石油化工工藝裝置蒸汽管道配管設計要點分析

李禮(九江石化設計工程有限公司，江西 九江 332000)

0 引言

蒸汽管道屬于蒸汽運輸設備，若想確保蒸汽的安全傳輸，便要保證蒸汽管道配管設計合理，除材料本身具備優良的耐熱性能外，還需布局科學，能夠承受高壓蒸汽壓強及高溫帶來的形變，實現能源的高效運用。為了保證后續提出的設計要點全面、準確，故需要對石油化工工藝裝置的主要作用與特征進行深入了解。

1 石油化工工藝裝置配管分析

石油化工工藝裝置作用是為原料的加工與生產提供場所，使原料能夠在裝置內完成一系列化學反應以及物理性質的變化，促進石油原料的提純處理，從而獲取相應的產品，比如日常生活中常見的化工產品或者工業產品。

在石油化工生產時需要確保所有裝置配管布置合理，目前配管設計中可構建3D模型發現管道設計過程中存在的不足之處，并及時調整，利用應力核算軟件進行高溫高壓管道的形變分析，以此保障配管的安全性和準確性。

但隨著生產建設節奏的不斷加快，化工生產環節所出現的安全事故也愈發頻繁，為了避免此類事件反復發生，需要工作人員充分明確蒸汽管道配管設計中的難點與要點，加強相關知識的學習與技術水平提升，從而采取針對性的安全防護，保證生產有序進行。

2 石油化工工藝裝置蒸汽管道配管設計要點

石油化工工藝裝置使用的蒸汽種類主要包括稀釋蒸汽、正壓蒸汽等工藝用蒸汽，此類蒸汽不僅可用于動力輪機、再沸器、蒸汽分配站，還能用于消防與吹掃，能夠依照不同的操作壓力劃分為13.0 MPa、4.0 MPa、1.6 MPa、1.0 MPa以及0.4 MPa等蒸汽類型，操作溫度分布在200～500 ℃之間，管徑大小則分布在DN15～600 mm之間。

若想確保石油化工工藝裝置蒸汽管道配管設計科學、合理，便需要根據蒸汽類型以及適合管徑進行全面考慮，為此本文將從以下4個設計要點進行深入分析[1]。

2.1 管廊管道

以石油化工行業使用頻率最高的乙烯裝置作為分析對象，在設計過程中需要確保1 000 kt/a的C2H4設備配有5條管廊，其中3條橫廊與2條縱廊都要設置4層管廊，并依照配管設計標準，在1、2層管廊放置工藝物料管道，而在3層管廊則需設置公用管道，4層管廊則布置電氣槽板以及儀表電纜。同時要注意蒸汽管道本質上屬于公用管道，因此需要設置在縱廊的第3層，并依照不同的蒸汽壓力等級采取適合的布置方法。

首先要將13.0 MPa、4.0 MPa、1.6 MPa、1.0 MPa 以及0.4 MPa 5種蒸汽類型管道靠近管廊一側，便于后續II形補償器的設置，由于管道本身溫度較高，因此在設置II形補償器時要確保設備具有良好的熱膨脹吸收效果，并禁止在蒸汽管道上使用波紋管完成熱膨脹的吸收，從而達到降低成本資金支出的目的。其次在II形補償器的實際布置方面，則要利用管道應力分析進行計算確定，比如13.0 MPa蒸汽管道需要每隔40 m設立一個熱膨脹吸收裝置，而4.0 MPa的蒸汽管道則要每隔60 m設置一個II形補償器，而1.6 MPa 或0.4 MPa的蒸汽管道則只需每隔100 m設置一個熱膨脹吸收裝置即可[2]。最后，II形裝置補償器在設置過程中需要依照統一標準，盡可能采取集中設置(如圖1所示)的方法，將管徑粗大、溫度偏高的管道設置外側，滿足大補償量的需要。

圖1 II形補償器集中設置示意圖

在設置過程中要注意II形補償器需要設定在兩側固定點的中間區域，若無法固定在中間部分，也要盡可能保證與固定點的間隔距離不高于兩固定點間距的2/3，而II形補償器兩側還要設置導向架，在設置兩者之間的間隔距離時還要依照管道應力進行確定，根據實際調查顯示最佳的間隔距離應為33～41 DN左右。此外II型補償器的固定點推力同樣要依照管道應力計算數據進行確定，在計算管道應力與支架推力的過程中要注意蒸汽管道應作為完整體進行應力測算，而不是依照固定點進行管道劃分依照模塊計算。再次，對于本次研究對象的C2H4裝置還要設置多層管廊，其中蒸汽管道要設置在第三層管廊，而布置在下層的蒸汽管道則要保持在管廊外側，避免與液態烴管道間隔過小，將最小凈距控制在500 mm以下。蒸汽管道還可與N2、裝置空氣等工程管道一同分布在多層管廊上部。最后，要將電氣槽板、儀表電纜設置在蒸汽管道第四層，并確保與蒸汽管道的間隔距離高于200 mm或使用公用管道進行分隔處理[3]。

2.2 排液設施

C2H4裝置傳輸的蒸汽通常為過熱蒸汽，一般情況下此類管道無需配備排液裝置，但蒸汽管道在保溫、暖管過程中會產生大量凝液，因此需要在蒸汽管道低點區域，即II形補償器上升區域設置排液設施。但要注意由于蒸汽壓力等級存在一定的差異性，因此在設置方式上要根據蒸汽壓強大小進行合理選取。

