王煜灿
天津渤化工程有限公司 天津 300193
摘要：本文首先阐述了石油化工工艺装置蒸汽和凝水管道配管设计，接着对石油化工工艺装置蒸汽和凝水管道配管设计安装方式进行了探讨。
关键词：石油化工工艺；蒸汽管道
引言：
蒸汽是化工生产中非常重要的公用工程介质。由于其高温、易产生凝液的特性，使得蒸汽系统的配管需要做一些特殊考虑。为了进一步提高我国石油化工的整体发展水平，需要在设置蒸汽管道排水设施的基础上，做好蒸汽管道的布置和重点控制，
1石油化工工艺装置蒸汽管道设计
在进行蒸汽和蒸汽冷凝水系统设计之前，首先要根据工艺装置里的用户需求，计算整个工艺装置的蒸汽平衡，确定不同等级蒸汽的消耗量，并计算蒸汽管道的管径。此后，便是管道设计。
管道设计分为几个重要部分:材料选择、应力计算和管道布置。
1.1蒸汽管道材质的选择
蒸汽管道选取材料可通过明确定义设计设施中使用的管的材料和标准，来简化管作业。蒸汽作为一种无毒无害非可燃的高温介质，在一般工程中，GB/T-8163-2018《流体输送用无缝钢管》20#可以满足基本的设计使用。管件也应基于GB/T-12459-2017《钢制对焊管件类型与参数》选择相应的钢制对焊无缝管件。法兰可选用板式平焊钢制管法兰，但需要注意的是，垫片应选用耐高温的石墨缠绕垫。
1.2蒸汽管道的应力分析
蒸汽管道因其高温特性，易产生热应力，故一般规定在管径≥DN150、温度高于150°C的蒸汽管道做应力计算。一般来讲，蒸汽管道应力计算，主要是计算管道在内压、持续荷载（包括自重）作用下单应力和热胀、冷缩及其他位移受约束而产生的应力。CEASAR II是常用的应力计算软件。将需要计算的管线轴测图和操作、设计工况输至软件中，并分好节点，便可计算出各个节点的轴向荷载、环向荷载以及扭转荷载等数值，并可给出建议管架位置，比如哪些地方可设置固定架，哪些地方需设置弹簧架等。
1.3蒸汽管道的布置
蒸汽管道的热位移是指由于管道内蒸汽温度高于环境温度，因热胀而产生的热伸长。
在管廊上，作为公用工程介质，蒸汽管道通常布置于工艺介质的上方，且应布置在靠近管廊柱子的一侧。需每隔60~70米设置一个固定支架，每两个固定支架之间需要做π型弯，用于吸收两固定架之间的热位移。这种布置方式叫做自然补偿，是热应力管道中最常见和最优先选择的补偿设计。当自然补偿无法满足补偿要求时，可设置补偿器进行热补偿。选择补偿器时，应根据敷设条件，采用维修工作量小，工作可靠，价格低廉的补偿器。
在装置内，管道布置仍然要考虑合理走向，采用自然补偿消除热位移带来的不利影响。需要注意以下几点：
1）在空间允许的情况下，尽量多设置几个弯头，且在弯头前后两个方向上的长度尽量相等，以使不同方向上的线性膨胀量趋近相等，管线不会在某一方向上应力过大，造成管线破坏。
2）若设备管口的许用应力低于蒸汽管道产生的热应力，则应考虑使用热力管道补偿器。补偿器利用自身的弹性伸缩功能，补偿管道由于热变形、机械变形和各种机械振动而产生的轴向、角向、侧向及其组合位移，起到降低管道变形和提高管道使用寿命的作用。
3）蒸汽管道支吊架的考虑。一般来说蒸汽管道的支吊架，应由应力专业通过计算之后返给管道布置专业，但在部分特殊场合应该注意，如蒸汽管道进装置的第一道支架应为固定支架，某些设备管口前应设置弹簧架等。
2石油化工工艺装置蒸汽管道疏水设置
2.1疏水阀组的设置
在蒸汽管道配管研究过程中，首先要根据不同的蒸汽品质确定蒸汽管道是否需要配备排水设施。一般来说，过热蒸汽管道不会产生凝水，但是在开停车时会产生大量凝水，故仅需要在管道最低点处、立管底部和系统末端设置排净口。而饱和蒸汽会随着管道压降损失产生凝水，故除管道最低点设置排水设施外，还应每隔一定距离设置一个疏水阀组，同一坡向的管段，顺坡情况下每隔400~500m，逆坡时每隔200~300m应设置启动疏水和经常疏水装置。系统的末端也要设置排净口，以便更彻底地将产生的凝水顺利排出。
