化工工藝裝置蒸汽管道配管設(shè)計(jì)

袁長(zhǎng)兵

（淮安同心安全技術(shù)服務(wù)有限公司，江蘇淮安 223005）

石油化工生產(chǎn)工藝的必要項(xiàng)目之一為蒸汽管道配管設(shè)計(jì)，這對(duì)化工廠的運(yùn)行安全以及質(zhì)量提升具有重要影響。要求采用統(tǒng)一規(guī)劃與布置方式設(shè)計(jì)蒸汽管道系統(tǒng)中的相關(guān)數(shù)值與項(xiàng)目，并結(jié)合實(shí)際蒸汽管道運(yùn)輸中的實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，結(jié)合配管設(shè)計(jì)工藝選擇相對(duì)應(yīng)的輸送壓力以及輸送管徑。使得配管設(shè)計(jì)與工藝裝置兩者之間達(dá)到充分的統(tǒng)一。

1 化工工藝設(shè)計(jì)中的常見(jiàn)設(shè)計(jì)點(diǎn)

1.1 異徑管設(shè)計(jì)

異徑管對(duì)配管設(shè)計(jì)具有重要影響，要求優(yōu)化對(duì)其的設(shè)計(jì)，同心異徑管與偏心異徑管共同構(gòu)成了通常異徑管，在選擇異徑管過(guò)程中要求結(jié)合裝置蒸汽設(shè)計(jì)的實(shí)際配管需求，選擇最佳的形式，可以結(jié)合管廊上配管設(shè)計(jì)資料進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)與選擇。底平的偏心異徑管在設(shè)計(jì)中較為常見(jiàn)，若采用同心異徑管則增加了工程施工的后期難度，在使用過(guò)程中容易出現(xiàn)蒸汽管廊上管道系統(tǒng)不流暢的現(xiàn)象[1]。

1.2 彎頭設(shè)計(jì)

配管連接的重要紐帶即彎頭，在設(shè)計(jì)過(guò)程中容易出現(xiàn)一些問(wèn)題，例如配管連接不上。因此在配管連接過(guò)程中要求積極采取多種有效措施，結(jié)合結(jié)合實(shí)際情況改進(jìn)設(shè)計(jì)圖紙，或者增加彎頭等，進(jìn)行有效的配管連接。但是在具體的設(shè)計(jì)過(guò)程中容易出現(xiàn)只是簡(jiǎn)單添加彎頭而設(shè)計(jì)不精細(xì)的現(xiàn)象，由此導(dǎo)致彎頭運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)較大的運(yùn)行阻力，可能造成焊縫或者泄漏點(diǎn)現(xiàn)象，導(dǎo)致產(chǎn)生一定的風(fēng)險(xiǎn)[2]。

1.3 閥門設(shè)計(jì)

配管設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)之一即是閥門設(shè)計(jì)，不同的閥門類型在用途上具有很大的差異，為了確保使用過(guò)程中安全性，要求選擇最為適宜的閥門類型。在輸送介質(zhì)不同的情況下，應(yīng)當(dāng)選擇相對(duì)應(yīng)的操作方式與管材等級(jí)[3]。

2 化工工藝裝置蒸汽管道配管設(shè)計(jì)研究

2.1 布置蒸汽管道

由于外界溫度以及管內(nèi)自身壓力以及蒸汽溫度等因素的影響，蒸汽管道運(yùn)行時(shí)期其內(nèi)部可能出現(xiàn)巨大的熱膨脹量，而在運(yùn)行管道中難以充分釋放的情況下，可能在很大程度上影響支架、管道、相關(guān)管線設(shè)備等。傳統(tǒng)蒸汽管道在設(shè)計(jì)過(guò)程中一般采用波紋管阻止以及管道自然補(bǔ)償?shù)姆绞轿諌毫M(jìn)行，以此處理管道運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的熱脹冷縮現(xiàn)象。在1 000kt/a乙烯裝置運(yùn)行過(guò)程中主要采用了以下的設(shè)計(jì)方式[4]，蒸汽管線相關(guān)布置情況見(jiàn)表1。

表1 化工工藝裝置蒸汽管線相關(guān)布置情況

1000kt/a乙烯裝置為了滿足多種運(yùn)行需要，設(shè)計(jì)了四種壓力等級(jí)的蒸汽。首先是0.6MPa、0.4MPa較低等級(jí)的蒸汽壓力，設(shè)計(jì)了DN15mm～DN800mm蒸汽管道管徑，運(yùn)行過(guò)程中具有200～545℃運(yùn)行溫度范圍值。其次為1MPa、1.6MPa、2MPa中壓蒸汽壓力，第三是高壓蒸汽壓力，最后為大于等于13MPa超高壓蒸汽壓力。

為了確保超高亞蒸汽管道的順利運(yùn)轉(zhuǎn)，以50m為間隔在系統(tǒng)中設(shè)置了“Π”型補(bǔ)償器，低壓蒸汽管道、中壓蒸汽、高壓蒸汽管道運(yùn)行中也設(shè)置了這樣一個(gè)“Π”型補(bǔ)償器，間隔距離分別為100m、100m、80m（見(jiàn)表2）。

