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摘 要：石油化工装置蒸汽及其排液管道设计是否合理，关系到整个装置能否顺利投产和安全运行。以下是本人结合工作实际对石油化工装置的蒸汽及其排液管道设计进行讨论。
关键词：石油化工装置 蒸汽管道 排液设施 设计 探讨
蒸汽管道和蒸汽凝液管道的显著特点是高温和汽液两相流，在进行蒸汽管道配管或蒸汽凝液管道配管设计时，在满足工艺要求的前提下，既要符合管架结构设计和管道应力计算的要求，又要与装置中其它管道协调一致，整齐美观，经济合理，以使蒸汽管道稳定安全运行，从而为整个装置长期可靠运行提供保障。
一、石油化工装置中蒸汽管道的布置
在石油化工装置中蒸汽主要用于动力、加热、工艺过程、吹扫、灭火/消防等。蒸汽管道与压缩空气管道、氮气管道、工业水管道等均作为公用工程管道，遍布整个装置。因此，蒸汽管道布置的好坏，关系到整个装置管道的布置，从而影响整个装置管道工程的成本。
1. 管廊上蒸汽主管的布置
蒸汽管道因其保温以及热膨胀的特点，大多是架空敷设。因此管廊上蒸汽管道的布置至关重要。为了更清楚地讨论管廊上蒸汽管道的布置，下面以某1000kt/a乙烯装置为例来进行分析探讨。
首先，根据管道种类、数量、管径等对装置管廊进行整体规划。装置中一共有两个纵向和三个横向的管廊。其中，两个纵向的管廊分别设置有四层管廊，如： EL16.000、EL13.000 、EL10.000、EL7.000；而三个横向管廊分别为：EL14.500、EL11.500、EL8.500、EL5.500。其次，根据设备布置情况及管廊配管设计中的相关规定，管廊的第一层、第二层布置工艺物料管道，第三层布置的是公用工程管道，第四层布置为电气、仪表电缆槽板、火炬管道等。蒸汽管道属于公用工程管道，它设置在纵横管廊的第三层[2]。
1000kt/a乙烯装置中一共有四种压力等级的蒸汽，分别是：低压蒸汽（0.5MPa）、中压蒸汽（1.5MPa）、高压蒸汽（5MPa）、超高压蒸汽（14MPa）。以下对四种不同压力等级的蒸汽管道布置方案进行探讨。
如果蒸汽管道布置在下层，则要设置在管廊的外侧，但是不能和低温管道紧邻，其最小净距（保温后）不应小于500毫米，或者是用其他的管道相隔开，这样就给下部工艺物料管道的布置增加了难度甚至可能造成管廊空间的浪费。因此蒸汽管道和仪表空气、装置空气以及氮气等公用工程管道一同设在多层管廊的上层是比较合理的布置。在和公用工程管道同层进行布置的时候，其最小净距（保温后）除了满足不小于50毫米（国外工程通常要求为100mm）以外，而且还要考虑到蒸汽管道横向热移位的影响。
因为蒸汽管道属高温管道，应对其进行详细的应力计算。目前国际上以及国内普遍采用的应力计算软件为CAESARII。工艺装置内管廊上的蒸汽管道几乎不使用波纹管膨胀节来吸收管道的热膨胀，原因是波纹管膨胀节的价格很贵，而且又容易被破坏。而采用“∏”形补偿器来吸收管道热膨胀，经济实用，安全可靠。管廊上蒸汽管道的“∏”形补偿器的设置要通过管道的应力分析来确定。在通常情况下，低压蒸汽管道、中压蒸汽管道、高压蒸汽管道、超高压蒸汽管道每隔多少米设置一个“∏”形补偿器，分别如：100米、80米、75米和50米。“∏”形补偿器通常设置在两个固定点的中部，不在中部的时候，其与固定点的间距不应小于两固定点间距的三分之一。 “∏”形补偿器和导向架之间的距离也要根据管道的应力计算来进行确定，通常最合适的距离为32～40倍管道公称直径。管廊上“∏”形补偿器要统一进行规划，尽量把需要大补偿的管道和管径大的管道设计在外侧，反之，补偿量小和管径小的管道应设置在内侧。“∏”形补偿器对固定点的推力也是根据其管道的应力计算来确定[3]。在对支架的推力和管廊上蒸汽管道的应力进行计算的时候，蒸汽管道应从起点至终点当做一个完整的管系来进行设计和计算，利用自然补偿加“∏”形补偿共同吸收管道的热膨胀，而不是通过固定点的管系来进行计算的。
