石油化工工艺管道伴热管设计研究

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摘要：石油化工是支撑资源生产和输送的重要基础，在维护中国能源安全中所发挥的作用是尤为突出的，也涉及到社会生产和生活的方方面面。文章以石油化工工程的建设为切入点，立足于工艺管道的施工，从散热设计的角度出发，分析伴热介质和伴热温度的选择方法，并探讨伴热方式的类型，阐述工艺管道的选用原则，并列举出管道伴热设计常见的注意事项。

关键词：石油化工；工艺管道；伴热管；设计原则；基本注意事项

在工业化和城市化快速发展的大环境下，现在很多的产业积极地发展建设，人们的生产生活在各个方面都用到能源开发，而且开发要求出现了一定的改变和优化，除了更加强调数量和规模的拓展之外，也注重安全性和稳固性的提升，这种变化也给企业的创新提供了更加鲜明的思路。石油化工作为支撑社会现代化建设的关键基础，在这个形式下应该对其给予充分关注，尤其是工艺管道的一些施工情况。工艺设备和使用的管道出现的一些伴热问题，一直以来都是石油化工比较重视的方面，而伴热技术的不断发展，满足了热量的供给问题，还解决了保温和防冻的相关要求。

1石油化工工艺管道伴热技术主要内容

管道伴热技术是随着石油化工工业发展应运而生的先进产物，是具有科学性的保温防冻技术，现在逐渐应用在社会的各个方面。而实际的伴热方式和伴热技术有很多不同的类型，主要有传统伴热和自动调控电伴热这两个不同的方面，以前的伴热只包含伴管伴热和夹套伴热。根据电伴热的一些工作原理可以看出，伴热管道在工作的时候，四周环境所受的温度呈现明显地下降趋势，因此分子会出现收缩情况，如果碳颗粒中存在电路流动时，随之伴热管出现发热情况，温度不断上升，电塑料中存在的分子就在一定时间内快速地膨胀，分开很多的碳颗粒，导致电路出现中断问题，在一定程度上使电阻不断升高，降低输出的部分伴热线，然后形成一套比较完整的、有效的闭合电路，这样可以快速提高伴热线的一定发热功率。就传统伴热管的设计来看，工作人员需要考虑到伴管或者是夹套伴热这两类工艺。这两类工艺的应用标准也分为不同的层次，具体来讲，如果工艺的应用能够满足内部介质的一些损失热量，确保温度能够满足使用管道的一些标准和需求，那么工作人员就应当考虑传统的伴热设计方法。除此之外，管道在传输的过程中，必然会因为热气损耗而出现不良的凝液情况，直接影响相应的气体输送。相关的工作人员在进行操作的过程中，介质压力会明显降低，管道出现堵塞的现象。如果管道在不运输的情况下，其中的介质也容易受到热损耗因素的不断影响，温度快速降低，使得里面的介质无法被清理干净，最终导致管道的凝固。以上这些，都应当成为传统伴热管道设计的参考标准。

2伴热方式的主要内容和选择标准

2.1概述

就现代化的工艺伴热管来讲，伴热介质主要包括热水、蒸汽热载体和电热等多个方面的元素，其中最为常见的是蒸汽伴热和电伴热。再加上，化工厂生产本身就具有一定的特殊性，所以在内部也会有副产蒸汽或者是乏汽可以利用，这就能够在很大程度上降低伴热管设计的费用，而且副产蒸汽的开发潜力是尤为巨大的，能够适合于不同类型的管道设计。只要现场的操作温度在150℃以下，那么工艺管道都可以与化工厂的副产蒸汽相结合。也正是在这一态势的影响下，化工管道伴热设计最早采用的介质也是蒸汽，早期的电伴热产品也都是恒功率产品，在运行的过程中会存在一定的不足和缺陷，即便是在通电之后，功率也始终恒定不变，一旦加热，其自身的温度就无法得到有效地控制。除此之外，恒功率产品在散热不良处和重叠交叉处也会产生高温热点，久而久之，加热器本身也会受到严重地磨损，最终会被烧毁，给化工厂带来一定程度的经济损失。目前，许多化工厂采用的是自限温管道电热带，这一装置是由特定的导电高分子复合材料制成的，具有自动限制加热温度的功能，而且还可以根据被加热系统运行的实际需求，调节自身的输出功率，以上这两部分功能可以相对独立运转，按照不同的层次分批进行。例如，就同一管道来讲，管道在户外的某一部分温度是相对较低的，自限温电热带就会提高该区域的输出功率，如果管道的某一部分在室内，温度就相对较高，自限温电热带又会减少输出功率。

2.2选择标准

化工厂应当保证输送介质的终端温度或者是环境温度要始终低于其凝固点的管道，如果介质本身的凝固点已经低于50℃，应选用伴管伴热的设计方法。如果介质凝固点大于50℃小于100℃，应选择夹套管伴热的设计方法。无论是管道上的法兰还是阀门，都应当选择夹套型的结构。除此之外，如果输送气体介质的露点高于环境温度需要伴热的管道，应当选用伴管伴热的形式。对于液体介质凝固点低于40℃，气体介质露点高于环境温度且低于40℃的管道，需要选择热水伴管伴热的方法，热敏性介质管道也同样如此。如果易凝介质管道长期处于中立自留或者停滞状态，化工厂也应当选择夹套管伴热的方法。伴热方式的选择需要根据管道施工的要求来科学调整，只有这样才能真正保证资源输送的可靠与稳定。

