尿素裝置蒸汽管線的布置要點分析

時 騁 霍 磊 梁海云 中國五環工程有限公司 武漢 430223

蒸汽作為尿素裝置中一項重要的公用工程物料，對尿素裝置的生產運行十分重要。一方面，來自裝置界區的高壓蒸汽(4.2MPa、440℃)作為CO2透平的動力，驅動壓縮機壓縮CO2氣體；然后從CO2壓縮機透平抽出的蒸汽作為工藝用的熱源；另一方面，蒸汽作為尿素裝置內管道、儀表的伴熱熱源及開車吹掃用介質，對整個尿素裝置的安全穩定和長周期高效運行至關重要。

尿素裝置的流程復雜，輔助管線多，其物料多為易結晶介質，大部分管道布置有坡度要求；對于高、中壓沖洗水、夾套管、安全閥吹掃蒸汽和疏水管線，一般要求閥門或母管的沖洗水根部閥、支管與總管連接的閥門離總管的距離最近。由于整個尿素裝置具有高框架、多樓層、單層操作面積非常大、空間布置緊湊等特點，管道布置難度大。因此，如何合理、有序地布置尿素裝置的蒸汽管線已成為尿素項目管道布置人員需要仔細考慮的問題。

筆者結合自身的工程經驗，就尿素裝置中蒸汽管線的布置要點進行分析。

1 尿素裝置蒸汽管線布置的一般原則

由于尿素裝置具有設備多、管線復雜、高框架、多樓層、空間布置緊湊等特點，蒸汽管線的布置更需要管道布置專業的設計人員提高技能和總結經驗，在合理滿足工藝要求的基礎上，布置應便于現場安裝、操作和檢修，滿足人性化的需求。尿素裝置中蒸汽管線的布置一般按下列原則進行設計。

(1)在尿素裝置內管廊上布置蒸汽總管，各用戶的蒸汽分支管一般從蒸汽主管上方90°或斜45°方向引出。對于小口徑蒸汽支管，可沿水平方向從主管抽出。

(2)位置相近的用戶的蒸汽管線應該合并成一根蒸汽次主管從蒸汽主管上引出，然后送各用戶使用。此蒸汽次主管管徑需要提交工藝專業核算確認并修改PID。

(3)從蒸汽主管抽出的蒸汽次主管應沿著尿素框架樓面下方布置，且切斷閥門應布置在該管線上穿樓面1200mm處，便于操作，并且避免積存液體。

(4)尿素裝置每層的公用物料站所用的蒸汽支管數量由尿素框架每層樓面面積決定的，一般半徑15m范圍內需要布置一個公用物料站，即需要一個蒸汽分支管。

(5)公用物料站的蒸汽管線、氮氣、工廠空氣、生活水應集中布置，靠近尿素主框架的結構柱，且不影響通行。

(6)蒸汽管線溫度高，布置需要考慮熱補償。應結合尿素框架的結構特點，盡量采用自然補償。

(7)蒸汽管線在低點處應設置集液包，做好疏水系統的設計。

(8)尿素裝置內管廊上的蒸汽總管末端管段的長度應愈短愈好，管線末端宜使用盲法蘭，便于管道吹掃。

2 蒸汽管線的布置要點

2.1 蒸汽管線的整體布置

以某化肥項目尿素裝置的蒸汽管線為例進行說明，低壓汽包D-6502產生的蒸汽，從其頂部管口送出，穿過尿素框架EL11.600m底部進入裝置的下層管廊。一部分蒸汽沿著管廊向南送給整個尿素裝置和大顆粒裝置使用，剩下的蒸汽順著管廊向北布置送給二氧化碳壓縮使用。從蒸汽主管上部抽頭進入設備的蒸汽支管宜沿著樓層下面布置，且靠近柱子布置，便于管架的設置。同時，為了避免蒸汽管線積存液體，減少集液包和疏水閥組的設置，蒸汽管線應避免袋型，保障蒸汽順利進入設備，可以將設備作為此蒸汽管線的最低點。若無法避免袋型，一定要在最低點處設置疏水閥組，避免積液造成水錘等事故的發生。

2.2 蒸汽管線控制閥組的布置

很多從蒸汽主管抽出的分支管線上設置有控制閥組，其作用是用來控制蒸汽的流量。在布置控制閥組時，不僅要滿足工藝要求，如盡量靠近設備處，將其布置在合適的樓面，還應該考慮閥組操作、檢修是否方便，將其設置在合適的方位。同時，為了方便儀表調節閥前的導淋閥的操作，蒸汽管線的控制閥組管線的管底標高宜高于樓面500mm。蒸汽管道控制閥組布置示意圖見圖1。

圖1 蒸汽管道控制閥組布置示意圖

2.3 疏水閥組的布置

布置在尿素框架管廊上的蒸汽總管由于口徑大、溫度高、管線長，需要設置自然補償，例如某項目尿素裝置蒸汽總管需要在管線中間設置2個π形補償，此時不可避免地存在了一個局部低點，需要在此處設置疏水閥組，將低點積液及時回收到蒸汽冷凝液收集系統。該蒸汽總管布置見圖2。

