蒸汽和凝结水管道设计

蒸汽和凝结水管道设计 国外石油工厂蒸汽系统的压力大致分为10Mpa、6.0MPa、4.0 MPa、2.0 MPa、1.0 MPa、0.6 MPa、和0.35 MPa,凝结水系统压力大致分为0.35~0.07 MPa. 国内石油化工厂蒸汽系统的压力大致分为10Mpa、4.0MPa、1 MPa、0.3 MPa, 凝结水系统压力大致分为0.3 MPa. 1是国内常用的蒸汽和凝结水系统压力 表1 国内常用的蒸汽和凝结水系统压力 系 统 蒸汽,MPa 排气,MPa 用 途 高压 10.0 4 动力、汽轮机、发电机 中压 4.0 1 动力、汽轮机、发电机 低压 1.0 0.3 动力、加热、吹扫 0.3 加热、灭火 凝结水,MPa 低压 0(3 回收 一般石油化工装置用蒸气，主要用途为:动力用、加热用、工艺用、吹扫用、灭火/消防用、稀释用、事故用。 (一) 蒸汽管道 1( 蒸汽管道的布置 一般装置的蒸汽管道，大多是架空铺设，很少有管沟铺设，不埋地铺设。其主要原因是不易解决保温层的防潮和吸收管道热胀变形。 由工厂系统进入装置的主蒸汽管道，一般布置在管廊的上层。 (1)各种用途的蒸汽支管均应自蒸汽主管的顶部接出，支管上的切断阀应安装在靠近主管的水平管线上，以避免存液。 (2)在动力、加热及工艺等重要用途的蒸汽支管上，不得再引出灭火/消防，吹扫等其他用途的蒸汽支管。 (3)一般从蒸汽主管上引出的蒸汽支管均应采用二阀组。而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，必须设三阀组，即两切断阀之间设一常开的DN20检查阀，以便随时发现泄漏。 (4)凡饱和蒸汽主管进入装置，在装置侧的边界附近应设蒸汽疏水器，在分水器下部设经常疏水措施。过热蒸汽主管进入装置，一般可不设分水器。 (5)成组布置的蒸汽拌热管，应由蒸汽分管道(或称集合管Manifold)接出，分管道是由拌热蒸汽供汽管供汽，拌热蒸汽供汽管是由装置内的蒸汽主管上部引出或从各设备区专用拌热蒸汽支管上部引出。当蒸汽分管道的位置比蒸汽主管高时，可按图1上部的图形设计。当蒸汽分管道的位置比蒸汽主管低时，可按图1下部的图形设计。 )在蒸汽管道的U形补偿器上，不得引出支管。在靠近U形补偿器两侧的直管上引出支(6 管时，支管不应妨碍主管的变形或位移。因主管热胀而产生的支管引出点的位移，不应使支管承受过大的应力或过多的位移。 (7)直接排至大气的蒸汽放空管，应在该管下端的弯头附近开一个φ6mm的排液孔，并接DN15的管子引至边沟、漏斗等合适的地方，如图2(a)所示。如果放空管上装有消声器，则消声器底部应设DN15的排液管与放空管相接，如图2(b)所示。放空管应设导向和承重支架。 (8)连续排放或经常排放的乏汽管道，应引至非主要操作区和操作人员不多的地方。 1 3/4″管子煨弯 另一种接法 备用接头用管帽封住 2 1 根据需要的规最小格装大小头 1″管时，在此装排水9 (用三通代弯头) 8 如集合管封死才装疏水器 拌热集合管的位置比供汽主管高 拌热集合管的位置比供汽主管低，接法与集合管比供热主管高的相同 立式集合管的 另一种接法 最小 根据需要的规格装大小头 图1 成组布置的蒸汽拌热管 1-供汽主管;2-拌热蒸汽供汽;3-2″长短管;4-6″长短管;5-3″集合管; 6-6″长短管;7-2″长短管;8-1″×3/4″大小头;9-带丝堵3/4″排掖阀 消声器 排液管排液管 (( 图2 直接排大气的蒸汽放空管 2 2( 蒸汽管道的疏水 (1) 由于散热损失，蒸汽管道内产生凝结水，若不及时排除，在管道改变走向处可能 产生水击，造成震动、噪声甚至管道破裂。因此，蒸汽管道需要疏水。 一般有两种疏水方式: a.经常疏水 在运行过程中所产生的凝结水通过疏水阀自动阻气排水。 b.启动疏水 在启动，暖管过程中所产生的凝结水通过手动阀门排除。 下列蒸汽管道的各处应设经常疏水 a. 饱和蒸汽管道的末端、最低点、立管下端以及长距离管道的每隔一定距离; b. 蒸汽分管道下部; c. 