蒸汽伴热在石油化工输油管道设计中的应用.pdf

第 4 3卷第 5期 2 0 1 4年 5月 当 代 化 工 C o n t e mp o r a r y C h e m i c a l I n d u s t r y V o 1 ． 4 3．N O ． 5 M a y，2 0 1 4 蒸汽伴热在石油化工输油管道设计中的应用 张杰家 ， 1 ． 大庆华凯石油化工设计工程有限公司，黑龙江 大庆 1 6 3 7 1 1 ； 王佰 亮 2 ． 沈阳化工研究院设计工程有限公司单位，辽宁 沈阳 1 1 0 0 0 0 摘 要目前石油化工企业的输油管道很多都需要保温和伴热。在使用伴热的管道中，又有相当大数量的 输油管道采用蒸汽伴热的方式。对石油化丁装置中的输油管道的蒸汽伴热进行了阐述 ，着重研究了蒸汽伴热的 程设计计算及具体施工方法。针对外伴热 、内伴热和夹套伴热等三种方式 ，分别进行了详细的介绍，加以归 类和总结。对石油化工装置中输油管道的设计及施工制作具有非常实用的指导意义。 关键词蒸汽；伴热；石油化工；设计 中图分类号 T E 8 3 2 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 1 0 4 6 0 2 0 1 4 0 5 0 8 1 2 - 0 4 App l i c a t i o n o f S t e a m Tr a c i ng i n Pe t r o c he mi c a l Pi pe l i ne De s i g n Z HA N GJ i e - j i a。 ， W A NG B a i l i a n g 2 1 ． Da q i n g H u a k a i P e t r o c h e mi c a l De s i g n E n g i n e e r i n g C o ． ， L t d ． ， He i l o n g j i a n g Da q i n g 1 6 3 7 1 1 ， C h i n a ； 2 ． S h e n y a n g C h e mi c a l I n d u s t r y Re s e a r c h I n s t i t u t e De s i g n En g i n e e r i n g Co ． ， L t d ． ， L i a o n i n g S h e n y a n g 1 1 0 0 0 0 ， Ch i n a Ab s t r a c t P i p e l i n e s i n ma n y p e t r o c h e mi c a l e n t e r p r i s e s a t p r e s e n t a l l n e e d h e a t t r a c i n g a n d t h e r ma l i n s u l a t i o n ． I n h e a t t r a c i n g p i p e s ，a c o n s i d e r a b l e n u mb e r o f o i l p i p e l i n e s u s e s t e a m t r a c i n g ．I n t h i s p a p e r ，t h e s t e a m t r a c i n g o f t h e p e t r o c h e mi c a l p i p e l i n e s wa s i n t r o d u c e d ，t h e d e s i g n c a l c u l a t i o n a n d c o n s t r u c t i o n me t h o d o f t h e s t e a m t r a c i n g e n g i n e e r i n g w e r e s t u d i e d ． T h r e e h e a t t r a c i n g wa y s i n c l u d i n g i n t e rna l h e a t t r a c i n g ， e x t e r n a l h e a t t r a c i n g a n d j a c k e t e d h e a t t r a c i n g we r e a n a l y z e d a n d s u mma r i z e d ，wh i c h h a d p r a c t i c a l s i g n i fic a n c e f o r d e s i g n a n d c o n s t ruc t i o n o f p e t r o c h e mi c a l p i p e l i n e s ． Ke y wo r d s S t e a m； He a t t r a c i n g ； Pe t r o c h e mi c a l e n g i n e e r i n g ； De s i g n 在石油化工企业中，为了维持生产操作和停输 运期 问管道内的温度 ，通常采用伴热的方法。