化工工藝裝置蒸汽管道配管設計

袁長兵

（淮安同心安全技術服務有限公司，江蘇淮安 223005）

石油化工生產工藝的必要項目之一為蒸汽管道配管設計，這對化工廠的運行安全以及質量提升具有重要影響。要求采用統一規劃與布置方式設計蒸汽管道系統中的相關數值與項目，并結合實際蒸汽管道運輸中的實際情況進行調整，結合配管設計工藝選擇相對應的輸送壓力以及輸送管徑。使得配管設計與工藝裝置兩者之間達到充分的統一。

1 化工工藝設計中的常見設計點

1.1 異徑管設計

異徑管對配管設計具有重要影響，要求優化對其的設計，同心異徑管與偏心異徑管共同構成了通常異徑管，在選擇異徑管過程中要求結合裝置蒸汽設計的實際配管需求，選擇最佳的形式，可以結合管廊上配管設計資料進行相應設計與選擇。底平的偏心異徑管在設計中較為常見，若采用同心異徑管則增加了工程施工的后期難度，在使用過程中容易出現蒸汽管廊上管道系統不流暢的現象[1]。

1.2 彎頭設計

配管連接的重要紐帶即彎頭，在設計過程中容易出現一些問題，例如配管連接不上。因此在配管連接過程中要求積極采取多種有效措施，結合結合實際情況改進設計圖紙，或者增加彎頭等，進行有效的配管連接。但是在具體的設計過程中容易出現只是簡單添加彎頭而設計不精細的現象，由此導致彎頭運行過程中出現較大的運行阻力，可能造成焊縫或者泄漏點現象，導致產生一定的風險[2]。

1.3 閥門設計

配管設計中的重要環節之一即是閥門設計，不同的閥門類型在用途上具有很大的差異，為了確保使用過程中安全性，要求選擇最為適宜的閥門類型。在輸送介質不同的情況下，應當選擇相對應的操作方式與管材等級[3]。

2 化工工藝裝置蒸汽管道配管設計研究

2.1 布置蒸汽管道

由于外界溫度以及管內自身壓力以及蒸汽溫度等因素的影響，蒸汽管道運行時期其內部可能出現巨大的熱膨脹量，而在運行管道中難以充分釋放的情況下，可能在很大程度上影響支架、管道、相關管線設備等。傳統蒸汽管道在設計過程中一般采用波紋管阻止以及管道自然補償的方式吸收壓力進行，以此處理管道運行過程中出現的熱脹冷縮現象。在1 000kt/a乙烯裝置運行過程中主要采用了以下的設計方式[4]，蒸汽管線相關布置情況見表1。

表1 化工工藝裝置蒸汽管線相關布置情況

1000kt/a乙烯裝置為了滿足多種運行需要，設計了四種壓力等級的蒸汽。首先是0.6MPa、0.4MPa較低等級的蒸汽壓力，設計了DN15mm～DN800mm蒸汽管道管徑，運行過程中具有200～545℃運行溫度范圍值。其次為1MPa、1.6MPa、2MPa中壓蒸汽壓力，第三是高壓蒸汽壓力，最后為大于等于13MPa超高壓蒸汽壓力。

為了確保超高亞蒸汽管道的順利運轉，以50m為間隔在系統中設置了“Π”型補償器，低壓蒸汽管道、中壓蒸汽、高壓蒸汽管道運行中也設置了這樣一個“Π”型補償器，間隔距離分別為100m、100m、80m（見表2）。

表2 蒸汽管道疏水管徑設計情況

2.2 設計排液設施

為了保證蒸汽管道的良好正常運行，要求在系統中建立排液設施。例如1 000kt/a乙烯裝置中一般主要是過熱蒸汽，根據裝置運行過程中管線情況以及蒸汽的自身特征，可以不再單獨設立排液設置[5]。

13MPa超高壓蒸汽運行過程中產生的凝液較少，可以忽略不計。可以直接通過低點排液設施將其排出，可以不必設置輸水設施。切斷閥、根部閥、排氣筒等共同構成了排液設施。

0.4 MPa低壓蒸汽、1.6MPa中壓蒸汽以及4MPa高壓蒸汽系統在一般運行過程中凝液較少，但是在暖管以及開車狀態下則會出現大量的凝液，因此應當結合不同的壓力等級設置相應的疏水設施。放凈閥、疏水閥組、分液包、根部閥、止回閥是輸水設施的主要構成部分，見圖1。

2.3 設計蒸汽支管

系統散熱器狀態是蒸汽支管檢查過程中需要考慮的重要因素之一。要求結合具體爐片使用情況以及管道運行需求而設計相應的蒸汽支管形式。靈活選擇最佳的散熱器安裝方式，同時還需要有效設計支管安裝坡度，以較為牢固可靠地安裝散熱器。設計過程中要求結合蒸汽管道運行中的不同等級情況，將經常性排水設施以及排液設施布置于蒸汽支管中的低點位置處。在布置過程中，安裝地址一般選擇調節閥、蒸汽支管最低點、減壓閥前、進汽管切斷閥前低點、輸送工藝系統分水器低點、蒸汽進汽管切斷閥前低點、加熱儀器位置低點、擴容器底部、分配管底部等位置[6]。

圖1 高壓蒸汽總管管道結構圖

2.4 設計蒸汽凝液管

一般在蒸汽管道的統一層面中設置蒸汽凝液管道，設計過程中，同樣需要為其設計并安裝“П”形補償器，安裝過程中要求注意避免水擊對設備的影響，在水流突然發生一定變化的情況下，給系統運行帶來了一定的安全隱患，由此可以在水平方向上進行設計。或者按照傾斜方向設計“П”形補償器立管，以避免系統運行過程中出現水錘現象。

系統運用過程中，壓力等級不同的蒸汽具有相對應的凝液總管，通過疏水閥之后將這些凝液通過法蘭相連接，使得輸水管閥蒸汽入口位置不會出現袋形現象。蒸汽管徑中具有一些分流支管管徑小于等于50mm，在使用過程中能夠沿著介質輸送的方向，按照斜向上45°的方向將其流向凝液回收管之中。若分管支流小于50mm，按照90°的方向將其流向凝液回收管之中。凝液回收總閥在設計止回閥過程中一般采用水平方向。

圖2 “П”形補償器在水平方向上的設計情況

3 結語

凝液管道運行過程中存在著汽液兩相流的特征，運輸過程中具有較高的溫度，因此要求優化對管道的設計，配管設計要求能夠滿足系統運用過程中各個應力支點操作的允許范圍，按照管架結構進行相應設計，促進配管的安全正常運行，提升系統運行的安全性。