2. 装置内蒸汽支管的布置
石油化工装置内蒸汽用途广泛，根据本人多年设计经验，下面对几个主要的应引起设计者高度重视的蒸汽支管设计进行讨论。
由于蒸汽管道“∏”形补偿器上热位移以及应力较大，因此在“∏”形补偿器上禁止引出支管，在“∏”形补偿器两侧直管上引出支管時，支管布置不能影响主管的位移，并且应充分考虑主管位移对支管的影响，以免应力过大，薄弱环节遭到破坏。
为了避免蒸汽主管里的凝液进入支管，所有蒸汽支管都必须从主管顶部引出，根部阀尽量靠近主管，以免积液。
参与工艺过程的重要蒸汽管道，为了使蒸汽压力温度保持平稳，必须专管专用，其上不得引出其它支管。
蒸汽管道上设置调节阀时，必须考虑调节阀压降对蒸汽操作参数的影响，根据调节阀后的蒸汽参数合理选择管径、管道材质，并进行相应的应力计算。
进行公用工程站管道布置时，应使整个装置内公用工程站的蒸汽、水、压缩空气、氮气管道按固定顺序排列，以避免现场工作人员误操作造成烫伤。
二、蒸汽管道排液设施及排液管道的设置
由于散热损失，蒸汽管道内会产生凝液，如不及时排除，在管道改变走向处可能产生水击，造成振动、噪声甚至管道破裂。下面以1000kt/a乙烯装置为例进行讨论。
1. 蒸汽管道排液设施的设置
1000kt/a乙烯装置蒸汽不同压力等级的蒸汽一般都是过热蒸汽，按理论是不需要对其进行排液设置的。但是，在暖管和蒸汽管道启动的时候会产生大量的凝液，所以垂直的“∏”形补偿器在上升段之前都要设置低点排液设施。由于蒸汽的压力等级不同，所采用的蒸汽管道低点的排液设施也不同。
对于超高压蒸汽管道，在正常生产的情况下不会产生凝液，也没有其对应规格的凝液管道，因此，它的管道低点不需设计经常疏水设备，超高压蒸汽管道在暖管和启动阶段产生的凝液可以由低点排液实施排除[4]。超高压蒸汽管道的低点排液设施包括双切断阀以及排气筒。
而对于高压蒸汽管道、中压蒸汽管道、低压蒸汽管道来说，在其正常工作的情况下要产生少量凝液，在暖管和启动阶段会产生大量的凝液，因此需设经常疏水设施。
低压蒸汽管道、中压蒸汽管道、高压蒸汽管道的分液包的管径应不大于DN150毫米，其排水管的管径应不大于DN25毫米；超高压蒸汽管道排水管的管径应为DN40毫米。
2. 蒸汽排液管道的设计
蒸汽排液管道为汽液两相流，如果管道布置不合理，会产生水击、振动、噪声甚至管道破裂。在蒸汽排液管道设计时，应特别注意水平管道的支架应选用限制管道上下位移的限位管托，防止管道振动。
三、结束语
蒸汽管道与其排液设施是石油化工装置通用的公用工程管道，设计人员应根据蒸汽的压力等级、温度和用途，在遵守设计规范、设计原则的前提下上， 针对工程的场地条件、设备布置等具体情况，合理布置，优化设计，确保蒸汽管道安全平稳运行。
参考文献
[1]贺安良.关于推进化工管道设计技术进步的几点意见[J]化工设备与管2010(1)：145-147.
[2]李钰，李懋星.石油化工生产装置工艺外管架的设计[J]化学设备与管道2008 (3)：91-93.
[3]吴敏，樊利民，马珺.化工中试设计中的危险识别与控制[J]化工生产与技术2011(2)：100-103.
