石油化工裝置蒸汽管道配管設(shè)計(jì)要求及注意問題

馮杰榮

（廣東政和工程有限公司湖北分公司，湖北 武漢 430075）

0 引言

蒸汽管道包括蒸汽凝液管道、蒸汽排液管道、蒸汽支管道以及蒸汽主管道，是石油化工產(chǎn)業(yè)中的公用工程管道，在產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)中具有不可或缺的地位。高溫和氣液兩相流是蒸汽管道實(shí)際運(yùn)行中的主要特點(diǎn)，因此，基于蒸汽管道的特殊性，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行蒸汽管道的設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)實(shí)際生產(chǎn)需求進(jìn)行綜合考慮，設(shè)計(jì)出來的蒸汽管道布置方案既要滿足石油化工產(chǎn)業(yè)實(shí)際生產(chǎn)需求，又要確保其經(jīng)濟(jì)合理性及整齊美觀性。在此基礎(chǔ)上，還應(yīng)注重蒸汽管道設(shè)計(jì)形式的創(chuàng)新與優(yōu)化，以此保障蒸汽管道應(yīng)用過程中的安全性、可靠性及便捷性，從而實(shí)現(xiàn)石油化工產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)的最大化，促進(jìn)我國(guó)石油化工產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。

1 蒸汽管道的設(shè)計(jì)原則

蒸汽管道設(shè)計(jì)的質(zhì)量與水平，直接影響著石油化工企業(yè)日常生產(chǎn)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，關(guān)于蒸汽管道的設(shè)計(jì)原則，應(yīng)以運(yùn)行可靠、經(jīng)濟(jì)以及后期施工和維護(hù)便捷為主，具體內(nèi)容為以下五點(diǎn)：（1）蒸汽管道的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)為短、直；（2）管道穿越的位置應(yīng)遠(yuǎn)離易燃易爆等場(chǎng)所，同時(shí)盡量減少與公路、鐵路、河流的交叉，如果不可避免的話，則需要制定相應(yīng)的保護(hù)措施；（3）由于管道的自然彎角可以起到自然補(bǔ)償?shù)淖饔?，因此在設(shè)計(jì)管道時(shí)，應(yīng)充分利用這一優(yōu)勢(shì)，如果不能符合實(shí)際設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，可以用“∏”型補(bǔ)償器代替，因?yàn)檫@種補(bǔ)償器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低及運(yùn)行可靠的特點(diǎn)；（4）如果需要在管道主管上接入支管，需要設(shè)置截?cái)嚅y門，應(yīng)用過程中當(dāng)管道系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，可以及時(shí)將發(fā)生故障的管道截?cái)?，為檢修提供巨大的便利，同時(shí)還不會(huì)對(duì)全廠供熱造成影響；（5）蒸汽管道需要設(shè)置疏水閥，設(shè)置位置為：第一，蒸汽管道的最低點(diǎn)；第二，被閥門截?cái)嗟母髡羝艿赖淖畹忘c(diǎn);第三，垂直升高管段前的最低點(diǎn)；第四，各直線管段之間增設(shè)一個(gè)疏水閥[1]。

2 石油化工裝置蒸汽管道配管的主要設(shè)計(jì)形式和要求

2.1 管廊上蒸汽管道的設(shè)計(jì)

