石油化工工艺装置蒸汽管道配管设计探讨

李文磊 张玉鑫

摘 要：现阶段，随着全球的工业化发展，世界各国对石油的需求量和利用率都在不断地上升。石油作为我国的重要能源之一，对人们的生活和企业的生产有着重要的作用。蒸汽管道配管的科学设计在石油化工工艺装置内，对安全生产和经济效益都发挥着极其重要的作用。希望本文的论述能够对我国石油化工企业的发展起到一定的推动作用，同时对蒸汽管道配管的科学设计提供理论参考。

关键词：石油化工工艺装置;蒸汽管道;配管设计探讨

0 引言

进入二十一世纪，我国的经济得到高速的发展，在经济的发展中，资源的使用成为社会关注的重点，而石油作为工业发展中的重要资源，在世界中占有重要的地位，但是，在石油产业中，必不可少的就是蒸汽以及蒸汽管道。我国石油化工厂蒸汽系统的压力大致分为10.0MPa、4.0MPa、1.0MPa、0.3MPa，凝结水系统压力多为0.3MPa。蒸汽在石油化工中发挥着重要的作用，管道作为蒸汽的重要输送设备，科学设计蒸汽管道配管，不仅对石油化工工艺装置的安全性有着重要影响，对提高化工产品的质量也有着很大的关系。

1 石油化工的蒸汽管道管径的选取

石油化工的蒸汽管道设计的过程中，首先考虑是蒸汽管道管径的选取。管径的确定应按正常生产条件下蒸汽所需的最大流量考虑，其最大压力损失应不超过工艺允许值，其流量应位于蒸汽自身操作温度和操作压力所确定的安全流速的范围内。饱和蒸汽DN>200，流速30～40m/s;

DN=200～100，流速35～25;DN<100，流速30～15。过热蒸汽DN>200，流速40～60m/s;DN=200～100，

流速50～30m/s;DN<100，流速40～20 m/s。具体可参考工艺系统工程设计技术规定HG/T 20570-95中常用流速的范围表2.0.1。

综合权衡建设费用和运行费用。一般应在允许压力损失的前提下尽可能选用较小的管径，特别是对大直径、厚壁等管道管径更需慎重对待以节省投资。但是管径太小则介质流速增大、摩擦阻力增大、增加了机、泵的投资和功率消耗，从而增加了运行费用，且流速过高易引起管道的冲蚀、磨损、振动和噪声等现象。因此应进行比较，取其适当的管径，选取经济流速，此外还要考虑安全流速及其其他条件的限制。

选用符合管材的标准规格。对于蒸汽管道，不推荐使用DN32、DN65、DN125的管道。

2 装置蒸汽管道配管设计要点

2.1 管廊蒸汽管道布置

一般装置的蒸汽管道，大多都是架空采用管廊布置，很少在管沟内布置，非特殊情况不埋地设置。其主要原因是不易解决保温层的防潮和吸收管道热膨胀的变形。

管廊蒸汽管道布置中，应将蒸汽管道布置在管廊顶层一侧，其能够为“π”型补偿器的设置提供诸多的便利。蒸汽管道尽量利用自然补偿和“π”型补偿器吸收管道产生的热位移及热应力，不建议采用波纹管膨胀节，波纹管膨胀节需要投入较高的成本，使用寿命较短，因此在蒸汽管上通常不设置膨胀节。在设计管道“π”型补偿器位置时，要综合考虑操作条件及管径大小等各种影响因素，以1.0MPa蒸汽为例，“π”型补偿器的间距一般不超过80m，小直径管道因自身的柔性较好，可以适当的增加距离。建设项目的不同，用气量也会存在一定差异，蒸汽管道的直径也会发生较大改变，“π”型补偿器具体位置以专业应力软件CAESARII计算的数据作为参考。管廊上的管道考虑到美观性和安全性，应以集中统一的形式布置“π”型补偿器，大补偿储量管道应设置在外侧，小补偿储量的管道设置在内侧。两个固定点中间的位置设置“π”型补偿器效果最为理想。若无法在中间设置，则需尽量缩短其与固定点的间距。其数值要在两个固定点距离的1/3以内，同时，在“π”形补偿器的两端应设置应力导向架，导向架距“π”形补偿器应在32倍管径～40倍管径设置为宜，以管道应力计算所获得的最终数值来明确补偿器固定点推力。计算时，蒸汽管道不可分为若干管系计算，要将其视为统一整体，保证应力计算的准确性。蒸汽管道的“π”形补偿器不得引入支管。