伴热 介质都是由企业的公用T程系统供给的。伴热介质 多种多样 ，其中包括热水 、 蒸汽 、热载体 、电热等。 伴热的方式大致可以分为外伴热管伴热、内伴热 管伴热、 夹套管伴热、电伴热等 。目前，石油化 工企业大多数采用外伴热管伴热和电伴热 。本文对 蒸汽伴热进行阐述。 1 外伴热管 1 ． 1 工艺计算 1 ． 1 ． 1 外伴热管直径计算 保温的结构影响着外伴热的计算方式。分析如 下 1 圆形保温结构 这种结构把保温壳看做一个圆管，圆管内有主 管道和伴热管道。圆形保温结构还分为单根管伴热 和双根管伴热 。单根管伴热如图 1 、双根管伴热 图 2 温 图 1 圆形保温结构单根伴热管 Fi g． 1 Ci r c ul ar he a t pr es e r va t i on of s i ng l e he a t pi pe 图 2 圆形保温结构双根伴热管 Fi g ． 2 Ci r c ul a r he a t pr e s e r va t i o n of doubl e h ea t pi pe s 在伴热计算中， 忽略了主管道通过保温壳散失 收稿 日期 2 0 1 4 - 0 3 - 2 0 作者简介 张杰家 1 9 8 1 一 ，男，辽宁大连人，工程师，2 0 0 4年毕业于沈阳化工学院化学工程与工艺专业，目前从事石油化工工程设计工作。 电话 0 4 5 9 6 2 0 1 8 5 0 ， E - m a i l z j j 0 2 1 4 1 6 3 ． c o m 。 第 4 3卷 第 5期 张杰家 ，等 蒸 汽伴 热在 石油化工输油管道设计 中的应用 8 1 3 到外界的热量。 蒸汽伴热管的热损失公式为公式 1 会大大降低管道伴热和保温的效果。如果需要使用 某种软性材质 的保温材料 ，施工时尽量在主管道与 2 7 t K t t o f 1 1 蒸汽伴热管道外 围进行包扎 ，包扎一层铁丝或者铁 1 2 _ 丝网， 用来保证它的加热空间。 D 1 O C D Di 式中 。一保温层外径 ，m； 口r 一 保温层 内径 ，m； 一 热损失附加系数；一般取 1 ． 1 5 1 ． 2 5 ； 一 带外伴热管的管道热损失，W／ m； f 一主管道 内介质温度 ，℃； 一 环境温度 ；取历年以来一月份的月平均温度的平均值 一 管道保温层的外表面向大气的放热系数； ． 一 管道保温层 内的加热空间的空气向保温层的放热系数 ， 一般 情况下 ，放热系数 1 3 ．9 5 W／ m K 。 伴热管所需 的伴热管外径计算公式 为公式 2 d K t t o l n 1 1 2 2 _f ’ 蛾 ⋯ 式 中d一伴热管计算外径，m； 一保温材料制品的导热系数 ，W／ m K ； D n一保温层外径 ，i n ； ， 一 保温层 内径，m； 一 热损失附加系数 ；一般取 1 ． 1 5 ～ 1 ． 2 5 ； f 一主管道内介质温度，℃； ‘ ．伴热管介质温度 ，℃； ，一环境温度 ；取历年以来一月份的月平均温度的平均值 o t 一管道保温层的外表面向大气的放热系数； ． 一 管道保温层内的加热空间的空气向保温层的放热系数 ， 一般 来说取 1 3 ．9 5W／ i n K ； ． 伴热管向保温层内加热空间的放热系数， W／ m K 。 伴热管的根数计算见公式 3 n ≥ 3 do 式中n一伴热管根数 ，根 ； d一伴热管计算外径，i n ； 伴热管实际外径，in 。 2非圆形保温结构 非 圆形保 温结 构又 叫异形保温结 构 ，一般来 说 ，指鞔 性材质的保温材料 ，加入 了粘合剂 ，所制 成的类似圆形的异形保温管壳，安装的时候 ，经紧 扎，使它成为非圆形的异形保温结构，这种保温结 构也称为异形保温结构 。 非圆形保温结构单根伴 热管如 图 3 ；非圆形保温结构双根伴热管如图 4 。 非圆形保 温结构 的伴热管计算 比较复杂 ，本论 文不作详细阐述。 非 圆形保温结 构的蒸汽伴热管在石 油化工输 油管道设计中施工的时候，应该注意的是非圆形 保温结构中保温材料与管道之间的加热空间不能使 用其它保温材料或填充保温等材料来堵塞或填充 ， 但是，可以用传热性质的胶泥加以填充。否则，将 保温材料 图 3 非圆形保温结构单根伴热管 Fi g ． 3 No n c i r c u l a r s i n g l e t r a c e p i p e i n s u l a t i o n s t r uc t ur e 体温 料 图4 非圆形保温结构双根伴热管 Fi g ． 