冬季保温伴热方案

新疆宜化烧碱事业部保温伴热方案
为规范新疆宜化烧碱事业部各装置内设备和管道的保温伴热过程，保证在保温伴热的施工过程中有方案可以参照，防止保温伴热过程控制紊乱，避免冬季出现因保温伴热不当引起的生产事故，特拟定本方案。

一、范围
本方案提供了现新疆宜化烧碱事业部各装置的供暖、工业用水、生产蒸汽和工艺介质管道及设备的保温伴热可行性办法。

二、物资准备
1、蒸汽伴热物资准备主要包括：
1.1、伴热所需热源引入管：我事业部选用Φ57×3.5的无缝钢管；
1.2、管道所伴热的管材：我事业部选用Φ25×3的无缝钢管（因片碱岗位所要伴热的管道数量多、温度高、距离长，本岗位的伴热管选用Φ32×3的无缝钢管）；
1.3、伴热管所产生的蒸汽冷凝水收集站所用管材：我事业部选用Φ89×4的无缝钢管；
1.4、伴热管所用阀门、疏水阀：我事业部选用截止阀，型号为J41H-16C，疏水阀型号CS41H-16C，均为DN20阀门（片碱岗位根据实际情况选用DN25的阀门），蒸汽冷凝水集液站用总阀J41H-16C，一般选用DN50阀门；
1.5、对应法兰、管件、垫片、螺栓等；
2、保温、保冷物资准备主要包括：
2.1、设备、管道保温材质：我事业部选用50mm硅酸铝保温材料；
2.2、设备、管道保冷材质：我事业部先用30mm橡塑板保冷材料；
2. 3、保温、保冷所对应的保温铁丝网、铁丝、橡塑胶水、铝
板、胶带等；
3、供暖物资准备主要包括：
3.1、供暖所需热源引入管：我事业部统一采用Φ57×3.5的无缝钢管；
3.2、通向各散热器管道：我事业部统一采用了Φ32×3的无缝钢管；
3.3、散热器：我事业部选取了适合蒸汽采暖的三柱钢管3075型（20片/组）的采暖配套装置；
3.4、散热器所产生的蒸汽冷凝水收集所用管材：我事业部采用了各散热器排放蒸汽冷凝水的支管为Φ32×3的无缝钢管，最后统一汇总到Φ57×3.5的无缝钢管的蒸汽冷凝水总管；
3.4、对应阀门、法兰、管件、垫片、螺栓等。

三、蒸汽伴热内容
1、伴热系统热源：
我烧碱事业部蒸汽伴热所使用热源为0.7MPa蒸汽，蒸汽温度约为120-150℃。

同时我们各装置内部所选用的伴热源与生产热源中间使用伴热源切断总阀分开。

2、热源引入管及伴管分配站：
2.1、热源引入管：选用Φ57×
3.5无缝钢管，热源引入管必须从热源总管顶部引出，每根引入管必须设有单独的切断总阀，引入管与伴管分配站连接方式为法兰连接，热源引入管要求尽量沿管廊布置，少走弯道，不得有爬上爬下的布置，不得存在U型弯（如存在U 型弯，在底部设置排液管）；
2. 2、热源分配站：
热源分配站选址必须尽量靠近墙、柱、平台栏杆等位置，其位置应使伴前管道尽量短，当靠近管廊柱子设置时，应注意布置整齐合理，不堵塞操作通道，不影响设备维修；
我烧碱事业部热源分配站设计采用立式分配站，分配站利用Φ89×4无缝钢管制作，每个分配站高度为2.6m，上设树状对称DN20分
口，备用口采用DN20的截止
阀常关；分配站每个分支均用
阀门控制，阀后引伴热管去伴
热区域，分配站最低一排两分
支需选其一为冷凝水自排口，
先连常开闸阀，再接疏水阀，
阀后接排水；分配站底端用法
兰连接一DN50排尽口，装常
闭截止阀，阀后接排水；如图
1：
热源分配站应有固定支
撑及滑动架。

3、伴热管：
3.1、伴热管根数规定如下：通常情况下，公称直径100及以下
管道，伴热管数一根，DN150-DN450管道伴热管两根，DN500及以上
管道伴热管3－4根。

