管道伴热设计文档格式.docx
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图21.2.1带传热胶泥的外伴热管
图2122伴热曲线
(1)050/>
>
的夹套管伴热;
(2)09.5mm的铜管带传热胶泥外伴热;
(3)/9.5mm铜管外伴热。
综上所术,外伴热管在石化企业中能得到广泛的应用,其主要原因有以下几点:
(1)适应范围广,一般操作温度在170C以下的工艺管道都可以采用。
输送有腐蚀性或热敏性介
质的管道,不能用内伴热及夹套伴热,但对于常规的外伴热管,只要在主管与伴热管之间用石棉板后,
仍可采用。
(2)施工、生产管理及检修都比较方便。
伴热管损坏后,可以及时修理、既不影响生产,又不会出现产品质量事故。
(3)带传热胶泥的外伴热管,它的热传导非常接近于夹套管。
同时传热胶泥能对任何部分维持均匀的温度。
传热胶泥使用寿命长,具有优良的抗震能力。
在加热与冷却交替循环的操作条件下,不会发生破裂、剥落及损坏现象。
传热胶泥也可用于电伴热系统。
(3)夹套伴热夹套伴热管即在工艺管线的外面安装一套管,类似套管式换热器进行伴热.在理
论上只要伴热介质的温度相同或略高一些,就能维持能管介质的温度,这时蒸汽耗量只需满足本身的热
损失,因此伴热效率是比较高的。
常用的夹套管基本类型分为:
管帽式夹套管和法兰式夹套管。
夹套管伴热耗钢量大,施工工程量亦大。
但它能应用于外伴热管不能满足工艺要求的介质管道。
(4)电伴热电伴热可以有效利用能量,合理控制温度。
以往管道伴热多用蒸汽作外供热源,通过伴热管补偿其散热损失。
这种传统的伴热方式,伴热所需维持的温度无法控制;
耗热量大,安装和维修的工作量大,生产管理不方便。
采用电伴热可以利用能量,有效控制温度。
电伴热方式有感应加热法、直接加热法及电阻加热法等。
21.2.1伴热设计原则
21.2.1.1伴热设计的原则
(1)管道伴热设计,一般情况下仅考虑补充管内介质在输送过程或停输期间的热损失,以维持所需的温度,不考虑管内介质的升温。
(2)
对于工艺有特殊要求,介质需要升温的管道,可以选用特殊的伴热方法进行升温输送。
(3)伴热用的蒸汽、热水,一般应统一规划,集中供应;
其温度、压力参数应满足管道伴热的工艺要求。
21.2.2管道伴热的条件
(1)在环境温度下,需从外部补充管内介质的热损失,以维持输送温度的气体、液体管道。
(2)在输送过程中,由于热损失产生凝液可能腐蚀或影响正常操作的气体管道。
(3)在输送过程中,由于热损失造成温降可能析出结晶体的管道。
(4)在操作过程中,由于压力突然下降而自冷,可能导致结冻堵塞或管道剧冷脆裂的管道。
(5)在切换或间歇停输期间,管内介质不能放净或吹扫而可能凝固的管道。
(6)由于热损失使输送介质粘度增高,系统阻力增加,使输送量达不到工艺要求的管道。
(7)输送介质的倾点或凝固点等于或高于环境温度的管道。
21.2.3伴热介质的选用
(1)介质温度在95C的管道,应选用0.3〜0.6MPa蒸汽或热水伴热。
(2)介质温度在95〜150C之间的管道,应选用0.7〜0.9MPa蒸汽伴热。
(3)介质温度大于150C的管道,当0.9MPa蒸汽不能满足工艺要求时,可选用载热体作为伴热介质。
21.2.4
(1)
伴热介质温度的确定
伴管的伴热介质温度宜高于被伴热介质温度30C以上,当采用传热胶泥时宜高于被伴热介质
