劉堯祥

【概述】蒸汽管道配管作為重要的石油化工工程中重要的工藝設計之一，被分成不同的用途和不同的壓力水平。本文重點強調(diào)以蒸汽管排水設施的設置和布局研究，總結(jié)了幾個裝置的壓力水平和蒸汽管道配管的布置要求與設計特點。

【關鍵詞】蒸汽管道 排液 疏水設施 蒸汽凝液管道

我國的石油化工產(chǎn)業(yè)在高速的社會經(jīng)濟發(fā)展中有著長足的進步，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。比如，在設計蒸汽管道和蒸汽凝液管道配管時，要同時考慮它的經(jīng)濟合理性、整齊美觀性，還要滿足蒸汽管道的應力計算要求與蒸汽管架的設計要求。在解決了這些問題后，就能保證管道的經(jīng)濟實用和安全可靠。

1 關于管廊上蒸汽管道的布置

在這里本文以分析我公司設計的寧波化學工業(yè)園區(qū)寧波中金的芳烴裝置和寧波禾元的30萬噸聚丙烯/50 萬噸乙二醇裝置中的動力站管廊設計為例，充分討論蒸汽管道管的布局。根據(jù)管道的設計要求，管架布局的過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，這些蒸汽管道的壓力等級布局有以下幾點原則。

第一，蒸汽管道最好布置在管廊一側(cè)，目的是方便集中設置“π”形補償器（設置“π”形的原因是蒸汽管道屬于高溫型管道，以便于熱膨脹補償）。另外，由于波紋管膨脹節(jié)價格高昂又不經(jīng)久耐用，蒸汽管道上禁止用波紋管膨脹節(jié)來吸收管道的熱膨脹。通常，管廊上蒸汽管道的“π”形補償器位置設計考慮如下：高壓蒸汽（9.8MPa）管道應該每隔約50m設置一個；中壓蒸汽（4.0 MPa）管道應該每隔約80m設置一個；低壓蒸汽（1.6 MPa）或者低低壓蒸汽（0.4 MPa）管道應該每隔約100m設置一個。當然，具體項目的用汽量不同，導致蒸汽管道管徑有所變化，最終根據(jù)應力計算才能準確確定，以上數(shù)據(jù)可以作為初期布置的參考?！唉小毙窝a償器應該盡量統(tǒng)一和集中設置安排，管徑較大、溫度較高需要較大補償量的管道宜設置在外，而管徑較小，溫度相對而言較低的管道則設置在內(nèi)。

在兩固定點的中部設置“π”形補償器是最佳的，如果不能滿足此條件，它與固定點的間距應該盡可能的小，一般不能超過兩個固定點間距的三分之一；另外，應該在“π”形補償器的兩邊設置與“π”形補償器的距離相適應的管道應力導向架。補償器固定點的推力也應該根據(jù)管道應力的計算結(jié)果決定。在計算蒸汽管道支架的推力和應力時，蒸汽管道不應該將固定點分成幾個管系進行應力計算，而是作為一個統(tǒng)一的、完整的管系進行應力計算。

第二，芳烴裝置和聚丙烯/乙二醇裝置中管廊設置多層，在其上層布置蒸汽管道，比如第二層。若無法滿足此條件，即當它布置在管廊的下層時，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)烴管道或低溫管道臨近，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、氮氣等。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，還必須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。當然，它們也可以布置在蒸汽管道上面，比如第三層。綜上所述，當它們和蒸汽管道布置在同一層時，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。

