化工工艺装置蒸汽管道配管设计

2020-07-25袁长兵

化工设计通讯 2020年7期

袁长兵

（淮安同心安全技术服务有限公司，江苏淮安 223005）

石油化工生产工艺的必要项目之一为蒸汽管道配管设计，这对化工厂的运行安全以及质量提升具有重要影响。要求采用统一规划与布置方式设计蒸汽管道系统中的相关数值与项目，并结合实际蒸汽管道运输中的实际情况进行调整，结合配管设计工艺选择相对应的输送压力以及输送管径。使得配管设计与工艺装置两者之间达到充分的统一。

1 化工工艺设计中的常见设计点

1.1 异径管设计

异径管对配管设计具有重要影响，要求优化对其的设计，同心异径管与偏心异径管共同构成了通常异径管，在选择异径管过程中要求结合装置蒸汽设计的实际配管需求，选择最佳的形式，可以结合管廊上配管设计资料进行相应设计与选择。底平的偏心异径管在设计中较为常见，若采用同心异径管则增加了工程施工的后期难度，在使用过程中容易出现蒸汽管廊上管道系统不流畅的现象[1]。

1.2 弯头设计

配管连接的重要纽带即弯头，在设计过程中容易出现一些问题，例如配管连接不上。因此在配管连接过程中要求积极采取多种有效措施，结合结合实际情况改进设计图纸，或者增加弯头等，进行有效的配管连接。但是在具体的设计过程中容易出现只是简单添加弯头而设计不精细的现象，由此导致弯头运行过程中出现较大的运行阻力，可能造成焊缝或者泄漏点现象，导致产生一定的风险[2]。

1.3 阀门设计

配管设计中的重要环节之一即是阀门设计，不同的阀门类型在用途上具有很大的差异，为了确保使用过程中安全性，要求选择最为适宜的阀门类型。在输送介质不同的情况下，应当选择相对应的操作方式与管材等级[3]。

2 化工工艺装置蒸汽管道配管设计研究

2.1 布置蒸汽管道

由于外界温度以及管内自身压力以及蒸汽温度等因素的影响，蒸汽管道运行时期其内部可能出现巨大的热膨胀量，而在运行管道中难以充分释放的情况下，可能在很大程度上影响支架、管道、相关管线设备等。传统蒸汽管道在设计过程中一般采用波纹管阻止以及管道自然补偿的方式吸收压力进行，以此处理管道运行过程中出现的热胀冷缩现象。在1 000kt/a乙烯装置运行过程中主要采用了以下的设计方式[4]，蒸汽管线相关布置情况见表1。

表1 化工工艺装置蒸汽管线相关布置情况

1000kt/a乙烯装置为了满足多种运行需要，设计了四种压力等级的蒸汽。首先是0.6MPa、0.4MPa较低等级的蒸汽压力，设计了DN15mm～DN800mm蒸汽管道管径，运行过程中具有200～545℃运行温度范围值。其次为1MPa、1.6MPa、2MPa中压蒸汽压力，第三是高压蒸汽压力，最后为大于等于13MPa超高压蒸汽压力。

为了确保超高亚蒸汽管道的顺利运转，以50m为间隔在系统中设置了“Π”型补偿器，低压蒸汽管道、中压蒸汽、高压蒸汽管道运行中也设置了这样一个“Π”型补偿器，间隔距离分别为100m、100m、80m（见表2）。

表2 蒸汽管道疏水管径设计情况

2.2 设计排液设施

为了保证蒸汽管道的良好正常运行，要求在系统中建立排液设施。例如1 000kt/a乙烯装置中一般主要是过热蒸汽，根据装置运行过程中管线情况以及蒸汽的自身特征，可以不再单独设立排液设置[5]。

13MPa超高压蒸汽运行过程中产生的凝液较少，可以忽略不计。可以直接通过低点排液设施将其排出，可以不必设置输水设施。切断阀、根部阀、排气筒等共同构成了排液设施。

0.4 MPa低压蒸汽、1.6MPa中压蒸汽以及4MPa高压蒸汽系统在一般运行过程中凝液较少，但是在暖管以及开车状态下则会出现大量的凝液，因此应当结合不同的压力等级设置相应的疏水设施。放净阀、疏水阀组、分液包、根部阀、止回阀是输水设施的主要构成部分，见图1。

2.3 设计蒸汽支管

系统散热器状态是蒸汽支管检查过程中需要考虑的重要因素之一。要求结合具体炉片使用情况以及管道运行需求而设计相应的蒸汽支管形式。灵活选择最佳的散热器安装方式，同时还需要有效设计支管安装坡度，以较为牢固可靠地安装散热器。设计过程中要求结合蒸汽管道运行中的不同等级情况，将经常性排水设施以及排液设施布置于蒸汽支管中的低点位置处。在布置过程中，安装地址一般选择调节阀、蒸汽支管最低点、减压阀前、进汽管切断阀前低点、输送工艺系统分水器低点、蒸汽进汽管切断阀前低点、加热仪器位置低点、扩容器底部、分配管底部等位置[6]。

图1 高压蒸汽总管管道结构图

2.4 设计蒸汽凝液管

一般在蒸汽管道的统一层面中设置蒸汽凝液管道，设计过程中，同样需要为其设计并安装“П”形补偿器，安装过程中要求注意避免水击对设备的影响，在水流突然发生一定变化的情况下，给系统运行带来了一定的安全隐患，由此可以在水平方向上进行设计。或者按照倾斜方向设计“П”形补偿器立管，以避免系统运行过程中出现水锤现象。

系统运用过程中，压力等级不同的蒸汽具有相对应的凝液总管，通过疏水阀之后将这些凝液通过法兰相连接，使得输水管阀蒸汽入口位置不会出现袋形现象。蒸汽管径中具有一些分流支管管径小于等于50mm，在使用过程中能够沿着介质输送的方向，按照斜向上45°的方向将其流向凝液回收管之中。若分管支流小于50mm，按照90°的方向将其流向凝液回收管之中。凝液回收总阀在设计止回阀过程中一般采用水平方向。