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工艺管道伴热设计
第一节 伴热方式及其选用
一、伴热类型
伴管、夹套管和电热带三种类型。
在加热保护管道的周围，如果有蒸汽管路或者有防火、防爆要求的介质，则应采用伴管或夹套管类型。如果加热保护系统周围无蒸汽管路，而且介质没有防火、防爆的要求，可用电热带保护。生产中用得比较多的是蒸汽伴管。
1、装置中的工艺管道常用的伴热介质有下列四种：
（1）热水：适用干在操作温度不高或不能采用高温伴热的介质的条件下，作为伴热的热源；
（2）蒸汽：一般用于管内介质的操作温度小于150℃的伴热；
（3）热载体：一般用于管内介质的操作温度大于150 ℃的夹套的伴热系统。常用的热载体有重柴油或馏程大于300℃馏分油，联苯－联苯醚或加氢联三苯等；
（4）电热：电伴热不但适用于蒸汽伴热的各种情况而且适用于热敏性介质管道，能有效地进行温度控制，防止管道温度过热；适用于分散或远离供汽点的管道或设备以及无规则外型的设备（如泵）的伴热。
2、工艺管道伴热方式有四种：
(1)  内伴热管道伴热：伴热管安装在工艺管道(即主管)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；
(2)  外伴热管伴热：伴热管安装在工艺管道外部，伴热管放出的热量，一部补充主管(即被伴热管)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(主管温度大于150℃)或主管要求有一定的温升时，需要多管伴热，或采用传热系数大的传热胶坭，填充在常规的外伴热管与主管之间，使它们形成一个连续式的热结合，这样的直接传热优于一般靠对流与辐射的传热；
(3)  夹套伴热：夹套伴热管即在工艺管道的外面安装一套管，类似管套式换热器进行伴热；
(4)  电伴热：电伴热带安装在工艺管道外部，利用电阻体发热来补充工艺管道的散热损失。
二、下列管道应采用伴热
1、在环境温度下，需从外部补充管内介质的热损失，以维持输送液体温度的管道。
2、 在输送过程中，由于热损失产生凝液而引起腐蚀或影响正常操作的气体管道。
3、在操作过程中，由于压力突然下降而自冷，可能导致结冰堵塞或管道剧冷脆裂的管道。
4、在切换操作或间歇停输期间，管内介质由于热损失造成温度下降，又不能放空或扫线而影响下次输送的管道。
5、在输送过程中，由于热损失造成降温，导致析出结晶体的管道。
6、在输送高粘度介质时，由于热损失导致介质温降后粘度剧增，使系统阻力突增，输送量下降，达不到工艺最小允许量的管道。
7、输送介质的凝固点等于或高于环境温度的管道。
三、带外伴热管道的保温厚度计算
DOLn－nDO/Di＋2λDO/αiDi
＝2［3.6fnτλ（t－ta）/106PiSi ＋ ρδiSiPiλK（t－ta）/PiSiαi（tst－t）］-2λ/α
δ＝（DO－Di ）/2
四伴管沿被伴热管的有效伴热长度（包括垂直管道）按下表选用
蒸汽伴管最大允许有效伴热长度
伴管直径㎜
蒸汽压力为p MPa时的最大允许有效伴热长度m
0.3≤p≤0.5
0.3≤p≤0.5
0.3≤p≤0.5
Φ10、Φ12
40
50
60
DN15
60
75
90
DN20
60
75
90
DN25
80
100
120
注意：当伴热蒸汽凝结水不回收时，表中最大允许有效伴热长度可延长20%。
五、伴热蒸汽引入及凝结水排出要求：
1、伴热管必须从主蒸汽管或蒸汽分配管顶部引出，并靠近引出处设切断阀，切断阀宜设置在水平管道上。
2、每根伴热管宜单独设疏水阀，不宜与其他伴管合并疏水。
3、伴管疏水阀宜选用本体带过滤器型，否则宜在疏水阀前设置“Y”型过滤器。
4、通过疏水阀后不回收的冷凝水，宜集中引入一汽水分离器内，将废汽高空排放，冷凝水应引至排水沟。
5、为防止蒸汽窜入凝结水管网使系统背压升高，干扰凝结水系统正常运行，疏水阀组不宜设置旁路阀。
6、伴热蒸汽应从高点引入，沿被伴热管由高向低敷设，凝结水应从低点排出，应尽量减少“U”型弯，以防止产生气阻和液阻。
7、在密闭凝结水系统中，凝结水返回管宜顺介质流向45°斜接在凝结水回收总管的顶部。
8、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。