2 關于蒸汽管道排液設施的設置

芳烴裝置和聚丙烯/乙二醇裝置需求的不同壓力等級蒸汽通常都是過熱蒸汽，因此并不需要設置相關設施來排除液體物質(zhì)。但當我們在開車或者在暖管階段蒸汽管道內(nèi)會有大量凝液產(chǎn)生，所以在管廊上蒸汽管道的低點，需要有相關排液設施。不同壓力等級的蒸汽管道，在低點排液設施的設置上有許多的差異。另外，由于在一般情況下高壓蒸汽管不產(chǎn)生液體，所以其相應規(guī)格管線的低點應設置疏水性設施，在車上超高壓力蒸汽管冷凝水一般都是通過管道直接排出。其低漏設施和超高壓蒸汽管道低點排水設施主要包括剛閥（其位置靠近主管并能夠操作的地方）、開閉閥（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（4.0 MPa）、低壓蒸汽（1.6 MPa）和低低壓蒸汽（0.4 MPa）的管道，在正常情況下，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)動或加熱管階段縮合物，由于相應的壓力水平和冷凝液管線在同一時間的功能相同，所以它們的管道低點設置往往是疏水性的設施。而疏水設施又是由分液包，設置在分液包下并且可以操作到的位置的放凈閥，設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。

通常疏水設施或排水設施需要設置的管道蒸汽管在道外的門廊，蒸汽管道切斷閥上游的設備新管和蒸汽管道減壓閥的主要功能是調(diào)節(jié)這些設施應設置的閥門。此外，各種蒸汽管的排水規(guī)格、標簽規(guī)格都與高壓（9.8MPa）的蒸汽管排水管不同，而且其管道直徑應該是稍微小一些的，一般情況下是小于150mm。

3 蒸汽支管的設計

蒸汽支管應該從主管的頂部接出來，每當工藝要求支管上設置切斷閥的時候，將切斷閥布置在靠近主管的水平管段之上。考慮到操作方便，應布置得當?shù)那袛嚅y。蒸汽支管從用汽要求很嚴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、再沸器之類重要用途的蒸汽管道上引出來。同樣的，在蒸汽管道的“π”形補償器里，也是不得引出支管的。在支管從靠近“π”形補償器兩側(cè)的直管上引出時，主管的位移不應當受到支管的妨礙。同時需要注意支管承受過大應力，因為主管熱脹而產(chǎn)生的支管引出點產(chǎn)生位移。

一般來說，蒸汽分支管應該使用兩個閥塊（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程必需與設備或工藝管道相連，而且還需要設立三個閥門在蒸汽管的頂部，而且兩個切口之間的閥或者常開單向閥應小于20毫米，這樣可以有效的防止發(fā)現(xiàn)泄漏情況。不同壓力等級的蒸汽管道設置排水設施或經(jīng)常疏水性設施設置的要求必需滿足國家的相關標準，設置在較低的蒸汽管排水設施或疏水性的設施要滿足以下6點要求：

（1）蒸汽分支管的最低點滿足國家標準；

（2）蒸汽支管減壓閥之前的調(diào)節(jié)閥要合格；

（3）蒸汽水分離器和蒸汽加熱設備合格；

（4）設備進汽管切斷閥前的最低點滿足要求；

（5） 蒸汽渦輪機、蒸汽泵和蒸汽進汽管的熱交換器入口切斷閥前的最低點合格；

（6）蒸汽分配管和閃蒸罐的底部滿足要求。

當蒸汽分支管的硬件達到要求時，根據(jù)車子的需要，以及排液管內(nèi)的冷凝液，需要設置冷凝水放凈閥，然而在設置超高壓力蒸汽冷凝液放凈閥時，需要設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廊一般布置在同一層中，一般采用“π”形補償器，位于冷凝水配管中，為了防止水錘，可以設計成“π”形水平方向的補償器，或傾斜部分中的“π”形的補償器設計成立管。

自不同壓力的蒸汽疏水閥出來的凝液應該分別接至各自的凝液回收總管之中。其中，公稱直徑等于或大于50 mm的支管應順介質(zhì)流向45°斜接在凝液回收總管的頂部；而公稱直徑小于50 mm的支管可90°直接在凝液回收總管的頂部。宜選用法蘭連接設置凝液回收系統(tǒng)用的疏水閥，應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候，除了熱動力式疏水閥之外，最好在疏水閥后采取止回閥設置。并且止回閥宜設置在靠近凝液主管的水平管道之上?？紤]管道吹掃拆卸止回閥需要，適宜選用法蘭連接的止回閥設備。

