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    管道伴熱方式最全合集

    發布日期:2020-09-11

    石油化工企業中的管道,常用伴熱的方法以維持生產操作及停輸期間管內介質的溫度。它的特點是伴熱介質取用方便,除某些特殊的熱載體外,都是由企業的公用工程系統供給。

    伴熱方式多種多樣,適用于輸送各種介質及操作條件下的工藝管道。通過幾十年的實際運行,證實安全可靠。由于工藝管道內介質的生產條件復雜,因此選用伴熱介質,確定伴熱方式都應取決于工藝條件,現分述如下。

    (1)熱水

    熱水是一種件熱介質,適用于在操作溫度不高或不能采用高溫伴熱的介質的條件下,作為伴熱的熱源。當企業有這一部分余熱可以利用,而伴熱點布置比較集中時,可優先使用。有些廠用于原油或添加劑罐的加熱,前者是為了節省蒸汽利用余熱,后者是控制熱源介質的溫度,防止添加劑分解變質。

    (2)蒸汽

    蒸汽是國內外石油化工企業中廣泛采用的一種伴熱介質,取用方便,冷凝潛熱大,溫度易于調節,適用范圍廣。石油化工企業中蒸汽可分高壓、中壓及低壓三個系統,而用于伴熱的是中、低壓兩個系統,基本上能滿足石化企業中工藝管道的使用要求。

    (3)熱載體

    當蒸汽(指中、低壓蒸汽)溫度本能滿足工藝要求時,才采用熱載體作為熱源。這些體在煉油廠中常用的有重柴油或餾程大于300℃餾分油;石油化工企業中有聯苯—聯苯醚或加氫聯三苯等。

    (4)電熱

    電熱是一種利用電能為熱源的伴熱技術。電伴熱安全可靠.施工簡便,能有效地進行溫度控制,防止管道介質溫度過熱。

    伴熱方式一般有內伴熱管、外伴熱管、夾套伴熱和電伴熱四種方式。

    1)內伴熱管伴熱

    伴熱管安裝在工藝管道(以下亦稱主管)內部,伴熱介質釋放出來的熱量,全部用于補充主管內介質的熱損失。這種結構的特點是:

    a)熱效率高,用蒸汽作為熱源時,與外伴熱管比較,可以節省15%~25%的蒸汽耗量;

    b)內伴熱管的外側膜傳熱系數與主管內介質的流速、粘度有關;

    c)由于它安裝在主管內部,所以伴熱管的壁厚應加厚。無縫鋼管的自然長度一般為8~13米,伴熱管的焊縫又不允許留在工藝管道內部,因此彎管的數量大大增大施工量隨之增加;

    d)伴熱管的熱變形容易引起伴熱管脹裂事故,應引起注意;

    e)這種結構模型不能用于輸送有腐蝕性及熱敏性介質的管道。一般很少用于石化企業工藝管道。

    2)外伴熱管伴熱

    外伴熱管是目前國內外石化企業普遍采用的一種伴熱方式。起伴熱介質有蒸汽和熱水兩種。伴熱管放出的熱量,一部分補充主管(或稱被伴熱管)內介質的熱損失,另一部分通過保溫層散失到四周大氣中。在硬質圓形保溫預制管殼中,主管與伴熱管之間有一最大的保溫空間,也就是伴熱管放出的熱量,幾乎全部代替主管的損失,因而這種形式的伴熱保溫結構,熱源的耗量是最小的。

    當伴熱所需的傳熱量較大(主管輸送溫度大于150℃)或主管要求有—定的溫升時,常規伴熱設計將難以滿足工藝要求,需要多管(伴熱管根數超過3根)伴熱。在這種情況下,應采用傳熱系數大的伴熱膠泥,填充在常規的外伴熱管與主管之間,使它們形成一個連續式的熱結合體,這樣的直接傳熱優于一般靠對流與輻射的傳熱。因此,一根帶傳熱膠泥的外伴熱管相當于用3根同直徑的常規伴熱管的作用。

    實踐證明帶傳熱膠泥的外伴熱管伴熱可以代替投資昂貴的夾套管及多根伴熱管。它能提供與夾套管一樣的傳熱效果。

    綜上所述,外伴熱管在石化企業中能得到廠泛的應用,其主要原因有以下幾點:

    (1)適應范圍廣,一般操作溫度在170℃以下的工藝管道都可以采用。輸送有腐蝕性或熱敏性介質的管道,不能用內伴熱及夾套伴熱,但對于常規的外伴熱管,只要在主管與伴熱管之間用石棉板隔熱后,仍可采用。