4 Pr e s e r va t i o n s t r uc t ur e o f nonc i r c ul a r doubl e he a t p i pe s 1 ． 1 ． 2伴热管的蒸汽消耗量 蒸汽伴热的消耗量与管道热损失、 饱和蒸汽的 焓 、饱和水 的焓有关系。计算如公式 4 _ G ． 4 G ， 兰 垡 4 t H V H 式中G ～蒸汽用量，k g ／ m h g -一管道的热损失 ，W／ m； H 焓 饱和蒸汽 ，k J ／ k g 矗 饱和水的焓，k J ／ k g ； 一 热损失的附加系数。 1 ． 2 安装设计 1 ． 2 ． 1 一般要求 1 1 半热蒸汽最好从主蒸汽管道的上部使用支 管引出，并且 ，最好在靠近引出的支管管道的根部 设置一个阀门作为切断阀 ，该阀门设置的最佳位置 是在水平的管道上。 2胙 为蒸汽伴热的伴热管 ， 每一根伴热管道 ， 最好单独有疏水设施 ，最好不要和其它的蒸汽伴热 管道一起使用同一个疏水设施。 3 伴热疏水阀最好选用本体带过滤器的， 否 则 ，就要在疏水 阀前设 置一个 Y型过滤器。 4 通过疏水 阀后 的不可 回收的凝结水 ， 最好 8 1 4 集 中排 放 。 5 为了防止蒸汽管道 中的蒸汽窜人凝结水管 道的管网，使管道系统的背压增高 ，从而会干扰凝 结水管道系统的平稳运行 ，疏水阀组一般来说最好 不设置旁通管道 。 6腆 给伴热的蒸汽管道应该从高点引入到主 管道 ，顺着被伴热的管道 ，从高点向低点敷设 ，蒸 汽产生的凝结水就可以直接从低点排 出，管道设计 和施_ [ 过程中，充分减少 u形弯，防止设计和施工 不合理造成 的产生气阻和液阻。 7 在封 闭的凝结水管道系统 中， 凝结水管道 的返回管道最好顺着管道内介质流向 4 5 。斜接到 凝结水回收主管道 ，连接至主管道的上部 。 8 在非封闭的凝结水管道系统中， 从疏水阀 所排出的水尽量采用汽水分离设备 ，再经过冷却后 排到排水系统的管网。 9 在半径为三米的辐射范围内， 如果有三个 以上 包括i个 伴热点或者 回收点 的时候 ，就最 好设计蒸汽分配站以及疏水站。 1 ． 2 ． 2 安装结构图 外伴热管的安装要考虑到保温结构的因素 ，按 照保温结构的不 同，分为两大类 ，一类是 圆形保温 结构 ，另一类是非圆形保温结构。圆形保温结构单 根管伴热的安装如图 5 。 图 5圆形保温结构单根伴热管安装图 Fi g ． 5 I n s t a l l a t i o n d r a wi n g o f s i n g l e h e a t p i p e wi t h c i r c u l a r i ns u l at i on s t r uc t ur e 网形保温结构双根管伴热的安装如图 6 。 图 6圆形保温结构双根伴热管安装图 Fi g ． 6 I n s t a l l a t i o n d r a wi n g o f h e a t p i p e wi t h d o u b l e c i r c u l a r i ns ul at i on s t r uc t ur e 异形保温结构单根伴热管安装如图 7 。 图 7异形保温结构单根伴热管安装图 Fi g ． 7 I n s t a l l a t i o n d r a wi n g o f s i n g l e h e a t p i p e wi t h s p e c i a l i ns ul a t i on s t r uc t ur e 异形保温结构双根伴热管安装如图8 。 图 8异形保温结构双根伴热管安装图 Fi g． 8 I ns t al l a t i on dr a wi ng of do ubl e he a t pi pe s wi t h s pe c i a l i ns ul a t i on s t r uc t ur e 2 内伴热管 2 ． 1 工艺计算 2 ． 1 ． 1 内伴热管直径计算 内伴热管的直径与被伴热管道内介质的粘度 和流速有关系。在相同的操作条件下，即介质温度 和被伴热管道直径不变的情况下，内伴热管的直径 随着介质的粘度增大而增大 ，随着介质的流速增大 而减小 。具体计算公式见公式 5 4 j 。 K t t 。 1 Do 1 2 D ” 式中d一内伴热管直径，il l ； 一保温材料制品的导热系数，W／ m K ； D 一保温层外径，m； D一保温层内径，13 3 ； K 一热损失附加系数 ； t一主管道内介质温度，℃； 一 伴热管介质温度 ，0 ； 一 环境温度，。 f ； 一 保温层外表面向大气的放热系数； k lml伴热管的传热系数。 2 ． 1 ． 2 伴热管的蒸汽消耗量 内伴热管的伴热长度一般控制在 1 5 0 n l 左右， 但是不应超过 2 0 0 m。 