浅谈蒸汽伴热系统的设计

毛　苗

(中国五环工程有限公司，湖北　武汉　430223)



化工机械

浅谈蒸汽伴热系统的设计

毛苗

(中国五环工程有限公司，湖北武汉430223)

石油化工装置中的管道犹如人体的血管，贯穿整个系统，其重要性不言而喻，因此需要保证管道的长期正常的运行。而蒸汽伴热是一种非常有效的管道保温及防冻措施，已广泛应用于石油化工行业中。笔者依据石油化工工程设计的相关标准规范，并结合工程项目经验和参考其他工程师的科技成果，介绍了管道的蒸汽伴热系统的整体设计及设计要点，并具体论述了蒸汽伴热系统的几点值得注意的问题。

蒸汽伴热；设计；疏水阀

蒸汽伴热是一种非常有效的管道保温及防冻措施，既能满足工艺和防冻的要求，又能降低能耗，并且蒸汽取用方便、冷凝潜热大、易于调节温度，因此已广泛应用于石油化工行业中。

然而伴热管线是沿工艺管线敷设的附属管线，设计中时常不受重视；并且如今项目的设计进度都非常紧张，因此设计文件中时常没有具体的伴热管线施工图，具体施工由现场设计代表交底。并且有时施工人员不严格按照标准施工，随意性很大，致使伴热管常常存在一些不合理之处，使用过程中出现工艺管道冻住、达不到工艺要求等问题。笔者根据标准规范和项目经验，并参考其他工程师的科技成果，探讨蒸汽伴热系统的设计及几点值得注意的问题。

1　蒸汽伴热系统的整体设计及设计要点

伴热系统的设计要作为一个整体来综合考虑，在遵循标准规范及相应设计原则的前提下，对整个蒸汽伴热系统进行因地制宜地统筹规划[1]。合理地布置伴热站点，做到既不遗漏又不冗余的伴热设计，以达到最佳伴热效果。典型的蒸汽伴热管道系统图如图1所示。

图1　蒸汽伴热管道系统图

图2　典型的冷凝液收集站

1.1伴热站的布置问题

若伴热站布置得合理，则伴热设计就成功了大半；若设计得不合理，则伴热管的布置将相当吃力。笔者曾碰到过伴热站全部布置在装置内管廊两侧的情况，导致部分伴热管要走很远或者爬升很高，这样就满足不了有效伴热长度和U型高度的要求，使得伴热效果不佳。

伴热站的布置有以下两个基本原则[1-3]：

(1)依据管道布置图中被伴热管的分布和疏密程度来确定其伴热站的位置；

(2)依据建筑物楼层的情况将伴热站设置成从上到下的布置，即蒸汽分配站尽量放在建筑物的上层，而冷凝液收集站则放在下层。

通常在3 m半径范围内如有3个或以上伴热供气点及回收点时，蒸汽伴热系统应设置蒸汽分配站及冷凝液收集站[4]。站的设置应统一考虑，合理布局，并便于操作和维修。蒸汽分配站及冷凝液收集站尽可能靠墙、柱、平台栏杆等设置，其位置应使伴前管道和伴后管道尽量短。

图3　自导式蒸汽分配站

图4　非自导式蒸汽分配站

蒸汽分配站分为自导式和非自导式的，如图3和图4所示。尽量使用自导式的，它能够在没有疏水装置的情况下也不会产生积液，既省材料，热效率又更高。自导式的蒸汽从分配站底部引入，引入管高于蒸汽主管；而非自导式的蒸汽则从上部引入[5]。

1.2蒸汽伴热管的有效伴热长度

蒸汽伴热管存在长度限制。蒸汽伴热管道中的蒸汽流经一定长度后，由于向被伴热管道加热和通过保温层散热，该蒸汽将失去潜热而冷凝[2]；若蒸汽伴热管的长度加长，则达不到理想的伴热效果。伴热管的有效伴热长度可按表1来确定[4]。

