趙小曼 胡玉耀 (洛陽(yáng)瑞澤石化工程有限公司 河南洛陽(yáng)市 471003)
中壓蒸汽管道在石油化工裝置中的應(yīng)用十分廣泛,設(shè)計(jì)時(shí)要非常謹(jǐn)慎。下面我們以某裝置中的一根中壓蒸汽管道為例對(duì)此類(lèi)管道的設(shè)計(jì)做簡(jiǎn)要說(shuō)明和總結(jié)。
中壓蒸汽管道,流體介質(zhì)為水蒸汽,操作溫度為430℃,操作壓力為4.0MPa,該管道的設(shè)計(jì)溫度440℃,設(shè)計(jì)壓力為4.4MPa。由于該管道位于某石油化工裝置內(nèi)部,輸送的流體介質(zhì)設(shè)計(jì)壓力大于4.0MPa,且設(shè)計(jì)溫度大于400℃,因此該中壓蒸汽管道屬于GC1級(jí)壓力管道。
根據(jù)該管道的設(shè)計(jì)溫度和設(shè)計(jì)壓力,管道材料宜選擇15Cr MoG合金鋼,鋼管應(yīng)采用熱軋或冷拔的方式制造的無(wú)縫鋼管。閥門(mén)宜選用阻力降較小的合金鋼閘閥,閥體材質(zhì)宜選擇A217-WC6合金鋼,閥芯材料為STLT合金。法蘭宜選擇環(huán)連接面(RJ)對(duì)焊(WN)15Cr Mo合金鋼制管法蘭。墊片宜采用比法蘭材料硬度低30~40/HB的06Cr13金屬環(huán)墊片(使用溫度T≤540℃)。螺栓宜選擇等長(zhǎng)雙頭螺柱,配兩個(gè)六角螺母,材質(zhì)為25Cr MoVA/35Cr Mo。
中壓蒸汽管道為高溫管道,為了減少管道在工作中的熱量損失,管道必須進(jìn)行保溫。管道的保溫結(jié)構(gòu)一般由保溫層和保護(hù)層構(gòu)成。保溫層材料的允許使用溫度應(yīng)高于管道的設(shè)計(jì)溫度,因此該類(lèi)管道應(yīng)采用復(fù)合絕熱材料或其他耐高溫絕熱材料。該中壓蒸汽管道的保溫材料一般選擇微孔硅酸鈣(T≤550℃)或者復(fù)合硅酸鹽制品(T≤600℃)。保護(hù)層一般選用0.5mm鍍鋅鐵皮。中壓蒸汽管道的保溫厚度是按照經(jīng)濟(jì)厚度法進(jìn)行選擇。經(jīng)濟(jì)厚度是指絕熱后,年散熱損失所花費(fèi)的費(fèi)用和絕熱工程投資的年攤銷(xiāo)費(fèi)用之和為最小值時(shí)的計(jì)算厚度。
1 .中壓蒸汽管道宜架空敷設(shè),不宜管溝敷設(shè),不應(yīng)埋地敷設(shè)。2.中壓蒸汽管道與儀表、電氣槽盒的間距應(yīng)大于1m。3.中壓蒸汽管道的操作溫度高于250℃,敷設(shè)時(shí)宜布置在管廊上層;布置在管廊下層時(shí),宜布置在管廊的外側(cè),但不得與液化烴管道相鄰。4.中壓蒸汽管道宜布置在管廊的一側(cè),便于集中設(shè)置π形補(bǔ)償器。中壓蒸汽管道的π形補(bǔ)償器上,不得引出支管;在π形補(bǔ)償器兩邊管道上引出支管時(shí),支管不得妨礙主管的熱位移。5.中壓蒸汽管道的低點(diǎn)應(yīng)設(shè)置排凝,排凝應(yīng)設(shè)雙閥,當(dāng)設(shè)置單閥時(shí),應(yīng)加裝盲板或法蘭蓋。6.中壓蒸汽管道的安全泄壓裝置向大氣排放時(shí),排放口不得朝向臨近的設(shè)備或有人通過(guò)的地區(qū);泄壓管道應(yīng)考慮反作用力,應(yīng)合理設(shè)置支架,排放口應(yīng)安裝消聲器,且要考慮噪聲的指向性;泄壓管道的操作壓力大于4.0MPa時(shí),排放口高度應(yīng)高出以安全泄壓裝置為中心,半徑為8m范圍內(nèi)的操作平臺(tái)或建筑物頂3m以上。
1 .中壓蒸汽管道的支架設(shè)置應(yīng)嚴(yán)格按照應(yīng)力分析結(jié)果進(jìn)行設(shè)置。2.與中壓蒸汽管道焊接的支架材質(zhì)要和主管材質(zhì)保持一致,焊后要進(jìn)行應(yīng)力消除熱處理;為防止現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)異種剛焊接,建議使用管卡支架。3.彎頭是吸收熱脹的地方,彎頭處盡量避免設(shè)置焊接式支架;4.導(dǎo)向支架和軸向固定支架應(yīng)考慮支架間隙要求。5.中壓蒸汽管道的熱脹量較大,支架設(shè)置時(shí)要充分考慮熱位移影響,宜選擇加長(zhǎng)管托支架。6.設(shè)置管托時(shí),管托的高度不僅要考慮保溫厚度的要求,還要考慮熱傳導(dǎo)因素,應(yīng)適當(dāng)增加管托高度,防止結(jié)構(gòu)梁表面過(guò)熱。放置于普通鋼結(jié)構(gòu)梁頂和使用聚四氟乙烯類(lèi)減磨支架時(shí),支架底部的溫度要低于200℃;放置于混凝土面時(shí),支架底部溫度不宜超過(guò)60℃。7.支架的焊縫強(qiáng)度應(yīng)經(jīng)過(guò)核算,受力較大的支架應(yīng)出特殊支架裝配圖。