圖2 蒸汽總管的布置

由于尿素裝置框架非常高，樓層非常多，各種伴熱、夾套、吹掃的蒸汽管線均從管廊上的蒸汽總管抽出進入到各個蒸汽用戶，總體原則是步步高，在布置這些蒸汽管線時，應盡可能地避免出現袋型，避免蒸汽管線積液。但有時無法避免，就需要在最低點處設置疏水閥組，此時應盡量將疏水閥組設置在靠近蒸汽管線處，并設置旁路，便于閥組的在線檢修。

疏水閥組可以水平或垂直布置，這主要由疏水閥的型式及布置的空間需求確定。且對于垂直布置的閥組，需留意疏水閥安裝方向的要求，見圖3、圖4。

圖3 疏水閥組水平布置

圖4 疏水閥組垂直布置

對于疏水閥的設計，應綜合考慮各種工況，包括：正常運行時、開停車、事故狀況，從而選擇合適類型的疏水閥和管道的口徑，以解決積液難以及時有效從蒸汽管線中排出的問題，也可以避免經濟上的浪費。

2.4 蒸汽放空管線的布置

設置蒸汽放空管線是保障整個蒸汽系統安全運行的重要手段，通常可采用如下三種方式：其一采用手動操作的放空管線，即在高點處設置放空閥；其二自動控制的放空管線；其三可以通過設置安全閥進行放空。

為了充分保障現場操作員工的人身安全，對于工藝要求安全放空的、直接排向大氣的放空管線，其排出口不能朝向設備、平臺、梯子、電纜、配電箱、變壓器等，要高出以排放口為中心的15m半徑范圍內的地面、設備、操作平臺3m以上。且需要在管道的低點處開一個6mm“淚孔”以排凈蒸汽放空管線中的液體。所有的安全閥放空管線需要進行應力計算，合理進行管架設計。

2.5 蒸汽管線的熱補償處理

為了保證蒸汽管線的受力、位移、應力在允許范圍內，在管道布置時設計人員需要依據管徑、溫度考慮在合適位置處設置π形補償，根據經驗，一般在60～70m范圍處設置一個π形補償，但具體π形彎尺寸需要應力專業進行詳細的應力計算。在設計時一定要結合尿素主框架的結構特點，盡量考慮采用改變管道走向(包括設置π形彎)的方式來增加管線的柔性，避免采用補償器補償。即合理的管線走向設計，不僅能夠解決蒸汽管線的熱補償問題，還能使整個尿素裝置的管道布置整齊、美觀，并且易于現場安裝、操作及檢修。

2.6 公用物料站蒸汽管線的布置

尿素裝置的公用物料站一般包括低壓蒸汽(LPS)、氮氣(N2)、工廠空氣(PA)、生活水(SRW)四根管線，但也有特殊情況，如筆者所做的某項目，由于所在地區缺水，公用物料站中還設置了LPC(蒸汽冷凝液)管線。每層樓面需要的公用物料站數量是根據尿素裝置框架單層操作面積決定的，每半徑15m范圍需要設置一個公用物料站。

公用物料站內的蒸汽分支管線上切斷閥的高度一般高于樓面1200mm，且閥門離蒸汽主管距離最近，端部采取彎頭加快裝接頭的方式，方向朝下部，這樣設置便于以后現場需要使用蒸汽時用軟管連接便利，而且不會由于操作不當對操作人員造成人身傷害。公用物料站布置見圖5。

圖5 公用物料站布置

2.7 蒸汽伴熱管線的設計

尿素裝置的伴熱分為中壓蒸汽伴熱和低壓蒸汽伴熱。蒸汽伴熱管道應從蒸汽總管或支管的頂部引出，并在靠近引出處設置切斷閥[1]。為保證整個尿素框架的管線布置整齊、美觀，也便于后續支吊架的設計，去各個伴熱站的蒸汽支管應與其他管線一起沿著樓面下方布置，穿過樓面開孔接入布置在上層樓面上的伴熱站，一定要避免出現蒸汽支管在樓面上亂鋪設的現象。

由于伴熱站的設計一般在項目的最后階段，因此管道布置人員在提土建二次條件時，尤其是混凝土框架，一定要預留給蒸汽伴熱支管的樓面開孔。尿素裝置伴管站的典型布置示意圖見圖6。

圖6 伴管站的典型布置示意圖

2.8 蒸汽管線的防凍設計

在我國北方地區有很多大型的尿素項目，氣候比較寒冷。若蒸汽管線一旦遇到裝置事故停車等情形，很容易造成物料管線出現冰凍、閥門被凍爆等事故。因此，在前期做設計時就應該做到防微杜漸，進行蒸汽管線設計時，應該盡量避免袋型、盲端，并在低點設置緊急排放液體的管線，確保在尿素裝置緊急狀況停車時，可以將蒸汽管線內的冷凝液體及時排凈，從而避免因氣候問題造成管線凍結等事故，增加不必要的經濟損失。

3 結語

蒸汽作為尿素裝置中重要的公用工程物料，一部分作為動力氣體驅動壓縮機壓縮CO2氣體以及作為換熱器的加熱介質；另外還有伴熱、夾套、吹掃等用途。筆者從尿素裝置的特點出發，就整個尿素裝置內蒸汽管線布置的一般原則和設計要點進行深入分析，提出了尿素裝置蒸汽管線的布置要求與相關建議，對于今后類似生產項目具有一定的借鑒意義。