内伴热管 的蒸汽消耗量为 同直径外伴热管蒸 第 4 3卷第 5期 张杰家，等蒸汽伴热在石油化工输油管道设计中的应用 8 1 5 汽消耗量的 9 0 ％。 3 夹套管伴热 在石油化_T装置 中，蒸汽伴热方式 中，很少采 用夹套伴热的方式，故本论文只对一般安装要求加 以阐述 。具体如下 1夹套 管分为 内管和套管 ，其 中内管必须 采用无缝钢管 ，夹套管中的套管可以不采用无缝钢 管 ，采用其它钢管 ，但是强度必须满足要求。 2 在夹套管内部，与内管连接的零件，其 材质要和内管 的材质尽量相同。 3在特殊情况下 ，如果套管与内管使用材 质不 同时 ，就应该使用膨胀系数尽量相近的材质 。 4 每节夹套管的管段长度最好不超过 6 m。 5 水平敷设的夹套管要求有坡度的时候， 套管 内介质的流 向应该与坡度保持一致。 6 一般来说，蒸汽管道最好从套管的上部 引入，凝结水管道连接套管下部，排出凝结水，供 汽管道和凝结水管道最好分别设置切断设施。 7每节夹套管的长度主要决定于管道的布 置 ，同时 ，还受到内管与套管的热膨胀量差异的制 约 ，一般情况 ，6 m是每节夹套管的最长长度 。 8夹套篱的布置最好不要有死角以及 u形 弯。如果 u形 弯就是不可避免 了，那最好在管道的 低点设一个排液阀门。 9在规定 的长度范 围内，每个夹套管之间 的蒸汽管的串接方式最好是跨接管，法兰连接是跨 接管最好的连接方式。 1 0 跨接管连接应该防止积液和堵塞， 并且 应该考虑跨接管的安装空间。跨接管玩管处最好采 用煨弯弯头。 1 1 夹套管集 中的部位应该设置蒸汽分配站 和疏水站，也可与邻近相同操作压力的蒸汽伴热和 凝结水 系统统一考虑。 1 2 夹套管的内管和套管之间的温度差过大 或材质不 同的时候 ，应该进行应力校核。内管产生 的热膨胀量需要补偿的时候 ，最好采用 自然补偿的 方式。 1 3 法兰式夹套管的内管焊缝要 1 0 0 ％探伤。 1 4 每一个夹套管伴热系统应该单独设置疏 水 阀。 4 结 语 随着石油化_T行业技术的不断发展 ，对装置内 管道伴热的方式方法也 日趋改进。将来的发展方向 是不仅保证伴热的效果 ，也可以节约投资和施T难 度及施工时间，并且运行稳定也是 目前石油化T领 域要求越来越严格 的趋势。 参考 文献 [1 ] G B f F 4 2 7 2 9 2 ． 设备及管道保温技术通则 [ 2 ] S H 3 0 1 0 2 0 0 0 ． 石油化 l 设备和管道隔热技术规范 [ 3 ] S H f I 3 0 4 0 2 0 0 2 石油化 T 管道伴热及夹套管设计规范I s I． [ 4 ] 张德姜 、赵勇． 石油化 1 艺管道设计 与安装『 M ] 一E 京中困石化 出版社，2 0 0 7 4 6 7 5 1 4 ． [ 5 ]张德姜 、 王怀义 、 刘绍叶． 石油化T装置工艺管道安装设计手册l M 】 j E 京 中国石 化 出版 社 ．2 0 0 7 4 4 3 _ 4 4 4 中国汽车涂料市场发展现状调查分析 汽车涂料是指涂装在轿车等各类车辆车身及零部件一 t z 的涂料，一般指新车的涂料及辅助材料和车辆修补用涂料。 数据显示 ，当前，我国汽车销量连续突破 1 8 0 0万辆，高速增长的汽车销量有力拉动了汽车涂料涂装业务的持续发展 ， 给汽车涂料行业带来了巨大的商机。 近 5 0年来 ，汽车面漆无论是从基料还是面漆颜色和施工方面都有很大的变化。主要表现在基料方面由硝基磁漆到氨基 醇酸磁漆 ， 底漆用 白干型醇酸树脂磁漆到热塑性丙烯酸树脂磁漆， 其中热固性丙烯酸树脂磁漆和聚氨基耐污性等都得到了很 大的提高，这就使而漆的保护性能得到了提升。 有闰外分析机构预测全球汽车涂料市场在 2 0 1 3 2 0 1 8年问的年复合增长率将为 5 ． 5 9 ％。其中促成这一市场增长的主要因 素之一就是各类涂料的需求增长。 中 汽车T 业协会公布 2 0 1 3年全国汽车销量增长率达到 1 3 ． 9 ％，销量达到 2 1 9 8万辆 ，产量达到 2 2 1 1 万辆。2 0 1 4年乘 用车市场仍将以 1 0 ％左右的年均速度增长，这个增速并且会保持 3年。 2 0 1 4年中闰汽车市场 1 0 ％的增长力来自于这些省的市场购买力正在从省会 、省中心城市向二 、三线城市，或者 、四 线释放。这些都会需要大量的汽车漆，汽车漆将会有较大幅度的需求增长。 在中国汽车原厂漆市场，7 5 ％ 8 0 ％的市场份额是被国际品牌占领；在修补漆市场 ，7 5 ％左右的市场份额被国内品牌所 占领，但是 ，它们大部分占领的是修补漆中低端市场。在塑料件漆市场 ，大部分的市场份额还是国际品牌的。以单车涂料用 量来看，由于汽车涂料性能的提高和涂装技术的不断改进，如以前需厚膜才能达到的性能现在在薄膜状态就可满足，汽车单 台涂料用量逐渐减少 ，目前一台新车的涂料用量仅为 1 0年前的6 0 ％。