淺談?wù)羝闊嵯到y(tǒng)的設(shè)計(jì)

毛　苗

(中國(guó)五環(huán)工程有限公司，湖北　武漢　430223)

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化工機(jī)械

淺談?wù)羝闊嵯到y(tǒng)的設(shè)計(jì)

毛苗

(中國(guó)五環(huán)工程有限公司，湖北武漢430223)

石油化工裝置中的管道猶如人體的血管，貫穿整個(gè)系統(tǒng)，其重要性不言而喻，因此需要保證管道的長(zhǎng)期正常的運(yùn)行。而蒸汽伴熱是一種非常有效的管道保溫及防凍措施，已廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè)中。筆者依據(jù)石油化工工程設(shè)計(jì)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并結(jié)合工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)和參考其他工程師的科技成果，介紹了管道的蒸汽伴熱系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并具體論述了蒸汽伴熱系統(tǒng)的幾點(diǎn)值得注意的問題。

蒸汽伴熱；設(shè)計(jì)；疏水閥

蒸汽伴熱是一種非常有效的管道保溫及防凍措施，既能滿足工藝和防凍的要求，又能降低能耗，并且蒸汽取用方便、冷凝潛熱大、易于調(diào)節(jié)溫度，因此已廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè)中。

然而伴熱管線是沿工藝管線敷設(shè)的附屬管線，設(shè)計(jì)中時(shí)常不受重視；并且如今項(xiàng)目的設(shè)計(jì)進(jìn)度都非常緊張，因此設(shè)計(jì)文件中時(shí)常沒有具體的伴熱管線施工圖，具體施工由現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)代表交底。并且有時(shí)施工人員不嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)施工，隨意性很大，致使伴熱管常常存在一些不合理之處，使用過程中出現(xiàn)工藝管道凍住、達(dá)不到工藝要求等問題。筆者根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，并參考其他工程師的科技成果，探討蒸汽伴熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及幾點(diǎn)值得注意的問題。

1　蒸汽伴熱系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)

伴熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要作為一個(gè)整體來綜合考慮，在遵循標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及相應(yīng)設(shè)計(jì)原則的前提下，對(duì)整個(gè)蒸汽伴熱系統(tǒng)進(jìn)行因地制宜地統(tǒng)籌規(guī)劃[1]。合理地布置伴熱站點(diǎn)，做到既不遺漏又不冗余的伴熱設(shè)計(jì)，以達(dá)到最佳伴熱效果。典型的蒸汽伴熱管道系統(tǒng)圖如圖1所示。

圖1　蒸汽伴熱管道系統(tǒng)圖

圖2　典型的冷凝液收集站

1.1伴熱站的布置問題

若伴熱站布置得合理，則伴熱設(shè)計(jì)就成功了大半；若設(shè)計(jì)得不合理，則伴熱管的布置將相當(dāng)吃力。筆者曾碰到過伴熱站全部布置在裝置內(nèi)管廊兩側(cè)的情況，導(dǎo)致部分伴熱管要走很遠(yuǎn)或者爬升很高，這樣就滿足不了有效伴熱長(zhǎng)度和U型高度的要求，使得伴熱效果不佳。

伴熱站的布置有以下兩個(gè)基本原則[1-3]：

(1)依據(jù)管道布置圖中被伴熱管的分布和疏密程度來確定其伴熱站的位置；

(2)依據(jù)建筑物樓層的情況將伴熱站設(shè)置成從上到下的布置，即蒸汽分配站盡量放在建筑物的上層，而冷凝液收集站則放在下層。

通常在3 m半徑范圍內(nèi)如有3個(gè)或以上伴熱供氣點(diǎn)及回收點(diǎn)時(shí)，蒸汽伴熱系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置蒸汽分配站及冷凝液收集站[4]。站的設(shè)置應(yīng)統(tǒng)一考慮，合理布局，并便于操作和維修。蒸汽分配站及冷凝液收集站盡可能靠墻、柱、平臺(tái)欄桿等設(shè)置，其位置應(yīng)使伴前管道和伴后管道盡量短。

圖3　自導(dǎo)式蒸汽分配站

圖4　非自導(dǎo)式蒸汽分配站

蒸汽分配站分為自導(dǎo)式和非自導(dǎo)式的，如圖3和圖4所示。盡量使用自導(dǎo)式的，它能夠在沒有疏水裝置的情況下也不會(huì)產(chǎn)生積液，既省材料，熱效率又更高。自導(dǎo)式的蒸汽從分配站底部引入，引入管高于蒸汽主管；而非自導(dǎo)式的蒸汽則從上部引入[5]。