    (2)施工、生產管理及檢修都比較方便。伴熱管損壞后,可以及時修理、既不影響生產,又不會出現產品質量事故。

    (3)帶傳熱膠泥的外伴熱管,它的熱傳導率非常接近于夾套管。同時傳熱膠泥能對任何部分維持均勻的溫度。

    (4)傳熱膠泥使用壽命長,具有優良的抗震能力。在加熱與冷卻交替循環的操作條件下,不會發生破裂、剝落及損壞現象。傳熱膠泥也可用于電伴熱系統。

    3)夾套伴熱

    夾套伴熱管即在工藝管道的外面安裝一套管,類似套管式換熱器進行伴熱。在理論上只要伴熱介質溫度與內管介質的溫度相同,或略高一些,就能維持內管介質的溫度,這時蒸汽耗量只需滿足本身的熱損失,因而伴熱效率是比較高的。

    常用的夾套管基本上分為兩種類型:

    (1)管帽式夾套管

    管帽式夾套管要求內管焊縫全部在夾套外側。這種結構又稱內管焊縫外露型。

    (2)法蘭式夾套管

    法蘭式夾套管的內管焊縫全部在夾套內部、法蘭及閥門處都能通過伴熱介質,不會產生局部(指閥門及法蘭處)熱損失,達到全線在夾套下伴熱的目的。這種類型又稱內管焊縫隱蔽型。

    夾套管伴熱耗鋼量大,施工工程量亦大。但它能應用于外伴熱管不能滿足工藝要求的介質管道。如石化企此中輸送高凝固點、高熔點介質的管道,需采用這種伴熱方式。

    4)電伴熱

    以往管道伴熱多用蒸汽作外供熱源,通過伴熱管補償其散熱損失。這種傳統的伴熱方式,伴熱所需維持的溫度無法控制;耗熱量大,安裝和維修的工作量大,生產管理不方便。采用電伴熱可以有效利用能量,有效控制溫度。電伴熱方式有感應加熱法、直接通電法、電阻加熱法等。

    電伴熱的主要優點是:安全可靠、施工簡便、日常的維護工作量少;能量的有效利用率高,操作費用低;所需維持的溫度可以有效地進行控制,這對某些熱敏感介質管道伴熱有它獨到的優點。

    (1)電伴熱的方法

    a)感應加熱法

    感應加熱法是在管道上纏繞電線或電纜,以補償管道的散熱損失。1964年,撫順石油二廠前旬中轉站向廠區輸送原油的管道,在穿越渾河段的管道伴熱就是采用這種方式。電感應加熱雖有熱能密度高的優點,但費用人高,限制了它的發展。

    b)直接通電法

    直接通電這是在管道上通以低壓交流電,利用交流電的表皮效應產生的熱量,維持管道溫度,使之不出現溫降。直接通電法的優點是:投資省,加熱均幻。但在有支管、環管(成閉路的管道)、變徑和閥件的管道上,很難應用。只適于長輸管道上應用。

    c)電阻加熱法

    這種電伴熱方式,是利用電路上電阻體發熱的原理開發的,最易于為人們所了解。目前,國內外廣為應用的也是這類電伴熱產品。

    利用電阻體發熱的電伴熱帶又分兩種基本類型:一種是電阻體串聯在電路上。另一種是在并聯電阻兩平行電路上跨接電阻。

    這種電纜發熱元件是金屬電阻絲,其材料為銅-鎳合金或鎳-鉻合金,材料選擇主要取決于所需維持管道溫度的高低。高溫礦物材料絕緣電熱電纜(MI型),維持溫度達427℃,表面可經受593℃高溫,所用電阻體材料就得采用高溫穩定的鎳-鉻耐熱合金(NICHROME)

    (2)電伴熱的應用

    電伴熱具有的優點,以及電伴熱產品質量的不斷改進,品種的不斷增加,以及防爆防腐蝕和抗機械破損措施的不斷完善,使得電伴熱產品使用更加安全可靠,應用范圍越來越發寬廣。它不但適用于蒸汽伴熱的各種情況,而且能解決蒸汽件熱難以解決的很多問題。如:a.對于熱敏介質管道,電伴熱能有效的進行溫度控制,可以防止管道溫度過熱;b.需要維持較高溫度的管道伴熱,一般超過150℃,蒸汽伴熱就難以實現,電伴熱則有充分的條件;c.非金屬管道(如塑料管)的伴熱,一般無法采用蒸汽伴熱;d.無規則外型的設備(如泵),電伴熱產品柔軟、體積小,可以有效地進行伴熱;e.較邊遠地區,如油田井場,井口裝置的管道和設備的伴熱;f.長輸管道的伴熱;g.較窄小空間內管道的件熱等等。

    電伴熱產品的應用,巳不再局限于管道伴熱的范圍。電伴熱已廣泛應用于煉油、石油化工、化工、塑料、食品、醫藥、電力、礦山、機械甚至建筑,農業等產業部門。

    錦州石化公司煉油廠潤滑油添加劑工程是石化系統最早大量使用電伴熱的。它主要用于熱敏性介質工藝管道和貯罐的溫度維持,固體物料的熔化和輸送系統以及部分儀表管道的防凍。90年代蘭州石化公司煉油廠丁烷脫瀝青裝置采用瑞侃(Raychem)公司生產的自限性電熱帶伴熱。

