低溫丙烯管線設(shè)計(jì)要點(diǎn)探析

（中國石油天然氣管道工程有限公司設(shè)計(jì)院 河北 065000）

1.前言

隨著低溫產(chǎn)品的利用率上升，低溫技術(shù)的不斷發(fā)展，低溫介質(zhì)在工藝裝置中使用頻率越來越高。因此，如何保證低溫管道運(yùn)行的安全性變得非常重要，本文就某裝置冷凍站以丙烯為制冷介質(zhì)的冷凍機(jī)組撬間管線為例，簡要介紹丙烯管線配管設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

2.工藝流程

某裝置使用冷凍機(jī)組的制冷介質(zhì)為丙烯，冷媒為乙二醇水溶液。制冷流程為：丙烯氣體經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮后，成為高溫高壓的丙烯氣體進(jìn)入水冷式冷凝器；高溫高壓的丙烯氣體在冷凝器內(nèi)被冷凝為丙烯液體；冷凝后丙烯液體經(jīng)經(jīng)濟(jì)器分為兩路，一路過冷后經(jīng)節(jié)流閥進(jìn)入熱虹吸式蒸發(fā)器的供液罐，一路節(jié)流蒸發(fā)后進(jìn)入到壓縮機(jī)的補(bǔ)氣口，繼續(xù)參與壓縮循環(huán)；節(jié)流后的液態(tài)丙烯經(jīng)過供液罐進(jìn)入蒸發(fā)器與介質(zhì)進(jìn)行熱交換，吸收熱量冷卻介質(zhì)并蒸發(fā)；蒸發(fā)后的氣態(tài)丙烯經(jīng)過供液罐進(jìn)行氣液分離后，進(jìn)入壓縮機(jī)吸氣口繼續(xù)參與壓縮制冷循環(huán)。

冷凍機(jī)組使用的的制冷劑丙烯是碳?xì)漕愔评鋭?，對臭氧層完全沒有破壞，并且溫室效應(yīng)也非常小，屬于當(dāng)今最環(huán)保的制冷劑，并且丙烯制冷劑在制冷設(shè)備上的初裝以及維修過程中的使用均沒有限制。

由于丙烯作為甲A類火災(zāi)危險(xiǎn)性介質(zhì)，危險(xiǎn)性較大。若管線上設(shè)有切斷措施，為防止撬間管線兩端閥門關(guān)閉且因外界影響可能造成介質(zhì)壓力升高，需設(shè)泄壓的安全設(shè)施。由于管線離地面高度大于2.5m，每根管線均增加安全閥則出口設(shè)置支架較困難，也具有一定的危險(xiǎn)性，因此管線未設(shè)置切斷閥，采用步步低的方式進(jìn)入設(shè)備，設(shè)備上設(shè)置有安全閥，密閉排放至火炬系統(tǒng)。

冷凍機(jī)撬間管線的設(shè)計(jì)壓力為2.1MPaG，設(shè)計(jì)溫度為-45℃～95℃。根據(jù)此溫度壓力選用的管道材質(zhì)為不銹鋼06Cr19Ni10。

3.配管設(shè)計(jì)

除遵循配管設(shè)計(jì)的常規(guī)要求外，丙烯配管設(shè)計(jì)中的還有以下需求注意的要點(diǎn)：

（1）在管廊上布置丙烯管線時(shí)，宜設(shè)置在下層，并且不得與高溫管線相鄰布置。

（2）管道走向使用自然補(bǔ)償型補(bǔ)償器。根據(jù)設(shè)備的管口荷載，進(jìn)行應(yīng)力分析。如圖1和圖2。

圖1

圖2

（3）管道敷設(shè)應(yīng)盡量避免管道低點(diǎn)積液，防止由于閃蒸，溫度驟冷，丙烯的閃蒸溫度可低至-48℃。

（4）管道宜集中敷設(shè)，當(dāng)管道跨越人行通道或設(shè)備時(shí)，管道上不宜設(shè)置易產(chǎn)生泄露的管閥件。

（5）等于或大于DN40mm的管道應(yīng)采用對焊連接，小于DN40mm的管道宜采用承插焊連接。

（6）在低溫丙烯管線上裝有排氣、排凈的支管時(shí)，需注意該低溫液體介質(zhì)排出后是否立即氣化，若氣化就要大量吸熱，導(dǎo)致管道結(jié)霜直至結(jié)冰，使管道溫度降到很低，故支管也應(yīng)采用不銹鋼材料。管道支架也應(yīng)選用保冷管支架。

（7）對低溫流體使用保冷材料與外界環(huán)境溫度隔離。因此必須從材料方面考慮，采用濕氣滲透性較低的保冷材料，避免由于保冷材料缺陷造成部分管段保冷效果不佳從而影響設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。本次改造選用橡膠和二烯烴發(fā)泡的新型保冷材料，這種材料施工方便、密度小、實(shí)用性強(qiáng)，目前在裝置運(yùn)行過程中未發(fā)現(xiàn)任何問題。見圖3和圖4。

圖3

圖4

（8）管道溫度低，保冷厚度大。設(shè)計(jì)管線和支架時(shí)需考慮保冷厚度，避免管線與相鄰管線、設(shè)備和梁等發(fā)生碰撞，管道的放空、倒凈閥門前的直管長度也需根據(jù)保冷厚度確定。

（9）低溫管道停車吹掃時(shí)，應(yīng)連接固定氮?dú)獯祾吖堋２坏貌捎谜羝祾?，以避免在蒸汽吹掃時(shí)，造成管線應(yīng)力或位移過大。

4.支架設(shè)置

由于保冷支架結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，現(xiàn)場制作比較困難。在此項(xiàng)目中，低溫管托采用成套定型管托，因此不用考慮隔熱材料的選擇。

在管道支架的選型和設(shè)計(jì)中應(yīng)注意：

（1）低溫丙烯管道的支架選擇卡箍型的管托，支架跨度小于裸管支架的跨距。

（2）管道支架應(yīng)設(shè)置保冷層，管道或支架的底部采用隔熱材料措施，以免管道中冷量損失。

（3）若管線管徑減小，隔熱材料厚度應(yīng)保持不變，維持管底標(biāo)高不變。

（4）根據(jù)應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，管線導(dǎo)向和承重架集中設(shè)置。由于管線不能有袋形，支架位置較高，計(jì)算此處荷載并設(shè)置單腿支架。

5.結(jié)語

本文僅根據(jù)此項(xiàng)目中低溫丙烯管道的設(shè)計(jì)、施工及運(yùn)行情況進(jìn)行簡要敘述。在不同的項(xiàng)目組還需具體情況具體分析，根據(jù)介質(zhì)狀態(tài)、操作條件和業(yè)主要求等綜合分析，優(yōu)化低溫管道的設(shè)計(jì)。