對于13 MPa蒸汽管道，由于在一般情況下不會出現凝液，也沒有與之規格相匹配的凝液管道，因此無需在管道低點布置疏水設施。并且13 MPa蒸汽管道的壓力相對較大，管壁厚度較高，難以保證高效開孔，因此也無需布置分液包。此外，此類管道在暖管過程中形成的凝液可利用管道低點的排液設施向外排出，并為其配備根部閥、切斷閥與排氣筒[4]。

對于4.0 MPa蒸汽、1.6 MPa蒸汽、1.0 MPa蒸汽以及0.4 MPa蒸汽管道來說，雖然在使用過程中產生的凝液量較少，但同樣會在暖管過程中出現大量凝液，因此需要設置與之壓力等級對應的排液設施，使之與凝液管道有機協調，利用管道低點的疏水設施以及液包、根部閥、疏水閥組等配件促進凝液的排出[5]。

除了上述提出的在管道低點位置以及切斷閥上層設置疏水設施與排液裝置，還需在減壓閥以及調節閥前段設置相應設備，并根據不同壓力等級的蒸汽管道合理選擇排水管管徑，具體內容如表1所示。

表1 不同直徑、不同壓力等級蒸汽管道分液包以及 排水管管徑選擇

2.3 蒸汽支管

蒸汽支管應當接在主管頂部，需要根據工藝裝置安裝要求在支管上安裝切斷閥，并盡可能靠近主管水平管區域，保證設置方式簡單、快捷。在安裝過程中要注意蒸汽支管不可直接從對用汽要求十分嚴格的蒸汽管道上接出，比如消防或滅火用的蒸汽支管都不可從再沸器等蒸汽管道上進行牽引操作。而在II形補償器上同樣不可進行支管接出，只可在補償器兩側引出支管，并注意避免對主管位移造成妨礙。如果出現主管膨脹導致支管引出點出現位移偏差，則不應采取承受應力較大的支管。

通常來說，蒸汽支管中接出的管道應當以二閥組作為主要引出設備，而在直管引出至蒸汽管的過程中，則需在兩切斷閥之間設置檢查閥，用以檢測管道是否存在泄漏問題，進一步保證蒸汽運輸安全，消除潛在的風險隱患。同時蒸汽支管底層需要布置排液設施，具體設置要求可參照上述排液設施的布置方法。蒸汽支管的常用排液設施設置位置可分為以下幾種：蒸汽分配管以及擴容器的底部；減壓閥前端；調節閥上層；蒸汽支管最低點；處在加熱狀態設備在進氣管切斷閥的最低點；蒸汽泵蒸汽進氣管的入口切斷閥最低點。

2.4 蒸汽凝液管道

凝液管道通常與蒸汽管道一同布置在管廊上，在凝液管道設置II形補償器的過程中，為了更好地避免水錘現象的產生，可將補償器安裝方向設置為水平，或者將立管作為傾斜段補償器。

同時要注意從不同壓力等級蒸汽疏水閥流出的凝液應當接至相應的回收總管當中，且公稱直徑高于50 mm的支管需要順應介質流動的方向斜接在凝液回收總管上。如果支管的公稱直徑低于50 mm則可直接垂直接在凝液回收管頂部[6]。

此外，要注意在使用凝液回收系統時，疏水閥應當采用法蘭進行連接，確保入口管帶不會產生袋形，而在凝液回收總管高于疏水閥時應當設置止回閥，盡可能貼近凝液主管，并充分考慮止回閥的拆卸需要。

3 優化石油化工工藝裝置管道配管設計的相關方法

一是要確保設計方案科學、合理，能夠滿足相關安全標準，確保管道各項參數處在安全數值范圍內，要求設計人員做好蒸汽支管與管道的連接工作，保證化工裝置的完整性，以此達到促進生產效率提升，強化蒸汽傳輸穩定性的目的。同時工作人員要加強信息技術的應用力度，比如人工智能模糊邏輯能夠建立在多值邏輯基礎上，借助模糊集合的方法實現模糊性思維、語言與規律的研究，模糊邏輯可以模仿人腦的不確定性推理與概念判斷，對于不能確定的描述以及模糊規則都能保持極高的推理效率，準確表達過渡性界限知識，借助隸屬度函數區分模糊關系，解決“排中律”的不確定問題。幫助技術人員更好地分析安裝過程中可能出現的連接問題，確保主汽閥正確安裝在支管上。

二是要引入檢測設計，要求技術人員做好日常的配管檢測工作，及時記錄相關信息數據，并針對可能出現的故障問題采取切實有效的優化對策，避免后續維修工作造成大量經濟支出，切實實現節能、環保、綠色的發展目標。一方面工作人員要實時監測氣體流通量，準確把控管壁溫度，針對高溫區域做好管道強化處理，若條件允許，可進行材料更換。另一方面要針對管道直徑以及管壁厚度采取相應調節對策，開展管材分配工作，使用耐腐蝕性強、氣密性優良的材料進行氣流流通相對頻繁區域的作業。

4 結語

綜上所述，通過對石油化工工藝裝置蒸汽管道的實際作用進行分析討論，提出石油化工工藝裝置蒸汽管道配管設計要點，以此保證管道內氣液相流，減少成本支出，確保管道應力滿足應用需要，管架設計科學、合理，使裝置能夠穩定運行。