如有特殊要求介质，可选择增加或减少伴热管
数量；
3.2、我事业部选用Φ25×3无缝钢管制作伴热管，其有效伴热
长度为35米，该长度必须严格遵守，在过伴热长度后，应将其引入
冷凝水集液管，在伴热管终端应设置单独疏水阀；若所需伴热长度超
过35米，应从热源分配母管重新接入伴热管；
3.3、伴热管应该从设备、管道需要伴热部位得到最高点开始引
入，从最低点离开；
3.4、伴管的伴前及伴后应尽量多根成排布置，以方便保温及支
架设置；
3.5、单根伴管（无并联内容)允许有袋形弯，袋形弯上升段总高
度不得大于12m，袋形弯底部设置排液管；
3.6、伴热管尽量做成适合设备、管道外形的形状，方便与设备、
3.7、伴管应合理设置固
定支架及导向架。

4、冷凝水收集器：
4.1、我事业部冷凝水
收集器选用Φ89×4的无缝
钢管制作，每个冷凝水收集
器高度为2.6M，上设树状对
称DN20分支12个，其中留2
个为备用口，备用口焊接闸
阀常关；所有收集口上焊接
DN20闸阀，阀后连接疏水器
（注意疏水器流向应为从伴热管流向收集器），疏水器后为伴热区域
流入的超过有效伴热长度的伴管；
4.2、冷凝水收集器上端封口，下端接排水阀，阀后引冷凝水进
入冷凝水收集器，如冷凝水排水管长，必须考虑排水管进行伴热；
4.3、冷凝水收集器选址必须尽量靠近墙、柱、平台栏杆等位置，
其位置应使冷凝水排水尽量短，当靠近管廊柱子设置时，应注意布置
整齐合理，不堵塞操作通道，不影响设备维修；如图2。

四、保温、保冷内容
1、保温、保冷设计原则
保温：保温设计应符合减少散热损失，节约能源，满足工艺要求，
提高经济效益，改善工作环境防止烫伤等基本原则。

保冷：常温以下的设备或管道，应在减少冷量损失的同时，确保
保冷层外表面温度高于环境的露点温度。

2、具有下列情况之一的设备或管道及组成件应予保温：
2.1、外表面温度高于50 ℃；
2.2、表面温度低于或等于50 ℃但工艺需要保温的设备和管
道；
2.3、介质凝固点或冰点高于最低环境温度的设备和管道。

3、具有下列情况之一的设备或管道可不保温：
3.1、要求散热或必须裸露的设备和管道；
3.2、要求及时发现泄漏的设备和管道法兰；
3.3、内部有绝热，耐磨衬里的设备和管道；
3.4、须经常监视或测量以防止发生损坏的部位；
3.5、工艺生产中的排气、放空等不需要保温的管道。

4、具有下列情况之一的设备和管道必须保冷：
4.1、需减少冷介质在生产或输送过程中的温升或气化的设备和管道；
4.2、需减少冷介质在生产或输送过程中的冷量损失或规定允许冷损失量的设备和管道；
4.3、需防止在环境温度下，表面凝露的设备和管道。

5、保温、保冷厚度计算
5.1、管道保温层厚度计算
我烧碱事业部的管道保温厚度都是通过控制保温层外表面温度的方法计算
以DN200的精盐水管道为例来计算绝热层厚度
管道内介质的温度： t=55℃
主保温层外表面温度取环境的最低温度： t w1=－35℃
保温层平均温度： t p=(t+t w1)/2＝（55－35）/2＝45℃
常温下硅酸铝纤维板导热系数为：λ0=0.056 W/m.℃，
可计算出硅酸铝纤维板在t p温度下导热系数方程：
λ1=λ0+0.0002t m＝0.056+0.0002×(45-20)=0.061 W/m.℃管道外径： d w=0.219 m
管道周围空气温度： t k=－38℃
管道外的风速：ω=4 m/s
保温层表面到周围空气的放热系数：
αh=11.63+6.95×ω×0.5＝25.53 W/(m2〃℃)
设管道主保温层外径为d1:
对于圆筒形设备、管道的保温、保冷计算方程式：
d1×ln(d1/d w)=2×λ1×(t-t w1)/[αh×(t w1-t k)]
令x=d1/d w，为计算方便，方程两边同时除以d w 。

得d1/d w×ln(d1/d w)=2×λ1×(t-t w1)/[αh×d w×(t w1-t k)] 经常计算可得：
d1/d w×ln(d1/d w)= 2×0.061×（55+35）/[25.53×0.219×（－35+38）]＝0.7083
则d1/d w×ln(d1/d w)=x〃lnx＝0.708
经计算可得x=1.57
d1=d w×1.57=0.219×1.57=0.344
则保温层厚度δ为 : δ=(0.344-0.219)/2=0.0625m＝62.5mm 硅酸铝的单层厚度为50mm，因此DN200的盐水管道使用硅酸铝的保温厚度为100mm。

