石油化工裝置工藝管道設(shè)計的探討

摘" " " 要： 在當(dāng)前新時期背景下，我國各領(lǐng)域發(fā)展速度呈現(xiàn)出快速增長態(tài)勢，石油化工作為我國工業(yè)體系重要組成部分，其發(fā)展水平也呈現(xiàn)出不斷提升態(tài)勢。從實際發(fā)展角度分析，管道作為石化裝置的重要組成部分，其實際應(yīng)用過程中主要承擔(dān)流體運輸職能，在推動石油化工企業(yè)正常生產(chǎn)方面發(fā)揮著重要作用?；诖?，結(jié)合實際案例，針對石油化工裝置工藝管道伴熱設(shè)計進(jìn)行相關(guān)研究。

關(guān)" 鍵" 詞：石油化工裝置；工藝管道；伴熱設(shè)計

中圖分類號：TQ055.81" " " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A" " "文章編號： 1004-0935（2023）05-0688-04

從技術(shù)實際角度分析，工藝管道是石油化工裝置重要組成部分之一，其實際應(yīng)用中主要承擔(dān)連接石油化工系統(tǒng)設(shè)施以及設(shè)備、確?；どa(chǎn)系統(tǒng)完整性、確保流體運輸工作穩(wěn)定有序開展的職能，可以充分發(fā)揮石油資源以及環(huán)境環(huán)保作用。然而需要認(rèn)識到一點是，石油化工裝置運行過程中會消耗大量能源，在當(dāng)前我國嚴(yán)峻的資源環(huán)境形勢背景下，尋找正常生產(chǎn)以及環(huán)境保護(hù)之間的平衡點成為行業(yè)重點研究問題[1-3]。在當(dāng)前技術(shù)能力背景下，新能源應(yīng)用尚存在較大發(fā)展空間，由此，開發(fā)新工藝或?qū)υb置進(jìn)行改造，通過降低能耗方式實現(xiàn)緩解環(huán)境污染問題成為當(dāng)前主要解決手段。在石油化工裝置運行過程中，隨著工藝管道內(nèi)介質(zhì)流動，必然會產(chǎn)生一定程度熱量損失，造成溫度下降，而部分工藝介質(zhì)對溫度要求較高，這就要求管道外部設(shè)置相應(yīng)裝置以實現(xiàn)補償管內(nèi)介質(zhì)熱損失，確保介質(zhì)運輸溫度滿足相應(yīng)要求，而加強(qiáng)對伴熱系統(tǒng)設(shè)計的研究力度成為行業(yè)內(nèi)主要任務(wù)目標(biāo)[4-5]。

1" 石油化工裝置工藝管道設(shè)計原則及

伴管伴熱設(shè)計概述

1.1" 工藝管道設(shè)計原則

1.1.1" 可操作性原則

從生產(chǎn)實際角度分析，工藝管道是石油化工裝置平穩(wěn)運行的重要基礎(chǔ)保障，由此，設(shè)計者在實際工作過程中應(yīng)注意加強(qiáng)對泄壓總管口部分重視程度，確保其水平方位設(shè)計依照高于安全閥形式進(jìn)行，確保放液閥門操作靈活性，切實提升其工作效能。因此，可操行原則是工藝管道及其相關(guān)設(shè)備設(shè)計需遵循首要原則[6-7]。

1.1.2" 因地制宜原則

從實際應(yīng)用角度分析，石油化工裝置工藝管道設(shè)計工作開展中，嚴(yán)格依照場地條件開展工作是確保設(shè)計工作有序開展以及后續(xù)正常運行的重要前提條件。為避免液體在袋型管段低溫節(jié)點管道凝固，設(shè)計人員在實際工作中應(yīng)注意加強(qiáng)對材料的重視程度，依照現(xiàn)場實際條件進(jìn)行相應(yīng)布控，確保管道膨脹范圍始終處于規(guī)定區(qū)間范圍內(nèi)，凸顯管道投運安全性。

1.1.3" 經(jīng)濟(jì)性原則

石油化工裝置工藝管道設(shè)計必須在保障設(shè)計質(zhì)量的基礎(chǔ)上，控制設(shè)計成本，綜合考量安置效果，注重實際安置可能受到的環(huán)境等外部因素影響風(fēng)險，選定合理的安置方案，防止不必要的資源浪費，同時達(dá)到節(jié)省成本的目的[8]。

1.2" 伴管伴熱設(shè)計概述

從工藝角度分析，熱水伴熱以及蒸汽伴熱是當(dāng)前伴管伴熱應(yīng)用最為廣泛的伴熱介質(zhì)。

以熱水為基礎(chǔ)的伴管伴熱有如下特點：第一，工藝介質(zhì)和周圍環(huán)境的溫度接近；第二，工藝介質(zhì)凝固點的溫度比周圍環(huán)境溫度高，管路中的液態(tài)過程和氣體處理介質(zhì)的凝結(jié)點和露點都要低于40 ℃；第三，工藝管線中的介質(zhì)不需要特別的溫度。一般情況下，伴熱熱水的溫度要低于100 ℃，當(dāng)需要的高溫時，宜低于130 ℃。

