淺談中壓蒸汽管道的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

趙小曼 胡玉耀 （洛陽(yáng)瑞澤石化工程有限公司 河南洛陽(yáng)市 471003）

中壓蒸汽管道在石油化工裝置中的應(yīng)用十分廣泛，設(shè)計(jì)時(shí)要非常謹(jǐn)慎。下面我們以某裝置中的一根中壓蒸汽管道為例對(duì)此類(lèi)管道的設(shè)計(jì)做簡(jiǎn)要說(shuō)明和總結(jié)。

一、設(shè)計(jì)條件

中壓蒸汽管道，流體介質(zhì)為水蒸汽，操作溫度為430℃，操作壓力為4.0MPa，該管道的設(shè)計(jì)溫度440℃，設(shè)計(jì)壓力為4.4MPa。由于該管道位于某石油化工裝置內(nèi)部，輸送的流體介質(zhì)設(shè)計(jì)壓力大于4.0MPa，且設(shè)計(jì)溫度大于400℃，因此該中壓蒸汽管道屬于GC1級(jí)壓力管道。

二、管件材料選擇

根據(jù)該管道的設(shè)計(jì)溫度和設(shè)計(jì)壓力，管道材料宜選擇15Cr MoG合金鋼，鋼管應(yīng)采用熱軋或冷拔的方式制造的無(wú)縫鋼管。閥門(mén)宜選用阻力降較小的合金鋼閘閥，閥體材質(zhì)宜選擇A217-WC6合金鋼，閥芯材料為STLT合金。法蘭宜選擇環(huán)連接面（RJ）對(duì)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(huán)墊片（使用溫度T≤540℃）。螺栓宜選擇等長(zhǎng)雙頭螺柱，配兩個(gè)六角螺母，材質(zhì)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(jìn)行保溫。管道的保溫結(jié)構(gòu)一般由保溫層和保護(hù)層構(gòu)成。保溫層材料的允許使用溫度應(yīng)高于管道的設(shè)計(jì)溫度，因此該類(lèi)管道應(yīng)采用復(fù)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(fù)合硅酸鹽制品（T≤600℃）。保護(hù)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(jīng)濟(jì)厚度法進(jìn)行選擇。經(jīng)濟(jì)厚度是指絕熱后，年散熱損失所花費(fèi)的費(fèi)用和絕熱工程投資的年攤銷(xiāo)費(fèi)用之和為最小值時(shí)的計(jì)算厚度。

四、管道設(shè)計(jì)的一般要求

1 ．中壓蒸汽管道宜架空敷設(shè)，不宜管溝敷設(shè)，不應(yīng)埋地敷設(shè)。2．中壓蒸汽管道與儀表、電氣槽盒的間距應(yīng)大于1m。3．中壓蒸汽管道的操作溫度高于250℃，敷設(shè)時(shí)宜布置在管廊上層；布置在管廊下層時(shí)，宜布置在管廊的外側(cè)，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(cè)，便于集中設(shè)置π形補(bǔ)償器。中壓蒸汽管道的π形補(bǔ)償器上，不得引出支管；在π形補(bǔ)償器兩邊管道上引出支管時(shí)，支管不得妨礙主管的熱位移。5．中壓蒸汽管道的低點(diǎn)應(yīng)設(shè)置排凝，排凝應(yīng)設(shè)雙閥，當(dāng)設(shè)置單閥時(shí)，應(yīng)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(shí)，排放口不得朝向臨近的設(shè)備或有人通過(guò)的地區(qū)；泄壓管道應(yīng)考慮反作用力，應(yīng)合理設(shè)置支架，排放口應(yīng)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(shí)，排放口高度應(yīng)高出以安全泄壓裝置為中心，半徑為8m范圍內(nèi)的操作平臺(tái)或建筑物頂3m以上。

五、管道支架設(shè)置

1 ．中壓蒸汽管道的支架設(shè)置應(yīng)嚴(yán)格按照應(yīng)力分析結(jié)果進(jìn)行設(shè)置。2．與中壓蒸汽管道焊接的支架材質(zhì)要和主管材質(zhì)保持一致，焊后要進(jìn)行應(yīng)力消除熱處理；為防止現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)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(shè)置焊接式支架；4．導(dǎo)向支架和軸向固定支架應(yīng)考慮支架間隙要求。5．中壓蒸汽管道的熱脹量較大，支架設(shè)置時(shí)要充分考慮熱位移影響，宜選擇加長(zhǎng)管托支架。6．設(shè)置管托時(shí)，管托的高度不僅要考慮保溫厚度的要求，還要考慮熱傳導(dǎo)因素，應(yīng)適當(dāng)增加管托高度，防止結(jié)構(gòu)梁表面過(guò)熱。放置于普通鋼結(jié)構(gòu)梁頂和使用聚四氟乙烯類(lèi)減磨支架時(shí)，支架底部的溫度要低于200℃；放置于混凝土面時(shí)，支架底部溫度不宜超過(guò)60℃。7．支架的焊縫強(qiáng)度應(yīng)經(jīng)過(guò)核算，受力較大的支架應(yīng)出特殊支架裝配圖。