温度10C以上。
夹套管的伴热介质温度可等于或高于被伴热介质温度,但温差不宜超过50C。
(3)对于控制温降或最终温度的夹套管伴热管道,伴热介质的温度应根据被伴热介质的凝固点或最终温度要求确定。
21.2.5伴管及夹套管材质的选用
(1)外伴热管必须采用无缝钢管。
(2)夹套管的内管应采用无缝钢管,套管可采用无缝钢管或焊接钢管。
(3)夹套管中与内管连接的零件材质应与内管材质相同。
(4)当套管与内管材质不同或温差大时,应按《石油化工企业管道柔性设计规范》(SHJ41—91)
对夹套进行温度应力校核。
21.3.1伴热方式选用
(1)介质凝固点低于50C的管道,可选用外伴热管伴热。
当有特殊要求且工艺管道的公称直径大
于150mm时,也可选用内伴热管伴热。
(2)介质凝固点为50C〜100C的管道,或经常处于重力自流,或停滞状态的易凝截止的管道,宜选用管帽式夹套管伴热;
或带传热胶泥的外伴热管伴热。
(3)介质凝固点高于100C的管道,应选用夹套法兰式夹套管伴热,管道上的发兰、阀门应采用夹套型。
(4)输送气体截止的露点高于环境温度需伴热的管道,宜选用伴管伴热。
输送腐蚀性介质或热敏性介质的管道,严禁使用蒸汽夹套伴热管;
当选用外伴热管伴热时,伴
热管与伴热管之间应有隔热措施。
21.3.1伴管设计
21.3.1.1
伴热管管径及根数的确定
(1)伴管管径(用硬质圆形保温材料制品)的计算:
k(t-ta)
(丄1唔盒/八("
(21.3.1.1—1)
式中d----伴管计算直径(m);
Di保温层内径(m);
Do保温层外径(m);
K——热损失附加系数,取1.15〜1.25;
t——被伴介质温度C;
ta——环境温度C;
tst——饱和蒸汽温度C;
a——保温层外表面向大气的放热系数w/m2k;
at伴管向保温层内加热空间的放热系数w/m2k;
di——保温层内加热空间空气向保温层的放热系数,w/m2k一般取
13.95w/m2k;
入保温材料制品导热系数w/m2k。
(2)伴热管的根数
n》
d
do
(21.3.1.1—2)
式中n伴热管根数,根;
do----伴热管外径(m)。
蒸汽伴热伴管管径及根数(用硬质圆形保温材料制品)按表21.3.1-2选用。
21.3.2.2伴管长度的确定
(1)伴管的供汽点至排凝点之间的最大允许伴热长度按下式近似计算:
I_gmaxA
Lmax—AX
g1
(21.3.2.2—1)
式中Lmax伴热管的最大允许长度(m);
gmax——伴热管在允许压力降下的最大蒸汽用量
kg/h;
g1主管伴热用的蒸汽耗量kg/mh;
Ax——修正系数,一般取0.6〜0.7。
表21.3.1.1—2
伴管根数及管径(mmx根)
伴管长度可按表21.3.1.2.2-2选用。
当伴热用蒸汽的冷凝水不回收时,表中伴热长度可延长20
30%。
表21.3.2.2—2伴管最大允许伴热长度表
蒸汽压力
(MPa)
伴管管径
DN(mm)
最大允许伴热长度(m)
被伴管管径DN(mm)
<
100
150〜300
350〜500
0.3〜0.5
15
60
20
100
80
25
150
130
0.6〜0.9
200
120
300
170
2141热水伴热的规定
2141.1热水伴热管管径与根数可按表21.4.1-1选用;
热水伴热管的伴热长度,从热水总管的分支口起