    (3)電熱帶加熱

    在集輸系統中,通常采用電熱帶作為地面管線和設備的電伴熱產品。電伴熱系列產品除電熱帶外,還包括電熱板及其常用配件,如溫度控制器、接線盒和管卡等。

    1)電熱帶的優缺點

    電熱帶的優點主要是:熱效率高,可達80 % -90 %;發熱均勻、溫度控制準確、反應快、可實現遠控及遙控,易于實現自動化管理;管理費用低;投資少。

    主要缺點在于電熱絲壽命短,易于出現斷路的情況,且斷路的機會隨電熱帶的長度增加而增加;而電熱帶更換時還需更換保溫層。從目前氣田集輸工程中電熱帶的應用情況來看,也存在電熱絲易于斷路的問題。但從總的來說,電熱帶在現場上已逐步在推廣使用。

    2)電熱帶的結構原理

    電熱帶主要有單相恒功率電熱帶、三相恒功率電熱帶、高溫電熱帶以及自限式電熱帶等幾種形式,現以單相恒功率電熱帶為例介紹其基本構造。

    電熱帶主要由兩根平行的電源母線和電熱絲,以及必要的絕緣材料組成,電熱絲每隔一定距離與母線連接,形成連續的并聯電阻,所謂“發熱節長”即每根電熱絲與母線連接的距離。母線通電后,將各電阻絲同時加熱,形成一條連續的電加熱帶。對電加熱帶的溫度控制主要利用溫度控制器。溫度控制器由感溫包、毛細管和溫控電觸器等組成。它可以實現電熱帶溫度的就地控制。溫度精度在士4℃左右。

    5)伴熱設計的原則

    (1)管道伴熱設計,一般情況下僅考慮補充管介質在輸送過程或停輸期間的熱損失以維持所需的操作溫度,不考慮管內介質的升溫。

    (2)對于工藝有特殊要求,介質需要升溫的管道,可以選用特殊的伴熱方式進行升溫輸送。

    (3)下列管道應采用伴管或夾套管伴熱:

    a.需從外部補償管內介質熱損失,以維持被輸送介質溫度的管道;

    b.在輸送過程中,由于熱損失而產生凝液,并可能導致腐蝕或影響正常操作的氣體管道;

    c.在操作過程中,由于介質壓力突然下降而自冷,可能凍結導致堵塞的管道;

    d.在切換操作或停輸期間,管內介質由于熱損失造成溫度下降,介質不能放凈吹掃所可能凝固的管道;

    e.在輸送過程中、由于熱損失可能析出結晶的管道;

    f.輸送介質由于熱損失枯度增高,系統阻力增加,輸送量下降,達不到工藝最小允許量的管道;

    g.輸送介質的凝固點等于或高于環境溫度的管道。

    6)伴熱方式的選用原則

    (1)輸送介質的終端溫度或環境溫度接近或低于其凝固點的管道:

    a.介質凝固點低丁50℃時,宜選用伴管伴熱;

    b.介質凝固點為如50℃至100℃時,宜選用夾套管伴熱;

    c.介質凝固點高于100℃時,應選用內管焊縫隱蔽型夾套鈴伴熱。管道上的閥門、法蘭、過濾器等應為夾套型。

    (2)輸送氣體介質的露點高于環境溫度需伴熱的管道,宜選用伴管伴熱;

    (3)介質溫度要求較低的工藝管道、輸送介質溫度或環境溫度接近或低于其凝固點的管道,宜采用熱水伴熱;

    (4)液體介質凝固點低于40℃的管道、氣體介質露點高于環境溫度且低于40℃的管道及熱敏性介質管道,宜采用熱水伴管伴熱;

    (5)輸送有毒介質且需夾套管伴熱的管道,應選用內管焊縫外露型夾套管伴熱;

    (6)經常處于重力自流或停滯狀態的易凝介質管道,宜選用夾套管伴熱或帶導熱膠泥的蒸汽伴管伴熱。

    7)伴熱介質的溫度確定

    (1)伴管的介質溫度宜高于被伴介質溫度30℃以上,當采用膠泥時,宜高于被伴介質溫度10℃以上;

    (2)伴熱熱水溫度災低于100℃,當被伴介質溫度較高時,熱水溫度可高于100℃,但不得高于130℃。伴熱熱水回水溫度不宜低于70℃;

    (3)套管的介質溫度可等于或高于被伴介質溫度,但溫差人宜超過50℃;

    (4)對于控制溫降或最終溫度的夾套管伴熱的管道,伴熱介質的溫度應根據被伴介質的凝固點或最終溫度要求確定。

    8)熱水伴熱系統壓力確定

    熱水伴熱系統應采用閉式循環系統,熱水的供水壓力宜為0.35~1.MPa,回水總管余壓應控制在0.2-0.3MPa。

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