六、應(yīng)力分析

1 ．根據(jù)SH/T3041中規(guī)定：管道操作溫度大于400℃，或者與蒸汽輪機(jī)等特殊設(shè)備相連的管道，宜采用計(jì)算機(jī)分析方法進(jìn)行詳細(xì)柔性分析。而中壓蒸汽管道正好符合以上規(guī)定，因此宜采用機(jī)算法計(jì)算應(yīng)力，通常使用的計(jì)算軟件為CAESAR_II。2．中壓蒸汽管道進(jìn)行應(yīng)力分析時(shí)，一般在管系中設(shè)置幾個(gè)軸向固定支架，將復(fù)雜管系分割為幾個(gè)獨(dú)立的簡(jiǎn)單管系，逐一進(jìn)行分析。3．管道宜利用自身形狀的改變達(dá)到管系自然補(bǔ)償?shù)哪康摹．?dāng)自然補(bǔ)償無(wú)法滿(mǎn)足相關(guān)要求時(shí)，宜設(shè)置補(bǔ)償器進(jìn)行應(yīng)力補(bǔ)償。因?yàn)橹袎赫羝臏囟群蛪毫^高，且π形補(bǔ)償器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行穩(wěn)定，投資較少等優(yōu)點(diǎn)，所以中壓蒸汽管道宜采用π形補(bǔ)償器，不宜采用金屬波紋管補(bǔ)償器。π形補(bǔ)償器應(yīng)設(shè)置在兩個(gè)固定支架中部，為了防止管道橫向位移過(guò)大，管系失穩(wěn)，應(yīng)在固定支架的兩側(cè)分別設(shè)置導(dǎo)向支架，導(dǎo)向支架與π形補(bǔ)償器應(yīng)有一定間距，以防止彎頭處彎曲應(yīng)力過(guò)大。

七、管道的檢驗(yàn)要求

1 ．根據(jù)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(yīng)進(jìn)行焊后熱處理，以防止焊口應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。2.根據(jù)SH/T3059和 GB50517的規(guī)定，該管道設(shè)計(jì)壓力4≤P＜10MPa，設(shè)計(jì)溫度t≥400℃，管道檢驗(yàn)級(jí)別為SHC2級(jí)，對(duì)接焊縫射線(xiàn)檢驗(yàn)比例為20%，Ⅱ級(jí)合格。3.中壓蒸汽管道在熱處理和無(wú)損檢測(cè)合格后應(yīng)進(jìn)行管道系統(tǒng)的水壓試驗(yàn)。常溫管道的試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力的1.5倍，因?yàn)橹袎赫羝艿赖脑O(shè)計(jì)溫度高于試驗(yàn)溫度，因此管道的試驗(yàn)壓力應(yīng)按公式P水壓=1.5×設(shè)計(jì)壓力×σo/σt進(jìn)行計(jì)算，其中σt表示鋼管在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力，σo表示鋼管在試驗(yàn)溫度下的許用應(yīng)力。當(dāng)σo/σt大于6.5時(shí)，值取6.5。4.中壓蒸汽管道的氣體嚴(yán)密性試驗(yàn)應(yīng)在壓力試驗(yàn)合格后進(jìn)行，介質(zhì)采用空氣，試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力。

結(jié)束語(yǔ)

中壓蒸汽管道在煉油裝置設(shè)計(jì)中會(huì)經(jīng)常遇到，也是十分重要的管道。由于其溫度高，壓力大而經(jīng)常讓設(shè)計(jì)人感到難以應(yīng)對(duì)，無(wú)從下手，但是只要我們掌握了它的性質(zhì)，了解了它的特點(diǎn)，做設(shè)計(jì)時(shí)就能抓住重點(diǎn)，有的放矢，游刃有余。

[1]SH/T 3059-2012，石油化工管道設(shè)計(jì)選材規(guī)范.

[2]SH 3012-2011，石油化工金屬管道布置設(shè)計(jì)規(guī)范.