石油化工工藝裝置蒸汽管道配管的設(shè)計(jì)
石油化工工藝裝置蒸汽管道配管的設(shè)計(jì)
1 引言 石油化工工藝裝置以石油為原材料,通過一系列化學(xué)反應(yīng),制成化工產(chǎn)品。蒸汽管道是石油化工裝置中的重要公用工程管道,包括蒸汽管道和蒸汽凝液管道等。由于蒸汽管道具有高溫和氣液兩相流等特點(diǎn),因此,在對其進(jìn)行配管設(shè)計(jì)時(shí),不但要考慮經(jīng)濟(jì)合理性與整齊美觀性,而且還要滿足蒸汽管道的應(yīng)力計(jì)算要求與蒸汽管架的設(shè)計(jì)要求。只有充分考慮到這些因素,才能保證蒸汽管道既經(jīng)濟(jì)實(shí)用、又安全可靠。 2 管廊上蒸汽管道的設(shè)計(jì) 蒸汽管道分為四種形式,分別是0.4MPa的低低壓蒸汽管道、1.6MPa的低壓蒸汽管道、4MPa的中壓蒸汽管道和13MPa的高壓蒸汽管道。根據(jù)目前我國的管廊配管設(shè)計(jì)規(guī)定,管廊的一層和二層要布置工藝物料的管道,三層布置公用工程管道,四層則要布置火炬管道以及電氣和儀表電纜槽板。石油化工工藝裝置中的蒸汽管道是公用工程管道,一般要設(shè)置在管廊的第三層。針對不同壓力等級的蒸汽管道,也應(yīng)采取不同的蒸汽管道布置方式。一般需要注意以下幾點(diǎn): 第一,蒸汽管道最好布置在管廊一側(cè),方便集中設(shè)置“π”形補(bǔ)償器,如圖2-1所示。由于蒸汽管道屬于高溫型管道,因此需要設(shè)置“π”形補(bǔ)償器用于熱膨脹補(bǔ)償。需特別注意的是,波紋管膨脹節(jié)價(jià)格高昂又不經(jīng)久耐用,因此蒸汽管道上禁止用波紋管膨脹節(jié)來吸收管道的熱膨脹。通常,管廊上蒸汽管道的“π”形補(bǔ)償器位置設(shè)計(jì)考慮如下:高壓蒸汽(13MPa)管道應(yīng)該每隔約50m設(shè)置一個(gè);中壓蒸汽(4.0MPa)管道應(yīng)該每隔約80m設(shè)置一個(gè);低壓蒸汽(1.6MPa)或者低低壓蒸汽(0.4MPa)管道應(yīng)該每隔約100m設(shè)置一個(gè)[1]。當(dāng)然,具體項(xiàng)目的用汽量不同,導(dǎo)致蒸汽管道管徑有所變化,最終根據(jù)應(yīng)力計(jì)算才能準(zhǔn)確確定,以上數(shù)據(jù)可以作為初期布置的參考?!?/span>π”形補(bǔ)償器應(yīng)該盡量統(tǒng)一和集中設(shè)置安排,管徑較大、溫度較高需要較大補(bǔ)償量的管道宜設(shè)置在外,而管徑較小、溫度相對而言較低的管道則設(shè)置在內(nèi)。 圖2-1 “π”形補(bǔ)償器的設(shè)置 在兩固定點(diǎn)的中部設(shè)置“π”形補(bǔ)償器是最佳的,如果不能滿足此條件,它與固定點(diǎn)的間距應(yīng)該盡可能的小,一般不能超過兩個(gè)固定點(diǎn)間距的三分之一;另外,應(yīng)該在“π”形補(bǔ)償器的兩邊設(shè)置與“π”形補(bǔ)償器的距離相適應(yīng)的管道應(yīng)力導(dǎo)向架。補(bǔ)償器固定點(diǎn)的推力也應(yīng)該根據(jù)管道應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果決定。在計(jì)算蒸汽管道支架的推力和應(yīng)力時(shí),蒸汽管道不應(yīng)該將固定點(diǎn)分成幾個(gè)管系進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算,而是作為一個(gè)統(tǒng)一的、完整的管系進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算。 第二,在需要裝設(shè)多層管廊時(shí),蒸汽管道應(yīng)當(dāng)設(shè)置在上層,比如第三層,如圖2-2所示。若蒸汽管道只能布置在下層時(shí),就要設(shè)置在管廊的外側(cè),需要注意的不能與液態(tài)烴管道、低溫管道等相鄰,保溫后的最小距離也應(yīng)保持在500mm以上,或者將其隔開[2]。