到回水总管入口处止,不应超过200米。
表21.4.1-1热水伴热管管径及根数选用表(mm)
工艺管径DN
伴热管管径X根数
150
25X1
200〜400
25X2
450〜500
40X2
21.4.1.2热水伴热流程如图21.4.1.2所示。
图21.4.1.2热水伴热流程
21.4.2蒸汽耗量的确定
21.4.2.1伴热管的蒸汽耗量可按表5.4-1选用。
表21.4.2—1
外伴热管的蒸汽用量表
(kg/m.h)
MPa
伴管直径
0.3
0.15
0.25
0.30
0.32
0.6〜1.0
0.17
0.18
0.21
0.36
2143
2143.1
21.5.1
21.5.1.1
伴热管道的保温
伴管伴热和夹套管伴热的管道保温宜选用硬质园形保温材料制品,其保温层厚度和热损的
计算公式可按中石化总公司标准《石油化工企业蒸汽伴管及夹套管设计规范》SHJ40—91第2.0.6条和
第2.0.7条执行。
伴热管的安装设计
蒸汽外伴热管
(1)伴热管必须从主管或蒸汽分配管顶部引出,并靠近因出处设切断阀。
(2)每根伴热管宜设蔬水阀。
(3)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备用接头;
分配管(集合管)的直径可按表21.5.1.1-1选用。
表21.5.1.1-1分配管(集合管)直径
名称
伴管直径(DN15〜25)
伴热管根数(根)
3〜6
7〜25
供汽引入管DN(mm)
40
50
供汽分配管DN(mm)
冷凝水集合管DN(mm)
(4)通过疏水阀后不回收的凝液水,宜集中引入一汽水分离器内,将废汽高空排放,冷凝水应引入附进近排水沟。
U”形
(5)每根伴热管应尽量高点供汽,沿工艺管线由高向低敷设,在最低点排凝;
并尽量减少
水袋,以防产生液阻和气阻。
(6)当主管要求伴热而支管不要求伴热时,该支管的第一个切断阀(靠近主管处)应予伴热。
要求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。
(7)伴热管可不设低点排放阀。
(8)蒸汽外伴热管流程如图21.5.1.1-1所示。
图21.5.1.1-1蒸汽外伴热管流程图
21.5.1.2
热水外伴热管
(1)每根加热环管的最高点应设放气阀。
(2)每根加热环管上应设两个切断阀,一个设在供热管的分支线处,一个设在回水总管的入口处。
(3)每根加热环管的入口处,应设置配有切断阀的软管接头,以作为扫线用压缩空气或化冰用的蒸汽入口,出口处设排空阀。
(4)热水伴热应从低点供热,高点回水,热管宜从分配管、集合管或热水干管底部加阀连接;
(5)考虑加热环管之间的压力平衡,可在环管上设置节流孔板,孔板直径不小于5mm。
(6)加热环管不宜直接从总管上接出;
一般情下,可以8〜12根设一集合管。
集合管与总管的连〜接管上应设有阀门以便调节。
21.5.1.3外管热管必需采用无缝钢管。
21.5.1.4采用法兰连接。
伴管经过阀门、管件时应沿其外形敷设,且宜避免或减少袋形;
伴管在经过阀门、法兰处可采用法兰连接。
21.5.1.5被伴热管为水平敷设时,伴管应安装在被伴管下方一侧或二侧;
当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布置。
21.5.1.6安装在同一侧的两根伴热管,每隔5米设置一个间隔板(焊在伴热管上),以控制两管间距。
