石油化工工藝裝置蒸汽管道配管設(shè)計(jì)探討

李文磊 張玉鑫

摘 要：現(xiàn)階段，隨著全球的工業(yè)化發(fā)展，世界各國對石油的需求量和利用率都在不斷地上升。石油作為我國的重要能源之一，對人們的生活和企業(yè)的生產(chǎn)有著重要的作用。蒸汽管道配管的科學(xué)設(shè)計(jì)在石油化工工藝裝置內(nèi)，對安全生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)效益都發(fā)揮著極其重要的作用。希望本文的論述能夠?qū)ξ覈突て髽I(yè)的發(fā)展起到一定的推動(dòng)作用，同時(shí)對蒸汽管道配管的科學(xué)設(shè)計(jì)提供理論參考。

關(guān)鍵詞：石油化工工藝裝置;蒸汽管道;配管設(shè)計(jì)探討

0 引言

進(jìn)入二十一世紀(jì)，我國的經(jīng)濟(jì)得到高速的發(fā)展，在經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中，資源的使用成為社會(huì)關(guān)注的重點(diǎn)，而石油作為工業(yè)發(fā)展中的重要資源，在世界中占有重要的地位，但是，在石油產(chǎn)業(yè)中，必不可少的就是蒸汽以及蒸汽管道。我國石油化工廠蒸汽系統(tǒng)的壓力大致分為10.0MPa、4.0MPa、1.0MPa、0.3MPa，凝結(jié)水系統(tǒng)壓力多為0.3MPa。蒸汽在石油化工中發(fā)揮著重要的作用，管道作為蒸汽的重要輸送設(shè)備，科學(xué)設(shè)計(jì)蒸汽管道配管，不僅對石油化工工藝裝置的安全性有著重要影響，對提高化工產(chǎn)品的質(zhì)量也有著很大的關(guān)系。

1 石油化工的蒸汽管道管徑的選取

石油化工的蒸汽管道設(shè)計(jì)的過程中，首先考慮是蒸汽管道管徑的選取。管徑的確定應(yīng)按正常生產(chǎn)條件下蒸汽所需的最大流量考慮，其最大壓力損失應(yīng)不超過工藝允許值，其流量應(yīng)位于蒸汽自身操作溫度和操作壓力所確定的安全流速的范圍內(nèi)。飽和蒸汽DN>200，流速30～40m/s;

DN=200～100，流速35～25;DN<100，流速30～15。過熱蒸汽DN>200，流速40～60m/s;DN=200～100，

流速50～30m/s;DN<100，流速40～20 m/s。具體可參考工藝系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定HG/T 20570-95中常用流速的范圍表2.0.1。

綜合權(quán)衡建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用。一般應(yīng)在允許壓力損失的前提下盡可能選用較小的管徑，特別是對大直徑、厚壁等管道管徑更需慎重對待以節(jié)省投資。但是管徑太小則介質(zhì)流速增大、摩擦阻力增大、增加了機(jī)、泵的投資和功率消耗，從而增加了運(yùn)行費(fèi)用，且流速過高易引起管道的沖蝕、磨損、振動(dòng)和噪聲等現(xiàn)象。因此應(yīng)進(jìn)行比較，取其適當(dāng)?shù)墓軓?，選取經(jīng)濟(jì)流速，此外還要考慮安全流速及其其他條件的限制。

選用符合管材的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。對于蒸汽管道，不推薦使用DN32、DN65、DN125的管道。

2 裝置蒸汽管道配管設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 管廊蒸汽管道布置

一般裝置的蒸汽管道，大多都是架空采用管廊布置，很少在管溝內(nèi)布置，非特殊情況不埋地設(shè)置。其主要原因是不易解決保溫層的防潮和吸收管道熱膨脹的變形。