表1　蒸汽伴热管的最大容许长度

注：P为蒸汽压力。

1.3蒸汽伴热管的U型高度

蒸汽伴热管存在U型高度的限制，不能爬升太高。伴热管应尽可能的从高点供气，沿工艺管道由高向低敷设，在最低点排凝，并尽量减少U型弯，以免产生液阻和气阻。但实际情况中，时常不可避免的出现U型弯。有些设计人员甚至会忽视伴热管上的U型弯，布置的伴热管犹如过山车，以致根本起不到伴热效果。蒸汽伴热管允许U型累计上升高度可按表2来确定[4]。

表2　蒸汽伴热管的U型高度

若实际情况超过上表数值时宜适当减短伴热有效长度，但伴热管累计上升总高差不应超过10 m[2,6]。

1.4伴热管并联的问题

每根伴热管宜单独从蒸汽分配站引出，并在每根伴热管上设置切断阀和疏水阀。但若实际情况中确实难以避免伴热管并联，为防止其中某根伴热管发生短路现象，应保证每根支管等距离同走向。

1.5仪表元件的伴热

对于液位计等仪表元件的伴热，伴热管应采用单回路供汽和回水，既不能串联连接，也不能共用疏水阀。并且管道专业与仪表专业交接处用活接头连接，以利于更换和维修[7]。仪表伴热时要注意伴热管线与仪表元件要保持一定的距离，比如液位计不宜紧贴着伴热,温度过高时,会引起汽化造成液位不准确。寒冷地区，被伴热管道宜尽量选用夹套液位计等自带伴热设施的。

1.6蒸汽伴热管的材质及规格

蒸汽伴热管对材质要求并不高，通常用20#碳钢即可，另外根据所伴主管材质可选用不锈钢。当伴热管道选用不锈钢材质时，蒸汽导管可选用20#碳钢。一般要求氩弧焊，但实际多是电焊热煨，导致伴热管道时常因焊渣而堵住。

伴热管一般用DN25、DN20和DN15的，具体根据被伴热管的规格及温度要求而定。伴热管道都比较细，选用304不锈钢的好处是不易发生堵塞，而且对于相同的操作条件和管径，不锈钢管道的壁厚比较薄，容易直接进行弯曲加工，有利于施工。但成本相对较高。

若项目文件规定了伴热管道的材质，设计时，需确认伴热设计是否满足要求。笔者曾碰到过业主在采购附件中规定伴热管材质，但并未写入项目合同的情况。而到伴热系统施工接近尾声时，业主提出更换材质要求，再三沟通后，项目领导同意更换伴热管，之后重新采购，拆除已安装伴热管，安装新的，这样一来严重影响项目进度，也增加了项目经费。

1.7无需伴热的管道

防冻的方法有三种：排空、常流、伴热。生产中，很多防冻管线可以不需要伴热。

在正常生产状态下，循环水始终在循环状态，不会冻结，不用伴热。如果冬季长时间停产，则在停循环水泵同时，要放净管道及泵内的水，一定要排净水，注意末端和死角的管道一定要排净。

在供暖的室内，原本需要防冻的管道则不需要伴热。如果是重要管道，担心室内无法正常供暖，可以加上伴热，以保万全。

2　疏水阀的选用

蒸汽伴热系统的很多故障源于疏水阀。疏水阀的用途是排水阻气，既保证伴热，又降低蒸汽的消耗量，起到节能的效果。疏水阀的种类很多，按动作原理可分为机械型、热动力型、热静力型，其特点见表3。

表3　三种类型疏水阀的对比表

续表3

过冷度饱和(～0℃)过冷水(10～30℃)过冷水(6～8℃)漏汽率2%～3%1%2%～3%允许背压0.8P10.5P10.5P1～0.25P1结构大小较大较小最小安装方向水平水平、垂直水平、垂直动作性能可靠、动作间隔时间短较可靠、动作间隔时间长较可靠、动作间隔时间较长使用寿命长较短最短种类浮球式、吊桶式双金属式、波纹管式、隔膜式孔板式、脉冲式、喷嘴式