21.5.1.7伴管可用金属扎带或镀锌铁丝扎在被伴管上,捆扎间距为1〜1.5m。
有垫层的伴管在垫层
处捆扎材料与被伴热有接触腐蚀时,在接触处应加石棉布隔离垫。
伴管不得直接焊在伴管上作固定点。
需要固定时,要将伴管焊在被伴管的管卡上。
21.5.1.8伴热管的热补偿,可采用:
(1)当伴热管的供热管供汽点至排凝点之间的直线段不超过40m时,可采用中间固定方式,不设补
偿器。
(2)当伴热管供汽点至排凝点之间的直线段大于40m时,除“L”型自然补偿器的管段外,每隔30~
40m设一补偿器。
(3)补偿器可采用“U”型、“Q”型或螺旋缠绕型。
(4)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弯头处的保温结够不受损坏。
21.5.2伴热管安装结够图
21.5.2.1外伴热管安装如图21.5.2.1所示。
图21.5.2.1圆形保温结构
注:
1.外伴热管应安装在工艺管道的侧下方(一侧或两侧),并使伴热管与工艺管道两管管底相平。
2•安装在同一侧的两根伴热管,每隔5米设置一个间隔板(焊在伴热管上),以控制两管间距。
3.若工艺管道内输送腐蚀性或热敏性介质时,应采用H型,即在伴热管与工艺管之间每隔1.0m夹
入一块石棉板,或用/5mm的石棉绳绕在伴热管上,缠绕长度为50mm,的工艺管道材质为不锈纲,伴
热管材料为碳纲时,用同样方法处理,以避免产生接触腐蚀。
21.5.3供汽分配管(或集合管)均应设置一个DN25的放空阀;
分配管和集合管可依具体情况单独或
共同水平。
垂直安装在管架柱或管墩上。
21.5.3.1
供汽分配管(或集合管)安装适用于管架敷设的工艺管道。
(1)供汽分配管垂直安装如图21.5.3.1-1所示。
al
A
i^l
T
MM
IH...
H
E
F
i;
i;
图21.5.3.1-1
供汽分配管垂直安装
(2)供汽分配管水平安装如图
21.5.3.1-2所示。
图21.5.3.1-2供汽分配管水平安装
1。
每根供汽集合管应予留两个备用接头。
21.5.4
21.541
2.A型适用于冷凝水不回收系统,B型适用于冷凝水回收系统,冷凝水通过引出管排到总管。
冷凝水集合管的安装
适用于管架敷设的工艺管道
垂直安装的冷凝水集合管如图21.5.4.1-1所示。
8
放净阀
管狂•焊牲注上爺预壤啊飯上
-J
樹动支架
2161
21.1.1
⑴
(21.6.1.1)
图21.541-1垂直安装的冷凝水集合管
水平安装的冷凝水集合管见图21.5.4.1-2.其集合管的直径可按表21.5.4.1-1
表21.5.4.1-1冷凝水集合管的直径
冷凝水引出管DN(mm)
夹套管设计
夹套管工艺设计
管道热损失可按下式计算
式中q2---—夹套管管道热损失,w/m;
T----主管内介质温度,C;
ta
环境温度c;
保温层外表面向大气的放热系数w/m2k;
蒸汽耗量可按下式计算:
H—H|
Hv----饱和蒸汽的焓,KJ/Kg;
Hi---—饱和水的焓,KJ/Kg;
刀Qi---夹套管系统总的热损失或所需的热量总和,W/M,
21.1.1.1
EQi=q2+q3+q4
q3----
----无夹套部分管道的热损失,
W/M;
q4----
---被伴介质温升所需热量,
K----
热损失附加系数,一般取
1.15〜1.25.