管廊蒸汽管道布置中，應(yīng)將蒸汽管道布置在管廊頂層一側(cè)，其能夠?yàn)椤唉小毙脱a(bǔ)償器的設(shè)置提供諸多的便利。蒸汽管道盡量利用自然補(bǔ)償和“π”型補(bǔ)償器吸收管道產(chǎn)生的熱位移及熱應(yīng)力，不建議采用波紋管膨脹節(jié)，波紋管膨脹節(jié)需要投入較高的成本，使用壽命較短，因此在蒸汽管上通常不設(shè)置膨脹節(jié)。在設(shè)計(jì)管道“π”型補(bǔ)償器位置時(shí)，要綜合考慮操作條件及管徑大小等各種影響因素，以1.0MPa蒸汽為例，“π”型補(bǔ)償器的間距一般不超過80m，小直徑管道因自身的柔性較好，可以適當(dāng)?shù)脑黾泳嚯x。建設(shè)項(xiàng)目的不同，用氣量也會(huì)存在一定差異，蒸汽管道的直徑也會(huì)發(fā)生較大改變，“π”型補(bǔ)償器具體位置以專業(yè)應(yīng)力軟件CAESARII計(jì)算的數(shù)據(jù)作為參考。管廊上的管道考慮到美觀性和安全性，應(yīng)以集中統(tǒng)一的形式布置“π”型補(bǔ)償器，大補(bǔ)償儲(chǔ)量管道應(yīng)設(shè)置在外側(cè)，小補(bǔ)償儲(chǔ)量的管道設(shè)置在內(nèi)側(cè)。兩個(gè)固定點(diǎn)中間的位置設(shè)置“π”型補(bǔ)償器效果最為理想。若無法在中間設(shè)置，則需盡量縮短其與固定點(diǎn)的間距。其數(shù)值要在兩個(gè)固定點(diǎn)距離的1/3以內(nèi)，同時(shí)，在“π”形補(bǔ)償器的兩端應(yīng)設(shè)置應(yīng)力導(dǎo)向架，導(dǎo)向架距“π”形補(bǔ)償器應(yīng)在32倍管徑～40倍管徑設(shè)置為宜，以管道應(yīng)力計(jì)算所獲得的最終數(shù)值來明確補(bǔ)償器固定點(diǎn)推力。計(jì)算時(shí)，蒸汽管道不可分為若干管系計(jì)算，要將其視為統(tǒng)一整體，保證應(yīng)力計(jì)算的準(zhǔn)確性。蒸汽管道的“π”形補(bǔ)償器不得引入支管。

蒸汽管道的支管應(yīng)從主管的頂部引出，當(dāng)工藝要求支管上設(shè)置切斷閥時(shí)，切斷閥應(yīng)布置在靠近主管的水平管段上，以避免存液。

從蒸汽主管或支管引出接至工藝設(shè)備或工藝管道的蒸汽管上，必須設(shè)置三閥組，即兩切斷閥之間設(shè)一個(gè)常開的DN20檢查閥，以便隨時(shí)發(fā)現(xiàn)泄漏。當(dāng)飽和蒸汽進(jìn)入裝置，要在裝置側(cè)的邊界附近設(shè)置蒸汽分水器，在分水器下部設(shè)置經(jīng)常疏水措施，過熱蒸汽主管進(jìn)入裝置一般不設(shè)置水分離器。

2.2 蒸汽管凝液管道的設(shè)計(jì)

蒸汽加熱設(shè)備的凝結(jié)水應(yīng)予回收利用，其他用汽點(diǎn)的凝結(jié)水也應(yīng)盡量回收利用。從各點(diǎn)排水的凝結(jié)水一般應(yīng)經(jīng)疏水閥（水量較大的可設(shè)置汽水分離罐）排至相應(yīng)的凝結(jié)水系統(tǒng)。國內(nèi)石油化工廠不同等級的凝結(jié)水合并回收時(shí)，由于疏水閥的出口壓力取決于其后面系統(tǒng)的壓力，與蒸汽入口的壓力沒有直接關(guān)系，因而在一定條件下可合用一個(gè)凝結(jié)水系統(tǒng)。但當(dāng)高壓凝結(jié)水量較大，在排入低壓凝結(jié)水系統(tǒng)以前，一般可先經(jīng)凝結(jié)水?dāng)U容器以降低其壓力，并回收因壓降產(chǎn)生的蒸汽。