[4]张晓清.浅谈煤液化及加氢稳定装置配管设计[J]化工设计通讯2011(3)：43-46.
关键词：石油化工装置 蒸汽管道 排液设施 设计 探讨
蒸汽管道和蒸汽凝液管道的显著特点是高温和汽液两相流，在进行蒸汽管道配管或蒸汽凝液管道配管设计时，在满足工艺要求的前提下，既要符合管架结构设计和管道应力计算的要求，又要与装置中其它管道协调一致，整齐美观，经济合理，以使蒸汽管道稳定安全运行，从而为整个装置长期可靠运行提供保障。
一、石油化工装置中蒸汽管道的布置
在石油化工装置中蒸汽主要用于动力、加热、工艺过程、吹扫、灭火/消防等。蒸汽管道与压缩空气管道、氮气管道、工业水管道等均作为公用工程管道，遍布整个装置。因此，蒸汽管道布置的好坏，关系到整个装置管道的布置，从而影响整个装置管道工程的成本。
1. 管廊上蒸汽主管的布置
蒸汽管道因其保温以及热膨胀的特点，大多是架空敷设。因此管廊上蒸汽管道的布置至关重要。为了更清楚地讨论管廊上蒸汽管道的布置，下面以某1000kt/a乙烯装置为例来进行分析探讨。
首先，根据管道种类、数量、管径等对装置管廊进行整体规划。装置中一共有两个纵向和三个横向的管廊。其中，两个纵向的管廊分别设置有四层管廊，如： EL16.000、EL13.000 、EL10.000、EL7.000；而三个横向管廊分别为：EL14.500、EL11.500、EL8.500、EL5.500。其次，根据设备布置情况及管廊配管设计中的相关规定，管廊的第一层、第二层布置工艺物料管道，第三层布置的是公用工程管道，第四层布置为电气、仪表电缆槽板、火炬管道等。蒸汽管道属于公用工程管道，它设置在纵横管廊的第三层[2]。
1000kt/a乙烯装置中一共有四种压力等级的蒸汽，分别是：低压蒸汽（0.5MPa）、中压蒸汽（1.5MPa）、高压蒸汽（5MPa）、超高压蒸汽（14MPa）。以下对四种不同压力等级的蒸汽管道布置方案进行探讨。
如果蒸汽管道布置在下层，则要设置在管廊的外侧，但是不能和低温管道紧邻，其最小净距（保温后）不应小于500毫米，或者是用其他的管道相隔开，这样就给下部工艺物料管道的布置增加了难度甚至可能造成管廊空间的浪费。因此蒸汽管道和仪表空气、装置空气以及氮气等公用工程管道一同设在多层管廊的上层是比较合理的布置。在和公用工程管道同层进行布置的时候，其最小净距（保温后）除了满足不小于50毫米（国外工程通常要求为100mm）以外，而且还要考虑到蒸汽管道横向热移位的影响。
因为蒸汽管道属高温管道，应对其进行详细的应力计算。目前国际上以及国内普遍采用的应力计算软件为CAESARII。工艺装置内管廊上的蒸汽管道几乎不使用波纹管膨胀节来吸收管道的热膨胀，原因是波纹管膨胀节的价格很贵，而且又容易被破坏。而采用“∏”形补偿器来吸收管道热膨胀，经济实用，安全可靠。管廊上蒸汽管道的“∏”形补偿器的设置要通过管道的应力分析来确定。在通常情况下，低压蒸汽管道、中压蒸汽管道、高压蒸汽管道、超高压蒸汽管道每隔多少米设置一个“∏”形补偿器，分别如：100米、80米、75米和50米。“∏”形补偿器通常设置在两个固定点的中部，不在中部的时候，其与固定点的间距不应小于两固定点间距的三分之一。 “∏”形补偿器和导向架之间的距离也要根据管道的应力计算来进行确定，通常最合适的距离为32～40倍管道公称直径。管廊上“∏”形补偿器要统一进行规划，尽量把需要大补偿的管道和管径大的管道设计在外侧，反之，补偿量小和管径小的管道应设置在内侧。“∏”形补偿器对固定点的推力也是根据其管道的应力计算来确定[3]。在对支架的推力和管廊上蒸汽管道的应力进行计算的时候，蒸汽管道应从起点至终点当做一个完整的管系来进行设计和计算，利用自然补偿加“∏”形补偿共同吸收管道的热膨胀，而不是通过固定点的管系来进行计算的。
