管道保温伴热设计要点

韩伟慧

【摘要】：管道保温伴热设计是工程领域中非常重要的一项技术，能有效保护管道中介质的温度稳定性，并提高系统的能效。基于此，本文对管道保温伴热设计的基本原理进行介绍，重点研究管道保温伴热设计的要点。在保温方面，要选择具有良好的隔热性能、耐腐蚀性、耐久性的保温材料，如聚氨酯泡沫、岩棉等；在伴热方面，要根据介质特性选择适当的伴热方式，如电伴热、蒸汽伴热等；还需考虑保温层的厚度、管道尺寸、布置等因素。最后，本文通过实际工程案例对管道保温伴热设计的应用进行分析。通过对不同工艺要求下的管道保温伴热设计进行比较，发现合理的设计方案能显著提高系统的能效，降低能源消耗。

【关键词】：管道保温；伴热；加热

一、前言

      管道保温伴热设计是工程领域中的重要内容，在现代工业生产中很多流体介质要在输送过程中保持恒定的温度，从而确保工艺能正常进行。而管道作为流体输送的主要通道，其保温伴热设计对保障流体介质温度具有至关重要的作用。在管道保温伴热设计过程中，工作人员要全面了解管道系统的工作条件、介质特性、外界环境因素等相关参数，这些参数对于保温材料选择、保温层厚度确定、伴热设备配置都具有重要影响。因此，要了解管道系统所输送的流体介质的特性，不同流体介质对保温材料要求存在较强差异性，如高温介质要选用耐高温的保温材料；低温介质要选用低温保温材料，且流体介质的比热容和密度会给保温层厚度设计造成严重影响，甚至影响到整体保温效果。

同时，要全面分析管道系统所处的工作条件，如环境温度、湿度、风速等因素。在高温环境下，保温层需具备较好的导热性能，以确保流体介质温度的稳定性；而在潮湿环境下，保温层要具备较强的防潮性能，避免保温材料出现腐蚀问题。此外，要综合考虑到管道系统的运行方式，根据不同工艺要求，要对管道进行恒温保温和恒温伴热设计。在恒温保温设计中，保温层厚度和保温材料的导热系数是关键因素；而在恒温伴热设计中，除了保温层的厚度和导热系数外，还要考虑伴热设备的选型。

二、管道保温伴热设计原则

（一）确定保温材料

    保温材料的导热系数是一个重要的指标，导热系数越小，保温效果越好，通常保温材料导热系数在0.03-0.05 W/(m·K)范围属于优质产品，能有效抑制热量传递，降低能量损失，并确保管道内介质温度的稳定性。不同的管道输送介质在温度上有着不同要求，所以保温材料要具备相应的耐温性能，通常优质的保温材料应该在-50℃至150℃的温度范围内保持稳定的性能，不会发生脆化、变形、熔化等现象；在工业生产中，管道要经过水冲洗、清洁等操作，对保温材料的防水性能提出更高要求，优质的保温材料能有效抵御水分渗透，避免其出现损坏。同时，由于管道保温伴热通常是长期的工程项目，保温材料要具备较长的使用寿命，优质的保温材料能抵御紫外线辐射、化学腐蚀等外部环境因素影响，保持较长时间的使用效果。

（二）设计合理的保温厚度

设计合理的保温厚度需要考虑以下几个方面。（1）管道输送的介质特性。不同介质具有不同的温度要求，有些介质要保持高温，有些则要保持低温，要根据介质特性确定保温材料的选择和保温厚度；（2）管道输送的温度要求。根据管道输送介质的工作温度和环境温度，确定管道保温的目标温度，准确控制保温材料的热传导要求，从而影响保温厚度的选择；（3）管道长度和直径。管道长度和直径对保温厚度选择有较强影响，通常较长管道要较高的保温厚度，才能有效控制热损失，而大直径管道则要采用较小的保温厚度；（4）环境条件。管道所处的环境条件也是选择合理保温厚度的重要因素，如在寒冷气候条件下，要采用较大的保温厚度来防止管道结冰；（5）经济性考虑。在保证管道正常运行前提下，要尽可能选择经济合理的保温厚度。过大的保温厚度会增加工程成本，而过小的保温厚度则会导致热损失增大，影响整个管道的节能效果。

（三）选择合适的加热设备

   选择合适的加热设备对于管道保温伴热设计至关重要，不同材质对于加热设备的选择有着不同的要求，工作人员要根据管道材质和介质特性选择合适的加热设备。例如：对于金属管道，常用加热设备包括电加热带、加热套管等；对于塑料管道，应选择非接触式的加热设备，如红外线加热设备等；考虑介质的特性，如是否易燃、易爆等，从而选择符合安全要求的加热设备。同时，根据管道尺寸选择合适的加热设备，管道尺寸决定了所需的加热功率数值，通常加热设备功率要能满足管道所需的保温伴热功率，以确保管道能保持适宜的温度；对于较长的管道，要分段加热，每段加热设备的功率应根据管道长度和介质特性进行合理计算。另外，管道时常处于恶劣的环境条件下，如高湿度、腐蚀性气体等，在选择加热设备时，应考虑其防护等级和防腐性能，确保能在恶劣环境下正常运行，并具有较长的使用寿命[1]。