夹套管的组合尺寸
21.6.1.2.1夹套管的组合尺寸可按表21.6.1.2-1选用。
表21.6.1.2-1夹套管组合尺寸
管径内管管径
DNDN
(mm)
名称
1
250
350
套管
4
125
400
供汽、排凝管
跨越管
216122夹套管的蒸汽引入口至冷凝水排出口的距离(称为伴热长度),应根据供汽压力及供汽管
直径确定,一般情况下可按表2161.2-2选用。
表2161.2-2套管伴热长度(m)
套管供汽伴热
蒸汽
压力
0.3〜0.4
0.5〜0.6
0.7〜0.9
管DN
DN(mm)(mm
长度
)
w100
45
55
125〜200
65
70
250〜350
110
21.6.2夹套管安装设计
21.6.2.1夹套管水平敷设要求有坡向时,套管内介质流向应与坡向一致,蒸汽应由套管上方引入,冷凝水应由套管下方排出,供汽管、排凝管分别设切断阀。
21.6.2.2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。
如图21.6.2.2-1〜21.6.2-2所示。
图21.6.2.2-1法兰连接夹套管
冷龜水出口管/用
I乙订G
21.6.2.3每个夹套管长度不宜超过6米,每一夹套管伴热系统应单独设置疏水阀。
21.6.2.4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。
21.6.2.5在夹套中与内管连接的零件材质应与内管相同。
当夹套中与内管材质不同,而两者热胀差异
产生的许用应力时,则可改用同种材质或线膨胀系数相近的材质。
21.6.2.6当夹套管与内管介质的温差大或材质不同时,应对夹套管管系进行应力校核;
夹套管由于介质温度、布置位置而产生的热胀量需补偿时,宜考虑自然补偿或设置补偿器。
21.6.2.7夹套管组装及其配件基本型式,夹套管内管的定位板布置图及定位板间距表,均按中石化
总公司标准《石油化工企业蒸汽伴管及夹套管设计规范》SHJ40—91中第4.0.2条,第4.0.4条
执行。
21.6.3蒸汽夹套管的安装结构图
社紺
水平曹逊
图21.6.3.1-2管帽连接夹套管一跨弯头的跨越管
水平管道(正视)垂直管道(图中H=150mm)
图21.6.3.1-3管帽连接夹套管—跨法兰阀门的跨越管
21.7.1
电伴热的方法
21.7.1.1感应加热法是在管道上缠饶电线或电缆,当接通电源后,由于电磁感应效应产生热量。
以补偿管道的散失损失。
电感应加热虽有热能密度高的优点,但费用太高,限制了它的发展。
21.7.1.2直接通电法是在管道上通以低压交流电,利用交流电的表皮效应产生的热量,维持管道温度,使之不出现降温。
直接通电法的优点是:
投资省,加热均匀。
但在有支管、环管(成闭路的管道)、变径和阀件的管道上,很难应用。
只适于长输管道上应用。
21.7.1.3电阻加热法是利用电路上电阻体体发热的原理开发的,目前国内外广为应用的也是这类电伴热产品。
利用电阻体发热的电伴热带又分两种基本类型:
一种是电阻体串联在电路上,另一种是在并联两平行电路上跨接电阻。
自限性电伴热带与其它固定输出功率的电热电缆有不同的使用特性:
电热电缆的电阻和输出功率不随壳壁温度改变。
自限性电伴热带的电阻与壳壁温度成正比,输出功率与壳壁温度成反比。
21.7.2电伴热的应用
21.7.2.1对于热敏介质管道,电伴热能有效的进行温度控制,防止管道温度过热;
21.722需要维持较高温度的管道伴热,一般超过150C,蒸汽伴热就难以实现,电伴热则有充分的
条件;
21.7.2.3
非金属管道(如塑料管)的伴热,一般无法采用蒸汽;
21.7.2.4
21.7.2.5
21.7.2.6
21.7.3.1
(3)
(5)
(6)
无规则外型的设备(如泵),电伴热产品柔软、体积小,可以有效地进行伴热;
较边远地区,如油田井场,井口装置的管道和设备的伴热;
长输管道的伴热以及较窄小空间内管道的伴热等等。
电伴热产品的应用,已不再局限于管道伴热的范围。
电伴热已广泛应用于石油、石油化工、塑料、
医药、电力、矿山、机械以及农业等产业部门。
21.7.3电伴热产品选型和计算
合理地选用电伴热产品,主要依据:
工艺条件、环境情况、管道设计和管道所在区域的爆炸危险性分类。
管道的散热损失计算可参照《石油化工装置工艺管道安装设计手册》第一篇(设计与计算)第二十一章有关公式计算。
21.7.3.2产品系列的选择
工作电压,根据我国电力供应与电伴热产品工作电压,确定工作电压为
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