1 引言

石油化工工藝裝置以石油為原材料，通過(guò)一系列化學(xué)反應，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)行配管設計時(shí)，不但要考慮經(jīng)濟合理性與整齊美觀(guān)性，而且還要滿(mǎn)足蒸汽管道的應力計算要求與蒸汽管架的設計要求。只有充分考慮到這些因素，才能保證蒸汽管道既經(jīng)濟實(shí)用、又安全可靠。

2 管廊上蒸汽管道的設計

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。根據目前我國的管廊配管設計規定，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，一般要設置在管廊的第三層。針對不同壓力等級的蒸汽管道，也應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，方便集中設置“π”形補償器，如圖2-1所示。由于蒸汽管道屬于高溫型管道，因此需要設置“π”形補償器用于熱膨脹補償。需特別注意的是，波紋管膨脹節價(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來(lái)吸收管道的熱膨脹。通常，管廊上蒸汽管道的“π”形補償器位置設計考慮如下：高壓蒸汽（13MPa）管道應該每隔約50m設置一個(gè)；中壓蒸汽（4.0MPa）管道應該每隔約80m設置一個(gè)；低壓蒸汽（1.6MPa）或者低低壓蒸汽（0.4MPa）管道應該每隔約100m設置一個(gè)^[1]。當然，具體項目的用汽量不同，導致蒸汽管道管徑有所變化，最終根據應力計算才能準確確定，以上數據可以作為初期布置的參考?！?/span>π”形補償器應該盡量統一和集中設置安排，管徑較大、溫度較高需要較大補償量的管道宜設置在外，而管徑較小、溫度相對而言較低的管道則設置在內。

圖2-1 “π”形補償器的設置

在兩固定點(diǎn)的中部設置“π”形補償器是最佳的，如果不能滿(mǎn)足此條件，它與固定點(diǎn)的間距應該盡可能的小，一般不能超過(guò)兩個(gè)固定點(diǎn)間距的三分之一；另外，應該在“π”形補償器的兩邊設置與“π”形補償器的距離相適應的管道應力導向架。補償器固定點(diǎn)的推力也應該根據管道應力的計算結果決定。在計算蒸汽管道支架的推力和應力時(shí)，蒸汽管道不應該將固定點(diǎn)分成幾個(gè)管系進(jìn)行應力計算，而是作為一個(gè)統一的、完整的管系進(jìn)行應力計算。

第二，在需要裝設多層管廊時(shí)，蒸汽管道應當設置在上層，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)，就要設置在管廊的外側，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保持在500mm以上，或者將其隔開(kāi)^[2]。當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(mǎn)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當大于200mm，或用公用工程管道將其隔開(kāi)；若選擇布置在蒸汽管道上層，則保溫后的最小距離應大于500mm。

圖2-2 蒸汽管道的布置

3 蒸汽管道排液設施的設計

一般而言，石油化工裝置蒸汽管道中除了高溫蒸汽外不會(huì )產(chǎn)生液體，但蒸汽管道在開(kāi)車(chē)或暖管階段會(huì )產(chǎn)生大量凝液，所以在管廊上蒸汽管道的低點(diǎn)應設置排液裝置。蒸汽凝液在管道內流動(dòng)過(guò)程中，由于壓力降低，會(huì )再次產(chǎn)生蒸汽，形成汽液混流，如果排液設施沒(méi)有及時(shí)排液，有可能會(huì )導致管道裂縫^[3]，因此蒸汽管道內的排液設計十分重要。

不同壓力等級的蒸汽管道，在低點(diǎn)排液設施的設置上有許多差異。高壓蒸汽管道在正常生產(chǎn)時(shí)不會(huì )產(chǎn)生凝液，實(shí)際中也沒(méi)有相應規格的凝液管道，因此管道低點(diǎn)不設排液裝置，對于開(kāi)車(chē)或暖管階段所產(chǎn)生的凝液，可以通過(guò)管道低點(diǎn)的排液設施排出。其低漏設施和低點(diǎn)排水設施主要包括剛閥（其位置靠近主管并能夠操作的地方）、開(kāi)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)生特定的驅動(dòng)或加熱管階段縮合物，由于相應的壓力水平和冷凝液管線(xiàn)在同一時(shí)間的功能相同，所以它們的管道低點(diǎn)往往設置疏水性的設施。而疏水設施又是由分液包、設置在分液包下并且可以操作到的位置的放凈閥、設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格、標簽規格都與高壓蒸汽管道的排水管不同，而且其管道直徑應該是稍微小一些的，一般情況下是小于150mm。

