装置内蒸汽主管道布置及应力浅谈

孙 沛，全剑潇（洛阳瑞泽石化工程有限公司，河南洛阳 471003）

装置内蒸汽主管道布置及应力浅谈

孙 沛，全剑潇
（洛阳瑞泽石化工程有限公司，河南洛阳 471003）

石油化工装置内蒸汽主管道一般布置在主管桥上，向各个蒸汽使用点提供蒸汽。一般蒸汽有吹扫、伴热、提供热源、驱动设备等多种用途。蒸汽有低压蒸汽、中压蒸汽、过热蒸汽等区分，但是其布置原则大同小异，此处不做特别区分。由于蒸汽管道温度高，热涨大，很容易对管桥结构和分支管产生很大影响，所以布置时要特别小心。因此运用石油化工行业压力管道专业常用应力分析软件 CAESARII，分析了蒸汽管道布置时需要注意的问题。

蒸汽；主管；应力；管桥；分支管

1 概述

蒸汽主管道一般布置在管桥上，温度高，热涨大。如果布置不当，可能会使分支管接口撕裂，也可能产生很大的推力，破坏结构梁，还有可能由于热涨过大，使支架脱落。本文运用 CAESARII 探讨了蒸汽管布置时需要注意的几个问题。

2 蒸汽主管布置一般要求

1）蒸汽主管一般布置在管桥公用工程层。由于主管道一般较长，热涨大，需要在合适位置设置补偿器。常规管道使用补偿器一般有π型、套管式和波纹补偿器。蒸汽管道压力高，还可能会产生凝液，因此波纹补偿器和套管式在实际应用中并不合适，所以蒸汽管道常用π型补偿器。

2）蒸汽管道温度较高，布置时要注意和仪表电气槽盒以及有低温要求的管道留一定距离。

3）蒸汽主管道容易产生凝液，布置主管道时需在末端设置疏水系统。

4）π型补偿器弯头附近尽量不要设置分支管接头，补偿器弯头附近主管热涨位移较大，防止分支管接头处撕裂，也防止分支管对主管热涨产生影响。补偿器两段需设置固定支架，以便完全吸收两段之间的热涨。补偿器需要在合适位置设置导向支架，防止热涨时管道失稳对其他管道和支撑梁造成破坏。

5）由于蒸汽管道温度较高，为防止对管桥结构梁产生影响，管托可以适当加高。

3 蒸汽主管的管道应力

如蒸汽主管为一直管，由常温（20℃）受热后将沿着轴向膨胀，其热涨量可按如下公式计算：

公式中：

Δt——管系的热涨量，cm；

ΔTt——管系的升温，℃；

att——线膨胀系数，由 20℃至t℃的每m温升 1℃的平均线膨胀量，cm/（m·℃）。

此数据在相关资料可查；Lt——管系的长度，m；ett——单位线膨胀量，由 20℃至 t℃的每m热膨胀量，cm/m，此数据在相关资料可查；按照以上公式，可以计算出常规低压蒸汽在100m管桥上直线布置是轴向位移大约为289mm。轴向位移可能会导致末端连接的分支管被撕裂，末端轴向位移过大处可能会导致管托脱落。所以我们需要考虑布置管道时，一定距离内设置一个π型补偿器。补偿器两段设置轴向或者全固定支架，中间合适位置设置导向支架。在满足一次应力和二次应力的同时，布置管道的时候需要考虑一下几个问题：

1）需要将轴向支架受力提给土建专业核算结构梁强度和稳定度。

2）根据应力结果在轴向位移比较大的地方，适当加长管托，防止脱落。

3）补偿器弯头附近尽量不设置分支管，防止位移过大撕裂。

4）轴向支架和导向支架受力需要尽量小，防止支架破坏。

4 运用 CAESARII 软件计算

使用软件计算时，需要设定以下各种组合工况如下：

1）（HYD）WW+HP 水压试验工况；

2）（SUS）W+P1 安装工况 ；

3）（OPE）W+T1+P1 操作工况 ；

4）（EXP）（OPE）-（SUS）纯热态工况其中 W 为管道自重（包含管材，保温，介质重），WW 为水压状态下重量，P1为设计压力，T1 为操作温度，HP 水压试验压力。

以上组合工况下由软件进行计算后，通过软件需要得到以下数据辅助管道整体布置：

1）首先安装工况下一次应力满足校核要求；

2）纯热态工况下二次应力满足校核要求；

3）在操作工况下，得到固定支架或者轴向固定支架处轴向受力提供给土建专业，并且通过合理布置尽量降低此处受力，以降低设计成本和增加安全性；

4）在操作工况下，得到各支架点横向和轴向位移，考虑加长管托，防止横向位移过大导致管托滑落；

5）水压试验工况下各个支架受力提给土建，以便土建设置合适的支撑梁。

5 结束语

综上所述，蒸汽管道布置时不仅要考虑一般的配管知识，还要了解相应工艺方面的需求和掌握管道应力计算支架选择等各个方面的知识。只有满足各个方面的要求才能保证蒸汽管道布置的合理性，经济性和安全性。

[1] 唐永进.压力管道应力分析[M].北京：中国石化出版社，2009.

Discussion on Layout and Stress of Steam Main Pipe in Equipment

Sun Pei，Quan Jian-xiao

The main pipeline of steam in the petrochemical plant is generally arranged on the main pipe to provide steam to each steam use point.General steam purging，heat，heat supply，drive equipment and other uses.General steam has low pressure steam，medium pressure steam，superheated steam and other distinction，but its layout principle is much the same，here we do not make a special distinction.As the steam pipe temperature is high，hot up large，it is easy on the bridge structure and branch pipe have a great impact，so the placement should be particularly careful.I use the petrochemical industry pressure pipeline professional stress analysis software CAESARII，analysis of the steam pipe layout need to pay attention to the problem.

steam；main pipe；stress；pipe bridge；branch pipe

TM62

A

1003–6490（2017）10–0152–01

2017–07–25

孙沛（1989—），男，河南泌阳人，助理工程师，主要研究方向为配管管道设计。