中途疏水口应采用三通接头，以防止冷凝水未经分离而直接过去。
疏水阀组不同于其他阀组，应设置三个阀门，即在两个截止阀之间设置一个常开的DN 20 mm检查阀，以便及时检测是否有泄漏。
2.2疏水阀的布置要求
疏水阀的布置应符合下列要求：
1）疏水阀的安装位置不宜高于疏水点，且应便于操作和检修。
2）恒温型疏水阀为得到动作需要的温度差，疏水阀前应有1m长的不保温管段。
3）当疏水阀本体无过滤器时，疏水阀前应安装过滤器。
4）布置疏水阀的出口管道时，应采取措施降低疏水阀的背压。
5）疏水阀的布置也应符合下列要求：
① 浮球式疏水阀应水平安装，布置在室外时，应采取防冻措施。
② 热动力型疏水阀应安装在水平管道上。
③ 脉冲式疏水阀宜安装在水平管道上，阀盖朝上。
④ 倒吊式疏水阀应水平安装。
6）当凝结水回收总管高于疏水阀时，除热动力型疏水阀外，宜在疏水阀后设止回阀。
7）多个疏水阀同时使用时应并联安装。
3 蒸汽系统其他设计
3.1支管设计
在蒸汽管道系统的设计中，支管可以决定主管道的运行效率，实现其运行标准化。支管不得影响主管的位移。即：从总管引出支管时，应选择总管热伸长的位移量小的地方，且要从上部引出。
蒸汽的支管，同样不能从π型弯中引出。
在应力分析过程中，支管不应与主管一起分析，故在分支的第一道管架应为固定支架。但是应该考虑主管对其施加的附加位移。
在设计支管时，需要协调它们之间的关系，提高管道运行的效率。其中，相关施工人员应根据管道的位置进行预判，以确保支管与主管的连接不影响其整体运行，减少管道工程的误差。
3.2排液设施设计
排水系统影响蒸汽输送的运行，从而提高蒸汽输送的效率，使整个装置的蒸汽供应更加顺畅。排水设计过程中，有关人员应检查管道工程各部分的位置，并根据实际位置选择阀门位置，以确保设计过程顺利进行。安装控制阀和支管时，应切断自动阀，手动控制蒸汽锅炉的前端和后端面，以确保蒸汽输送正常运行和延长寿命。
3.3凝液管的安装
安装冷凝水管时，当支管直径超过DN50时，冷凝水管与支管的连接角度应控制在45°以内，以保证冷凝水的排除，提高管道运行的工作效率。当支管直径小于DN50时，需要对支管进行90°处理，以实现冷凝水的顺利排放，减少支管对整个管道工程运行的阻碍。在此基础上，冷凝水管的位置也有重要影响。如果冷凝水管的位置高于疏水阀的位置，相关人员应调整水流流态，然后协调两者之间的关系，以保证疏水阀的正常使用。此外，疏水阀更换后，水阀和止回阀之间的连接需要改进，以保证水阀及其各部件之间的工作效率。其中，法兰连接方式可以提高工作效率、有效连接，保证系统的密封性。
结束语：
目前，中国经济发展迅速，潜力巨大，为国内石油化工的发展提供了坚实的基础。在许多石化装置中，蒸汽管道起着非常重要的作用，因此有必要确保它具有良好的运行特性。在设计蒸汽管道时，不仅要考虑是否经济美观，还要注意蒸汽管道应力的计算和蒸汽管架的设计，以及疏水系统的合理设置。只有相关问题得到有效解决，才能有效保证蒸汽管道的安全性，进一步提高实用性。
参考文献：
[1]石油化工工艺装置蒸汽管道配管设计研究[J].赵喜.云南化工.2018(12)
[2]石油化工工艺装置蒸汽管道配管设计研究[J].王海荣.化工管理.2018(30)
[3]试论石油化工工艺装置蒸汽管道配管设计[J].李超.科学技术创新.2018(09)
[4]刍议石油化工工艺装置蒸汽管道配管设计要点[J].欧阳云凤,陈济岩.化学工程与装备.2018(01)
[5]石油化工装置工艺管道设计的合理性分析[J].霍洪雨.石化技术.2019(04)
[6]化工工艺管道蒸汽伴热系统设计研究进展[J].李政.盐科学与化工.2018(07)