探究石油化工工藝裝置蒸汽管道配管的設(shè)計(jì)

本文格式為Word版，下載可任意編輯——探究石油化工工藝裝置蒸汽管道配管的設(shè)計(jì)蒸汽管道配管作為重要的石油化工工程中重要的工藝設(shè)計(jì)之一，被分成不同的用途和不同的壓力水平。本文重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)以蒸汽管排水設(shè)施的設(shè)置和布局研究，總結(jié)了幾個(gè)裝置的壓力水平和蒸汽管道配管的布置要求與設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

蒸汽管道排液疏水設(shè)施蒸汽凝液管道

我國(guó)的石油化工產(chǎn)業(yè)在高速的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有著長(zhǎng)足的進(jìn)步，而蒸汽管道（包括蒸汽管道和蒸汽凝液管道等）則是石油化工裝置中的重要公用工程管道，作為石油化工工藝裝置中的重要部分，保證它的優(yōu)良特性就顯得尤為重要。譬如，在設(shè)計(jì)蒸汽管道和蒸汽凝液管道配管時(shí)，要同時(shí)考慮它的經(jīng)濟(jì)合理性、整齊美觀性，還要滿足蒸汽管道的應(yīng)力計(jì)算要求與蒸汽管架的設(shè)計(jì)要求。在解決了這些問(wèn)題后，就能保證管道的經(jīng)濟(jì)實(shí)用和安全可靠。

1關(guān)于管廊上蒸汽管道的布置

在這里本文以分析我公司設(shè)計(jì)的寧波化學(xué)工業(yè)園區(qū)寧波中金的芳烴裝置和寧波禾元的30萬(wàn)噸聚丙烯/50萬(wàn)噸乙二醇裝置中的動(dòng)力站管廊設(shè)計(jì)為例，充分探討蒸汽管道管的布局。根據(jù)管道的設(shè)計(jì)要求，管架布局的過(guò)程中物料管道一般分為兩層，蒸汽管屬于公用工程管道。

根據(jù)芳烴裝置中溫中壓和聚丙烯/乙二醇裝置高溫高壓的特點(diǎn)，這些蒸汽管道的壓力等級(jí)布局有以下幾點(diǎn)原則。

第一，蒸汽管道最好布置在管廊一側(cè)，目的是便利集中設(shè)置“π〞形補(bǔ)償器（設(shè)置“π〞形的原因是蒸汽管道屬于高溫型管道，以便于熱膨脹補(bǔ)償）。另外，由于波紋管膨脹節(jié)價(jià)格昂揚(yáng)又不經(jīng)久耐用，蒸汽管道上阻止用波紋管膨脹節(jié)來(lái)吸收管道的熱膨脹。尋常，管廊上蒸汽管道的“π〞形補(bǔ)償器位置設(shè)計(jì)考慮如下：高壓蒸汽（9.8MPa）管道應(yīng)當(dāng)每隔約50m設(shè)置一個(gè)；中壓蒸汽（4.0MPa）管道應(yīng)當(dāng)每隔約80m設(shè)置一個(gè)；低壓蒸汽（1.6MPa）或者低低壓蒸汽（0.4MPa）管道應(yīng)當(dāng)每隔約100m設(shè)置一個(gè)。當(dāng)然，具體項(xiàng)目的用汽量不同，導(dǎo)致蒸汽管道管徑有所變化，最終根據(jù)應(yīng)力計(jì)算才能確鑿確定，以上數(shù)據(jù)可以作為初期布置的參考。“π〞形補(bǔ)償器應(yīng)當(dāng)盡量統(tǒng)一和集中設(shè)置安排，管徑較大、溫度較高需要較大補(bǔ)償量的管道宜設(shè)置在外，而管徑較小，溫度相對(duì)而言較低的管道則設(shè)置在內(nèi)。

在兩固定點(diǎn)的中部設(shè)置“π〞形補(bǔ)償器是最正確的，假使不能滿足此條件，它與固定點(diǎn)的間距應(yīng)當(dāng)盡可能的小，一般不能超過(guò)兩個(gè)固定點(diǎn)間距的三分之一；另外，應(yīng)當(dāng)在“π〞形補(bǔ)償器的兩邊設(shè)置與“π〞形補(bǔ)償器的距離相適應(yīng)的管道應(yīng)力導(dǎo)向架。補(bǔ)償器固定點(diǎn)的推力也應(yīng)當(dāng)根據(jù)管道應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果決定。在計(jì)算蒸汽管道支架的推力和應(yīng)力時(shí)，蒸汽管道不應(yīng)當(dāng)將固定點(diǎn)分成幾個(gè)管系進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，而是作為一個(gè)統(tǒng)一的、完整的管系進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算。