2. 装置内蒸汽支管的布置
石油化工装置内蒸汽用途广泛，根据本人多年设计经验，下面对几个主要的应引起设计者高度重视的蒸汽支管设计进行讨论。
由于蒸汽管道“∏”形补偿器上热位移以及应力较大，因此在“∏”形补偿器上禁止引出支管，在“∏”形补偿器两侧直管上引出支管時，支管布置不能影响主管的位移，并且应充分考虑主管位移对支管的影响，以免应力过大，薄弱环节遭到破坏。
为了避免蒸汽主管里的凝液进入支管，所有蒸汽支管都必须从主管顶部引出，根部阀尽量靠近主管，以免积液。
参与工艺过程的重要蒸汽管道，为了使蒸汽压力温度保持平稳，必须专管专用，其上不得引出其它支管。
蒸汽管道上设置调节阀时，必须考虑调节阀压降对蒸汽操作参数的影响，根据调节阀后的蒸汽参数合理选择管径、管道材质，并进行相应的应力计算。
进行公用工程站管道布置时，应使整个装置内公用工程站的蒸汽、水、压缩空气、氮气管道按固定顺序排列，以避免现场工作人员误操作造成烫伤。
二、蒸汽管道排液设施及排液管道的设置
由于散热损失，蒸汽管道内会产生凝液，如不及时排除，在管道改变走向处可能产生水击，造成振动、噪声甚至管道破裂。下面以1000kt/a乙烯装置为例进行讨论。
1. 蒸汽管道排液设施的设置
1000kt/a乙烯装置蒸汽不同压力等级的蒸汽一般都是过热蒸汽，按理论是不需要对其进行排液设置的。但是，在暖管和蒸汽管道启动的时候会产生大量的凝液，所以垂直的“∏”形补偿器在上升段之前都要设置低点排液设施。由于蒸汽的压力等级不同，所采用的蒸汽管道低点的排液设施也不同。
对于超高压蒸汽管道，在正常生产的情况下不会产生凝液，也没有其对应规格的凝液管道，因此，它的管道低点不需设计经常疏水设备，超高压蒸汽管道在暖管和启动阶段产生的凝液可以由低点排液实施排除[4]。超高压蒸汽管道的低点排液设施包括双切断阀以及排气筒。
而对于高压蒸汽管道、中压蒸汽管道、低压蒸汽管道来说，在其正常工作的情况下要产生少量凝液，在暖管和启动阶段会产生大量的凝液，因此需设经常疏水设施。
低压蒸汽管道、中压蒸汽管道、高压蒸汽管道的分液包的管径应不大于DN150毫米，其排水管的管径应不大于DN25毫米；超高压蒸汽管道排水管的管径应为DN40毫米。
2. 蒸汽排液管道的设计
蒸汽排液管道为汽液两相流，如果管道布置不合理，会产生水击、振动、噪声甚至管道破裂。在蒸汽排液管道设计时，应特别注意水平管道的支架应选用限制管道上下位移的限位管托，防止管道振动。
三、结束语
蒸汽管道与其排液设施是石油化工装置通用的公用工程管道，设计人员应根据蒸汽的压力等级、温度和用途，在遵守设计规范、设计原则的前提下上， 针对工程的场地条件、设备布置等具体情况，合理布置，优化设计，确保蒸汽管道安全平稳运行。
参考文献
[1]贺安良.关于推进化工管道设计技术进步的几点意见[J]化工设备与管2010(1)：145-147.
[2]李钰，李懋星.石油化工生产装置工艺外管架的设计[J]化学设备与管道2008 (3)：91-93.
[3]吴敏，樊利民，马珺.化工中试设计中的危险识别与控制[J]化工生产与技术2011(2)：100-103.
[4]张晓清.浅谈煤液化及加氢稳定装置配管设计[J]化工设计通讯2011(3)：43-46.