表2 蒸汽管道疏水管徑設(shè)計(jì)情況

2.2 設(shè)計(jì)排液設(shè)施

為了保證蒸汽管道的良好正常運(yùn)行，要求在系統(tǒng)中建立排液設(shè)施。例如1 000kt/a乙烯裝置中一般主要是過(guò)熱蒸汽，根據(jù)裝置運(yùn)行過(guò)程中管線情況以及蒸汽的自身特征，可以不再單獨(dú)設(shè)立排液設(shè)置[5]。

13MPa超高壓蒸汽運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的凝液較少，可以忽略不計(jì)。可以直接通過(guò)低點(diǎn)排液設(shè)施將其排出，可以不必設(shè)置輸水設(shè)施。切斷閥、根部閥、排氣筒等共同構(gòu)成了排液設(shè)施。

0.4 MPa低壓蒸汽、1.6MPa中壓蒸汽以及4MPa高壓蒸汽系統(tǒng)在一般運(yùn)行過(guò)程中凝液較少，但是在暖管以及開(kāi)車狀態(tài)下則會(huì)出現(xiàn)大量的凝液，因此應(yīng)當(dāng)結(jié)合不同的壓力等級(jí)設(shè)置相應(yīng)的疏水設(shè)施。放凈閥、疏水閥組、分液包、根部閥、止回閥是輸水設(shè)施的主要構(gòu)成部分，見(jiàn)圖1。

2.3 設(shè)計(jì)蒸汽支管

系統(tǒng)散熱器狀態(tài)是蒸汽支管檢查過(guò)程中需要考慮的重要因素之一。要求結(jié)合具體爐片使用情況以及管道運(yùn)行需求而設(shè)計(jì)相應(yīng)的蒸汽支管形式。靈活選擇最佳的散熱器安裝方式，同時(shí)還需要有效設(shè)計(jì)支管安裝坡度，以較為牢固可靠地安裝散熱器。設(shè)計(jì)過(guò)程中要求結(jié)合蒸汽管道運(yùn)行中的不同等級(jí)情況，將經(jīng)常性排水設(shè)施以及排液設(shè)施布置于蒸汽支管中的低點(diǎn)位置處。在布置過(guò)程中，安裝地址一般選擇調(diào)節(jié)閥、蒸汽支管最低點(diǎn)、減壓閥前、進(jìn)汽管切斷閥前低點(diǎn)、輸送工藝系統(tǒng)分水器低點(diǎn)、蒸汽進(jìn)汽管切斷閥前低點(diǎn)、加熱儀器位置低點(diǎn)、擴(kuò)容器底部、分配管底部等位置[6]。

圖1 高壓蒸汽總管管道結(jié)構(gòu)圖

2.4 設(shè)計(jì)蒸汽凝液管

一般在蒸汽管道的統(tǒng)一層面中設(shè)置蒸汽凝液管道，設(shè)計(jì)過(guò)程中，同樣需要為其設(shè)計(jì)并安裝“П”形補(bǔ)償器，安裝過(guò)程中要求注意避免水擊對(duì)設(shè)備的影響，在水流突然發(fā)生一定變化的情況下，給系統(tǒng)運(yùn)行帶來(lái)了一定的安全隱患，由此可以在水平方向上進(jìn)行設(shè)計(jì)。或者按照傾斜方向設(shè)計(jì)“П”形補(bǔ)償器立管，以避免系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)水錘現(xiàn)象。

系統(tǒng)運(yùn)用過(guò)程中，壓力等級(jí)不同的蒸汽具有相對(duì)應(yīng)的凝液總管，通過(guò)疏水閥之后將這些凝液通過(guò)法蘭相連接，使得輸水管閥蒸汽入口位置不會(huì)出現(xiàn)袋形現(xiàn)象。蒸汽管徑中具有一些分流支管管徑小于等于50mm，在使用過(guò)程中能夠沿著介質(zhì)輸送的方向，按照斜向上45°的方向?qū)⑵淞飨蚰夯厥展苤小Ｈ舴止苤Я餍∮?0mm，按照90°的方向?qū)⑵淞飨蚰夯厥展苤小Ｄ夯厥湛傞y在設(shè)計(jì)止回閥過(guò)程中一般采用水平方向。

圖2 “П”形補(bǔ)償器在水平方向上的設(shè)計(jì)情況

3 結(jié)語(yǔ)

凝液管道運(yùn)行過(guò)程中存在著汽液兩相流的特征，運(yùn)輸過(guò)程中具有較高的溫度，因此要求優(yōu)化對(duì)管道的設(shè)計(jì)，配管設(shè)計(jì)要求能夠滿足系統(tǒng)運(yùn)用過(guò)程中各個(gè)應(yīng)力支點(diǎn)操作的允許范圍，按照管架結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)設(shè)計(jì)，促進(jìn)配管的安全正常運(yùn)行，提升系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。