由于管廊上蒸汽管道錯(cuò)綜復(fù)雜，其設(shè)計(jì)工作的難度也相對(duì)提高，需要設(shè)計(jì)人員在開展設(shè)計(jì)工作時(shí)綜合考慮多方面因素，該管道具體設(shè)計(jì)形式為：1 000 kt/a。乙烯裝置作為管廊上蒸汽管道設(shè)計(jì)中最常用的一種裝置，這種裝置設(shè)計(jì)簡(jiǎn)便，以三橫五縱的形式對(duì)其進(jìn)行布置，其中三根管廊可以分為四層管廊，而另外兩根縱管廊同樣可以分為四層管廊。根據(jù)我國(guó)出臺(tái)的相關(guān)管廊配管設(shè)計(jì)規(guī)定，要求管廊一、二層的管道布置以工藝物料為主，第三層的管道布置以公用型工程管道為主，第四層管道的布置應(yīng)以火炬管道、電氣及儀表電纜槽板為主，通過這種布局提高管道的應(yīng)用效率及安全性，其中以公用型工程管道為主的布置形式通常應(yīng)用于縱橫管廊內(nèi)第三層的布置。這種乙烯裝置包括四種壓力等級(jí)的蒸汽，分別時(shí)超高壓蒸汽、高壓蒸汽、中壓蒸汽以及低壓蒸汽，在布置這四條蒸汽管道時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵循相應(yīng)的原則，以此保障管道的應(yīng)用效率及安全性。具體設(shè)計(jì)方法及要求為：（1）就方便而言，可以利用管道的應(yīng)力對(duì)“∏”形補(bǔ)償器進(jìn)行分析與計(jì)算，之后在靠近管廊的一側(cè)對(duì)這四條蒸汽管道集中布置，這種設(shè)置方式有利于管道中熱膨脹高溫的吸收。在設(shè)置“∏”形補(bǔ)償器的過程中，需要結(jié)合實(shí)際情形制定與之相符的設(shè)置規(guī)劃，確保在優(yōu)質(zhì)的情況下，將其布置成為組式設(shè)置。如果管道的直徑比較大或者溫度過高需要得到較大補(bǔ)償量時(shí)，應(yīng)當(dāng)將該管道設(shè)置在管廊的外側(cè)；如果管道的直徑較小或者溫度較低時(shí)，才能將其設(shè)置在管廊的內(nèi)側(cè)，此時(shí)，工作人員需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的操作；（2）如果需要進(jìn)行多層管廊的設(shè)置，應(yīng)當(dāng)將蒸汽管道設(shè)置在上層位置，盡量不低于第三層。倘若實(shí)屬需要將蒸汽管道設(shè)置在三層以下時(shí)，應(yīng)將其設(shè)置在管廊的外側(cè)，一定要使該管道遠(yuǎn)離液態(tài)烴管道和低溫管道，與這兩種管道的距離應(yīng)保持在500 mm以上，同時(shí)將蒸汽管道與液態(tài)烴管道和低溫管道做好隔離措施，以此確保蒸汽管道應(yīng)用的安全性。在設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員需要將橫向熱位移對(duì)蒸汽管道造成的影響考慮其中。同時(shí)，電氣和儀表電纜槽板等也需要布置在上層，如果將這兩項(xiàng)與蒸汽管道布置在同一層的話，則需要重點(diǎn)關(guān)注保溫后距離的設(shè)計(jì)，通常而言，最小距離不得小于200 mm。通過對(duì)蒸汽管道配管設(shè)計(jì)要求的分析可以看出，在布置蒸汽管道時(shí)，管道之間距離的設(shè)計(jì)是保障管道操作安全的關(guān)鍵點(diǎn)[2]。

2.2 管廊上蒸汽管道排液裝置的設(shè)計(jì)

蒸汽管道在應(yīng)用的過程中需要面臨兩個(gè)問題，一個(gè)是高溫蒸汽環(huán)境下會(huì)有液體產(chǎn)生，另一個(gè)是開車或暖管期間有凝液產(chǎn)生.在管廊上蒸汽管道的低點(diǎn)進(jìn)行排液裝置的設(shè)置，可以有效解決上述問題。正常情況下，超高壓蒸汽管道在應(yīng)用時(shí)不會(huì)有凝液產(chǎn)生，為此在實(shí)際設(shè)計(jì)中，并未進(jìn)行相應(yīng)規(guī)格凝液管道的設(shè)置，針對(duì)于開車或暖管期間出現(xiàn)的凝液?jiǎn)栴}，可以借助管道地點(diǎn)的排液設(shè)施將產(chǎn)生的凝液排出。高壓蒸汽管道、中壓蒸汽管道及低壓蒸汽管道與超高壓蒸汽管道的性質(zhì)基本相同，均不會(huì)在正常生產(chǎn)中產(chǎn)生凝液，只有在暖管期間或者開車時(shí)才會(huì)產(chǎn)生大量的凝液，基于我國(guó)現(xiàn)有的技術(shù)手段，并未研發(fā)出對(duì)應(yīng)壓力等級(jí)的凝液管道，目前解決這個(gè)問題的方法便是在管道低點(diǎn)處設(shè)置相應(yīng)的疏水設(shè)施。不僅如此，還應(yīng)在蒸汽管道減壓閥和調(diào)節(jié)閥處進(jìn)行疏水設(shè)施的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)各個(gè)環(huán)節(jié)的排水準(zhǔn)備，以此保障石油化工生產(chǎn)的安全性[2]。

2.3 蒸汽支管的設(shè)計(jì)

通常在蒸汽管道主管的頂部接出支管，如果實(shí)際需要在支管上設(shè)置切斷閥的話，應(yīng)將切斷閥設(shè)置在距離主管水平管最近的位置上，這樣不僅可以避免液體存積，而且還能有效提高切斷閥應(yīng)用過程中的便捷性。同時(shí)，還應(yīng)著重考慮蒸汽支管接出的位置，再沸器以及“∏”形補(bǔ)償器均不適合蒸汽支管的接出；蒸汽支管還應(yīng)避免緊鄰具有滅火消防以及吹掃等用途的蒸汽管道。為了確保接出蒸汽支管的過程中不影響到蒸汽主管，須采用二閥組或三閥組。此外，考慮蒸汽支管應(yīng)用過程中的便捷性和安全性，設(shè)計(jì)人員需要對(duì)蒸汽支管的布置進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，一般需要在蒸汽支管的低點(diǎn)設(shè)置疏水設(shè)施或排液設(shè)施[4]。