設(shè)計(jì)前要充分了解化工工藝的整體流程，然后再制定出與之相符的設(shè)計(jì)方案。其次，在設(shè)計(jì)時(shí)要使蒸汽凝液管道和蒸汽管道裝置在同一層，可以實(shí)現(xiàn)有效的銜接。倘若凝液總管道高于蒸汽管道的疏水閥時(shí)，可以在疏水閥處安裝止水閥來提高作業(yè)的便利性，進(jìn)而提高石油化工企業(yè)的工藝水平和作業(yè)效率。

2.3 管道焊接

石油化工工程中涉及到的管道數(shù)量較多，分布也十分復(fù)雜，此種情況之下，工作人員應(yīng)保證管道焊接工作開展的合理性。但從焊接管道流程中能夠看出，實(shí)際管道焊接質(zhì)量在一定程度上與管道運(yùn)行效率存在直接關(guān)系。更為重要的是，石化管道也容易受到外部因素的影響。例如，在焊接工作執(zhí)行時(shí)，容易出現(xiàn)管道應(yīng)力過大問題，增加了管道破裂等問題的出現(xiàn)幾率，引發(fā)更多的安全事故。石油化工工程管道連續(xù)運(yùn)行時(shí)，極有可能會(huì)受到外部腐蝕問題的影響，影響工藝管道初始性能。該類問題出現(xiàn)的原因主要在于各方工作人員沒有針對該類管理操作制定足夠的保護(hù)措施，不利于管道的有效運(yùn)行，更無法從源頭上杜絕管道威脅。尤其是在具體防護(hù)操作時(shí)，工作人員可以將重點(diǎn)內(nèi)容放在碎屑清除上，將管道組件擦拭干凈，讓管道清潔度滿足相關(guān)要求。

2.4 管道安裝過程中的重要因素

開啟閘門和閉合閘門兩項(xiàng)工作是閘門工作的重要內(nèi)容，在石油化工工程中閘門工程占據(jù)重要的地位。在進(jìn)行管道安裝時(shí)，首先應(yīng)考慮將閘門的安裝位置設(shè)置在便于施工技術(shù)人員操作的地點(diǎn)，同樣這也是為之后維修維護(hù)閘門提供便捷。在對管道進(jìn)行安裝作業(yè)時(shí)，壓縮機(jī)的安裝同樣十分重要。在進(jìn)行安裝壓縮機(jī)之前，應(yīng)該仔細(xì)檢查設(shè)備表面是否清潔，清潔工作是否完善，在設(shè)備安裝完成前，應(yīng)固定膠囊壓縮機(jī)的腳底板和底座平板，之后再根據(jù)具體情況調(diào)整壓縮機(jī)的位置，確保設(shè)備的中心線和基礎(chǔ)中心線能夠在一條水平線上，確保壓縮機(jī)的縱向水平度偏差與橫向水平度的偏差≤0.05/1000m。在進(jìn)行管道離心泵的安裝時(shí)，這一環(huán)節(jié)極容易發(fā)生問題。如果泵的出口管道大于2.3m 的時(shí)候，通常安裝閥門時(shí)的高度已經(jīng)達(dá)到了2m 或者可能會(huì)更高。在這一情況下安裝管道離心泵便具有一定的難度，對此的解決方式便是在管道離心泵附近的位置建立一個(gè)專門的制作平臺(tái)，將該平臺(tái)用于離心泵的安裝和應(yīng)用，部分企業(yè)認(rèn)可制作專門的平臺(tái)成本較高，有時(shí)也會(huì)使用電動(dòng)閥作為平臺(tái)，將其投入應(yīng)用，也能起到相同的效果。

3 結(jié)語

綜上所述，在整個(gè)石油化工工程工藝管道安裝操作執(zhí)行上，由于工程本身涉及到的內(nèi)容十分廣泛，建設(shè)周期較長，容易在安裝操作中出現(xiàn)問題。為了強(qiáng)化施工質(zhì)量，各個(gè)企業(yè)應(yīng)選擇高質(zhì)量材料，強(qiáng)化施工質(zhì)量控制力度，并將該類控制工作貫穿于整個(gè)施工過程，一旦發(fā)現(xiàn)施工中存在與標(biāo)準(zhǔn)不符情況，工作人員應(yīng)立即進(jìn)行處理，為后續(xù)管道安裝工作創(chuàng)造更好環(huán)境。