化工工艺管道蒸汽伴管的设计.doc

第 46卷第 1期2008年 2月化肥设计Chem ical Fertilizer DesignFeb. 200821化工工艺管道蒸汽伴管的设计王少盖 ,郑学锋(中国五环化学工程公司 ,湖北武汉430223 )摘要 :介绍了化工管道蒸汽伴热系统的工艺设计方法 ;从伴管的直径、量、大允许长度、型弯累计上升高度以及伴管、水器、固件的材料等方面论述了国内外蒸汽伴管设计相关规定、范和要点 ;结合工程实例 ,论述了伴管蒸汽的引入和伴管敷设时相关注意事项 ,以及在最大允许范围内出现袋形累计上升的高度值问题。关键词 :化工管道 ;蒸汽伴热 ;伴管 ;设计中图分类号 : TQ 055文献标识码 : A文章编号 : 1004 - 8901 (2008) 01 - 0021 - 04Steam Trac ing Tube D esign for Chem ica l Process P ip ing( China W uhuan Chem ica l Eng ineering Corpora tion W uhan Hubei430223China)Abstract: Author has introduced the p rocess design method for steam tracing system of chem ical p ip ing; has discussed the relative regulation, codeative matters to be noticed in case of laying the tracing tube and introducing the steam of tracing tube as well as the p roblem about the accumulated inclinedheight value in case of existing the pockets within the max allowed scope.Key words: chem ical p ip ing; steam heat tracing; tracing tube; design伴热作为一种有效的管道保温及防冻措施已广泛应用于化工工程建设中 ,其工作原理是利用伴热媒体散发一定的热量 ,通过直接或间接的热交换补充被伴热管道的热损失 ,达到升温、保温或防冻的工作要求。工艺管道的伴热方式有 4种 :内伴热管伴热、伴热管伴热、夹套伴热、电伴热。工艺管道常用的伴热介质为热水、蒸汽、热载体和电热。由于蒸汽取用方便、冷凝潜热大、度易于调节、适用范围较广 ,蒸汽伴热始终是一种主要的保温方式。然而蒸汽伴热也是管道设计人员普遍感到棘手的问题之一。笔者拟针对五环公司已承接的带有典型性的项目进行归纳总结 ,以期为同类工程项图 1蒸汽伴热管道系统图蒸汽伴热系统的设计内容( 1)伴管及伴管站布置图所有需要蒸汽蒸汽伴热系统的组成对于低于环境温度 ,易冷凝、固 ,或因热损失而置图上 ;所有蒸汽伴管编号均表示在伴管布置图黏度增高的工艺介质或腐蚀性气体中产生冷凝水而设置图上 ;蒸汽分配站及冷凝液收集站在相应的伴道系统见图 1。蒸汽伴热系统的组成为 :蒸汽总作者简介 :王少盖 ( 1957年 - ) ,男 ,湖北武汉人 , 1986年毕业于湖北省职工大学化工工艺配管与安装专业 ,高级工程师 ,从事合成氨、尿凝水收集站 ;冷凝水引出管 ;冷凝水总管。素、甲醛等化工工程的管道布置设计工作。WANG Shao2gai, ZHENG Xue2fengnationgist U bends as tracing materials hometracing abroadtrap, tightening diameter, ; combinationmax. allowableexamp les, tracing tubes, accumulatedtheincli2目设计提供参考和借鉴。蒸汽伴热管道系统的设计的伴热管 ,均用粗实线表示在其被伴管道的伴管布影响正常生产操作的管线、备和仪表 ,除非有特殊上 ;所有蒸汽伴管站及收集站 ,均表示在伴管布加热处理 ,一般都应设蒸汽伴管。典型的蒸汽伴管管管 ;蒸汽引入管 ;蒸汽分配站 ;蒸汽伴管 ;冷数 U最疏紧规外温凝聚22化肥设计2008年第 46卷管平面图中标注 ,待工艺管线安装后 ,分配站的方位需考虑操作通道作适当的调整。