1 .根據(jù)SH/T3041中規(guī)定:管道操作溫度大于400℃,或者與蒸汽輪機(jī)等特殊設(shè)備相連的管道,宜采用計(jì)算機(jī)分析方法進(jìn)行詳細(xì)柔性分析。而中壓蒸汽管道正好符合以上規(guī)定,因此宜采用機(jī)算法計(jì)算應(yīng)力,通常使用的計(jì)算軟件為CAESAR_II。2.中壓蒸汽管道進(jìn)行應(yīng)力分析時(shí),一般在管系中設(shè)置幾個(gè)軸向固定支架,將復(fù)雜管系分割為幾個(gè)獨(dú)立的簡(jiǎn)單管系,逐一進(jìn)行分析。3.管道宜利用自身形狀的改變達(dá)到管系自然補(bǔ)償?shù)哪康摹.?dāng)自然補(bǔ)償無(wú)法滿(mǎn)足相關(guān)要求時(shí),宜設(shè)置補(bǔ)償器進(jìn)行應(yīng)力補(bǔ)償。因?yàn)橹袎赫羝臏囟群蛪毫^高,且π形補(bǔ)償器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,運(yùn)行穩(wěn)定,投資較少等優(yōu)點(diǎn),所以中壓蒸汽管道宜采用π形補(bǔ)償器,不宜采用金屬波紋管補(bǔ)償器。π形補(bǔ)償器應(yīng)設(shè)置在兩個(gè)固定支架中部,為了防止管道橫向位移過(guò)大,管系失穩(wěn),應(yīng)在固定支架的兩側(cè)分別設(shè)置導(dǎo)向支架,導(dǎo)向支架與π形補(bǔ)償器應(yīng)有一定間距,以防止彎頭處彎曲應(yīng)力過(guò)大。
1 .根據(jù)選材要求,該管道為合金鋼管道,因此在焊接完成后,所有的焊接接頭都應(yīng)進(jìn)行焊后熱處理,以防止焊口應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂。2.根據(jù)SH/T3059和 GB50517的規(guī)定,該管道設(shè)計(jì)壓力4≤P<10MPa,設(shè)計(jì)溫度t≥400℃,管道檢驗(yàn)級(jí)別為SHC2級(jí),對(duì)接焊縫射線(xiàn)檢驗(yàn)比例為20%,Ⅱ級(jí)合格。3.中壓蒸汽管道在熱處理和無(wú)損檢測(cè)合格后應(yīng)進(jìn)行管道系統(tǒng)的水壓試驗(yàn)。常溫管道的試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力的1.5倍,因?yàn)橹袎赫羝艿赖脑O(shè)計(jì)溫度高于試驗(yàn)溫度,因此管道的試驗(yàn)壓力應(yīng)按公式P水壓=1.5×設(shè)計(jì)壓力×σo/σt進(jìn)行計(jì)算,其中σt表示鋼管在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力,σo表示鋼管在試驗(yàn)溫度下的許用應(yīng)力。當(dāng)σo/σt大于6.5時(shí),值取6.5。4.中壓蒸汽管道的氣體嚴(yán)密性試驗(yàn)應(yīng)在壓力試驗(yàn)合格后進(jìn)行,介質(zhì)采用空氣,試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力。
中壓蒸汽管道在煉油裝置設(shè)計(jì)中會(huì)經(jīng)常遇到,也是十分重要的管道。由于其溫度高,壓力大而經(jīng)常讓設(shè)計(jì)人感到難以應(yīng)對(duì),無(wú)從下手,但是只要我們掌握了它的性質(zhì),了解了它的特點(diǎn),做設(shè)計(jì)時(shí)就能抓住重點(diǎn),有的放矢,游刃有余。
[1]SH/T 3059-2012,石油化工管道設(shè)計(jì)選材規(guī)范.
[2]SH 3012-2011,石油化工金屬管道布置設(shè)計(jì)規(guī)范.