化工工艺管道的伴热设计

化工工艺管道的伴热设计

陈亚琳

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摘要：随着化工行业不断的发展，对于化学材料的需求也同步提升，所以，运输管道的工程规模逐步扩大。许多化学材料本身的稳定性不强，对于环境温度的要求较为苛刻，所以需要对化工工艺管道进行伴热设计，保证材料运输的稳定。但我国对于管道的设计工作仍旧处于起步阶段，伴热系统的设计不够成熟。本文从化工管道伴热设计施工的原则入手，分析了当前设计工作存在的问题，并提出了相应的解决策略，供有关部门及管道设计人员进行参考和改进。

关键词：化工工艺；管道；伴热设计

引言

由于化工工艺管道的设计不够成熟，部分地区的管道在投入使用，产生了管道破裂、拥堵、阀门失灵等事故。运输的化学物质产生外泄，严重危害了当地的自然环境，甚至威胁到了周围居民的人身安全。所以，对于化工工艺管道的设计研究工作，已经成为了化工领域的热点课题。

1.化工工艺管道伴热设计概述

部分化学物质本身具有一定的不稳定性，在对这部分物质进行管道运输的过程中，就需要进行伴热设计，保证运输温度稳定，并且高于环境温度。根据伴热介质区分，常见的化工工艺管道伴热设计一共有三种，分别是热水伴热设计、蒸汽伴热设计和电力伴热设计。热水伴热设计的建设成本和使用成本最低，但伴热的功率较低。蒸汽伴热的建设成本和使用成本居中，伴热功率根据蒸汽站之间的距离而定。电力伴热的建设成本和使用成本最高，伴热功率最高，具有极强的稳定性，一般适用于对温度要求较高的化学材料运输管道。虽然电力伴热系统是未来管道设计的主要发展方向，但是，设计人员仍旧需要根据管道运输介质的实际情况，选择最合适的伴热系统。

2.化工管道伴热设计施工的原则

2.1伴管伴热设备需与导热介质匹配

化工管道伴热设计施工的首要原则，就是伴热伴管设备需要与导热介质匹配。第一，针对热水介质的伴热系统，管道外部的旁路是全包设计。由于热水介质在传输过程中的伴热性能较低，需要通过全包设计，避免管道传输介质与外部环境的接触，从而提高伴热的效率。第二，蒸汽伴热系统会根据管道的实际布局情况进行分段，在旁路管道中，设置多个阀门。由于蒸汽伴热传输的稳定性不强，只有通过阀门设计，才能够增加技术人员对伴热伴管设备的控制力。第三，电力伴热系统往往采取双管设计或四管设计。由于电伴热的稳定性较强，在介质传输过程中，能够提供长久的伴热续航。所以，设计人员只需根据伴热温度的需求，对伴热功率进行估计，确定电力伴热线路的数量。

2.2需对伴热系统进行多轮探查

化工工艺管道的伴热系统本身存在一定的脆弱性。随着市场不断的发展，部分管道工程施工场地的环境较为复杂，甚至需要面对恶劣的气候变化。所以，需要对伴热系统进行多轮探查，确保化工管道的正常运输适用。在设计方案交付后，需要进行第一轮试运行。即在局部，对设计方案中的伴热系统进行试验，确保方案的科学性和合理性。在管道工程建设完工并交付后，需要进行第二轮探查。了解管道在半功率运行时，伴热系统的实际使用情况，为后期管道的正常工作奠定基础。最后，在管道正式投入使用后，需要进行定期的检测和维修，将伴热系统的质量问题在初期发现并解决。

3.化工工艺管道伴热设计存在的问题

3.1对于导热介质的选择不科学

在化工工艺管道伴热设计工作的开展过程中，存在的首要问题，就是导热介质的选择不够科学合理，没有遵守伴管伴热设备与导热介质匹配的原则。部分设计人员的专业素养不达标，只了解基本的管道设计原理，没有考虑到后期管道在运行过程中，实际需要运输的介质特征。如果运输介质对于伴热温度的要求较低，但设计人员仍旧选择电力伴热方案，将会产生一定的资源浪费和环境污染问题。而且，管道工程建设的成本也会明显提升，进一步压缩了承包企业的经济利润。与之相反，如果设计人员一味考虑成本管理，所有的管道伴热方案都选择热水伴热，部分管道无法达到既定的热传导需求，极有可能导致整个管道系统产生瘫痪问题。

3.2伴热管道布局设计不合理

部分管道方案对于伴热介质的选择较为适宜，但是在管道投入使用之后，伴热的效果不佳，经常需要进行局部抢救和加温，严重影响了合作方正常的工作进度。产生这些问题最为主要的原因，就是伴热管道的布局设计不够合理。部分管道方案的施工地气候特殊，冬季温度极低。交付完成的管道，在其他三季运行正常，冬季温度下降至一定程度后，伴热系统就无法保证传输介质的稳定性。尤其是热水介质伴热，如果环境温度太低，伴热层会在短时间内大幅度的降温。而两个伴热管加热站之间的距离较长，无法为伴热管道提供足够的能源供应。

3.3化工管道的保温隔热效果不佳

部分化工管道的伴热系统能够正常运行，但是伴热的效果无法达到预期需求。根据实际的调研以及资料收集，可以了解到，产生这一问题的原因，大部分来源于管道的绝热层。需要设置伴热系统的管道，其内部运输的介质往往有较为复杂的特性。这些介质不仅对温度有较为挑剔的要求，还可能有强腐蚀性、强酸性、强碱性等。设计人员在开展管道设计工作的过程，需要根据传递介质的特性，设置管道的防护层。而在这一阶段，设计人员可能会忽视绝热层的意义和价值。科学的绝热层设计，能够确保旁路管道的热量高效传递至运输管道，降低伴热系统的功率以及能源供应，从而降低管道运行的成本。