蒸汽管道的支管应从主管的顶部引出，当工艺要求支管上设置切断阀时，切断阀应布置在靠近主管的水平管段上，以避免存液。

从蒸汽主管或支管引出接至工艺设备或工艺管道的蒸汽管上，必须设置三阀组，即两切断阀之间设一个常开的DN20检查阀，以便随时发现泄漏。当饱和蒸汽进入装置，要在装置侧的边界附近设置蒸汽分水器，在分水器下部设置经常疏水措施，过热蒸汽主管进入装置一般不设置水分离器。

2.2 蒸汽管凝液管道的设计

蒸汽加热设备的凝结水应予回收利用，其他用汽点的凝结水也应尽量回收利用。从各点排水的凝结水一般应经疏水阀（水量较大的可设置汽水分离罐）排至相应的凝结水系统。国内石油化工厂不同等级的凝结水合并回收时，由于疏水阀的出口压力取决于其后面系统的压力，与蒸汽入口的压力没有直接关系，因而在一定条件下可合用一个凝结水系统。但当高压凝结水量较大，在排入低压凝结水系统以前，一般可先经凝结水扩容器以降低其压力，并回收因压降产生的蒸汽。

设计前要充分了解化工工艺的整体流程，然后再制定出与之相符的设计方案。其次，在设计时要使蒸汽凝液管道和蒸汽管道装置在同一层，可以实现有效的衔接。倘若凝液总管道高于蒸汽管道的疏水阀时，可以在疏水阀处安装止水阀来提高作业的便利性，进而提高石油化工企业的工艺水平和作业效率。

2.3 管道焊接

石油化工工程中涉及到的管道数量较多，分布也十分复杂，此种情况之下，工作人员应保证管道焊接工作开展的合理性。但从焊接管道流程中能够看出，实际管道焊接质量在一定程度上与管道运行效率存在直接关系。更为重要的是，石化管道也容易受到外部因素的影响。例如，在焊接工作执行时，容易出现管道应力过大问题，增加了管道破裂等问题的出现几率，引发更多的安全事故。石油化工工程管道连续运行时，极有可能会受到外部腐蚀问题的影响，影响工艺管道初始性能。该类问题出现的原因主要在于各方工作人员没有针对该类管理操作制定足够的保护措施，不利于管道的有效运行，更无法从源头上杜绝管道威胁。尤其是在具体防护操作时，工作人员可以将重点内容放在碎屑清除上，将管道组件擦拭干净，让管道清洁度满足相关要求。

2.4 管道安装过程中的重要因素

开启闸门和闭合闸门两项工作是闸门工作的重要内容，在石油化工工程中闸门工程占据重要的地位。在进行管道安装时，首先应考虑将闸门的安装位置设置在便于施工技术人员操作的地点，同样这也是为之后维修维护闸门提供便捷。在对管道进行安装作业时，压缩机的安装同样十分重要。在进行安装压缩机之前，应该仔细检查设备表面是否清洁，清洁工作是否完善，在设备安装完成前，应固定胶囊压缩机的脚底板和底座平板，之后再根据具体情况调整压缩机的位置，确保设备的中心线和基础中心线能够在一条水平线上，确保压缩机的纵向水平度偏差与横向水平度的偏差≤0.05/1000m。在进行管道离心泵的安装时，这一环节极容易发生问题。如果泵的出口管道大于2.3m 的时候，通常安装阀门时的高度已经达到了2m 或者可能會更高。在这一情况下安装管道离心泵便具有一定的难度，对此的解决方式便是在管道离心泵附近的位置建立一个专门的制作平台，将该平台用于离心泵的安装和应用，部分企业认可制作专门的平台成本较高，有时也会使用电动阀作为平台，将其投入应用，也能起到相同的效果。

3 结语

综上所述，在整个石油化工工程工艺管道安装操作执行上，由于工程本身涉及到的内容十分广泛，建设周期较长，容易在安装操作中出现问题。为了强化施工质量，各个企业应选择高质量材料，强化施工质量控制力度，并将该类控制工作贯穿于整个施工过程，一旦发现施工中存在与标准不符情况，工作人员应立即进行处理，为后续管道安装工作创造更好环境。