1 引言

石油化工工藝裝置以石油為原材料，通過一系列化學(xué)反應(yīng)，制成化工產(chǎn)品。蒸汽管道是石油化工裝置中的重要公用工程管道，包括蒸汽管道和蒸汽凝液管道等。由于蒸汽管道具有高溫和氣液兩相流等特點(diǎn)，因此，在對其進(jìn)行配管設(shè)計(jì)時，不但要考慮經(jīng)濟(jì)合理性與整齊美觀性，而且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。只有充分考慮到這些因素，才能保證蒸汽管道既經(jīng)濟(jì)實(shí)用、又安全可靠。

2 管廊上蒸汽管道的設(shè)計(jì)

蒸汽管道分為四種形式，分別是0.4MPa的低低壓蒸汽管道、1.6MPa的低壓蒸汽管道、4MPa的中壓蒸汽管道和13MPa的高壓蒸汽管道。根據(jù)目前我國的管廊配管設(shè)計(jì)規(guī)定，管廊的一層和二層要布置工藝物料的管道，三層布置公用工程管道，四層則要布置火炬管道以及電氣和儀表電纜槽板。石油化工工藝裝置中的蒸汽管道是公用工程管道，一般要設(shè)置在管廊的第三層。針對不同壓力等級的蒸汽管道，也應(yīng)采取不同的蒸汽管道布置方式。一般需要注意以下幾點(diǎn)：

第一，蒸汽管道最好布置在管廊一側(cè)，方便集中設(shè)置“π”形補(bǔ)償器，如圖2-1所示。由于蒸汽管道屬于高溫型管道，因此需要設(shè)置“π”形補(bǔ)償器用于熱膨脹補(bǔ)償。需特別注意的是，波紋管膨脹節(jié)價格高昂又不經(jīng)久耐用，因此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(bǔ)償器位置設(shè)計(jì)考慮如下：高壓蒸汽（13MPa）管道應(yīng)該每隔約50m設(shè)置一個；中壓蒸汽（4.0MPa）管道應(yīng)該每隔約80m設(shè)置一個；低壓蒸汽（1.6MPa）或者低低壓蒸汽（0.4MPa）管道應(yīng)該每隔約100m設(shè)置一個^[1]。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)算才能準(zhǔn)確確定，以上數(shù)據(jù)可以作為初期布置的參考?！?/span>π”形補(bǔ)償器應(yīng)該盡量統(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、溫度相對而言較低的管道則設(shè)置在內(nèi)。

圖2-1 “π”形補(bǔ)償器的設(shè)置

在兩固定點(diǎn)的中部設(shè)置“π”形補(bǔ)償器是最佳的，如果不能滿足此條件，它與固定點(diǎn)的間距應(yīng)該盡可能的小，一般不能超過兩個固定點(diǎn)間距的三分之一；另外，應(yīng)該在“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)該根據(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，蒸汽管道不應(yīng)該將固定點(diǎn)分成幾個管系進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，而是作為一個統(tǒng)一的、完整的管系進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算。

第二，在需要裝設(shè)多層管廊時，蒸汽管道應(yīng)當(dāng)設(shè)置在上層，比如第三層，如圖2-2所示。若蒸汽管道只能布置在下層時，就要設(shè)置在管廊的外側(cè)，需要注意的不能與液態(tài)烴管道、低溫管道等相鄰，保溫后的最小距離也應(yīng)保持在500mm以上，或者將其隔開^[2]。當(dāng)蒸汽管道與公用工程管道必須布置在同一層時，保溫后的最小距離不但要滿足大于500mm的要求，同時還要考慮到蒸汽管道橫向熱位移的作用。電氣和儀表電纜槽板可以布置在蒸汽管道的同層或上層（比如第四層）。若選擇同層布置，則保溫后的最小距離應(yīng)當(dāng)大于200mm，或用公用工程管道將其隔開；若選擇布置在蒸汽管道上層，則保溫后的最小距離應(yīng)大于500mm。

圖2-2 蒸汽管道的布置

3 蒸汽管道排液設(shè)施的設(shè)計(jì)

一般而言，石油化工裝置蒸汽管道中除了高溫蒸汽外不會產(chǎn)生液體，但蒸汽管道在開車或暖管階段會產(chǎn)生大量凝液，所以在管廊上蒸汽管道的低點(diǎn)應(yīng)設(shè)置排液裝置。蒸汽凝液在管道內(nèi)流動過程中，由于壓力降低，會再次產(chǎn)生蒸汽，形成汽液混流，如果排液設(shè)施沒有及時排液，有可能會導(dǎo)致管道裂縫^[3]，因此蒸汽管道內(nèi)的排液設(shè)計(jì)十分重要。

不同壓力等級的蒸汽管道，在低點(diǎn)排液設(shè)施的設(shè)置上有許多差異。高壓蒸汽管道在正常生產(chǎn)時不會產(chǎn)生凝液，實(shí)際中也沒有相應(yīng)規(guī)格的凝液管道，因此管道低點(diǎn)不設(shè)排液裝置，對于開車或暖管階段所產(chǎn)生的凝液，可以通過管道低點(diǎn)的排液設(shè)施排出。其低漏設(shè)施和低點(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）、開閉閥（其在地面上的位置靠近排氣缸）以及排氣管。