通過對有關(guān)工藝的應(yīng)用分析，可發(fā)現(xiàn)目前國內(nèi)石化裝置采用的是蒸汽伴熱，其主要應(yīng)用條件是：根據(jù)工藝要求，采用重力自流管道，并根據(jù)實際操作要求，使易凝介質(zhì)處于靜止?fàn)顟B(tài)。

2" 伴熱站設(shè)計概述

蒸汽伴熱站設(shè)計如圖1所示。由圖1可知，蒸汽分配站在主蒸汽管道頂部引出引入管道，并將切斷閥設(shè)置在靠近主蒸汽管道位置，該閥門設(shè)計過程中主要設(shè)置于水平管道之上，以規(guī)避因閥門關(guān)閉導(dǎo)致的積液問題。蒸汽沿引入管進(jìn)入蒸汽分配站集合管中，集合管下方設(shè)置分支疏水閥，在蒸汽凝液需回收情況下，凝液回到凝液總管之中，在無需回收情況下，則將凝液進(jìn)行集中后統(tǒng)一排放，引入管道以及集合管，管徑設(shè)計需要依照伴熱分支進(jìn)行確定。需要注意的一點是，在蒸汽凝液返回凝液總管情況下，當(dāng)管徑規(guī)格在DN50或以上情況下，需依照總管凝液流向45°標(biāo)準(zhǔn)將蒸汽凝液管斜插入總管道之中。在這一階段的施工中，技術(shù)人員要在集管部位留出2個左右的備用孔，以便為以后的改造提供方便的條件。當(dāng)蒸汽集中管將各個分支蒸汽引至工藝管線進(jìn)行伴熱時，應(yīng)從受伴熱管線的最高點引入，由高至低布置伴熱，以盡量避免U型彎，避免因空氣阻力或液體阻力而造成的伴熱管堵塞，從而影響伴熱效果。在每個伴熱分支返回收集管道之前，必須分別設(shè)置疏水閥，并且在伴熱系統(tǒng)中不能有旁通，以避免蒸汽進(jìn)入凝液系統(tǒng)。同樣，在冷凝水回收裝置中，必須有1個或2個備用出口。

在熱水分配站設(shè)計中，受工藝特征影響，其熱水總管主要從底部引出至分配站之中，技術(shù)人員在實際設(shè)計中應(yīng)在盡可能靠近熱水總管根部區(qū)域設(shè)置切斷閥，當(dāng)分配站及熱水系統(tǒng)存在相分離需求情況下，技術(shù)人員應(yīng)最大限度地縮短管道盲區(qū)，避免液體結(jié)冰情況出現(xiàn)，導(dǎo)致管道凍裂。在熱水引入管以及集合管管徑設(shè)計方面，同樣需要依據(jù)伴熱分支進(jìn)行設(shè)計，集合管底部應(yīng)設(shè)置排凝，并在集合管部分設(shè)置2個左右備用口。伴熱各分支管道從熱水分配站分別引出至被伴熱管道，從被伴熱管道最低點開始伴熱，從低到高鋪設(shè)伴熱管，規(guī)范要求在每個分支管道的最高點設(shè)置放空口，防止氣袋，阻礙伴熱介質(zhì)流通。各分支伴熱管道回到熱水回收站集合管，熱水回收站也須要預(yù)留1個或2個備用口及向下的排凝口。最后，熱水回收站熱水回到熱水總管。熱水分配站設(shè)計如圖2所示。

3" 案例概述

為深入探究石油化工裝置工藝管道伴熱設(shè)計要點，本研究中選取實際案例進(jìn)行具體說明。案例為某石化公司，其裝置伴熱介質(zhì)主要采用1.0 MPa蒸汽，實際應(yīng)用過程中會產(chǎn)生較大能耗，不滿足當(dāng)前國家節(jié)能較好需求，同時也會造成額外成本投入，由此，該企業(yè)技術(shù)人員在經(jīng)過實際計算后決定采用0.3 MPa熱水介質(zhì)取代蒸汽介質(zhì)，進(jìn)而實現(xiàn)降低生產(chǎn)成本目標(biāo)。從實際應(yīng)用角度分析，蒸汽與熱水介質(zhì)均可滿足其實際生產(chǎn)需求，原有蒸汽伴熱管道材質(zhì)及壁厚均可滿足熱水介質(zhì)操作條件，因此，技術(shù)人員決定進(jìn)行部分改造。

4" 熱水伴熱站改造設(shè)計方案

企業(yè)管理層出于謹(jǐn)慎性考慮，為避免老裝置改造不確定性影響正常生產(chǎn)，要求技術(shù)人員在設(shè)計過程中確保方案即可滿足熱水伴熱使用要求，同時也可以在無需動焊前提下改回蒸汽伴熱。同時技術(shù)人員在實際工作中考慮到碳鋼管道使用過程中出現(xiàn)生銹結(jié)垢情況的幾率相對較大，一定程度上會影響伴熱成效，由此，其設(shè)計中決定將管道材質(zhì)全部轉(zhuǎn)化為不銹鋼，最大限度地降低伴熱管道內(nèi)雜質(zhì)，實現(xiàn)提升伴熱效果目標(biāo)。技術(shù)人員在經(jīng)過詳細(xì)探討后，給出兩個改造方案。

