低温丙烯管线设计要点探析

（中国石油天然气管道工程有限公司设计院 河北 065000）

1.前言

随着低温产品的利用率上升，低温技术的不断发展，低温介质在工艺装置中使用频率越来越高。因此，如何保证低温管道运行的安全性变得非常重要，本文就某装置冷冻站以丙烯为制冷介质的冷冻机组撬间管线为例，简要介绍丙烯管线配管设计要点。

2.工艺流程

某装置使用冷冻机组的制冷介质为丙烯，冷媒为乙二醇水溶液。制冷流程为：丙烯气体经过压缩机压缩后，成为高温高压的丙烯气体进入水冷式冷凝器；高温高压的丙烯气体在冷凝器内被冷凝为丙烯液体；冷凝后丙烯液体经经济器分为两路，一路过冷后经节流阀进入热虹吸式蒸发器的供液罐，一路节流蒸发后进入到压缩机的补气口，继续参与压缩循环；节流后的液态丙烯经过供液罐进入蒸发器与介质进行热交换，吸收热量冷却介质并蒸发；蒸发后的气态丙烯经过供液罐进行气液分离后，进入压缩机吸气口继续参与压缩制冷循环。

冷冻机组使用的的制冷剂丙烯是碳氢类制冷剂，对臭氧层完全没有破坏，并且温室效应也非常小，属于当今最环保的制冷剂，并且丙烯制冷剂在制冷设备上的初装以及维修过程中的使用均没有限制。

由于丙烯作为甲A类火灾危险性介质，危险性较大。若管线上设有切断措施，为防止撬间管线两端阀门关闭且因外界影响可能造成介质压力升高，需设泄压的安全设施。由于管线离地面高度大于2.5m，每根管线均增加安全阀则出口设置支架较困难，也具有一定的危险性，因此管线未设置切断阀，采用步步低的方式进入设备，设备上设置有安全阀，密闭排放至火炬系统。

冷冻机撬间管线的设计压力为2.1MPaG，设计温度为-45℃～95℃。根据此温度压力选用的管道材质为不锈钢06Cr19Ni10。

3.配管设计

除遵循配管设计的常规要求外，丙烯配管设计中的还有以下需求注意的要点：

（1）在管廊上布置丙烯管线时，宜设置在下层，并且不得与高温管线相邻布置。

（2）管道走向使用自然补偿型补偿器。根据设备的管口荷载，进行应力分析。如图1和图2。

图1

图2

（3）管道敷设应尽量避免管道低点积液，防止由于闪蒸，温度骤冷，丙烯的闪蒸温度可低至-48℃。

（4）管道宜集中敷设，当管道跨越人行通道或设备时，管道上不宜设置易产生泄露的管阀件。

（5）等于或大于DN40mm的管道应采用对焊连接，小于DN40mm的管道宜采用承插焊连接。

（6）在低温丙烯管线上装有排气、排净的支管时，需注意该低温液体介质排出后是否立即气化，若气化就要大量吸热，导致管道结霜直至结冰，使管道温度降到很低，故支管也应采用不锈钢材料。管道支架也应选用保冷管支架。

（7）对低温流体使用保冷材料与外界环境温度隔离。因此必须从材料方面考虑，采用湿气渗透性较低的保冷材料，避免由于保冷材料缺陷造成部分管段保冷效果不佳从而影响设备运转。本次改造选用橡胶和二烯烃发泡的新型保冷材料，这种材料施工方便、密度小、实用性强，目前在装置运行过程中未发现任何问题。见图3和图4。

图3

图4

（8）管道温度低，保冷厚度大。设计管线和支架时需考虑保冷厚度，避免管线与相邻管线、设备和梁等发生碰撞，管道的放空、倒净阀门前的直管长度也需根据保冷厚度确定。

（9）低温管道停车吹扫时，应连接固定氮气吹扫管。不得采用蒸汽吹扫，以避免在蒸汽吹扫时，造成管线应力或位移过大。

4.支架设置

由于保冷支架结构比较复杂，现场制作比较困难。在此项目中，低温管托采用成套定型管托，因此不用考虑隔热材料的选择。

在管道支架的选型和设计中应注意：

（1）低温丙烯管道的支架选择卡箍型的管托，支架跨度小于裸管支架的跨距。

（2）管道支架应设置保冷层，管道或支架的底部采用隔热材料措施，以免管道中冷量损失。

（3）若管线管径减小，隔热材料厚度应保持不变，维持管底标高不变。

（4）根据应力计算结果，管线导向和承重架集中设置。由于管线不能有袋形，支架位置较高，计算此处荷载并设置单腿支架。

5.结语

本文仅根据此项目中低温丙烯管道的设计、施工及运行情况进行简要叙述。在不同的项目组还需具体情况具体分析，根据介质状态、操作条件和业主要求等综合分析，优化低温管道的设计。