三、伴热保温方案的选择

1、外伴热管伴热

   外伴热管是一种将热能从热源传输到管道表面的装置，其由内管、填充物、外包层等环节组成。内管中流动的热媒介将热量传递给填充物，填充物再将热量传递给外包层，最终将热量传输到管道表面，从而实现对管道的均匀加热，提高管道的伴热效果。外伴热管具有一系列的优点

[2]。首先，具有较高的伴热效率。外伴热管中的填充物通常是具有较好导热性能的材料，可以实现高效的热量传递；其次，外伴热管具有良好的柔性和可调节性，填充物和外包层能根据实际需求进行选择，以适应不同工作条件下的伴热保温要求。因此，在应用外伴热管伴热保温方案时，要根据管道的实际情况选择合适的外伴热管型号，保证外伴热管的尺寸和材质和管道相匹配，以确保热量能有效地传输到管道表面。同时，要合理安排外伴热管的布置方式，外伴热管的布置应尽可能均匀，避免出现交叉、重叠等情况，以保证管道的整体伴热效果，定期检查外伴热管的连接、堵塞、泄漏情况，及时处理问题，确保伴热保温系统的正常运行（如图1所示）。

      

            图1  外伴热管伴热

2、夹套管伴热

夹套管伴热是常用在沥青长输管道伴热保温方案，通过在沥青输送管道的外部安装夹套管，夹套管内填充着加热介质，如热水、蒸汽等热介质，通过加热介质的传热作用来控制沥青温度。夹套管伴热优势在于其能提供均匀的加热效果，保证沥青长输管道各部分的温度基本相同，且夹套管伴热具有良好的安全性能，夹套管和沥青输送管道之间通过耐高温材料进行隔离，能有效避免夹套管对沥青的污染[3]。（如图2所示）。

               

                      图2  夹套管伴热

3、电伴热

  在伴热保温方案中，电伴热技术是一种高效的方法，通过在沥青管道外部安装电伴热带，利用电能产生的热量来保持管道温度。电伴热带由导电材料和绝缘材料组成，能将电能转化为热能，及时传递给管道表面，从而达到保温的效果。电伴热技术具有许多优点，电伴热带能根据管道的形状进行定制，适用于各种复杂的管道布置；电伴热带温度控制精度高，能根据需要调整温度，确保管道内的沥青始终处于合适的温度范围内；电伴热带具有较长的使用寿命，能在长期运行中保持高效的伴热效果。在应用电伴热技术进行沥青长输管道伴热保温时，要注意以下几点。首先，要根据管道的输送温度和环境温度，选择合适的电伴热带型号和功率；其次，要确保电伴热带的安装质量，包括固定牢固、接头可靠等，以免影响伴热效果。同时，还要定期检查电伴热系统的运行状态，并及时处理故障，以确保其正常运行；最后，要根据管道的使用情况和维护要求，制定相应的管道维护计划，并按计划进行维护和保养工作[4]。

四、总结

综上所述，管道保温伴热设计是工业生产过程中非常重要的工作，通过对管道进行保温伴热，有效减少能量的损失，提高生产效率，保证工艺流程的正常进行。在进行管道保温伴热设计时，需要注意以下几个要点：

（1）不同的管道工作条件和介质特性对保温材料的要求是不同的。在选择保温材料时，要考虑到其导热系数、耐温性能、防水性能等因素，确保保温效果和使用寿命。

（2）保温层的厚度直接影响着管道的保温效果。保温层过薄会导致热量的严重损失，而过厚则会增加施工成本和占用空间。因此，在确定保温层厚度时，要综合考虑保温效果、施工成本和空间利用率等因素，找到一个合理的平衡点。

（3）保温层的施工质量直接影响着保温效果。在施工过程中，要注意保温材料的质量和安装工艺的规范性，确保保温层的密实性和紧固性。同时，还要注意对保温层进行防水处理，防止外界湿气的侵入。

参考文献：

[1] 洪增元,钟福春,杨春颖. 塔式光热电站系统保温和电伴热设计及选型[J]. 汽轮机技术,2023,65(4):262-264.

[2] 吴金明. 化工工艺管道蒸汽伴热系统的设计与优化[J]. 造纸装备及材料,2022,51(4):96-98.

[3] 吕小明,李英杰,李虎,等. 天然气站场保温管道电伴热带运行优化[J]. 石油工业技术监督,2023,39(5):14-18.

[4] 蒋超. 水煤浆气化装置洗涤塔出口合成气管道带水问题探讨[J]. 肥料与健康,2022,49(2):45-50.