但又借鉴内蒙、青海工程的保温、保冷厚度，在理论值的基础上放量50%，则DN200的盐水
管道使用硅酸铝的保温厚度为150mm。

6、保温材料用量计算
以150米长的DN200的盐水管道为例
子，经计算，DN200的盐水管道保温厚度为
150mm。

右图为管道保温后的则面图，可知，r=100mm=0.1m, R＝
r+150mm=250mm=0.25m
保温后的管道截面积S R=πR2=3.14×0.25×0.25=0.19625m2
管道的截面积：S r=πr2=3.14×0.1×0.1=0.0314 m2
则圆环面积为：S＝S R－S r＝0.19625－0.0314＝0.16485 m2
由此可计算出保温层的体积
V＝SL＝0.16485×150＝24.73 m3
150米长的DN200的盐水管道所用保温材料硅酸铝的量为24.73 m3
同理，管道的保冷的计算方法与保温相同。

我们所采购的硅酸铝厚度为50mm，在计算过程所得的值都取50的倍数，并在此基础上放量50% 。

7、施工要求
7.1、加强绝热材料管理，杜绝水浸、雨淋现象发生。

雨天不得进行室外施工，轻微淋湿，不晒干不允许上保护层，严重淋湿和浸泡过的绝热材料应作废料处理。

7.2、绝热层厚度超过50mm时，应采用双层或多层复合绝热结构。

7.3、管线的支吊架处也应绝热，为保证管线伸缩时绝热层不损坏，支承架尺寸应大于绝热厚度，同时支吊架处应充填散状纤维绝热材料或垫胶皮。

7.4、绝热层施工同层错缝，上下层压缝，其搭接长度不宜小于50mm。

水平管线纵缝不得在上下90°范围内。

7.5、采用捆扎结构应逐层进行。

7.6、绝热层的拼缝宽度，不得大于5mm。

7.7、设备封头绝热层施工，将绝热材料制品板，加工成扇形块，错缝敷设，环状拉条与扎紧呈十字扭结扎紧。

7.8、伴热管线的绝热施工，每隔1000－1500mm，用镀锌铁丝捆扎牢固。

无局部过热要求，主管和伴热管可直接捆扎在一起；有防止局部过热要求时，主管和伴热管之间要设置石棉壁。

7.9、管线金属保护层的环缝应起鼓搭接，搭接尺寸不得少于
50mm。

纵缝除设防潮层结构不宜采用螺钉固定外，应以封闭好，外形规整美观为准。

用螺钉固定时，固定间距约为200mm；
7.10、设备与垂直管线上的金属保护层，应分段固定在支承件上。

在同一段内的保护层联结，应交替采用固定结构和插接结构；
7.11、具体施工按照《SH3126—2001石油化工仪表及管道伴热和隔热设计规范》来执行。

五、采暖内容
1、采暖系统热源：
我烧碱事业部室内采暖所用热源为0.3MPa的低压饱和蒸汽，蒸汽温度约为133℃。

同时我们各装置内部所选用的采暖热源与生产热源是分开的。

2、热源引入管
我事业部各装置的热源引入管统一选用Φ57×3.5无缝钢管，每个工段的热源引入管必须从管架的采暖蒸汽总管的顶部引出，每根引入管必须设有单独的切断总阀，热源引入管要求尽量沿管廊布置，少走弯道，不得有爬上爬下的布置，不得存在U型弯（如存在U型弯，在底部设置排液管）；
3、散热器的分布
3.1、散热器引入支管：
进入各散热器的蒸汽支管我事业部采用Φ32×3的无缝钢管，因我烧碱事业部的采暖所用蒸汽为0.3MPa的低压蒸汽，及公司存在的蒸汽量不足的特殊情况，特选用双管上供下回式低压蒸汽供暖系统为各装置供暖。

