化工工艺管道蒸汽伴管的设计
[摘 要]蒸汽伴管，因其管径小，材质简单，它的施工往往被人们所忽视。引进装置的试车情况表明，工艺管道焊口渗漏现象极少发生，而当蒸汽伴热系统投用时，却到处冒汽，焊口渗漏严重。因此，对蒸汽伴管的安装必须认真对待。本文主要探讨化工工艺管道蒸汽伴管的设计与应用。
[关键词]化工工艺；管道；蒸汽伴管
中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）13-0032-01
引言
化工工艺管道中，使用蒸汽伴管可以对其管道的温度进行调节，进而实现对运行管道进行保护的作用。该管道在运行过程中，主要借助于蒸汽循环功能，针对生产管道中所需要的热量，进行及时的补充，避免管道出现冻裂、低温的情况，因此其被广泛应用在化工生产活动中。
一、蒸汽伴管伴热系统的运用范围及基本构成
在化工生产过程中，在环境温度下，需从外部补充管内介质的热损失，以维持输送温度的液体管道；在物料输送过程中，由于热损失产生凝液而引起腐蚀或正常操作的气体管道；在操作过程中，由于在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；在物料输送过程中，由于热损失造成降温，导致析出结晶体的管道；在输送高粘度介质时，由于热损失导致介质降温后粘度剧增，使系统阻力突增，输送量下降其量达不到工艺允许量一半的管道，均可采用蒸汽伴管伴热的形式。
传统蒸汽伴热系统主要由冷凝水总管、蒸汽导入管、冷凝水排出管、蒸汽分配站、冷凝水回收站、蒸汽伴管以及蒸汽总管构成。
二、化工工艺管道蒸汽伴管设计原则
在化工生产过程中，物料管道通常采用外部伴热的方式。一般情况下对工艺、公用工程管道采用DN15-DN25的伴管，如果需要可选用直径大于DN25的伴管。
管道伴热管管数与被伴热管内工艺介质的情况和工艺管道的直径有关，应按照项目具体的条件情况来确定蒸汽伴热管的数量。
此外，对于蒸汽伴热来说，伴热的蒸汽介质要求具有足够的饱和度，而对于压力方面要求视蒸汽本身的温度而定，而对于温度而言，则需要根据化工工艺的介质温度来看。通常伴热蒸汽的温度要明显高于保温介质的温度。当然，化工工艺的介质的一些特点差异，导致选择蒸汽的温度也具有一定的差异性，对于压强方面的要求，一般来说蒸汽的压强范围在350千帕至1000kPa之间，但是最低压力不得低于200kPa。因为压强过低会导致管道产生阻力，从而减缓输送速度，导致输送时蒸汽冷凝成液体。此外，伴热过程是一个持续过程，蒸汽热源无论是在开始伴热还是停止伴热的条件下都不能关闭。
三、工艺管道蒸汽伴管设计要点
3.1保温方面的设计
伴管的设计需要保证其与主管可以进行传热，同时也应减少伴热过程中的热损失。常见的保温结构有两种，即保温结构和异形保温结构。就前者来说，主要采用的是SH/T3040—2002的材质作为保温壳，在捆扎过程中需要防止出现变形，虽然可有效减少热损失，但其结构的劣势导致热传递的效果也比较差；而对于异形保温结构，加热面要远远小于圆形，而主管散热面积要增大，其形成主要是一些由软性保温材料粘合构成的圆形保温壳捆扎后变形而成。对于物料管道来说，两者都可以适用，而且会加入一层软质材料进行改进，提升保温效果，另外会适用铁丝网作为构架，保证伴管与物料管道之间的空间，而且物料管道的管壁会与热空气构成小于180°的“自然加热角”，保证空气形成热对流。当然，如果主管输送的物质温度已经高于80℃，则需要采用等于180°的“半加热角”结构进行保温，并根据具体情况采用夹套管加热手段。
3.2架放方面的设计
伴管架放主要包括架设过程和支撑固定过程，对于架设过程来说，可以根据输送管的位置，对伴管进行铺设，如果输送管为水平走向，则伴管则需要铺设在主管的一面或者两边；当然，当输送管为垂直走向，同时蒸汽伴管数量满足等于或者大于三根时，则需要绕输送管进行均匀分布架设。而在架设过程，遇到阀门、连接关节时，则可以按照这些特殊位置的轮廓进行铺设，而且主要不要让伴管出现U形，如果在多个伴热管中出现，主管有效而副管无效的情况，可以在副管的第一个切断阀处进行伴热，同时在伴管架设时，需要保证输送管道的取样阀、排液阀，放空阀以及扫线阀处的伴热；对于支撑固定过程来说，通常都是以金属扎带或者铁丝将伴管捆在输送管上，同时保证两者间距在1至1.5米之间。如果伴管包含垫层，需要在垫层的地方进行捆绑；如果输送管包含腐蚀性物质时，需要在两者间加入隔离材料。
3.3系统方面的设计
蒸汽伴热系统是实行蒸汽伴热的基础，所以需要遵循科学的设计理念，而对于仪表方面的伴热蒸汽来说，最重要的是系统的独立性，从而保证持续伴热效果。而对于伴热管的材料有碳钢、紫铜以及不锈钢三种类型作为备选。其中前两者都是国外常用的伴管材料，而就成本而言，紫铜与不锈钢要远远低于碳钢，但是紫铜本身具有较强的延展性，所以易变形也是它的劣势所在。而碳钢对于腐蚀环境的忍耐远远低于其他材料，但是却广泛用于我国多数化工工艺管道的伴管制造中。对于伴管的连接，通常以焊接或者法兰连接作为主要手段，但是无论采用何种材料或者何种连接方式，接口处都应当尽量保持在蒸汽伴管顶端，同时根部需要安装切断装置，例如切断阀等。为了实现冷凝水回收的功能，需要在伴热系统中加入冷凝管以及回水管，用于收集冷凝下来的水，一般来说冷凝回水副管的直径要大伴热副管的一个级别，而每根伴管均需设置疏水阀门以便于冷凝水的收集及集中排放。此外，为了防止蒸汽进入冷凝管导致系统压力变化，对冷凝回收过程造成影响，不能在旁路設立疏水阀组，同时保证伴热蒸汽管道应从高点引入，冷凝水从低点排出。对于伴管，要尽量避免和减少U形弯曲的形成，以防止蒸汽冷凝水对管道造成阻力。
3.4材料选择
在化工工艺管道蒸汽伴管的设计中，其较常使用的材料，主要包括：不锈钢材料、碳钢管材料以及紫铜管材料。在其具体的施工中，由于不锈钢材料、紫铜管材料的价格较为低廉，且紫铜管的弯曲度较好，因此常被用在国外的化工工艺伴管施工中，但是在我国的化工工艺伴管应用中，不使用紫铜管，而是选择了不锈钢、碳钢管材料，进行施工，其施工的难度较小，便于操作。在蒸汽伴管的施工中，其存在着较多的不同形状的设计，因此需要选择不同材质的管材，进行施工应用。
四、结束语
在化学工业的生产活动中，进行管道蒸汽伴管的设计施工，有助于解决管道出现的热量散失问题，以此来使得达到管道保温、防冻的目的。本文基于蒸汽伴管的概念，对其化工工艺管道中应用的蒸汽伴管具体设计进行了详细的研究分析，以期为该类项目的设计施工，提供助益。
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