1.2蒸汽伴熱管的有效伴熱長(zhǎng)度

蒸汽伴熱管存在長(zhǎng)度限制。蒸汽伴熱管道中的蒸汽流經(jīng)一定長(zhǎng)度后，由于向被伴熱管道加熱和通過保溫層散熱，該蒸汽將失去潛熱而冷凝[2]；若蒸汽伴熱管的長(zhǎng)度加長(zhǎng)，則達(dá)不到理想的伴熱效果。伴熱管的有效伴熱長(zhǎng)度可按表1來確定[4]。

表1　蒸汽伴熱管的最大容許長(zhǎng)度

注：P為蒸汽壓力。

1.3蒸汽伴熱管的U型高度

蒸汽伴熱管存在U型高度的限制，不能爬升太高。伴熱管應(yīng)盡可能的從高點(diǎn)供氣，沿工藝管道由高向低敷設(shè)，在最低點(diǎn)排凝，并盡量減少U型彎，以免產(chǎn)生液阻和氣阻。但實(shí)際情況中，時(shí)常不可避免的出現(xiàn)U型彎。有些設(shè)計(jì)人員甚至?xí)鲆暟闊峁苌系腢型彎，布置的伴熱管猶如過山車，以致根本起不到伴熱效果。蒸汽伴熱管允許U型累計(jì)上升高度可按表2來確定[4]。

表2　蒸汽伴熱管的U型高度

若實(shí)際情況超過上表數(shù)值時(shí)宜適當(dāng)減短伴熱有效長(zhǎng)度，但伴熱管累計(jì)上升總高差不應(yīng)超過10 m[2,6]。

1.4伴熱管并聯(lián)的問題

每根伴熱管宜單獨(dú)從蒸汽分配站引出，并在每根伴熱管上設(shè)置切斷閥和疏水閥。但若實(shí)際情況中確實(shí)難以避免伴熱管并聯(lián)，為防止其中某根伴熱管發(fā)生短路現(xiàn)象，應(yīng)保證每根支管等距離同走向。

1.5儀表元件的伴熱

對(duì)于液位計(jì)等儀表元件的伴熱，伴熱管應(yīng)采用單回路供汽和回水，既不能串聯(lián)連接，也不能共用疏水閥。并且管道專業(yè)與儀表專業(yè)交接處用活接頭連接，以利于更換和維修[7]。儀表伴熱時(shí)要注意伴熱管線與儀表元件要保持一定的距離，比如液位計(jì)不宜緊貼著伴熱,溫度過高時(shí),會(huì)引起汽化造成液位不準(zhǔn)確。寒冷地區(qū)，被伴熱管道宜盡量選用夾套液位計(jì)等自帶伴熱設(shè)施的。

1.6蒸汽伴熱管的材質(zhì)及規(guī)格

蒸汽伴熱管對(duì)材質(zhì)要求并不高，通常用20#碳鋼即可，另外根據(jù)所伴主管材質(zhì)可選用不銹鋼。當(dāng)伴熱管道選用不銹鋼材質(zhì)時(shí)，蒸汽導(dǎo)管可選用20#碳鋼。一般要求氬弧焊，但實(shí)際多是電焊熱煨，導(dǎo)致伴熱管道時(shí)常因焊渣而堵住。

伴熱管一般用DN25、DN20和DN15的，具體根據(jù)被伴熱管的規(guī)格及溫度要求而定。伴熱管道都比較細(xì)，選用304不銹鋼的好處是不易發(fā)生堵塞，而且對(duì)于相同的操作條件和管徑，不銹鋼管道的壁厚比較薄，容易直接進(jìn)行彎曲加工，有利于施工。但成本相對(duì)較高。

若項(xiàng)目文件規(guī)定了伴熱管道的材質(zhì)，設(shè)計(jì)時(shí)，需確認(rèn)伴熱設(shè)計(jì)是否滿足要求。筆者曾碰到過業(yè)主在采購(gòu)附件中規(guī)定伴熱管材質(zhì)，但并未寫入項(xiàng)目合同的情況。而到伴熱系統(tǒng)施工接近尾聲時(shí)，業(yè)主提出更換材質(zhì)要求，再三溝通后，項(xiàng)目領(lǐng)導(dǎo)同意更換伴熱管，之后重新采購(gòu)，拆除已安裝伴熱管，安裝新的，這樣一來嚴(yán)重影響項(xiàng)目進(jìn)度，也增加了項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)。

1.7無需伴熱的管道

防凍的方法有三種：排空、常流、伴熱。生產(chǎn)中，很多防凍管線可以不需要伴熱。

在正常生產(chǎn)狀態(tài)下，循環(huán)水始終在循環(huán)狀態(tài)，不會(huì)凍結(jié)，不用伴熱。如果冬季長(zhǎng)時(shí)間停產(chǎn)，則在停循環(huán)水泵同時(shí)，要放凈管道及泵內(nèi)的水，一定要排凈水，注意末端和死角的管道一定要排凈。