( 2)伴管及伴管站一览表按化工装置管道布置设计内容和深度规定( HG / T 20549. 1 - 1998)中关于伴管和分配站的规定执行。( 3)蒸汽分配站非自导式蒸汽分配站的蒸汽由蒸汽分配站上部引入 ,通常设置在 1楼 ,因蒸汽、凝水主管通常在管廊或空中架空敷设。自导式蒸汽分配站的蒸汽由蒸汽分配站下部引入 ,通常设置在 2层楼面以上 ,引入管高于蒸汽主管。( 4)冷凝水收集站通常采用水平安装 ,根据现场情况也可以设置垂直安装的分配站和收集站。( 5)伴管站识别标签伴管站应注明伴管的起始点、编号和被伴热工艺管线号 ,每根伴管上应有 2个相同的标签 , 1个安装在蒸汽分配站上 ,另 1个安装在冷凝水收集站上 ,以便于查找和维修。伴管管径及所需伴管的最少数量设计中 ,根据不同环境及工艺操作条件 ,蒸汽伴管管径及根数可按石油化工管道伴管和夹套管设计规范( SH / T 3040 - 2002 )表 4. 0. 2 - 1表4. 0. 2 - 4选用。当环境温度 (一般环境设计温度取当地 1月的平均最低气温 )、管介质的操作条件、保温材料制品的导热系数及放热系数等数据与表 4. 0. 2 - 1表 4. 0. 2 - 4不同时 ,伴管管径及根数 (采用硬质或半硬质圆型保温材料制品 )可按下列公式计算。K ( t - ta ) dd =1 D 0 1 d0ln + + t tst - t)式中 , d为伴管计算外径 , m; d0为伴管外径 , m; D i为保温层外径 , m; D 0为保温层内径 , m; K为热损失附加系数 ,取 1. 151. 25; n为伴管根数 ,根 ; t为被伴介质温度 ,; ta为环境温度 ,; tst为伴管介质温度 ,;为保温层外表面向大气的放热系数 ,22 22为保温材料制品导热系数 , W /m2。伴管的最大长度从伴管输出点到冷凝器之间的总长见表 1。表 1蒸汽伴管最大允许有效伴热长度伴管直径蒸汽压力 p (MPa)的最大允许有效伴热长度 /m/mm 0 3p0. 5 0 5 p0 7 0 7 p1. 040 50 60DN 15 60 75 90DN 20 60 75 90DN 25 80 100 120伴热蒸汽管的最大允许伴热有效长度与蒸汽压力和伴热管直径有关。由于理论计算设计因素甚多 ,因此各公司一般都根据自己的经验作出规定。国外工程公司如凯洛格公司、日挥公司、壳牌公司等也不尽相同。石油化工管道伴管和夹套管设计规范( SH / T 3040 - 2002)的相关规定见表 1。伴管的配置( 1)每 1个伴管管线一般都有自己的蒸汽供给阀和独立的疏水器。( 2)带有取样口、导淋、放空和仪表 (如压力计 )的管线、备等应当设置伴管。( 3)安全阀的伴管应尽量靠近阀座 ,以避免安全阀失灵。设计实例已知被伴热工艺管线内流体温度保持 60,伴热蒸汽为 0. 3 M Pa的饱和蒸汽 ,最低环境温度为- 15,工艺管线尺寸为 DN 200 mm ,被伴热工艺管线长度为 50 m ,保温材料为环保型复合硅酸盐 ,保温厚度为 70 mm。根据已知条件 ,查 ( SH / T 3040 - 2002 )表 4. 0. 2- 3,可知伴管 nDN应为 1DN 20,即伴热管采用单根 DN 20碳钢管。从表 1可知 ,给定蒸汽最长能伴 60 m ,可以满足所需伴热 50 m的要求。从其附近蒸汽分配站引 1根 DN 20的伴管即可。蒸汽分配站和疏水站的设置( 1)“S”的计算蒸汽分配站的管径可按下式计算出“S” ,然后蒸汽分配管、汽引入管、冷凝水集合管、冷凝水引出管按表 2查取。S = A + 2B + 3CDN 20伴管根数 ; C为 DN 25伴管根数。当“S”超过 16时 ,宜设立 2个或 2个以上的蒸汽分配站和疏水站。表 2蒸汽分配站各项管径的确定伴管蒸汽分蒸汽引冷凝水冷凝水数量 /根配管 /mm入管 /mm集合管 /mm引出管 /mm48 DN 50 DN 25 DN 50 DN 25912 DN 50 DN 40 DN 50 DN 401316 DN 80 DN 50 DN 80 DN 50 ( 2 )在 3 m半径范围内 ,如果设置了 3个或 3个以上供气点或排凝点时 ,则应在该处设置蒸汽分配管或冷凝水收集站。每个冷凝液回收站的伴管一般不超过 14根 ,并预留 12个备用管口。( 3)每根蒸汽伴管在冷凝液返回端必须安装n1 (2 D iD 0iD iW /m;i为保温层内加热空间向保温层的放热系数 , W /m,一般取 13. 