裝置內蒸汽主管道布置及應力淺談

孫 沛，全劍瀟（洛陽瑞澤石化工程有限公司，河南洛陽 471003）

裝置內蒸汽主管道布置及應力淺談

孫 沛，全劍瀟
（洛陽瑞澤石化工程有限公司，河南洛陽 471003）

石油化工裝置內蒸汽主管道一般布置在主管橋上，向各個蒸汽使用點提供蒸汽。一般蒸汽有吹掃、伴熱、提供熱源、驅動設備等多種用途。蒸汽有低壓蒸汽、中壓蒸汽、過熱蒸汽等區分，但是其布置原則大同小異，此處不做特別區分。由于蒸汽管道溫度高，熱漲大，很容易對管橋結構和分支管產生很大影響，所以布置時要特別小心。因此運用石油化工行業壓力管道專業常用應力分析軟件 CAESARII，分析了蒸汽管道布置時需要注意的問題。

蒸汽；主管；應力；管橋；分支管

1 概述

蒸汽主管道一般布置在管橋上，溫度高，熱漲大。如果布置不當，可能會使分支管接口撕裂，也可能產生很大的推力，破壞結構梁，還有可能由于熱漲過大，使支架脫落。本文運用 CAESARII 探討了蒸汽管布置時需要注意的幾個問題。

2 蒸汽主管布置一般要求

1）蒸汽主管一般布置在管橋公用工程層。由于主管道一般較長，熱漲大，需要在合適位置設置補償器。常規管道使用補償器一般有π型、套管式和波紋補償器。蒸汽管道壓力高，還可能會產生凝液，因此波紋補償器和套管式在實際應用中并不合適，所以蒸汽管道常用π型補償器。

2）蒸汽管道溫度較高，布置時要注意和儀表電氣槽盒以及有低溫要求的管道留一定距離。

3）蒸汽主管道容易產生凝液，布置主管道時需在末端設置疏水系統。

4）π型補償器彎頭附近盡量不要設置分支管接頭，補償器彎頭附近主管熱漲位移較大，防止分支管接頭處撕裂，也防止分支管對主管熱漲產生影響。補償器兩段需設置固定支架，以便完全吸收兩段之間的熱漲。補償器需要在合適位置設置導向支架，防止熱漲時管道失穩對其他管道和支撐梁造成破壞。

5）由于蒸汽管道溫度較高，為防止對管橋結構梁產生影響，管托可以適當加高。

3 蒸汽主管的管道應力

如蒸汽主管為一直管，由常溫（20℃）受熱后將沿著軸向膨脹，其熱漲量可按如下公式計算：

公式中：

Δt——管系的熱漲量，cm；

ΔTt——管系的升溫，℃；

att——線膨脹系數，由 20℃至t℃的每m溫升 1℃的平均線膨脹量，cm/（m·℃）。

此數據在相關資料可查；Lt——管系的長度，m；ett——單位線膨脹量，由 20℃至 t℃的每m熱膨脹量，cm/m，此數據在相關資料可查；按照以上公式，可以計算出常規低壓蒸汽在100m管橋上直線布置是軸向位移大約為289mm。軸向位移可能會導致末端連接的分支管被撕裂，末端軸向位移過大處可能會導致管托脫落。所以我們需要考慮布置管道時，一定距離內設置一個π型補償器。補償器兩段設置軸向或者全固定支架，中間合適位置設置導向支架。在滿足一次應力和二次應力的同時，布置管道的時候需要考慮一下幾個問題：

1）需要將軸向支架受力提給土建專業核算結構梁強度和穩定度。

2）根據應力結果在軸向位移比較大的地方，適當加長管托，防止脫落。

3）補償器彎頭附近盡量不設置分支管，防止位移過大撕裂。

4）軸向支架和導向支架受力需要盡量小，防止支架破壞。

4 運用 CAESARII 軟件計算

使用軟件計算時，需要設定以下各種組合工況如下：

1）（HYD）WW+HP 水壓試驗工況；

2）（SUS）W+P1 安裝工況 ；

3）（OPE）W+T1+P1 操作工況 ；

4）（EXP）（OPE）-（SUS）純熱態工況其中 W 為管道自重（包含管材，保溫，介質重），WW 為水壓狀態下重量，P1為設計壓力，T1 為操作溫度，HP 水壓試驗壓力。

以上組合工況下由軟件進行計算后，通過軟件需要得到以下數據輔助管道整體布置：

1）首先安裝工況下一次應力滿足校核要求；

2）純熱態工況下二次應力滿足校核要求；

3）在操作工況下，得到固定支架或者軸向固定支架處軸向受力提供給土建專業，并且通過合理布置盡量降低此處受力，以降低設計成本和增加安全性；

4）在操作工況下，得到各支架點橫向和軸向位移，考慮加長管托，防止橫向位移過大導致管托滑落；

5）水壓試驗工況下各個支架受力提給土建，以便土建設置合適的支撐梁。

5 結束語

綜上所述，蒸汽管道布置時不僅要考慮一般的配管知識，還要了解相應工藝方面的需求和掌握管道應力計算支架選擇等各個方面的知識。只有滿足各個方面的要求才能保證蒸汽管道布置的合理性，經濟性和安全性。

[1] 唐永進.壓力管道應力分析[M].北京：中國石化出版社，2009.

Discussion on Layout and Stress of Steam Main Pipe in Equipment

Sun Pei，Quan Jian-xiao

The main pipeline of steam in the petrochemical plant is generally arranged on the main pipe to provide steam to each steam use point.General steam purging，heat，heat supply，drive equipment and other uses.General steam has low pressure steam，medium pressure steam，superheated steam and other distinction，but its layout principle is much the same，here we do not make a special distinction.As the steam pipe temperature is high，hot up large，it is easy on the bridge structure and branch pipe have a great impact，so the placement should be particularly careful.I use the petrochemical industry pressure pipeline professional stress analysis software CAESARII，analysis of the steam pipe layout need to pay attention to the problem.

steam；main pipe；stress；pipe bridge；branch pipe

TM62

A

1003–6490（2017）10–0152–01

2017–07–25

孫沛（1989—），男，河南泌陽人，助理工程師，主要研究方向為配管管道設計。