圖3-1 蒸汽管道的排液

中壓蒸汽（4.0MPa）、低壓蒸汽（1.6MPa）以及低低壓蒸汽（0.4MPa）管道在正常情況下很少產(chǎn)生凝液，但是與高壓蒸汽管道不同的是，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(yīng)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(diǎn)往往設(shè)置疏水性的設(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。此外，各種蒸汽管的排水規(guī)格、標(biāo)簽規(guī)格都與高壓蒸汽管道的排水管不同，而且其管道直徑應(yīng)該是稍微小一些的，一般情況下是小于150mm。

除管廊上蒸汽管道低點(diǎn)應(yīng)設(shè)置排液裝置或經(jīng)常疏水設(shè)施外，蒸汽主管進(jìn)入裝置界區(qū)的切斷閥上游以及主管末端、蒸汽管道減壓閥和調(diào)節(jié)閥前也應(yīng)設(shè)排液設(shè)施或經(jīng)常疏水設(shè)施。設(shè)置分液包的間隔是：

（1）在裝置的內(nèi)部，保證飽和蒸汽為80m以及過熱蒸汽為160m；

（2）在裝置的外部，順坡的情況下為300m，逆坡的情況下為200m。

4 蒸汽支管的設(shè)計(jì)

蒸汽支管應(yīng)從主管的頂部接出，若要求在支管上設(shè)置切斷閥，則其應(yīng)設(shè)置在靠近主管的水平管段上，同時應(yīng)考慮操作的方便性。蒸汽支管絕對不能從具有滅火、消防以及吹掃等用途的蒸汽管道中接出，蒸汽管道的再沸器、“π”形補(bǔ)償器上也不得引出蒸汽支管。在支管從靠近“π”形補(bǔ)償器兩側(cè)的直管上引出時，主管的位移不應(yīng)當(dāng)受到支管的妨礙。同時需要注意避免支管承受過大應(yīng)力，或因?yàn)橹鞴軣崦浂a(chǎn)生的支管引出點(diǎn)產(chǎn)生位移^[4]。

從蒸汽主管上引出的蒸汽支管應(yīng)采用二閥組或三閥組，以便隨時發(fā)現(xiàn)是否有泄漏問題。一般而言，蒸汽支管的低點(diǎn)應(yīng)設(shè)置排液設(shè)施或經(jīng)常疏水設(shè)施，主要設(shè)置在以下位置：（1）蒸汽支管的最低點(diǎn)；（2）蒸汽支管減壓閥和調(diào)節(jié)閥之前；（3）蒸汽分水器以及蒸汽加熱設(shè)備的最低點(diǎn)；（4）經(jīng)常處于熱備用狀態(tài)的設(shè)備進(jìn)汽管切斷閥之前的最低點(diǎn)；（5）蒸汽透平機(jī)、蒸汽泵以及換熱器的蒸汽進(jìn)汽管入口切斷閥前的最低點(diǎn)。

5 蒸汽凝液管道的設(shè)計(jì)

一般情況下，管廊上的蒸汽凝液管道會與蒸汽管道布置在同一層。當(dāng)蒸汽凝液管道上設(shè)置“π”形補(bǔ)償器時，為了防止水錘的影響，可將其設(shè)計(jì)成水平方向上的“π”形補(bǔ)償器，或者將立管設(shè)計(jì)成傾斜段的“π”形補(bǔ)償器。在對蒸汽凝液管進(jìn)行設(shè)計(jì)時，從不同壓力的蒸汽疏水閥流出的凝液應(yīng)分別接到各自的凝液回收管中，千萬不能出錯。對于那些直徑大于或等于50mm的支管，應(yīng)當(dāng)順著介質(zhì)流向的45度角斜接在蒸汽凝液回收總管的頂部；對于那些直徑50mm以下的支管可90度直接接在蒸汽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(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?？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(shè)備。

6 蒸汽管道設(shè)計(jì)時應(yīng)該注意的要點(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(dāng)直徑過小，會導(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。最后，當(dāng)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(yīng)力要求安排管道，必須滿足應(yīng)力計(jì)算的嚴(yán)格要求?！?/span>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，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(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。

7 結(jié)論

石化工藝的蒸汽管道，是重要的公用工程管道，且隨著規(guī)模的不斷擴(kuò)大，蒸汽管道的管徑變大，不僅管廊相鄰兩層的高差比以前要高（甚至高達(dá)3m以上），管道的選擇有時也超出了常規(guī)選用的典型管道。這對應(yīng)力計(jì)算帶來新的挑戰(zhàn)，需要更新數(shù)據(jù)庫。蒸汽管道和蒸汽冷凝液管道具有較高的溫度和氣液流動特性，因此在石油化工工藝裝置中的安排不僅要考慮經(jīng)濟(jì)和整潔的外觀，同時也要滿足蒸汽管道的應(yīng)力計(jì)算要求。只有充分考慮到這些因素，才能確保蒸汽管道設(shè)計(jì)滿足工藝生產(chǎn)的要求。

參考文獻(xiàn)

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