化工工艺管道的伴热设计与伴热改造设计研究

化工工艺管道的伴热设计与伴热改造设计研究

乔金林 李富智

山东东明石化集团 山东 东明 274500

摘要：在我国的现代化建设中，石油化工企业为各行业的发展提供着保障，在石油化工的生产过程中，管道伴热一直是重点性的工作，伴热在石油化工装置中的主要作用是补偿设备因为各种原因散失的温度，从而保障设备的正常运转。就目前的情况来看，由于工艺技术的成熟和科技的发展，伴热方式呈现多样化，在针对不同介质和不同操作环境的管道中发挥着重要作用，本文就管道的伴热设计中的各要素进行了分析，探讨了不同类型结构的设计。

关键词：石油化工生产；工艺管道；伴热；结构设计

0引言

伴热和加热不同，伴热是用来补充被伴热装置在工艺过程中所散失的热量，以维持介质温度。而加热是在一个点或小面积上高度集中负荷使被加热体升温，其所需的热量通常大大高于伴热。伴热是利用热源（电缆、蒸汽管、热水管）产生的热量来补偿被伴热设备或管道散失到环境的热量，以此来维持设备或管道的温度。

1伴热方式的选用

伴热方式的选用原则如下：（1）输送气体介质的露点高于环境温度需伴热的管道，宜选用伴管伴热。（2）液体介质凝固点低于40℃的管道、气体介质露点高于环境温度且低于40℃的管道及热敏性介质管道，宜采用热水伴管伴热。（3）输送介质的终端温度或环境温度接近或低于其凝固点的管道：（a）介质凝固点低于50℃时，宜选用伴管伴热；（b）介质凝固点为50～100℃时，宜选用夹套管伴热；（c）介质凝固点高于100℃时，应选用内管焊缝隐蔽型夹套管伴热。管道上的阀门、法兰、过滤器等应为夹套型。（4）介质温度要求较低的工艺管道、输送介质温度或环境温度接近或低于其凝固点的管道，宜采用热水伴管伴热。（5）输送有毒介质且需夹套管伴热的管道，应选用内管焊缝外露型夹套管伴热。（6）经常处于重力自流或停滞状态的易凝介质管道，宜选用夹套管伴热或带导热胶泥的蒸汽伴管伴热。

2伴热介质及伴热温度的选用

1. 输送温度在150℃以上的管道，当0.9MPa蒸汽还不能满足工艺要求时，可选用热载体作为伴热介质。

2. 管内介质温度在95-150℃之间的管道，应选用0.7-0.9MPa的蒸汽伴热。

（3）管内介质温度在95℃以下的管道，应选用0.3-0.6MPa的蒸汽作热源。在伴热点集中地段，也可选用热水伴热。

（4）下列管道应采用伴管或夹套管伴热：（a）需从外部补偿管内介质热损失，以维持被输送介质温度的管道；（b）在输送过程中，由于热损失而产生凝液，并可能导致腐蚀或影响正常操作的气体管道；（c）在操作过程中，由于介质压力突然下降而自冷，可能冻结导致堵塞的管道；（d）在切换操作或停输期间，管内介质由于热损失造成温度下降，介质不能放净吹扫而可能凝固的管道；（e）在输送过程中，由于热损失可能析出结晶的管道；（f）输送介质由于热损失黏度增高，系统阻力增加，输送量下降，达不到工艺最小允许量的管道；（g）输送介质的凝固点等于或高于环境温度的管道。

（5）伴热介质的温度宜按下列要求确定：（a）伴管的介质温度宜高于被伴介质温度30℃以上，当采用导热胶泥时，宜高于被伴介质温度10℃以上；（b）伴热热水温度宜低于100℃，当被伴介质温度较高时，热水温度可高于100℃，但不得高于130℃。伴热热水回水温度不宜低于70℃；（c）套管的介质温度可等于或高于被伴介质温度，但温差不宜超过50℃；（d）对于控制温降或最终温度的夹套管伴热的管道，伴热介质的温度应根据被伴介质的凝固点或最终温度要求确定。