當(dāng)蒸汽管道與公用工程管道必須布置在同一層時(shí),保溫后的最小距離不但要滿足大于500mm的要求,同時(shí)還要考慮到蒸汽管道橫向熱位移的作用。電氣和儀表電纜槽板可以布置在蒸汽管道的同層或上層(比如第四層)。若選擇同層布置,則保溫后的最小距離應(yīng)當(dāng)大于200mm,或用公用工程管道將其隔開;若選擇布置在蒸汽管道上層,則保溫后的最小距離應(yīng)大于500mm。 圖2-2 蒸汽管道的布置 3 蒸汽管道排液設(shè)施的設(shè)計(jì) 一般而言,石油化工裝置蒸汽管道中除了高溫蒸汽外不會產(chǎn)生液體,但蒸汽管道在開車或暖管階段會產(chǎn)生大量凝液,所以在管廊上蒸汽管道的低點(diǎn)應(yīng)設(shè)置排液裝置。蒸汽凝液在管道內(nèi)流動過程中,由于壓力降低,會再次產(chǎn)生蒸汽,形成汽液混流,如果排液設(shè)施沒有及時(shí)排液,有可能會導(dǎo)致管道裂縫[3],因此蒸汽管道內(nèi)的排液設(shè)計(jì)十分重要。 不同壓力等級的蒸汽管道,在低點(diǎn)排液設(shè)施的設(shè)置上有許多差異。高壓蒸汽管道在正常生產(chǎn)時(shí)不會產(chǎn)生凝液,實(shí)際中也沒有相應(yīng)規(guī)格的凝液管道,因此管道低點(diǎn)不設(shè)排液裝置,對于開車或暖管階段所產(chǎn)生的凝液,可以通過管道低點(diǎn)的排液設(shè)施排出。其低漏設(shè)施和低點(diǎn)排水設(shè)施主要包括剛閥(其位置靠近主管并能夠操作的地方)、開閉閥(其在地面上的位置靠近排氣缸)以及排氣管。 圖3-1 蒸汽管道的排液 中壓蒸汽(4.0MPa)、低壓蒸汽(1.6MPa)以及低低壓蒸汽(0.4MPa)管道在正常情況下很少產(chǎn)生凝液,但是與高壓蒸汽管道不同的是,它們將產(chǎn)生特定的驅(qū)動或加熱管階段縮合物,由于相應(yīng)的壓力水平和冷凝液管線在同一時(shí)間的功能相同,所以它們的管道低點(diǎn)往往設(shè)置疏水性的設(shè)施。而疏水設(shè)施又是由分液包、設(shè)置在分液包下并且可以操作到的位置的放凈閥、設(shè)置在靠近分液包且能夠操作到的位置的根部閥和包括了檢查閥、后切斷閥、排污閥、前切斷閥、疏水閥等閥的疏水閥組以及止回閥組成。此外,各種蒸汽管的排水規(guī)格、標(biāo)簽規(guī)格都與高壓蒸汽管道的排水管不同,而且其管道直徑應(yīng)該是稍微小一些的,一般情況下是小于150mm。 除管廊上蒸汽管道低點(diǎn)應(yīng)設(shè)置排液裝置或經(jīng)常疏水設(shè)施外,蒸汽主管進(jìn)入裝置界區(qū)的切斷閥上游以及主管末端、蒸汽管道減壓閥和調(diào)節(jié)閥前也應(yīng)設(shè)排液設(shè)施或經(jīng)常疏水設(shè)施。設(shè)置分液包的間隔是: (1)在裝置的內(nèi)部,保證飽和蒸汽為80m以及過熱蒸汽為160m; (2)在裝置的外部,順坡的情況下為300m,逆坡的情況下為200m。 4 蒸汽支管的設(shè)計(jì) 蒸汽支管應(yīng)從主管的頂部接出,若要求在支管上設(shè)置切斷閥,則其應(yīng)設(shè)置在靠近主管的水平管段上,同時(shí)應(yīng)考慮操作的方便性。蒸汽支管絕對不能從具有滅火、消防以及吹掃等用途的蒸汽管道中接出,蒸汽管道的再沸器、“π”形補(bǔ)償器上也不得引出蒸汽支管。在支管從靠近“π”形補(bǔ)償器兩側(cè)的直管上引出時(shí),主管的位移不應(yīng)當(dāng)受到支管的妨礙。同時(shí)需要注意避免支管承受過大應(yīng)力,或因?yàn)橹鞴軣崦浂a(chǎn)生的支管引出點(diǎn)產(chǎn)生位移[4]。 從蒸汽主管上引出的蒸汽支管應(yīng)采用二閥組或三閥組,以便隨時(shí)發(fā)現(xiàn)是否有泄漏問題。一般而言,蒸汽支管的低點(diǎn)應(yīng)設(shè)置排液設(shè)施或經(jīng)常疏水設(shè)施,主要設(shè)置在以下位置:(1)蒸汽支管的最低點(diǎn);(2)蒸汽支管減壓閥和調(diào)節(jié)閥之前;(3)蒸汽分水器以及蒸汽加熱設(shè)備的最低點(diǎn);(4)經(jīng)常處于熱備用狀態(tài)的設(shè)備進(jìn)汽管切斷閥之前的最低點(diǎn);(5)蒸汽透平機(jī)、蒸汽泵以及換熱器的蒸汽進(jìn)汽管入口切斷閥前的最低點(diǎn)。 