除管廊上蒸汽管道低點(diǎn)應設置排液裝置或經(jīng)常疏水設施外，蒸汽主管進(jìn)入裝置界區的切斷閥上游以及主管末端、蒸汽管道減壓閥和調節閥前也應設排液設施或經(jīng)常疏水設施。設置分液包的間隔是：

（1）在裝置的內部，保證飽和蒸汽為80m以及過(guò)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 蒸汽支管的設計

蒸汽支管應從主管的頂部接出，若要求在支管上設置切斷閥，則其應設置在靠近主管的水平管段上，同時(shí)應考慮操作的方便性。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”形補償器上也不得引出蒸汽支管。在支管從靠近“π”形補償器兩側的直管上引出時(shí)，主管的位移不應當受到支管的妨礙。同時(shí)需要注意避免支管承受過(guò)大應力，或因為主管熱脹而產(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采用二閥組或三閥組，以便隨時(shí)發(fā)現是否有泄漏問(wèn)題。一般而言，蒸汽支管的低點(diǎn)應設置排液設施或經(jīng)常疏水設施，主要設置在以下位置：（1）蒸汽支管的最低點(diǎn)；（2）蒸汽支管減壓閥和調節閥之前；（3）蒸汽分水器以及蒸汽加熱設備的最低點(diǎn)；（4）經(jīng)常處于熱備用狀態(tài)的設備進(jìn)汽管切斷閥之前的最低點(diǎn)；（5）蒸汽透平機、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 蒸汽凝液管道的設計

一般情況下，管廊上的蒸汽凝液管道會(huì )與蒸汽管道布置在同一層。當蒸汽凝液管道上設置“π”形補償器時(shí)，為了防止水錘的影響，可將其設計成水平方向上的“π”形補償器，或者將立管設計成傾斜段的“π”形補償器。在對蒸汽凝液管進(jìn)行設計時(shí)，從不同壓力的蒸汽疏水閥流出的凝液應分別接到各自的凝液回收管中，千萬(wàn)不能出錯。對于那些直徑大于或等于50mm的支管，應當順著(zhù)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。

宜選用法蘭連接設置凝液回收系統用的疏水閥，應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(dòng)力式疏水閥之外，最好在疏水閥后采取止回閥設置。并且止回閥宜設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備。

6 蒸汽管道設計時(shí)應該注意的要點(diǎn)

管道的直徑需要合理的選擇。優(yōu)先選擇的直徑要滿(mǎn)足上述的蒸汽管的需求。當直徑過(guò)大時(shí)，會(huì )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。當直徑過(guò)小，會(huì )導致蒸汽流速偏大，從而增加了蒸汽壓降，最終供汽端壓力不足。最后，當發(fā)生水錘和侵蝕時(shí)，要選擇安裝管的直徑不能過(guò)大或過(guò)小。根據應力要求安排管道，必須滿(mǎn)足應力計算的嚴格要求?！?/span>π”形管補償器的設定和推力補償器的固定點(diǎn)應符合要求，將設備連接到蒸汽管道集箱，這樣的操作可以提高設計工作的效率，避免水錘現象。安裝裝置或閥門(mén)時(shí)，管道會(huì )產(chǎn)生一定的振動(dòng)和噪聲，這就是所謂的水錘。為了避免水錘現象要注意管道疏水性的系統設置。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 結論

石化工藝的蒸汽管道，是重要的公用工程管道，且隨著(zhù)規模的不斷擴大，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3m以上），管道的選擇有時(shí)也超出了常規選用的典型管道。這對應力計算帶來(lái)新的挑戰，需要更新數據庫。蒸汽管道和蒸汽冷凝液管道具有較高的溫度和氣液流動(dòng)特性，因此在石油化工工藝裝置中的安排不僅要考慮經(jīng)濟和整潔的外觀(guān)，同時(shí)也要滿(mǎn)足蒸汽管道的應力計算要求。只有充分考慮到這些因素，才能確保蒸汽管道設計滿(mǎn)足工藝生產(chǎn)的要求。

參考文獻

[1]劉堯祥. 探究石油化工工藝裝置蒸汽管道配管的設計[J]. 中國石油和化工標準與質(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計研究[J]. 中國石油和化工標準與質(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計要點(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計研究[J]. 工業(yè)技術(shù)，2016，（7）：78-79.