蒸汽管道减压阀、调节阀前; d. 蒸汽拌热管末端。 下列蒸汽管道的各处应设启动疏水 a. 蒸汽管道启动时有可能积水的最低点; b. 分段暖管的管道末端; c. 水平管道流量孔扳前，但在容许最小直管长度范围内不得设疏水点; d. 过热蒸汽不经常疏通的管道切断前，入塔汽提管切断阀前等。 根据《石油化工管道布置设计通则》(SH 3012-2000)规定: a. 在蒸汽主管的末端应设分液包; b. 水平铺设的蒸汽主管道上的分液包的间隔，在装置内，饱和蒸汽宜为80m，过热 蒸汽宜为160m;在装置外，顺坡时宜为300m,逆坡时宜为200m。 根据资料和设计，蒸汽管道每隔90~240m，在低点处和末端设分液包(或称集液管)并疏水。过热蒸汽管道只在开始暖管时产生凝结水，正常运行时不产生凝结水，故不须要设经常疏水，只需在分液包下部设双阀(或单阀)排液;而饱和蒸汽管的分液包，则应在其侧面引出管进行经常疏水，并在其底部设排液阀。 凝结水分液包的型式及尺寸如图3及表2所示。 表2 凝结水分液包的尺寸 蒸汽主管 分液包 分液包长 E/mm DN/mm DN/mm A/mm C/mm G/mm 无加强圈 有加强圈 50 50 200 150 200 184 80 50 200 150 200 200 192 100 80 200 150 200 200 198 150 100 200 200 200 200 209 200 100 200 200 200 250 219 250 100 200 200 200 300 230 300 150 250 250 200 350 242 350 150 250 250 200 375 251 400 150 250 250 225 425 252 450 150 250 250 250 475 265 500 150 250 250 275 525 277 600 150 250 250 300 600 277 3 去疏水去疏水 去疏水去疏水 图3 凝结水分液包 1-总管DN;2-分液包dN;3-闸阀;4-4″长短管; 5-闸阀;6-DN25短管长100mm;7-无缝三通 当蒸汽主管小于或等于DN80时，与主管径相同;当蒸汽主管径DN?100是为DN80 如图4所示。去疏水阀的管道，必须设置如图所示的管卡。分液包的详图如图5所示。 蒸汽主管 、蒸汽主管 ? 最小最小 最小 最小 去疏水去疏水 蒸汽主管 , 最小最小 最小最小 去疏水去疏水 图4 凝结水分液包 4 分液包 接疏水阀 分液包中污物 拆开法兰盖排除 图5 分液包 (2) 蒸汽支管的低点一般应根据不同情况设置启动疏水或经常疏水。当蒸汽支管 为间断操作，或且在暖管过程产生凝结水时，可设排液阀做为启动疏水，例 如扫线用蒸汽和消防用蒸汽;当蒸汽支管为连续操作或处于经常待用状态时， 应设疏水阀经常疏水，例如蒸汽拌热管的分管道和加热炉灭火蒸汽分管道等。 蒸汽管道应设置疏水点的场合，大致归纳如下见表3和图6。 表3 蒸汽管道设置疏水点的场合 设置场所 设置部位 注(图6) 液囊处 在管道液囊的下游侧 A.2，B.5，C.3 停止流动部分 在管道的末端的盲板或管帽(封头)处 A.1 管道上关闭部分 由主管至各设备区或单元的支管根阀处或边界切断阀处 B.1(B.3，B.4 流向改变处 由于装置的操作条件改变流向或管道走向改变 C.2，C.4 长管道 直管长的水平管道，在U形或波纹管补偿器的前面 B.2，C.1，D.1~D.4 与设备区C相接 自蒸汽主管来 B.3B.2 B.1 与设备区A相接B.4 A.1 A.2与设备区B相接 (a)(b) B.5 D.1C.3 D.2 D.3C.4C.2 D.4C.1 (C)(d) 图6 蒸汽主管设置疏水的场合 5 (3) 蒸汽管道的疏水量可按下列公式估算 a. 