3伴热介质和伴热温度的选用标准

如果管道内部的介质温度在95℃以下，那么化工厂应当选择0.3～0.6MPa的蒸汽作为核心热源，如果伴热点相对集中，那么化工厂也可以用热水作为伴热的资源。如果管内介质温度在95～150℃之间，应当选择0.7～0.9MPa的蒸汽伴热。如果管道的输送温度达到了150℃以上，而0.9MPa蒸汽无法满足工艺要求时，化工厂就可以选择热载体，当作伴热的介质。就温度的选择来看，化工厂要尽可能保证，伴管的介质温度高于被伴介质温度30℃以上，如果被伴介质温度较高，热水温度可以高于100℃，但不得高于130℃，套管的介质温度可以等于或者高于被伴介质温度，两者之间的温差应控制在50℃以内。

4石油化工工艺管道伴热管设计的注意事项

4.1内伴热管伴热设计

化工厂可以把伴热管正确的安装在相应的工艺管道中，不过所说的工艺管道是进行输送资源的最主要的管道，伴热介质所释放的大部分热量都要毫无保留的用在补充工艺管道内部的热量损失。这也就足以说明，内伴热管的设计具有热效率高的特点，而且，蒸汽式散热所使用的一些热源和外伴热管是有明显区别的，能够减少25%的蒸汽耗量。另外，内伴热管在一侧的传热系数和使用管道内部的一些机制的流速，都存在密切的关系。由于伴热管安装在内部，所以化工厂也应适当加厚其内壁，无缝钢管的自然长度应当控制在8～13m之间。但不可否认的是，伴热管的焊缝，不应当在工艺管道内部显现出来，因此化工厂也会选择增加弯管数量这一途径，解决焊缝的问题，这就在无形中增加了自己的工程量和负担。除此之外，化工厂应当重视伴热管的热变形问题，一旦出现管道这类的问题，在一定程度上会影响产品的使用效果，还会增加后期的维修成本[1]。

4.2外伴热管伴热设计

在石油企业的生产过程中，会使用外伴热管作为一种伴热手段，这是较为普遍的使用方式，都是依靠不同的介质，主要是蒸汽和热水等。如果伴热管释放出很多的热量以后，大部分的热量补充工艺管道内部的损失，另一部分可以穿过保温层，全部分散到生存的环境当中。外伴热管在大多时候会使用一些保温管壳，这样可以在主要管道和伴热管道中间留出很多的保温空间，伴热管在之后会放出大量的热量，全部用于补充热量的损失。换句话说，就是这种类型的保温结构，可以最大限度的节省热能的消耗，压缩化工企业的生产成本。值得注意的是，如果主要管道输送温度超过150℃，主要管道在运行过程中会对温度升高有明确的标准，这样普通的伴热设计就不能满足目前的生产需求，化工厂就应当增加伴热管的数量，实现多管的共同运作。在这里化工厂需要使用传热效果较好的伴热胶泥，相较于过去的对流和辐射传热来讲，传热胶泥的辅助，可以实现多管齐下的效果[2]。外管伴热之所以能够得到石化企业的青睐和信任，主要原因在于，外伴热管的适用范围非常广，管道在操作过程中要保持温度始终在170℃以下，这样可以与之进行联系。并且，管道运行会有强烈的腐蚀性，在运行来讲，化工厂不能使用内伴热或者是夹套伴热的方法，但只要用石棉板把主管和外伴热管间隔，也不会影响管道的正常运转。而且，外伴热管的检修工作较为方便，即便出现了损坏现象，检修人员也可以随时到现场做出应对，既不会影响正常的生产，也不会造成产品质量问题的出现。除此之外，如果外伴热管带有传热胶泥，那么其自身的热传导率也会非常接近夹套管，保持温度的均衡且稳定。再加上，传热胶泥的使用寿命本身相对较长，抗震能力十分优秀，即便环境有很大的波动，也不会发生破裂或者是损坏现象。

4.3电伴热设计

以前传统管道的伴热很多都是用蒸汽当作相应热源的，根据伴热管来降低能量的一些损失。这种落后的形式没有科学性，并不能完全满足温度控制的需求，甚至会在一定程度上给现场埋下安全隐患和风险，耗热量相对较大，安装和维修的步骤十分繁琐。对此，化工厂也可以使用电伴热的设计方式，有效利用能量，灵活控制管道的运行温度，例如：有感应加热法、电阻加热法等。

5结语

综上所述，工艺管道的伴热管设计形式是多种多样的，而且能够有效应对石油化工生产的不同情况，正因为如此，化工厂才更应根据自己的发展水平做出科学的判断。文章通过内伴热管设计、外伴热管设计、电伴热设计这三个角度，论述了伴热管设计的途径，充分结合了石油化工的发展现状，在理论上有明显的合理性，实践上具有可行性，可以发展成为企业的重要参考依据。在以后的发展过程中，企业也可以在夹套伴热设计中进一步改良创新。

参考文献：

[1]彭文强,杨英.石化工艺管道热水外伴热设计[J].化工设计通讯,2019,45(03):112-113.

[2]殷勤.化工工艺管道蒸汽伴热设计探讨[J].中国化工贸易,2019,011(010):23

作者：郝培波 单位：中海油石化工程有限公司