5 蒸汽管道排液設施的設置

當不同等級壓力的蒸汽為過熱蒸汽的時候，理論上說，不必設置專門的排液措施。但是蒸汽管道在處于暖管階段會產(chǎn)生大量的凝液，這種情況也會在開車的過程中出現(xiàn)，這里應該設置專門排液的設施。蒸汽具有不同的壓力等級是另外的一個原因，這會導致其具有不同排液設施設置。在一般情況下，凝液不會在超高壓管道內(nèi)形成，所以超高壓蒸汽管道內(nèi)也不存在對應規(guī)格的凝液管道，所以在進行生產(chǎn)的過程中，通常不設置疏水設施。同時，由于超高壓蒸汽管道其自身特點，例如管壁厚、壓力大和開孔不易等等原因，也不用設置分液包。對高壓、中壓和低壓蒸汽管道方面，盡管在正常情況下凝液不會產(chǎn)生，但在蒸汽管道處于暖管階段或者開車階段時會產(chǎn)生大量凝液，由此看來，這種蒸汽管道設置經(jīng)常疏水設施是必需的。經(jīng)常疏水設施包括放凈閥、分液包等設施。另外，蒸汽管道排液設施設置的一般要求如下：

在蒸汽主管的末端應設置分液包，且在水平敷設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以及過熱蒸汽為160m；則兩個數(shù)值為最佳狀態(tài)。

（2）在裝置的外部，順坡的情況下為300m，逆坡的情況下為200m。

飽和蒸汽進入設備應設置附近設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；在過熱蒸汽裝置上，一般不設置水分離器。

蒸汽排氣管應該打開一個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，如果在排氣管上裝消聲器，消音器的底部應位于DN15排水管上，排氣管也應該設置為導向，承載支架。

6 蒸汽管道設計時應該注意的要點

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。當直徑過大時，會增加資金的投入量，增加熱量的損失，同時也增加了冷凝水。當直徑過小，會導致蒸汽流速偏大，從而增加了蒸汽壓降，最終供汽端壓力不足。最后，當發(fā)生水錘和侵蝕時，要選擇安裝管的直徑不能過大或過小。根據(jù)應力要求安排管道，必須滿足應力計算的嚴格要求。 “π”形管補償器的設定和推力補償器的固定點應符合要求，將設備連接到蒸汽管道集箱的壓力，這樣的操作可以提高設計工作的效率，避免水錘現(xiàn)象。安裝裝置或閥門時，管道會產(chǎn)生一定的振動和噪聲，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，管道設置必須是合理的。以便改善化工廠蒸汽管的設計，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

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，中國的石化產(chǎn)業(yè)也取得了很大的進步。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3m以及以上。同時，管道的選擇，甚至超出了常規(guī)選用的典型管道，對應力計算帶來新的挑戰(zhàn)，需要更新數(shù)據(jù)庫。對于蒸汽管道和蒸汽冷凝液管道而言，蒸汽管具有較高的溫度和氣液流動特性，在石油化工工藝裝置中，蒸汽管道和蒸汽冷凝水管道的安排不僅要考慮經(jīng)濟和整潔的外觀，同時也要滿足蒸汽管道的應力計算要求。只有充分考慮到這些因素，才能確保蒸汽管管道設計滿足工藝生產(chǎn)的要求。

化工裝置中蒸汽管道的設置是有很多嚴格的要求的，另外還要注意很多細節(jié)上的問題。這樣才能夠保證設計科學合理，較低采購和安裝成本，盡量降低安裝難度，更好的提高蒸汽管道的工作效率，增加蒸汽管道的安全性，使蒸汽管道正常的發(fā)揮作用。

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