5 蒸汽凝液管道的設(shè)計(jì) 一般情況下,管廊上的蒸汽凝液管道會與蒸汽管道布置在同一層。當(dāng)蒸汽凝液管道上設(shè)置“π”形補(bǔ)償器時(shí),為了防止水錘的影響,可將其設(shè)計(jì)成水平方向上的“π”形補(bǔ)償器,或者將立管設(shè)計(jì)成傾斜段的“π”形補(bǔ)償器。在對蒸汽凝液管進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),從不同壓力的蒸汽疏水閥流出的凝液應(yīng)分別接到各自的凝液回收管中,千萬不能出錯(cuò)。對于那些直徑大于或等于50mm的支管,應(yīng)當(dāng)順著介質(zhì)流向的45度角斜接在蒸汽凝液回收總管的頂部;對于那些直徑50mm以下的支管可90度直接接在蒸汽凝液回收總管的頂部。 宜選用法蘭連接設(shè)置凝液回收系統(tǒng)用的疏水閥,應(yīng)注意疏水閥入口管道不能有袋形。在凝液回收總管高于疏水閥的時(shí)候,除了熱動力式疏水閥之外,最好在疏水閥后采取止回閥設(shè)置。并且止回閥宜設(shè)置在靠近凝液主管的水平管道之上??紤]管道吹掃拆卸止回閥需要,適宜選用法蘭連接的止回閥設(shè)備。 6 蒸汽管道設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意的要點(diǎn) 管道的直徑需要合理的選擇。優(yōu)先選擇的直徑要滿足上述的蒸汽管的需求。當(dāng)直徑過大時(shí),會增加資金的投入量,增加熱量的損失,同時(shí)也增加了冷凝水。當(dāng)直徑過小,會導(dǎo)致蒸汽流速偏大,從而增加了蒸汽壓降,最終供汽端壓力不足。最后,當(dāng)發(fā)生水錘和侵蝕時(shí),要選擇安裝管的直徑不能過大或過小。根據(jù)應(yīng)力要求安排管道,必須滿足應(yīng)力計(jì)算的嚴(yán)格要求。“π”形管補(bǔ)償器的設(shè)定和推力補(bǔ)償器的固定點(diǎn)應(yīng)符合要求,將設(shè)備連接到蒸汽管道集箱,這樣的操作可以提高設(shè)計(jì)工作的效率,避免水錘現(xiàn)象。安裝裝置或閥門時(shí),管道會產(chǎn)生一定的振動和噪聲,這就是所謂的水錘。為了避免水錘現(xiàn)象要注意管道疏水性的系統(tǒng)設(shè)置。此外,連接分支管要采用主通道的頂部蒸汽。管道不能使用太多的支管,避免發(fā)生部分管道下沉。 7 結(jié)論 石化工藝的蒸汽管道,是重要的公用工程管道,且隨著規(guī)模的不斷擴(kuò)大,蒸汽管道的管徑變大,不僅管廊相鄰兩層的高差比以前要高(甚至高達(dá)3m以上),管道的選擇有時(shí)也超出了常規(guī)選用的典型管道。這對應(yīng)力計(jì)算帶來新的挑戰(zhàn),需要更新數(shù)據(jù)庫。蒸汽管道和蒸汽冷凝液管道具有較高的溫度和氣液流動特性,因此在石油化工工藝裝置中的安排不僅要考慮經(jīng)濟(jì)和整潔的外觀,同時(shí)也要滿足蒸汽管道的應(yīng)力計(jì)算要求。只有充分考慮到這些因素,才能確保蒸汽管道設(shè)計(jì)滿足工藝生產(chǎn)的要求。 參考文獻(xiàn) [1]劉堯祥. 探究石油化工工藝裝置蒸汽管道配管的設(shè)計(jì)[J]. 中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,(5):63-64. [2]梁穎,張冰. 石油化工工藝裝置蒸汽管道配管設(shè)計(jì)研究[J]. 中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量,(4):66. [3]胡葉葉. 芻議石油化工工藝裝置蒸汽管道配管設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J]. 質(zhì)量與安全,2016,(8):217. [4]宮雪,張冰. 石油化工工藝裝置蒸汽管道配管設(shè)計(jì)研究[J]. 工業(yè)技術(shù),2016,(7):78-79.