管道伴热设计

21 工艺管道伴热设计

在石油化工企业中的管道，常用伴热方法以维持生产操作及停输期间管内介质的温。确保管道的安全运行，由于工艺管道内的生产条件复杂,因此选用伴热介质,确定伴热方式都应取决于工艺条件。

21.1 .1 伴热介质

（1）热水热水适用于在操作温度不高或不能采用高温伴热的介质的条间下，作为热源。当企业有一部分余热可以利用，且伴热点布置比较集中时，可优先使用。

（2）蒸汽蒸汽是国内外石油化工企业中广泛采用的一中伴热介质，取用方便，冷凝潜热大，温度易于调节，适用泛围广。石油化工企业中蒸汽可分为高压、中压及低压三个系统，而用于伴热的是中、低压两个系统，基本上能满足石油化工企业中工艺管道的使用要求。

（3）热载体当蒸汽温度不能满足工艺要求时，可采用热载体作为热源。

（4）电热电热是一种利用电能为热源的伴热技术。电伴热安全可靠，施工简便，能有效地进行温度控制，防止管道介质温度过热。

21.1.2 伴热方式

(1) 内伴热管伴热伴热管安装在工艺管道内部,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。其结够特点：热效率高，用蒸汽作为热源，于外伴热管比较，可以节省15～25％的蒸汽耗量；但由于伴热管它安装在工艺管道内部，所以伴热管的管壁应加厚。无封钢管的自然长度一般为8～13米，伴热管的焊缝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，以及伴热管的变形问题和此结够不能用于输送有腐蚀性及热敏性介质的管道。一般很少用于石油化工企业工艺管道。

（2）外伴热管伴热外伴热管是目前国内外石油化工企业普便采用的一种伴热方式，其伴热介质一般有蒸汽和热水两种。伴热管放出的热量，一部分补充主官内介质的热损失，另一部分通过保温层

散失到四周大气中。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生时，常规伴热设计将难以满足工艺要求，需要多根伴热。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辅射的传热。一根带传热胶泥的外伴热管相当于用3 根相同直径的常规伴热管的作用。其结构如图21.2.1 所示。

实践证明带传热胶泥的外伴管可以代替投资昂贵的夹套管及多根伴热管。它能提供与夹套管一样的传热效果。如图21.2.2 所示。

图21.2.1 带传热胶泥的外伴热管图21.2.2 伴热曲线

（1）∮50/∮＞≥的夹套管伴热；

（2）∮9.5mm的铜管带传热胶泥外伴热；

（3）∮9.5mm铜管外伴热。

综上所术，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。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）夹套伴热夹套伴热管即在工艺管线的外面安装一套管,类似套管式换热器进行伴热.在理论上只要伴热介质的温度相同或略高一些,就能维持能管介质的温度,这时蒸汽耗量只需满足本身的热损失,因此伴热效率是比较高的。

常用的夹套管基本类型分为:管帽式夹套管和法兰式夹套管。

夹套管伴热耗钢量大，施工工程量亦大。但它能应用于外伴热管不能满足工艺要求的介质管道。

(4) 电伴热电伴热可以有效利用能量，合理控制温度。

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。采用电伴热可以利用能量，有效控制温度。电伴热方式有感应加热法、直接加热法及电阻加热法等。

21.2.1 伴热设计原则

21.2.1.1 伴热设计的原则

(1) 管道伴热设计，一般情况下仅考虑补充管内介质在输送过程或停输期间的热损失，以维持所需

的温度，不考虑管内介质的升温。

(2)对于工艺有特殊要求，介质需要升温的管道，可以选用特殊的伴热方法进行升温输送。

(3) 伴热用的蒸汽、热水，一般应统一规划，集中供应；其温度、压力参数应满足管道伴热的工艺

要求。

21.2.2 管道伴热的条件

(1) 在环境温度下，需从外部补充管内介质的热损失，以维持输送温度的气体、液体管道。

(2) 在输送过程中，由于热损失产生凝液可能腐蚀或影响正常操作的气体管道。

(3) 在输送过程中，由于热损失造成温降可能析出结晶体的管道。

(4) 在操作过程中，由于压力突然下降而自冷，可能导致结冻堵塞或管道剧冷脆裂的管道。

(5) 在切换或间歇停输期间，管内介质不能放净或吹扫而可能凝固的管道。

(6) 由于热损失使输送介质粘度增高，系统阻力增加，使输送量达不到工艺要求的管道。

(7) 输送介质的倾点或凝固点等于或高于环境温度的管道。

21.2.3 伴热介质的选用

(1) 介质温度在95℃的管道，应选用0.3～0.6MPa蒸汽或热水伴热。

(2) 介质温度在95～150℃之间的管道，应选用0.7～0.9MPa蒸汽伴热。

(3) 介质温度大于150℃的管道，当0.9MPa蒸汽不能满足工艺要求时，可选用载热体作为伴热介

质。

21.2.4伴热介质温度的确定

(1)伴管的伴热介质温度宜高于被伴热介质温度30℃以上，当采用传热胶泥时宜高于被伴热介质

温度10℃以上。

(2)夹套管的伴热介质温度可等于或高于被伴热介质温度，但温差不宜超过50℃。

(3) 对于控制温降或最终温度的夹套管伴热管道，伴热介质的温度应根据被伴热介质的凝固点或最

终温度要求确定。

21.2.5 伴管及夹套管材质的选用

(1) 外伴热管必须采用无缝钢管。

(2) 夹套管的内管应采用无缝钢管，套管可采用无缝钢管或焊接钢管。

(3) 夹套管中与内管连接的零件材质应与内管材质相同。

(4) 当套管与内管材质不同或温差大时，应按《石油化工企业管道柔性设计规范》（SHJ41—91）

对夹套进行温度应力校核。

21.3.1 伴热方式选用

(1) 介质凝固点低于50℃的管道，可选用外伴热管伴热。当有特殊要求且工艺管道的公称直径大

于150 mm 时，也可选用内伴热管伴热。