9、在3米半径范围内如有三个或三个以上供汽点或排凝点时，则应在该处设蒸汽分配管或冷凝水集合管，并应在分配管或集合管上设置接头。
六、蒸汽外伴热管安装的一般要求
1、被伴管为水平敷设时，伴管应安装在被伴管下方一侧或两侧；被伴管为垂直敷设而伴管等于或多于二根时，宜沿被伴管四周均匀敷设。
2、伴热管经过阀门、管件时，应沿其外形敷设，且宜避免或减少“U”形。
3、 当主管要求伴热而支管不要求伴热时，该支管上的第一个切断阀（靠近主管处）应予伴热。
4、被伴热的管道上的取样阀、放气阀、扫线阀和排液阀等均应伴热。
5、伴热管连接应采用焊接。
6、　在经过被伴管的阀门、法兰等处可采用法兰或活套连接。（规范GB 50235—97第6.7.4 条“伴热管经过主管法兰时、伴热管应相应设置可拆卸的连接件。”）
7、伴热管可不设低点排液阀。
8、 当伴热管在允许伴热长度内出现“袋形”弯时，以米计的累计上升高度，不宜大于蒸汽压力与疏水阀出口压力差值（以MPa计）的40倍。
9、伴管固定点宜采用扎带捆扎固定，不得直接焊在被伴管上。规范GB 50235—97第6.7.2条规定：弯头部位的伴热管绑扎带不得少于三道，直伴热管绑扎点间距应符合下表的规定。
直伴热管绑扎点间距(mm) 　　　　　　　
伴热管公称直径
绑扎点间距
伴热管公称直径
绑扎点间距
10
800
15
1000
20
1500
＞20
2000
10、对不允许与主管直接接触的伴热管，在伴热管与主管间应有隔离垫。当主管为不锈钢管，伴热管为碳钢管时，隔离垫宜采用氯离子含量不超过50×10－6 (50ppm)的石棉垫，并应采用不锈钢丝等不引起渗碳的物质绑扎。

七、伴热管热补偿要求
1、除能自然补偿外，伴管直管段应每隔20～30m设一个补偿器，补偿器可采用“U”型、“Ω”或螺旋缠绕型。
2、伴管随被伴管转弯作自然补偿时，伴管固定点的设置应使被伴管的保温结构不受损坏。

蒸汽夹套管安装的一般要求：
(1)  夹套管的内管应采用无缝钢管，套管可采用无缝钢管或焊制钢管；
2)  在夹套中与内管连接的零件材质应与内管相同；
(3)  当套管与内管材质不同，而两者热胀差异产生的热应力超过其许用应力时，则可改用同种材质或线膨胀系数相近的材质；
(4)  每节夹套管的管段长度不宜超过6m；夹套管的内管应采用定距板定位；
(5)  夹套管的热补偿计算应符合下列要求：
1)  当套管与内管的温差大或材质不同时，应对夹套管系进行温度应力校核；
2)  夹套管管系热应力按SHJ41-91《石油化工企业管道柔性设计规范》的要求进行计算；
(6)  当夹套管水平敷设要求有坡度时，夹套内介质流向应与坡向一致，蒸汽应由套管上部引入，冷凝水由套管下部排出；供汽管及排凝管应分别设切断阀；
(7)  套管管段间连接处的水平跨越管宜在底部切线方向进出；夹套管法兰处的跨越管应采用法兰连接；
(8)  法兰式夹套管(即内管焊缝隐蔽型夹套管)的内管焊缝应100%探伤；
(9)  每一夹套管伴热系统应单独设置疏水阀。
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仅供学习与参考