（6）热水伴热系统应采用闭式循环系统，热水的供水压力宜为0.35～1.0MPa，回水总管余压应控制在0.2～0.3MPa。

3石油化工装置中工艺管道的伴热设计

3.1内伴热管伴热设计

伴热管安装在工艺管道（以下亦称主管）内部，伴热介质释放出来的热量，全部用于补充主管内介质的热损失。这种结构的特点：（1）热效率高，用蒸汽作为热源时，与外伴热管比较，可以节省15％～25％的蒸汽耗量；（2）内伴热管的外侧膜传热系数hi，与主管内介质的流速、粘度有关；（3）由于它安装在工艺管道内部，所以伴热管的管壁应加厚。无缝钢管的自然长度一般为8～13米，伴热管的焊缝又不允许留在工艺管道内部，因此弯管的数量大大增多，施工工程量随之加大。（4）伴热管的热变形问题应予重视，否则将引起伴热管胀裂事故，既影响产品质量，又要停产检修。

3.2外伴热管伴热设计

外伴热管是目前国内外石化企业普遍采用的一种伴热方式，其伴热介质一般有蒸汽和热工伴热管水两种。伴热管放出的热量，一部分补充主管（或称被伴管）内介质的热损失，另一部分通过保温层散失到四周大气中。在硬质圆形保温预制管壳中，主管与伴热管之间有一最大的保温空间，也就是伴热管放出的热量，几乎全部代替主管的热损失，因而这种型式的伴热保温结构，热源的耗量是最省的。当伴热所需的传热量较大（主管输送温度大于150℃）或主管要求有一定的温升时，常规伴热设计将难以满足工艺要求，需要多管（伴热管根数超过3根）伴热。在这种情况下，应采用传热系数大的伴热胶泥，填充在常规的外伴热管与主管之间，使它们形成一个连续式的热结合体，这样的直接传热优于一般靠对流与辐射的传热。因此，一根带传热胶泥的外伴热管相当于用3根同直径的常规伴热管的作用。

综上所述，外伴热管在石化企业中能得到广泛的应用，其主要原因有以下几点：（1）适应范围广，一般操作温度在170℃以下的工艺管道都可以采用。输送有腐蚀性或热敏性介质的管道，不能用内伴热及夹套伴热，但对于常规的外伴热管，只要在主管与伴热管之间用石棉板隔热后，仍可采用。（2）施工、生产管理及检修都比较方便。伴热管损坏后，可以及时修理、既不影响生产，又不会出现产品质量事故。（3）带传热胶泥的外伴热管，它的热传导率非常接近于夹套管。同时传热胶泥能对任何部分维持均匀的温度。（4）传热胶泥使用寿命长，具有优良的抗震能力。在加热与冷却交替循环的操作条件下，不会发生破裂、剥落及损坏现象。传热胶泥也可用于电伴热系统。

3.3夹套伴热设计

夹套伴热管即在工艺管道的外面安装一套管，类似套管式换热器进行伴热。在理论上只要伴热介质温度与内管介质的温度相同，或略高一些，就能维持内管介质的温度，这时蒸汽消耗量只需满足本身的热损失，因而伴热效率是比较高的。

3.4电伴热设计

以往管道伴热多用蒸汽作外供热源，通过伴热管补偿其散热损失。这种传统的伴热方式，伴热所需维持的温度无法控制；耗热量大，安装和维修的工作量大，生产管理不方便。采用电伴热可以有效利用能量，有效控制温度。电伴热方式有感应加热法、直接通电法、电阻加热法等。

4结束语

就内涵和作用来讲，伴热不同于加热，伴热的最基本功能是维持性和补充性，因为在石油化工装置运转中，工艺管道内的热量在运输过程中会必然的流失，如果流失热量过多，就会给生产带来种种问题，所以伴热在生产中中观重要，本文通过不同角度对伴热设计进行了探讨，希望具有指导意义。

参考文献

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