蒸汽管道起动疏水的凝结水量: 1c1 t1+q2c2 t2q 式一 ×60nW = i1 - i2 式中 W 凝结水量，kg/h; q 单位长度钢管质量或单个阀门质量，kg/m或kg/个; 1 q 单位长度钢管或单个阀门的保温材料质量，kg/m或kg/个; 2 C 钢管的比热容，kJ/(kg?k);对于碳素钢可取C=0.4689， 11 合金钢C=0.4856; 1 C 保温材料比热容，kJ/(kg?k)，可近似地取C=0.8374; 22 ?t 钢管升温速度，?/min;一般按5?/min计算; 1 ?t 保温材料升温速度，?/min;一般取?t=?t/2; 221 i，i 操作压力下过热蒸汽的焓或饱和蒸汽的焓和饱和水的焓，KJ/kg; 12 n 管道长度或阀门数量，m或个。 b. 蒸汽管道经常疏水的凝结水量: 3.6QnW = 式二 i1 - i2 式中 Q 蒸汽管道单位长度散热量，W/m。 其他符号同式一 。 (4)蒸汽疏水管径一般可按表4选用。 表4 蒸汽疏水管的公称直径 蒸汽主管 50 80 100 150 200 250 300 400 500 经常疏水 20 20 20 20 20 20 20 25 25 起动疏水 20 20 20~25 20~40 25~40 25~40 25~40 25~40 25~40 (5) 蒸汽管道的疏水管切断阀应选用闸阀，当蒸汽的表压力大于或等于2MPa时， 疏水管应装两个串联闸阀。 60 3(拌热蒸汽供汽管的直径 DN80供汽管50(1)拌热蒸汽供汽管的直径是根据蒸汽主管 的蒸汽压力和分管道(或称集合管)上引出 40供汽管 的拌热管根数确定的。 DN50供汽管30一般可按图7查取。 DN40 供汽管 由拌热管的总根数和供汽压力定出的坐标点 20DN25，在点上面的线即为供汽管的直径。 拌热管总数量，根10(2)一般集合管的直径均为DN80，其长度受安 装地点的通道及操作通道等限制，不应超过3m。 00.71.42.12.8(3)确定夹套拌热供汽管直径时，一根蒸汽夹套 供汽压力，MPa拌热管可按4根拌热管考虑。 (4)拌热供汽管直径不得比蒸汽主管直径大。 图7 拌热蒸汽供汽管的直径 6 (二)蒸汽凝结水管道 为减少能耗，我国石油化工厂的蒸汽凝结水回收系统设施比较齐全。一般在装置内设凝结水罐和泵，将凝结水送往动力站。也有设扩容器，回收0.3MPa闪蒸蒸汽，并入0.3MPa蒸汽主管内，大部分0.3MPa凝结水送往动力站。没有回收价值或可能混入油品或其他腐蚀介质的凝结水经处理后排入污水管网。 蒸汽凝结水在流动过程中，因压降而产生二次蒸汽，形成汽液混相流，当流速增加或改变流向时会引起水击，导致管道发生振动甚至破裂。所以，在确定凝结水管径时，应充分估计汽体的混相率，并应留有充分的余量。同时，在布置凝结水管道时应防止产生水击。 蒸汽管道的布置: 当回收凝结水时，装置内凝结水管道多架空铺设，一般布置在管廊上。 从不同压力的蒸汽疏水阀出来的凝结水应分别结至各自的凝结水回收总管，例如从使用1MPa蒸汽加热或拌热的疏水阀出来的凝结水与使用0.3MPa蒸汽加热或拌热的疏水阀出来的凝结水，由于压差较大，不应接至同一凝结水回收总管。但是，蒸汽压力虽不同、而疏水阀后的背压较小且不影响低压疏水阀的排水时，可合用一个凝结水回收总管。此时，各疏水阀出来的凝结水支管与凝结水回收总管相接处应设止回阀以防压力波动的相互影响。 为减少压降，凝结水支管应在凝结水回收总管上部顺介质流向呈45?斜接，并在靠近总管的支管水平管段上设切断阀。 成组布置的蒸汽拌热管，其疏水阀后凝结水管应集中接至凝结水集合管，集合管与凝结水回收总管之间的管道，可称为回水管。当集合管标高高于凝结水回收总管时，可按图8上部图形设计;当集合管标高低于凝结水回收总管时，可按图8下部图形设计。 拌热管的疏水与集合管的连接，一般如图9所示。 另一种布置 凝液集合管布置高于回水总管 i=0.03~0.05 45凝液回水总管 150 80 根据需要的规格装大小头 全部备用接头应用管帽封住 凝液集合管布置低于回水总管 1″×3/4″3″集合管 150 80 图8 凝结水回收 7 45DN20 活接头 集合管 4″长短管 DN15 3″长短管 3/8″螺纹阀 图9 拌热管的疏水与集合管的连接 8