3.2、散热器连接方式：
因我烧碱事业部采用
双管上供下回式低压蒸汽
供暖系统，在主干管抽出
的Φ32×3各支管连接散
热器采用并联方式连接，
为使散热器内部的蒸汽冷
凝水及时顺利的排出，不
在散热器内积留，并使散
热器表面温度和放热量达到要求，垂直方向的散热器的冷凝水也采用并联连接，在冷凝液总管处安装疏水阀排出散热器内部的蒸汽凝结水；
4、散热器设计计算
以一次盐水精制厂房操作室为例子计算房间热负荷
基本工艺条件
室外采暖计算温度 t n-35 ℃
室内采暖计算温度 t w15 ℃
房间开间L 9 m
房间进深W 8 m
房间高度H 5.5 m
墙体传热系数 K1 1.54 W/(m3〃℃)
窗户传热系数K2 3.7 W/(m3〃℃)
门的传热系数K3 1.8 W/(m3〃℃) 屋顶、屋面传热系数K40.45 W/(m3〃℃)
风力附加系数βf 0.1
房高修正系数βfg 0.02
间歇修正系数βj 0
温差修正系数α 1
东西（朝向修正）βch 0
北/东北/西北/（朝向修正）βch 0.1
南（朝向修正）βch －0.1 东南/西南（朝向修正）βch －0.13
4.1、围护结构传热耗热量（Q1）计算
（1）、通过围护结构的基本耗热量（Q`）计算
对于供暖房间来说，房间基本耗热量，应为其各外围护结构（墙、窗、门、楼板、屋顶、地面等）传热量的总和，即：
Q`＝∑K〃F（t n-t w）〃α
操作室的北墙和南墙与内墙相邻，则南、北墙与相邻房间的温差可忽略不计，则t n-t w≈0
西外窗基本耗热量：
Q窗`＝K〃F（t n-t w）〃α＝3.7×（1.9×4）×（15+35）×1＝1055W 西外墙基本耗热量：
Q西`＝K〃F（t n-t w）〃α＝1.54×(9×5.5－1.9×4) ×（15+35）×1
＝3373W
外门基本耗热量：
Q门`＝K〃F（t n-t w）〃α＝1.8×(1.9×2.1) ×（15－5）×1＝28.4W 东外墙基本耗热量：
Q东`＝K〃F（t n-t w）〃α＝1.54×(9×5.5－1.9×2.1) ×（15－5）
×1＝762W
屋顶基本耗热量：
Q顶`＝K〃F（t n-t w）〃α＝0.45×(9×8) ×（15+35）×1＝1620W （2）、附加耗热量修正计算公式
Q"=(1+βch+βf+βli+βm)(1+βfg) (1+βj)*Q` 则对应的基本耗热量修正计算得：
Q窗"＝（1+0.1+0+0+0）×（1+0.02）×（1+0）×1055＝1183.1W
Q西"＝（1+0.1+0+0+0）×（1+0.02）×（1+0）×3373＝3784.1W
Q门"＝（1+0.1+0+0+0）×（1+0.02）×（1+0）×28.35＝28.9W
Q东"＝（1+0.1+0+0+0）×（1+0.02）×（1+0）×1620＝1652.4W
Q顶"＝（1+0.1+0+0+0）×（1+0.02）×（1+0）×762＝855.3W 则围护结构：
Q1＝Q窗"+ Q西"+ Q门"+ Q东"+ Q顶"＝7503.8W
4.2、冷风渗透耗热量计算
本算法按缝隙法进行计算：
Q2＝0.278Vρw〃kC（t n-t w）
其中 V＝lL
精制厂房操作室的主导风向迎风面有2个西外窗，其总缝隙长
度： l=2×10=20m
L=2.3m3/h〃m ρw=1.4kg/m3 c=1kJ/kg〃℃ k=0.5
代入： Q2＝0.278 lLρw〃kC（t n-t w）
Q2＝0.278×20×2.3×1.4×0.5×1×（15+35）＝447.8 W
4.3、冷风侵入耗热量计算
Q3＝Q门`×βkp＝Q门`*0.65N*b
操作室的门为常开，则b值取1.5。

N为常数5。

因此操作室的冷风侵入耗热量：
Q3＝Q门`×βkp＝28.4×0.65×5×1.5＝138W
4.4、房间供暖设计热负荷总计
Q总＝Q1+Q2+Q3＝7503.8+447.8+138＝8089.6W
4.5、我们烧碱事业部采用钢三柱3075型散热器，根据设计参数，钢三柱3075型每片散热器的散热量为151W，则20片为一组的散热器的散热量为：
Q＝151W×20=3020W
因此，精制厂房操作室所用的散热器数量：
M= Q总/ Q=8089.6/3020=2.8
取整数，所以精制厂房操作室所用的散热器数量为3组。