其次，芳烴裝置和聚丙烯/乙二醇裝置中管廊設(shè)置多層，在其上層布置蒸汽管道，譬如其次層。若無(wú)法滿足此條件，即當(dāng)它布置在管廊的下層時(shí)，那么，要盡量布置在管廊的外側(cè)。但是需要注意的是，它不能和液態(tài)烴管道或低溫管道鄰近，其保溫后的最小距離要高于50cm，否則要用其它的公用工程管道作為隔層。此處注明，可以同層布置在管廊上層的公用工程裝置是裝置空氣、儀表空氣、氮?dú)獾?。同層布置的其它公用工程管道與蒸汽管道的最小凈距不僅要滿足大于50cm，還必需考慮蒸汽管的其它影響，如管道的橫向熱位移等。能與蒸汽管道同層布置的還有電氣、儀表、電纜槽板等。當(dāng)然，它們也可以布置在蒸汽管道上面，譬如第三層。綜上所述，當(dāng)它們和蒸汽管道布置在同一層時(shí)，最小凈距需要大于20cm，較低于前面所述的幾種裝置，或者，也可以用其它公用工程管道作為隔層將它們隔開(kāi)。

2關(guān)于蒸汽管道排液設(shè)施的設(shè)置

芳烴裝置和聚丙烯/乙二醇裝置需求的不同壓力等級(jí)蒸汽尋常都是過(guò)熱蒸汽，因此并不需要設(shè)置相關(guān)設(shè)施來(lái)排除液體物質(zhì)。但當(dāng)我們?cè)陂_(kāi)車(chē)或者在暖管階段蒸汽管道內(nèi)會(huì)有大量凝液產(chǎn)生，所以在管廊上蒸汽管道的低點(diǎn)，需要有相關(guān)排液設(shè)施。不同壓力等級(jí)的蒸汽管道，在低點(diǎn)排液設(shè)施的設(shè)置上有大量的差異。另外，由于在一般狀況下高壓蒸汽管不產(chǎn)生液體，所以其相應(yīng)規(guī)格管線的低點(diǎn)應(yīng)設(shè)置疏水性設(shè)施，在車(chē)上超高壓力蒸汽管冷凝水一般都是通過(guò)管道直接排出。其低漏設(shè)施和超高壓蒸汽管道低點(diǎn)排水設(shè)施主要包括剛閥（其位置靠近主管并能夠操作的地方）、開(kāi)閉閥（其在地面上的位置靠近排氣缸）、以及排氣管。然后就是中壓蒸汽（4.0MPa）、低壓蒸汽（1.6MPa）和低低壓蒸汽（0.4MPa）的管道，在正常狀況下，它們也很少產(chǎn)生冷凝液，但是與超高壓蒸汽管是不同的，它們將產(chǎn)生特定的驅(qū)動(dòng)或加熱管階段縮合物，由于相應(yīng)的壓力水平和冷凝液管線在同一時(shí)間的功能一致，所以它們的管道低點(diǎn)設(shè)置往往是疏水性的設(shè)施。而疏水設(shè)施又是由分液包，設(shè)置在分液包下并且可以操作到的位置的放凈閥，設(shè)置在靠近分液包且能夠操作到的位置的根部閥、和包括了檢查閥、后切斷閥、排污閥、前切斷閥、疏水閥等閥的疏水閥組以及止回閥組成。

尋常疏水設(shè)施或排水設(shè)施需要設(shè)置的管道蒸汽管在道外的門(mén)廊，蒸汽管道切斷閥上游的設(shè)備新管和蒸汽管道減壓閥的主要功能是調(diào)理這些設(shè)施應(yīng)設(shè)置的閥門(mén)。此外，各種蒸汽管的排水規(guī)格、標(biāo)簽規(guī)格都與高壓（9.8MPa）的蒸汽管排水管不同，而且其管道直徑應(yīng)當(dāng)是稍微小一些的，一般狀況下是小于150mm。

3蒸汽支管的設(shè)計(jì)

