过程中，分析仪取样口距离分析仪本体一般都会有一定距离。而气体介质中的湿度对于温度变化比较敏感，如果到达分析仪中的介质温度与工艺管线中的介质温度差别较大，对分析仪的分析结果将有较大影响。因此在分析仪与取样口之间使用伴热保温管束就很有必要。

1 伴热保温管线的组成

一般伴热保温管束由取样管、电伴热带、保温材料及外护套等组成。在安装过程中，还需要电源接线盒等附件。

图1 伴热保温管束结构图

2 取样管的选型

取样管的选择要考虑取样介质的压力、温度、介质特性、分析仪的要求等因素。对于一般介质可以考虑选用不锈钢仪表管，对于腐蚀性介质，可以考虑特殊材质的仪表管。以世伟洛克卡套管为例，对于EN ISO 1127公制不锈钢无缝卡套管，对应的工作压力如表1所示：

表1 公制不锈钢卡套管允许工作压力

若想确定高温时的卡套管工作压力，可将表1中的允许工作压力乘以表2中所显示的系数：

表2 高温系数

3 电伴热带的选型和计算

伴热带一般分为恒功率电伴热带和自限式电伴热带两种。由于自限式电伴热带能够根据取样管线表面的温度变化自动调整发热功率对于热量损失进行补偿，一般选用自限式电伴热带。

同时，自限式电伴热带还具有启动速度快、伴热均匀、施工方便和运行成本较低等优点。

3.1 管线的散热量计算

对室外安装的取样管，根据管线的直径，保温层的材料、厚度和所需要的维持温度与环境温度之差ΔT，查表3和表4就能确定单位长度管线的散热量。

表3 金属管线的散热量[1]

20 20 30 40 60 4.0 6.2 8.3 12.8 4.6 7.0 9.5 14.7 5.3 8.1 10.9 16.9 6.2 9,4 12.71 19.6

表4 保温系数[1]

举例计算：管径14mm的取样管，保温材料为玻璃纤维，保温层厚度为10mm，要求管线内介质（天然气）维持温度26℃，环境最低温度-10℃，计算单位取样管散热量，如下所示：

(1)计算维持温度与环境温度之差：

ΔT=TM-TA=26-(-10)=36℃；

TM-工艺介质所需维持温度，℃；

TA-最低环境温度，℃；

(2)计算单位长度散热量：

查表3求出φ14mm金属管线ΔT=36℃时的散热量。从表3可以查出，当ΔT=30℃，单位长度金属管散热量为9.4W/m，当ΔT=40℃，单位长度金属管散热量为12.7W/m，ΔT=36℃时的单位金属管散热量QB使用插值法计算如下：

QB=9.4+(12.7-9.4)×[(36-30)/(40-30)]=11.38(W/m)

根据表4可知，玻璃纤维的保温系数为1.0，所有使用玻璃纤维保温材料的金属管单位长度散热量QB计算如下：

QB=f×QB=1.0×11.38=11.38(W/m)

3.2 电热带长度的计算

根据计算出的单位长度金属管散热量（W/m），考虑环境、电源电压和功率后，可以根据电伴热带的属性选择合适的电伴热带。只要使电伴热带单位长度额定发热量等于或接近计算单位长度的散热量即可。

如果金属管单位长度的散热量大于电伴热带单位长度额定发热量，这样不能保证管线的维持温度，可以使用下面两种方法解决：

(1)同时使用两条或多条平行走向的电伴热带；

(2)将电伴热带缠绕在管线上；

3.3 电伴热带的选型

海上油气平台使用较多的是美国瑞侃公司的电伴热带，以XTV型电伴热带为例，电伴热带的功率、尺寸和重量如表5所示。

表5 XTV型电伴热带功率、尺寸和重量

根据散热量的计算结果QB=11.38W/m，可以看出型号为4XTV2-CT-T3的电伴热带可以满足金属管的散热量需求。

3.4 安装附件

在伴热保温管束的安装过程中，还需要电源接线盒、尾端、护管/托架、扎带和位号牌等附件。电源接线盒用于连接电源线和电伴热带；尾端用于电伴热带末端的密封，防止电伴热带受潮发生短路；护管/托架和扎带用于保护和固定伴热保温管束；位号牌用于识别伴热保温管束的用途。

4 结束语

本文介绍了一种分析仪保温伴热取样管束的设计方法，包括管束的组成，仪表管的选型，散热量的计算和电伴热带的选型方法。此管束可以用于分析仪的取样，确保分析取样介质更接近工艺管线中的介质，从而使分析结果更准确。希望本文可给类似需求提供参考和借鉴。

◆参考文献

[1] 《海洋石油工程设计指南》编委会. 海洋石油工程电气、仪控、通信设计[M].北京：石油工业出版社，2007，296-299.