淺談中壓蒸汽管道的設計要點

趙小曼 胡玉耀 （洛陽瑞澤石化工程有限公司 河南洛陽市 471003）

中壓蒸汽管道在石油化工裝置中的應用十分廣泛，設計時要非常謹慎。下面我們以某裝置中的一根中壓蒸汽管道為例對此類管道的設計做簡要說明和總結。

一、設計條件

中壓蒸汽管道，流體介質為水蒸汽，操作溫度為430℃，操作壓力為4.0MPa，該管道的設計溫度440℃，設計壓力為4.4MPa。由于該管道位于某石油化工裝置內部，輸送的流體介質設計壓力大于4.0MPa，且設計溫度大于400℃，因此該中壓蒸汽管道屬于GC1級壓力管道。

二、管件材料選擇

根據該管道的設計溫度和設計壓力，管道材料宜選擇15Cr MoG合金鋼，鋼管應采用熱軋或冷拔的方式制造的無縫鋼管。閥門宜選用阻力降較小的合金鋼閘閥，閥體材質宜選擇A217-WC6合金鋼，閥芯材料為STLT合金。法蘭宜選擇環連接面（RJ）對焊（WN）15Cr Mo合金鋼制管法蘭。墊片宜采用比法蘭材料硬度低30～40/HB的06Cr13金屬環墊片（使用溫度T≤540℃）。螺栓宜選擇等長雙頭螺柱，配兩個六角螺母，材質為25Cr MoVA/35Cr Mo。

三、保溫材料選擇

中壓蒸汽管道為高溫管道，為了減少管道在工作中的熱量損失，管道必須進行保溫。管道的保溫結構一般由保溫層和保護層構成。保溫層材料的允許使用溫度應高于管道的設計溫度，因此該類管道應采用復合絕熱材料或其他耐高溫絕熱材料。該中壓蒸汽管道的保溫材料一般選擇微孔硅酸鈣（T≤550℃）或者復合硅酸鹽制品（T≤600℃）。保護層一般選用0.5mm鍍鋅鐵皮。中壓蒸汽管道的保溫厚度是按照經濟厚度法進行選擇。經濟厚度是指絕熱后，年散熱損失所花費的費用和絕熱工程投資的年攤銷費用之和為最小值時的計算厚度。

四、管道設計的一般要求

1 ．中壓蒸汽管道宜架空敷設，不宜管溝敷設，不應埋地敷設。2．中壓蒸汽管道與儀表、電氣槽盒的間距應大于1m。3．中壓蒸汽管道的操作溫度高于250℃，敷設時宜布置在管廊上層；布置在管廊下層時，宜布置在管廊的外側，但不得與液化烴管道相鄰。4．中壓蒸汽管道宜布置在管廊的一側，便于集中設置π形補償器。中壓蒸汽管道的π形補償器上，不得引出支管；在π形補償器兩邊管道上引出支管時，支管不得妨礙主管的熱位移。5．中壓蒸汽管道的低點應設置排凝，排凝應設雙閥，當設置單閥時，應加裝盲板或法蘭蓋。6．中壓蒸汽管道的安全泄壓裝置向大氣排放時，排放口不得朝向臨近的設備或有人通過的地區；泄壓管道應考慮反作用力，應合理設置支架，排放口應安裝消聲器，且要考慮噪聲的指向性；泄壓管道的操作壓力大于4.0MPa時，排放口高度應高出以安全泄壓裝置為中心，半徑為8m范圍內的操作平臺或建筑物頂3m以上。

五、管道支架設置

1 ．中壓蒸汽管道的支架設置應嚴格按照應力分析結果進行設置。2．與中壓蒸汽管道焊接的支架材質要和主管材質保持一致，焊后要進行應力消除熱處理；為防止現場施工時異種剛焊接，建議使用管卡支架。3．彎頭是吸收熱脹的地方，彎頭處盡量避免設置焊接式支架；4．導向支架和軸向固定支架應考慮支架間隙要求。5．中壓蒸汽管道的熱脹量較大，支架設置時要充分考慮熱位移影響，宜選擇加長管托支架。6．設置管托時，管托的高度不僅要考慮保溫厚度的要求，還要考慮熱傳導因素，應適當增加管托高度，防止結構梁表面過熱。放置于普通鋼結構梁頂和使用聚四氟乙烯類減磨支架時，支架底部的溫度要低于200℃；放置于混凝土面時，支架底部溫度不宜超過60℃。7．支架的焊縫強度應經過核算，受力較大的支架應出特殊支架裝配圖。

六、應力分析

1 ．根據SH/T3041中規定：管道操作溫度大于400℃，或者與蒸汽輪機等特殊設備相連的管道，宜采用計算機分析方法進行詳細柔性分析。而中壓蒸汽管道正好符合以上規定，因此宜采用機算法計算應力，通常使用的計算軟件為CAESAR_II。2．中壓蒸汽管道進行應力分析時，一般在管系中設置幾個軸向固定支架，將復雜管系分割為幾個獨立的簡單管系，逐一進行分析。3．管道宜利用自身形狀的改變達到管系自然補償的目的。當自然補償無法滿足相關要求時，宜設置補償器進行應力補償。因為中壓蒸汽的溫度和壓力均較高，且π形補償器具有結構簡單，運行穩定，投資較少等優點，所以中壓蒸汽管道宜采用π形補償器，不宜采用金屬波紋管補償器。π形補償器應設置在兩個固定支架中部，為了防止管道橫向位移過大，管系失穩，應在固定支架的兩側分別設置導向支架，導向支架與π形補償器應有一定間距，以防止彎頭處彎曲應力過大。

七、管道的檢驗要求

1 ．根據選材要求，該管道為合金鋼管道，因此在焊接完成后，所有的焊接接頭都應進行焊后熱處理，以防止焊口應力腐蝕開裂。2.根據SH/T3059和 GB50517的規定，該管道設計壓力4≤P＜10MPa，設計溫度t≥400℃，管道檢驗級別為SHC2級，對接焊縫射線檢驗比例為20%，Ⅱ級合格。3.中壓蒸汽管道在熱處理和無損檢測合格后應進行管道系統的水壓試驗。常溫管道的試驗壓力為設計壓力的1.5倍，因為中壓蒸汽管道的設計溫度高于試驗溫度，因此管道的試驗壓力應按公式P水壓=1.5×設計壓力×σo/σt進行計算，其中σt表示鋼管在設計溫度下的許用應力，σo表示鋼管在試驗溫度下的許用應力。當σo/σt大于6.5時，值取6.5。4.中壓蒸汽管道的氣體嚴密性試驗應在壓力試驗合格后進行，介質采用空氣，試驗壓力為設計壓力。

結束語

中壓蒸汽管道在煉油裝置設計中會經常遇到，也是十分重要的管道。由于其溫度高，壓力大而經常讓設計人感到難以應對，無從下手，但是只要我們掌握了它的性質，了解了它的特點，做設計時就能抓住重點，有的放矢，游刃有余。

[1]SH/T 3059-2012，石油化工管道設計選材規范.

[2]SH 3012-2011，石油化工金屬管道布置設計規范.