蒸汽支管應(yīng)當(dāng)從主管的頂部接出來(lái)，每當(dāng)工藝要求支管上設(shè)置切斷閥的時(shí)候，將切斷閥布置在靠近主管的水平管段之上。考慮到操作便利，應(yīng)布置得當(dāng)?shù)那袛嚅y。蒸汽支管從用汽要求很?chē)?yán)格的蒸汽管道上接出是不允許的，例如滅火、消防和吹掃等用途的蒸汽支管不能從蒸汽透平、再沸器之類(lèi)重要用途的蒸汽管道上引出來(lái)。同樣的，在蒸汽管道的“π〞形補(bǔ)償器里，也是不得引出支管的。在支管從靠近“π〞形補(bǔ)償器兩側(cè)的直管上引出時(shí)，主管的位移不應(yīng)當(dāng)受到支管的阻礙。同時(shí)需要注意支管承受過(guò)大應(yīng)力，由于主管熱脹而產(chǎn)生的支管引出點(diǎn)產(chǎn)生位移。

一般來(lái)說(shuō)，蒸汽分支管應(yīng)當(dāng)使用兩個(gè)閥塊（切斷閥或者單向閥）。然而從以上的信息可知主蒸汽管道或支管在連接的過(guò)程必需與設(shè)備或工藝管道相連，而且還需要設(shè)立三個(gè)閥門(mén)在蒸汽管的頂部，而且兩個(gè)切口之間的閥或者常開(kāi)單向閥應(yīng)小于20毫米，這樣可以有效的防止發(fā)現(xiàn)泄漏狀況。不同壓力等級(jí)的蒸汽管道設(shè)置排水設(shè)施或經(jīng)常疏水性設(shè)施設(shè)置的要求必需滿足國(guó)家的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)置在較低的蒸汽管排水設(shè)施或疏水性的設(shè)施要滿足以下6點(diǎn)要求：

（1）蒸汽分支管的最低點(diǎn)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；

（2）蒸汽支管減壓閥之前的調(diào)理閥要合格；

（3）蒸汽水分開(kāi)器和蒸汽加熱設(shè)備合格；

（4）設(shè)備進(jìn)汽管切斷閥前的最低點(diǎn)滿足要求；

（5）蒸汽渦輪機(jī)、蒸汽泵和蒸汽進(jìn)汽管的熱交換器入口切斷閥前的最低點(diǎn)合格；

（6）蒸汽分派管和閃蒸罐的底部滿足要求。

當(dāng)蒸汽分支管的硬件達(dá)到要求時(shí)，根據(jù)車(chē)子的需要，以及排液管內(nèi)的冷凝液，需要設(shè)置冷凝水放凈閥，然而在設(shè)置超高壓力蒸汽冷凝液放凈閥時(shí)，需要設(shè)置雙閥蒸汽冷凝管和單閥放凈閥。

4蒸汽凝液管道的布置

蒸汽冷凝液管線的管門(mén)廊一般布置在同一層中，一般采用“π〞形補(bǔ)償器，位于冷凝水配管中，為了防止水錘，可以設(shè)計(jì)成“π〞形水平方向的補(bǔ)償器，或傾斜部分中的“π〞形的補(bǔ)償器設(shè)計(jì)成立管。

自不同壓力的蒸汽疏水閥出來(lái)的凝液應(yīng)當(dāng)分別接至各自的凝液回收總管之中。其中，公稱(chēng)直徑等于或大于50mm的支管應(yīng)順介質(zhì)流向45°斜接在凝液回收總管的頂部；而公稱(chēng)直徑小于50mm的支管可90°直接在凝液回收總管的頂部。宜選用法蘭連接設(shè)置凝液回收系統(tǒng)用的疏水閥，應(yīng)注意疏水閥入口管道不能有袋形。在凝液回收總管高于疏水閥的時(shí)候，除了熱動(dòng)力式疏水閥之外，最好在疏水閥后采取止回閥設(shè)置。并且止回閥宜設(shè)置在靠近凝液主管的水平管道之上。考慮管道吹掃拆卸止回閥需要，適合選用法蘭連接的止回閥設(shè)備。