95 W /m;t为伴管内保温层内加热空间的放热系数 , W /m;10、12式中 , A为 DN 15、12 mm、 0. 50. 7/m45/MPa 0. 71. 0/m6伴管蒸汽引入及凝结水排出要求( 1)伴管蒸汽应从蒸汽主管顶部引出 ,并在靠近引出处设切断阀 ,切断阀宜设置在水平管道上。国外工程公司的规定也不尽相同 ,如壳牌公司规定的 U形弯累计上升允许高度最大为 3 m。材料伴管材料及规格( 1)可用于伴管的管道有紫铜管、锈钢管及碳钢管 3种。国外工程中多选用紫铜管和不锈钢管作为伴管 ,这是因为国外的紫铜管及不锈钢的价格相对比较便宜 ,且紫铜管易于弯曲及连接。碳钢管由于极易被腐蚀 ,国外在蒸汽伴热系统中已很少使用。但目前国内的化工装置中还是常以碳钢管和不锈钢作为伴热管。DN 15、DN 20、DN 25。一般规定蒸汽伴管的材料与蒸汽主管一样。当所伴主管为不锈钢时 ,伴管通常仅选用 304材质不锈钢。伴管 (包括输出和回收管 )一般采用卡套连接和对焊连接。疏水器疏水器可采用热动力式、恒温式、浮筒式等。其中以热动力式为好 ,因其尺寸小 ,可垂直或水平安装。除浮筒式疏水器外 ,其他均应自带或安装 1个过滤器。紧固件材料紧固件材料见表 4。( 2)每根伴管宜单独设疏水阀 ,不宜与其他伴管合并疏水。( 3)为防止蒸汽窜入凝结水管网而致使系统背压升高 ,干扰凝结水系统正常运行 ,疏水阀组不宜设置旁路阀。( 4)伴管蒸汽应从高点引入 ,沿被伴热管道由高向低敷设 ,凝结水应从低点排出 ,应尽量减少 U形弯 ,以防止产生气阻和液阻。( 5)通过疏水阀后的不回收凝结水 ,宜集中排放。( 6)在密闭凝结水系统中 ,凝结水返回管宜顺介质流向 45接在凝结水回收总管的顶部。在敞开凝结水系统中 ,疏水阀排出的凝结水宜采用汽水分离器经冷却后排至下水系统。伴管敷设应符合下列要求( 1)被伴管水平敷设时 ,伴管应安装在被伴管下方一侧或两侧 ,垂直敷设时 ,伴管等于或多于 3根时宜围绕被伴管均匀敷设。( 2)伴管保温应留有空间 ,以便使用绝热定距垫。带绝热定距垫的伴管保温见图 2。非金属阀座的阀门 ,腐蚀性介质的管线、胶管管线等绝热定距垫的材料可以采用与管道绝热相同的材料。图 2带绝热定距垫的伴管保温10 ;不锈钢伴管常12采1的规格 :铜管碳钢管不斜24化肥设计2008年第 46卷 ( 3 )所有伴管 (不包括伴管供汽管和回流伴管 )弯头处均采用煨弯 ,中间管子与管子对焊连接。( 4)伴管供汽管和回流伴管的弯头和管子连接采用成品弯头和管接头。( 5)伴管每隔 1 m用钢带或铁丝固定 ,但在有弯头的地方由于伴热效率较低应相应缩短距离。( 6)除能自然补偿外 ,伴管直管段应每隔 12 m设置 1个膨胀环。在管件以及管线方向改变的地方 ,阀门和法兰处的环可以作为膨胀环 ,见图 3。图 3伴管的膨胀环 ( 7)伴管的标准位置见图 4。图 4伴管的标准位置 ( 8)当主管伴热而支管不伴热时 ,支管上的第 1个切断阀应予以伴热 ,见图 5。图 5支管伴热 ( 9)伴管经过阀门、件时 ,伴管应沿其外形敷设 ,且宜避免或减少 U形 ,见图 6。图 6阀门伴热结语( 1)主要介绍了蒸汽伴热系统的相关设计要领 ,结合化工工程设计经验及相关规定、规范、献和国外工程公司的一些做法。( 2)具体论述了设计及安装中应解决的伴管直径、量、大允许长度以及在最大允许长度范围内出现袋形累计上升的高度值问题 ,可为工艺管道设计人员提供参考和借鉴。参考文献 : 1 HG/ T 20549. 1 - 1998,化工装置管道布置设计内容和深度规定 S. 2 SH / T 3040 - 2002,石油化工管道伴管和夹套管设计规范 S . 3 孙洪波 ,等.化工装置中蒸汽伴热系统的工艺设计 J .石油化工设计 , 2000, 17 ( 4) . 4 陈让曲.石油化工厂蒸汽伴热系统问题讨论 J .炼油设计 ,1996, 26 ( 2) .收稿日期 : 2007- 09- 01行业信息有关禁限 7项化肥行业的技术进口项目国家商业部于 2007年 11月 2日公布禁止进口、限制进口技术目录禁限的重点是可造成高能耗、污染的技术以及我国已有的成熟技术。这些技术在国外一般已被淘汰。目录中列入禁止进口技术的共有 10个领域的 39项技术 ,列入限制进口技术的共有 16个领域的 87项技术。其中涉及化学原料及化学制品制造业的分别有 7项技术和 13项技术。与化肥行业有关的技术项目如下。( 1