在实际过程中，蒸汽的利用率和散热器的热损失都是不确定，同时也参考内蒙、青海的实际情况，在理论的基础上放量10% 。

各工段散热器分布表1
序号工段装置名称厂房热负荷
（W）
散热器数量（组）
1 烧碱办公楼办公楼一楼99666 36 办公楼二楼54367 21 办公楼三楼60405 23 办公楼四楼60424 23
2 电解电解一楼14194
3 52 电解二楼10268
4 38 脱氯一楼48322 18
脱氯二楼54386 20 脱氯三楼54386 20 泵房24153 8
3 一次盐水
精制一楼87584 32 精制二楼55445 20 精制三楼58643 22 精制四楼75566 28 精制五楼73432 26 精制泵房5823 2 配水泵房17456 6 压滤操作室8795 4 压滤二楼29004 10
4 蒸发厂房一楼5465
5 20 厂房二楼47564 18 厂房三楼33453 12 厂房四楼33453 12 厂房五楼3344
6 12 泵房29859 10
5 氯氢氯处理一楼63578 24 氯处理二楼63483 24 氯处理三楼6324
6 24 透平机厂房99478 36 氯处理厂房64536 26 硫酸槽保温房28746 10
6 片碱片碱一楼162783 60 片碱二楼151786 56 片碱三楼11553
7 44 片碱四楼56789 22
7 冷冻循环水
冰机厂房74532 28 冰机泵房35456 14 操作室5644 2 循环水泵房31457 12
8 合计2361965 1037
5、蒸汽采暖消耗蒸汽量
我烧碱事业部统一采用钢三柱3075型散热器，根据设计参数，钢三柱3075型每片散热器的散热量为151W，则20片为一组的散热器的散热量为：
Q1＝151W×20=3020W=3020J/s
烧碱厂房内散热器的总散热量为
Q总＝Q1*1037＝3020J/s×1037=3131.74kJ/s=3131.74×
3600=11274264kJ/h
我烧碱事业部的供暖采用压力为0.3MPa的低压饱和蒸汽，疏水阀后的冷凝液温度80℃左右，查表可知：
0.3MPa的低压饱和蒸汽的温度为133℃；0.3MPa的低压饱和蒸汽的凝结潜热为2163kJ/kg。

由以上数据可算出1吨0.3MPa低压饱和蒸汽的散热量：
（1）、从133℃的蒸汽到80℃的冷凝液，释放的热量可以分为两部分，显热和凝结潜热；
a、0.3MPa饱和蒸汽变成0.3MPa的凝结水，所放出的热量为其凝结潜热；
Q2＝M*L=1000kg×2163kJ/kg=2163000kJ
b、由133℃的凝结水放热变为80℃的凝结水，所放出的热量为显热：
Q3＝C水MΔT=4.18×1000×（133－80）＝221540kJ
则1吨0.3MPa低压饱和蒸汽放出的热量
Q＝Q2+Q3＝2163000+221540＝2384540kJ
则吨蒸汽放热量为
Q w＝2384540kJ/t
按蒸汽散热效率为70%计算：可得
Q w`=2384540kJ×70%=1669178kJ
由此可得知，烧碱事业部内散热器消耗蒸汽为
M＝Q总/Q W`=11274264 /1669178=6.76t
按蒸汽的损失量5%来计算：可得出每小时蒸汽消耗总量
M总＝6.76/（1-5%）＝7.12t
六、注意事项
1、设备、管道伴热源原则上要求尽量就近选取，引热管保温厚度必须在200mm以上，防止热量散失过快；
2、无论是冷凝水收集排放管或是暖气片排水收集管必须选择就近排放，排放注意保温；
3、对于长度在100米以上的单根或单组需要伴热的管道，可以沿管道铺设DN50伴热母管，伴热母管上分支管用于伴热（支管起始必须装阀门），在伴热管达到有效伴热长度后，将其引入导淋，导淋装疏水器，疏水器后接常开阀（常开阀可不用），冷凝水排放到冷凝水回收装置；如需伴热管道长度极长，母管铺设时应多处引热源，单处热源所铺母管长度不得超过300米。

对于以前已经保温但未进行有效伴热的管道，也可用此方法，只将接入伴热管点位置保温拆除，将已过有效伴热长度的伴热管引入导淋，接入新伴热管。

4、水平敷设的供汽和凝结水管道，必须有足够的坡度并尽可能地使汽水同向流动，这是为了能够顺利排除凝结水和空气，及检修时泄水的需要；
5、布置蒸汽供暖系统时，尽量使系统作用半径小，流量分配均匀，系统规模较大，作用半径大时，宜采用同程式布置，以避免远近不同的立管环路因压降不同，造成压降大的环路凝结水回流不畅；
6、合理布置疏水器，为了及时排出蒸汽系统的凝结水，除了应
保证管道必要的坡度，还应在适当的位置设置疏水装置，一般低压蒸汽供暖系统每组散热设备的出口或每根立管的下部设置疏水器。