方案一：在伴熱站集合管部分增設(shè)熱水引入管，同時利用法蘭短接取代原有疏水閥，徹底關(guān)閉蒸汽入口閥門以及凝液出口閥門。凝液回收站部分，技術(shù)人員決定在凝結(jié)水集合管部門增設(shè)熱水回水總管，并拆除各分支伴熱管道疏水閥，將其更換為法蘭短接，隨后關(guān)閉凝結(jié)水總管閥門，完成方案一改造流程。依照企業(yè)管理層要求，在需要恢復(fù)蒸汽伴熱情況下，可分別關(guān)閉蒸汽分配站以及回收站的熱水入口閥門以及回水閥門，將所有疏水閥恢復(fù)后即可重新啟用蒸汽伴熱。具體設(shè)計方案如圖3所示。

方案二：技術(shù)人員在進(jìn)行方案二設(shè)計中，分別在分配站以及回收站中增設(shè)一組熱水分配站以及回收站集合管。技術(shù)人員在實際工作中依照相關(guān)規(guī)范要求對熱水分配站引入管道管徑進(jìn)行設(shè)計，并在集合管底部增設(shè)排凝口。在熱水回收站設(shè)計方面同樣依照伴熱站設(shè)計要求進(jìn)行設(shè)計，在集合管底部增設(shè)排凝口。在新增設(shè)熱水集合管中直接引出分支及原蒸汽分支連接，并將切斷閥設(shè)置在中間部分。方案二在實際應(yīng)用過程中可以通過控制閥門開關(guān)實現(xiàn)伴熱介質(zhì)實時轉(zhuǎn)換，整體操作簡便、靈活。分配站改造設(shè)計如圖4所示。

技術(shù)人員在對兩種設(shè)計方案進(jìn)行比對分析后發(fā)現(xiàn)，方案一在實際應(yīng)用中經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)，但是伴熱介質(zhì)更換操作較為繁瑣，而方案二一次投資相對較高，但伴熱介質(zhì)更換方面較為靈活、便捷。技術(shù)人員在與企業(yè)管理層進(jìn)行討論、分析，并結(jié)合現(xiàn)場操作實際情況進(jìn)行充分研判后，決定采用方案二作為本次改造方案。

改造后可能出現(xiàn)的問題：第一，為了確保設(shè)備的持續(xù)生產(chǎn)和投資的綜合考慮，原工藝管線的伴熱管利舊，伴熱管的鋪設(shè)是由高至低的，現(xiàn)在采用了熱水伴熱，雖然會對伴熱效果造成一定的影響，但是應(yīng)當(dāng)能夠達(dá)到技術(shù)的要求，誤差在可控的范圍之內(nèi)，需要實際操作中進(jìn)行檢測驗證。第二，原蒸汽伴熱支管的高位無需設(shè)置放空口，在改為熱水伴熱須設(shè)放空口。通過對改造方案二中回收站設(shè)計進(jìn)行梳理可知，凝液集合管進(jìn)熱水集合管之前存在排凝閥，其可充當(dāng)放空口，同時也便于現(xiàn)場操作。綜合考慮可能出現(xiàn)的問題，方案二可以隨時切換伴熱介質(zhì)，同時也可以很好地解決問題。

4" 結(jié)束語

綜上所述，在當(dāng)前新時期背景下，積極探究生產(chǎn)及環(huán)境保護(hù)之間的平衡點已經(jīng)成為我國工業(yè)發(fā)展重點研究內(nèi)容[9-10]。石油化工裝置運行過程中必然會導(dǎo)致大量能源被消耗，由此探索在保障正常生產(chǎn)秩序不受影響前提下的節(jié)能降耗手段具有重要現(xiàn)實意義。本文研究中針對石化裝置工藝管道伴熱設(shè)計進(jìn)行研究，文中所列舉案例在完成相應(yīng)改造后取得較好成效，石化裝置運行能耗得到顯著降低，正常生產(chǎn)也未受到影響，改造項目完全達(dá)到預(yù)期效果，其設(shè)計經(jīng)驗可以為其他同類項目提供參考意見。

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Abstract：" Under the background of the current new era， the development speed of various fields in China shows a rapid growth trend. As an important part of my country's industrial system， the development level of petrochemical industry also shows a trend of continuous improvement. From the perspective of actual development， pipelines， as an important part of petrochemical plants， mainly undertake the function of fluid transportation in the actual application process， and play an important role in promoting the normal production of petrochemical enterprises. Based on the actual case， the heat tracing design of the process pipeline of the petrochemical plant was studied.

Key words：" Petrochemical plant; Process piping; Heat tracing design