在供暖的室內(nèi)，原本需要防凍的管道則不需要伴熱。如果是重要管道，擔(dān)心室內(nèi)無法正常供暖，可以加上伴熱，以保萬(wàn)全。

2　疏水閥的選用

蒸汽伴熱系統(tǒng)的很多故障源于疏水閥。疏水閥的用途是排水阻氣，既保證伴熱，又降低蒸汽的消耗量，起到節(jié)能的效果。疏水閥的種類很多，按動(dòng)作原理可分為機(jī)械型、熱動(dòng)力型、熱靜力型，其特點(diǎn)見表3。

表3　三種類型疏水閥的對(duì)比表

續(xù)表3

過冷度飽和(～0℃)過冷水(10～30℃)過冷水(6～8℃)漏汽率2%～3%1%2%～3%允許背壓0.8P10.5P10.5P1～0.25P1結(jié)構(gòu)大小較大較小最小安裝方向水平水平、垂直水平、垂直動(dòng)作性能可靠、動(dòng)作間隔時(shí)間短較可靠、動(dòng)作間隔時(shí)間長(zhǎng)較可靠、動(dòng)作間隔時(shí)間較長(zhǎng)使用壽命長(zhǎng)較短最短種類浮球式、吊桶式雙金屬式、波紋管式、隔膜式孔板式、脈沖式、噴嘴式

一般在選用時(shí)，首先要根據(jù)使用條件(凝結(jié)水量、蒸汽溫度和最低壓力、設(shè)施所需溫度、凝結(jié)水回收系統(tǒng)的最高壓力)和安裝位置，參照各種疏水閥的技術(shù)性能，選用最為適宜的疏水閥形式。再根據(jù)疏水閥前后的工作壓差和凝結(jié)水量，從廠家樣本中選定疏水閥的規(guī)格。若選型不當(dāng)，會(huì)出現(xiàn)故障多、能耗高等問題。如有些廠使用的是熱動(dòng)力式蒸汽疏水閥。這種疏水閥在疏水時(shí)常會(huì)泄出不少蒸汽，造成嚴(yán)重浪費(fèi)。在現(xiàn)場(chǎng)有些臨時(shí)改造的排凝管道甚至用切斷閥替代疏水閥，使得蒸汽直接排放[7]。

疏水閥工作頻率較高，磨損較大，工作壽命較短，可作為易損易耗件來考慮。疏水閥宜采取法蘭或螺紋連接，以便于檢修與替換。在疏水閥前后都應(yīng)設(shè)置1個(gè)切斷閥,并在疏水閥前設(shè)置1個(gè)導(dǎo)淋閥，疏水閥后設(shè)置1個(gè)檢查閥，以便于檢查疏水閥是否正常工作，如圖2所示。

3　伴熱系統(tǒng)的巡檢與維護(hù)

伴熱系統(tǒng)的巡檢與維護(hù)十分重要，建設(shè)容易，維護(hù)難。伴熱系統(tǒng)投入使用前，伴熱管中的水未放盡，會(huì)產(chǎn)生水擊造成泄漏；投入使用后，不檢查并調(diào)節(jié)閥門開度(如閥門開度過小)，易造成工藝管道凍住。切斷閥和疏水閥出現(xiàn)故障、伴熱管破損時(shí)，不及時(shí)處理，同樣造成蒸汽浪費(fèi)或管線凍凝的問題。如果不重視，諸如此類的問題將層出不窮。

4　結(jié)　語(yǔ)

蒸汽伴熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝并沒那么簡(jiǎn)單，是設(shè)計(jì)與施工人員普遍感到棘手的問題之一。結(jié)合工程項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)和參考其他工程師的科技成果，本文介紹了管道的蒸汽伴熱系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)及設(shè)計(jì)要點(diǎn)，具體論述了伴熱站點(diǎn)的布置、伴熱管有效伴熱長(zhǎng)度、U型高度及疏水閥的選用，為工程設(shè)計(jì)提供參考依據(jù)，方便大家的工作。

[1]蘇海濱.蒸汽伴熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè),2012(4):22-23.

[2]蔡爾輔.石油化工管道設(shè)計(jì)[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,2004:266-279.

[3]張德姜,趙勇.石油化工工藝管道設(shè)計(jì)與安裝[M]. 北京：中國(guó)石化出版社,2001:514-520.

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[5]張慧穎.化工工藝管道蒸汽伴熱管的設(shè)計(jì)[J].石油和化工設(shè)備,2011,14(10):27-30.

[6]胡建斌,馬玉斌.化工裝置蒸汽伴熱系統(tǒng)問題討論[J].中國(guó)氯堿,2012(9):44-47.

[7]鄭納娜.蒸汽伴熱管路系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用中的問題探討[J].石油和化工節(jié)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年畢業(yè)于華南理工大學(xué)化工過程機(jī)械專業(yè)，工程師，主要從事管道布置設(shè)計(jì)工作。

TE973

A

1001-9677(2016)01-0141-04