5蒸汽管道排液設(shè)施的設(shè)置

當(dāng)不同等級(jí)壓力的蒸汽為過(guò)熱蒸汽的時(shí)候，理論上說(shuō)，不必設(shè)置專(zhuān)門(mén)的排液措施。但是蒸汽管道在處于暖管階段會(huì)產(chǎn)生大量的凝液，這種狀況也會(huì)在開(kāi)車(chē)的過(guò)程中出現(xiàn)，這里應(yīng)當(dāng)設(shè)置專(zhuān)門(mén)排液的設(shè)施。蒸汽具有不同的壓力等級(jí)是另外的一個(gè)原因，這會(huì)導(dǎo)致其具有不同排液設(shè)施設(shè)置。在一般狀況下，凝液不會(huì)在超高壓管道內(nèi)形成，所以超高壓蒸汽管道內(nèi)也不存在對(duì)應(yīng)規(guī)格的凝液管道，所以在進(jìn)行生產(chǎn)的過(guò)程中，尋常不設(shè)置疏水設(shè)施。同時(shí)，由于超高壓蒸汽管道其自身特點(diǎn)，例如管壁厚、壓力大和開(kāi)孔不易等等原因，也不用設(shè)置分液包。對(duì)高壓、中壓和低壓蒸汽管道方面，盡管在正常狀況下凝液不會(huì)產(chǎn)生，但在蒸汽管道處于暖管階段或者開(kāi)車(chē)階段時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量凝液，由此看來(lái)，這種蒸汽管道設(shè)置經(jīng)常疏水設(shè)施是必需的。經(jīng)常疏水設(shè)施包括放凈閥、分液包等設(shè)施。另外，蒸汽管道排液設(shè)施設(shè)置的一般要求如下：

在蒸汽主管的末端應(yīng)設(shè)置分液包，且在水平敷設(shè)的蒸汽主管上分液包的間隔是：

（1）在裝置的內(nèi)部，保證飽和蒸汽為80m以及過(guò)熱蒸汽為160m；則兩個(gè)數(shù)值為最正確狀態(tài)。

（2）在裝置的外部，順坡的狀況下為300m，逆坡的狀況下為200m。

飽和蒸汽進(jìn)入設(shè)備應(yīng)設(shè)置附近設(shè)備的邊界蒸汽疏水閥，且在位于下部的陷阱中往往采取一系列的疏水性措施；在過(guò)熱蒸汽裝置上，一般不設(shè)置水分開(kāi)器。

蒸汽排氣管應(yīng)當(dāng)開(kāi)啟一個(gè)φ6mm的排水孔在凝液管的下端附近，然后使用DN15管到排水溝，將漏斗安裝在正確的位置，假使在排氣管上裝消聲器，消音器的底部應(yīng)位于DN15排水管上，排氣管也應(yīng)當(dāng)設(shè)置為導(dǎo)向，承載支架。

6蒸汽管道設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意的要點(diǎn)

管道的直徑需要合理的選擇。優(yōu)先選擇的直徑要滿足上述的蒸汽管的需求。當(dāng)直徑過(guò)大時(shí)，會(huì)增加資金的投入量，增加熱量的損失，同時(shí)也增加了冷凝水。當(dāng)直徑過(guò)小，會(huì)導(dǎo)致蒸汽流速偏大，從而增加了蒸汽壓降，最終供汽端壓力不足。最終，當(dāng)發(fā)生水錘和侵蝕時(shí)，要選擇安裝管的直徑不能過(guò)大或過(guò)小。根據(jù)應(yīng)力要求安排管道，必需滿足應(yīng)力計(jì)算的嚴(yán)格要求。“π〞形管補(bǔ)償器的設(shè)定和推力補(bǔ)償器的固定點(diǎn)應(yīng)符合要求，將設(shè)備連接到蒸汽管道集箱的壓力，這樣的操作可以提高設(shè)計(jì)工作的效率，避免水錘現(xiàn)象。安裝裝置或閥門(mén)時(shí)，管道會(huì)產(chǎn)生一定的振動(dòng)和噪聲，這就是所謂的水錘。為了避免水錘現(xiàn)象要注意管道疏水性的系統(tǒng)設(shè)置。

此外，連接分支管要采用主通道的頂部蒸汽。管道不能使用太多的支管。避免發(fā)生部分管道下沉，管道設(shè)置必需是合理的。以便改善化工廠蒸汽管的設(shè)計(jì)，避免水錘現(xiàn)象的發(fā)生，提高產(chǎn)品生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。

7結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，中國(guó)的石化產(chǎn)業(yè)也取得了很大的進(jìn)步。石化工藝的蒸汽管道，是重要的石化廠公用工程管道，且隨著規(guī)模的不斷擴(kuò)大，蒸汽管道的管徑大大變大，不僅管廊的相鄰兩層的高差也比以前常規(guī)的要高，甚至高達(dá)3m以及以上。同時(shí)，管道的選擇，甚至超出了常規(guī)選用的典型管道，對(duì)應(yīng)力計(jì)算帶來(lái)新的挑戰(zhàn)，需要更新數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)于蒸汽管道和蒸