一般在选用时，首先要根据使用条件(凝结水量、蒸汽温度和最低压力、设施所需温度、凝结水回收系统的最高压力)和安装位置，参照各种疏水阀的技术性能，选用最为适宜的疏水阀形式。再根据疏水阀前后的工作压差和凝结水量，从厂家样本中选定疏水阀的规格。若选型不当，会出现故障多、能耗高等问题。如有些厂使用的是热动力式蒸汽疏水阀。这种疏水阀在疏水时常会泄出不少蒸汽，造成严重浪费。在现场有些临时改造的排凝管道甚至用切断阀替代疏水阀，使得蒸汽直接排放[7]。

疏水阀工作频率较高，磨损较大，工作寿命较短，可作为易损易耗件来考虑。疏水阀宜采取法兰或螺纹连接，以便于检修与替换。在疏水阀前后都应设置1个切断阀,并在疏水阀前设置1个导淋阀，疏水阀后设置1个检查阀，以便于检查疏水阀是否正常工作，如图2所示。

3　伴热系统的巡检与维护

伴热系统的巡检与维护十分重要，建设容易，维护难。伴热系统投入使用前，伴热管中的水未放尽，会产生水击造成泄漏；投入使用后，不检查并调节阀门开度(如阀门开度过小)，易造成工艺管道冻住。切断阀和疏水阀出现故障、伴热管破损时，不及时处理，同样造成蒸汽浪费或管线冻凝的问题。如果不重视，诸如此类的问题将层出不穷。

4　结　语

蒸汽伴热系统的设计与安装并没那么简单，是设计与施工人员普遍感到棘手的问题之一。结合工程项目经验和参考其他工程师的科技成果，本文介绍了管道的蒸汽伴热系统的整体设计及设计要点，具体论述了伴热站点的布置、伴热管有效伴热长度、U型高度及疏水阀的选用，为工程设计提供参考依据，方便大家的工作。

[1]苏海滨.蒸汽伴热系统的设计[J].中国高新技术企业,2012(4):22-23.

[2]蔡尔辅.石油化工管道设计[M]. 北京: 化学工业出版社,2004:266-279.

[3]张德姜,赵勇.石油化工工艺管道设计与安装[M]. 北京：中国石化出版社,2001:514-520.

[4]SH/T 3040-2012,石油化工管道伴热管和夹套管设计规范[S].北京: 中国石化出版社,2013.

[5]张慧颖.化工工艺管道蒸汽伴热管的设计[J].石油和化工设备,2011,14(10):27-30.

[6]胡建斌,马玉斌.化工装置蒸汽伴热系统问题讨论[J].中国氯碱,2012(9):44-47.

[7]郑纳娜.蒸汽伴热管路系统现场应用中的问题探讨[J].石油和化工节能,2008(3):3-5.

Briefly Discussion on the Design of Steam Tracing System

MAO Miao

(China Wuhuan Chemical Engineering Corporation, Hubei Wuhan 430223, China)

The pipeline in the petrochemical plant is just like the blood vessel of the human body, which is throughout the whole system, and the importance of the pipeline is self-evident. Therefore, it is very important to ensure long term and normal operation of the pipeline. As well known, steam tracing is used effectively for heat preservation and anti freezing measures, which has been widely used in petrochemical industry. According to the relevant regulations of petrochemical engineering design and combining with project experience, several design key points of steam tracing system were mainly introduced, and some problems that should by paid attention to in tracing design were concretely discussed.

steam tracing; design; steam trap

毛苗(1986-)，男，2011年毕业于华南理工大学化工过程机械专业，工程师，主要从事管道布置设计工作。

TE973

A

1001-9677(2016)01-0141-04