3.4缺乏化工工艺管道伴热设计的专业人才

在诸多管道工程承包企业中，拥有专业性较强的管道设计人才团队。这部分设计人员对管道设计工作有较为全面的了解，能够确保最终交付的方案，满足招投标合同的需求，并且能够在施工过程中顺利落地。但是，大部分管道设计人员没有在伴热方向进行过专业的学习，只了解简单的原理和知识储备。随着市场上管道工程规模越来越大，对于伴热系统的要求越来越高，企业中的设计人员常感觉力不从心，最终建设完成的管道方案伴热效率低，影响承包企业在业界的声誉。

4.化工工艺管道伴热设计完善策略

4.1综合各种影响因素，选择合适导热介质

针对导热介质选择不科学的问题，下一步，设计人员需要综合各种影响因素，选择合适的导热介质。首先，设计人员需要了解管道方案设计的实际需求，与合作方进行充分的沟通和交流，了解管道交付后需要运输的介质种类。在资料信息收集完成后，再逐步学习所有传输介质的温度特征，了解这些介质对于伴热温度的需求。其次，根据伴热温度的正常区间范围，选择合适的导热介质。如果伴热温度需求较低，选择热水伴热方案。伴热温度需求较高时，根据实际情况选择蒸汽伴热或电力伴热。最后，需要结合已经制定完成的管道伴热设计方案，运用规定的传输介质，进行短途实验。这能够为管道方案的施工和交付奠定基础。

4.2结合伴热功率，重新布局伴热管道

为解决伴热管道布局不合理的问题，需要结合伴热功率，重新对伴热管道进行布局设计。首先，设计人员需要对管道施工的具体环境进行实地的考察。不仅要了解施工地在当前季节的气候情况和温度情况，更重要的参考信息是，收集施工地的历史最低温度。设计人员需要保证，最终交付完成的管道伴热方案，能够使得管道系统在环境降低至最低温度时，也能够正常运行。其次，在热水伴热以及蒸汽伴热方案中，提高伴热温度、保持伴热温度稳定的方法，一共有两种。分别是增加伴热旁支管道，以及缩短两个伴热供应站之间的距离。设计人员需要结合实际的伴热需求功率，选择合适的设计方法。最后，承包团队要关注后期的管道维护工作。相比于普通的运输管道，伴热管道的局部结构更为复杂，在运行过程中，也更容易出现故障。需要定期对伴热管道进行检修和维护，发现管道的潜在安全隐患，并及时进行修理。如果管道的伴热功率已经低于正常的区间范围，短时间内仍旧能够保障传输的通畅，一旦内部介质变性，需要在管道的局部段进行开挖，将会产生严重的损失。如果在检修阶段就发现功率下降的问题，就能够大幅度降低损失成本。

4.3重新选择管道绝热层

只有重新选择管道绝热层，进行科学合理的布局设计，才能够妥善解决化工管道保温隔热效果不佳的问题。管道的保护层具体有两圈，分别是传输管道与伴热管道之间的隔离层，以及伴热管道外部的防护层。首先，设计人员需要结合管道中传输介质的特性，对传输管道和旁路伴热管道之间的隔离层进行设计。确保传输介质不会影响伴热系统的正常运行，同时保证伴热系统不会影响内部介质的稳定。其次，设计人员需要在隔离层中添加导热层，提高伴热系统热量传输的效率。最后，需要选择合适的绝热层，加封到管道的最外部，也就是伴热管道的外层。这项工作不仅能够减少运输途中热量的损失，而且也为管道提供了防护缓冲带。

4.4培养化工工艺管道伴热设计的专业人才

管道企业在培养伴热设计专业人才的过程中，需要从以下两个方面考虑。第一，对现有的管道设计人才进行培养。这部分设计人员，在长期的管道设计工作中，积累了非常丰富的经验，并且足够了解市场的发展方向，更容易接受新的专业知识。对这部分人才进行培养，能够在短时间内见效，提高企业在管道伴热方面的短板。管道企业可以组织定期的培训，或者与其他地区的企业开展人才交流工作，了解伴热系统设计的前沿经验。第二，招聘新的伴热设计专业人才。只有管道企业向市场传达人才缺口的信号，才能够促使高校和培训机构开设相关专业，增加人才输送的数量。企业在招聘阶段，需要全面考察人才的专业素养和职业素质，尤其是对于伴热系统设计的看法，确保人才在入职后，能够满足企业设计工作的实际需求。

结论与展望

综上所述，化工管道伴热设计施工的原则具体有两项，分别是伴管伴热设备需要与导热介质匹配，以及伴热系统需进行多轮探查。目前，在化工工艺管道伴热设计中仍旧存在诸多问题，其中包括对导热介质的选择不科学、伴热管道布局不合理、加工管道的保温隔热效果不佳，以及缺乏管道伴热设计的专业人才。针对这些问题，下一步，需要综合各种影响因素选择合适的导热介质、结合伴热功率重新布局伴热管道、重新选择管道绝热层，并且培养管道伴热的专业人才。未来，在化工工艺管道的伴热设计工作中，仍旧需要研究人员不断攻关，设计人员不断尝试和实践，推动我国化工管道的建设和发展。

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