探讨化工工艺管道蒸汽伴管的设计
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【摘要】文章通过对化工工艺管道蒸汽伴热系统的设计方法进行介绍，从伴管的U型弯累计上升高度、数量、直径、最大允许长度以及疏水器等相关材料等方面对国内外现有的蒸汽伴管设计方案和相关的规范、规定和要点进行充分的论述；与工程实例相结合，对伴管敷设时相关注意事项和伴管蒸汽的引入，以及出现袋形累计上升的高度值的最大允许范围问题进行探讨。
伴热是一种行之有效的管道防冻和保温举措，已在化工工程建设中取得广泛的应用，它工作原理就是利用伴热媒介所散发的热量，通过间接或直接的热循环将伴热管道损失了的热量加以补充，以达到保温、防冻、升温的目的。可分为4种：夹套伴热、电伴热、外伴热管伴热和内伴热管伴热。蒸汽、热水、热载和电热是工艺管最经常用到的的伴热介质。基于蒸汽适用范围较广、温度易于调节、取用方便和冷凝潜热大等方面特点，蒸汽伴热一直都是一种非常重要的保温方式。可是蒸汽伴热的设计方案也一直是管道设计人员普遍认为的一个难点。本文通过对本院承接的典型的化工管道设计项目进行分析，期望可以为同类的工程项目设计提供一些可靠的参考。
一、蒸汽伴热管道相关的系统设计理念
（一）蒸汽伴热的组成结构
常用于低温环境，易凝固、冷凝，和因损失热度导致工艺介质的黏度增高或腐蚀性气体中生成冷凝水从而对正常生产操作的仪表、管线和设备造成一定的影响，在没有特殊加热处理的情况下，常规都会采用蒸汽伴管。具有代表性的蒸汽伴管管道系统结构组成如图1所示。蒸汽伴热系统的构成部分为：①冷凝水总管；②蒸汽引入管；③冷凝水引出管；④蒸汽分配站；⑤冷凝水收集站；⑥蒸汽伴管；⑦蒸汽总管。
（二）蒸汽伴热的设计组成部分
（1）蒸汽伴管流程图：①表示界区（或装置）内外所有需要伴热的设备和管道的伴热系统；②图例和代号与管道仪表流程图所用图例与代号应一致；③若被伴热管道太长必须分段伴热时，应注明被伴热管道的段次。段次顺序按被伴热管道介质流向编号，注明在管道号的后面；④蒸汽分配站和冷凝水收集站的型式（立式或卧式）应与伴热管道布置图相同；⑤图面内容应包括蒸汽进口管（从气源管引汽）、蒸汽分配站、伴管（仅局部表示，并标注首末序号）、冷凝水收集站及冷凝水回收系统（或不回收直接排入下水道）。
（2）伴管和伴管站的管道布置图：①对于全部所有需要蒸汽伴热的管体管道，采用实粗线将其在伴管道的伴管管道布置图上来进行充分的表示表示出来；②全部所有蒸汽伴管的号码管道号要在伴管管道布置图上标注出来；③全部所有的蒸汽伴管站和收集站，在半伴管管道布置图上都要显示；④蒸汽分配站和冷凝液收集站同样要标注在相应的伴管管道平面图中，等到等待工艺管线安装完毕以后，对需要对其操作通道做考虑操作通道的分配站的方位应该适当的调整。
（3）伴管和伴管站一览表按照《化工装置管道布置设计内容和深度规定》中的有关规定进行实施。
（4）在蒸汽分配站的上部将非自导形蒸汽分配站的蒸汽引入，常用设置位置在1楼，因冷凝水和蒸汽主管通常以空中架空的方式和管廊中敷设；在蒸汽分配站的下部引入自导式蒸汽分配站的蒸汽，常用的设置位置是在两层楼面以上，而引入管的位置需要高于蒸汽主管。
（5）伴管站的识别标签：伴管站需要对伴管的起始点、编号做明确的标注，每根伴管上要设立两个相同的标识，一个设置在蒸汽分配站上，另一个在冷凝水收集站上设置，这可以为查找和维修取得便利条件。
（6）要宜水平安装冷凝水收集站。但是跟据现场的实际工程情况也允许将分配站和收集站垂直安装。
（三）允许蒸汽伴管系统中U形弯累计上升的高度
在设架伴热蒸汽管过程中会出现U形弯（袋形）。出现U形弯会使蒸汽伴热管的压力增加，使得空气不能有效地排出，致使气阻产生，同时还可能引起不同程度的水击。因此，当伴管出现U形弯在有效伴热长度允许的最大范围内时，累计上升高度如表1中数值所示：
表1 汽伴管最大允许U形弯累计上升高度
蒸汽压力 累计上升高度 蒸汽压力 累计上升高度
0.3～0.5 4 >0.7～1.0 6
>0.5～0.7 5
二、施工材料
常用于伴管的管道材料有碳钢管、紫铜管和不锈钢管这3种。不锈钢管和紫铜管作为国外工程中常用的伴管，不锈钢管与紫铜管的价格相比较便宜一些，但是紫铜管却更容易进行连接和弯曲。由于碳钢管有容易被腐蚀的特性，很少应用在国外的蒸汽伴热系统中。但是我国目前化工工艺管道蒸汽半管的设计中却经常采用以碳钢管和不锈钢作为伴热管。
三、施工要求
（1）从主管顶部将伴管蒸汽引出，并在引出处的根部设立一个切断阀门，最好将其设置于水平管道上。
（2）不回收凝结水通过疏水阀后，再做集中处理。
（3）最好对每根伴管设置一个单独的疏水阀，不建议将多个伴管的疏水管道合并。
（4）从高点将伴管蒸汽引入，沿着被伴热管道进行由高向低的敷设，应该从低点排出凝结水，将U形弯的产生量控制到最少，以便防止气阻和液阻的产生。
（5）为了杜绝水蒸汽窜入凝结水管网将系统的背压升高，从而对凝结水系统的正常运行进行干扰，不应该将疏水阀组设置旁路阀。
（6）在密闭凝结水系统中，凝结水回收总管的顶端凝结水返回管应顺介质流向45°斜接。敞开凝结水系统中，疏水阀排出的凝结水最好经汽水分离器冷却后再排至下水系统。
总结
本文通过对国外现有化工工艺管道蒸汽伴管设计方案的进一步解析，结合国内相关的化工工艺管道蒸汽伴管的工程设计经验和相关的规范、文献和规定，对安装过程中出现的各项问题进行充分的解答，为同种类的工程项目设计提供可靠的参考。
参考文献
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[2]张发有.工艺装置蒸汽伴热管的设计与计算[J].石油化工设计，2010，27（3）
[3]徐文豪.张正斌.魏敬乾.利用装置低温余热蒸汽伴热改热水伴热浅析[J].广州化工，2010，38（4）
作者简介
易立东方（1981— ）女，汉族，四川南充人，本科学历，化工工艺工程师，主要从事化工工程管道设计。