2.4 蒸汽凝液管道布置

基于不同壓力狀態(tài)下，從蒸汽疏水閥排出的凝液水的壓差存在著較大的差異性，出于便捷性與安全性的考量，通常將管廊中的凝液管道布置在與蒸汽管道相同的層面中。對(duì)于排出的凝結(jié)水，應(yīng)根據(jù)其實(shí)際壓力，將其接入與之壓力相對(duì)應(yīng)的回收總管中，千萬不可貪圖方便將其合并接入到相同的凝結(jié)水回收總管中。當(dāng)然，如果從蒸汽疏水閥排出的凝液水的壓力較小，不會(huì)對(duì)疏水閥的排水能力造成影響，那么則可以將這些凝液水合并接入到相同的回收總管之中。此外，在布置凝液回收總管管道時(shí)，需要格外注意一點(diǎn)，就是當(dāng)蒸汽支管的管徑大于或等于50 mm時(shí)，為了確保凝液排出過程中不受到任何阻礙，凝液需要順著介質(zhì)流向與回收總管成45°斜接到回收總管中；倘若蒸汽支管的管徑在50 mm以下，凝液可以直接垂直接入到回收總管之中，同時(shí)在靠近主管支管水平管線上安置切斷閥。

3 石油化工裝置蒸汽管道配管設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)

3.1 注意地理結(jié)構(gòu)及安裝環(huán)境

不同的地理結(jié)構(gòu)采用的蒸汽管道安裝方式存在著一定的差異，因此，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行蒸汽管道配管設(shè)計(jì)時(shí)，一定要充分結(jié)合地理結(jié)構(gòu)的特殊性，對(duì)蒸汽管道進(jìn)行針對(duì)性的設(shè)計(jì)，并結(jié)合實(shí)際情形，對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行合理調(diào)整。在設(shè)計(jì)的過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)盡量從架空安設(shè)的角度進(jìn)行蒸汽管道的設(shè)計(jì)，盡量避免填埋或挖溝的形式，同時(shí)還需將管廊兩側(cè)蒸汽裝置的設(shè)置情況考慮其中。此外，蒸汽管道在正常生產(chǎn)中會(huì)產(chǎn)生大量的熱，致使管道溫度升高，從而發(fā)生破裂、變形或膨脹的現(xiàn)象，這些問題與石油化工安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)極為不符為了確保蒸汽管道的安全生產(chǎn)，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行具體設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)注重管道材質(zhì)的優(yōu)化與管道使用質(zhì)量的提升，不僅可以確保蒸汽管道實(shí)現(xiàn)高效的生產(chǎn)，而且還能夠延長(zhǎng)管道使用周期[5]。

3.2 提高管道設(shè)計(jì)的安全性

思慮周全是蒸汽管道設(shè)計(jì)人員必須具備的素質(zhì)，將管道運(yùn)行中可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)進(jìn)行綜合考量，進(jìn)一步規(guī)避管道運(yùn)行中的風(fēng)險(xiǎn)，以此提高管道生產(chǎn)過程中的安全性和運(yùn)行效率。眾所周知，石油化工產(chǎn)業(yè)屬于高危險(xiǎn)系數(shù)的行業(yè)，一旦生產(chǎn)過程中存在任何的紕漏，極有可能引發(fā)火災(zāi)，嚴(yán)重威脅到生產(chǎn)工人以及周邊地區(qū)群眾的生命安全和財(cái)產(chǎn)安全。管道材質(zhì)對(duì)管道生產(chǎn)過程中的安全性具有非常大的影響，因此設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行管道設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)不同材質(zhì)進(jìn)行深入的分析與研究，然后結(jié)合實(shí)際需求選擇優(yōu)質(zhì)且與之相符的材質(zhì)，從而為設(shè)備安全、高效的運(yùn)行提供強(qiáng)力保障。設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行具體設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)高度重視管道防火、防爆的設(shè)計(jì)，在既安全又便利的地方增設(shè)自動(dòng)報(bào)警器和火警器裝置[6]。

4 結(jié)語

綜上所述，蒸汽管道作為石油化工產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)過程中不可或缺的一部分，在進(jìn)行蒸汽管道設(shè)計(jì)時(shí)，需要設(shè)計(jì)人員時(shí)刻秉持嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)的態(tài)度，如數(shù)規(guī)避蒸汽管道生產(chǎn)過程中的所有安全隱患，從而確保石油化工產(chǎn)業(yè)高效、安全的生產(chǎn)。