時(shí) 騁 霍 磊 梁海云 中國(guó)五環(huán)工程有限公司 武漢 430223

蒸汽作為尿素裝置中一項(xiàng)重要的公用工程物料，對(duì)尿素裝置的生產(chǎn)運(yùn)行十分重要。一方面，來自裝置界區(qū)的高壓蒸汽(4.2MPa、440℃)作為CO2透平的動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)壓縮CO2氣體；然后從CO2壓縮機(jī)透平抽出的蒸汽作為工藝用的熱源；另一方面，蒸汽作為尿素裝置內(nèi)管道、儀表的伴熱熱源及開車吹掃用介質(zhì)，對(duì)整個(gè)尿素裝置的安全穩(wěn)定和長(zhǎng)周期高效運(yùn)行至關(guān)重要。

尿素裝置的流程復(fù)雜，輔助管線多，其物料多為易結(jié)晶介質(zhì)，大部分管道布置有坡度要求；對(duì)于高、中壓沖洗水、夾套管、安全閥吹掃蒸汽和疏水管線，一般要求閥門或母管的沖洗水根部閥、支管與總管連接的閥門離總管的距離最近。由于整個(gè)尿素裝置具有高框架、多樓層、單層操作面積非常大、空間布置緊湊等特點(diǎn)，管道布置難度大。因此，如何合理、有序地布置尿素裝置的蒸汽管線已成為尿素項(xiàng)目管道布置人員需要仔細(xì)考慮的問題。

筆者結(jié)合自身的工程經(jīng)驗(yàn)，就尿素裝置中蒸汽管線的布置要點(diǎn)進(jìn)行分析。

1 尿素裝置蒸汽管線布置的一般原則

由于尿素裝置具有設(shè)備多、管線復(fù)雜、高框架、多樓層、空間布置緊湊等特點(diǎn)，蒸汽管線的布置更需要管道布置專業(yè)的設(shè)計(jì)人員提高技能和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，在合理滿足工藝要求的基礎(chǔ)上，布置應(yīng)便于現(xiàn)場(chǎng)安裝、操作和檢修，滿足人性化的需求。尿素裝置中蒸汽管線的布置一般按下列原則進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(1)在尿素裝置內(nèi)管廊上布置蒸汽總管，各用戶的蒸汽分支管一般從蒸汽主管上方90°或斜45°方向引出。對(duì)于小口徑蒸汽支管，可沿水平方向從主管抽出。

(2)位置相近的用戶的蒸汽管線應(yīng)該合并成一根蒸汽次主管從蒸汽主管上引出，然后送各用戶使用。此蒸汽次主管管徑需要提交工藝專業(yè)核算確認(rèn)并修改PID。

(3)從蒸汽主管抽出的蒸汽次主管應(yīng)沿著尿素框架樓面下方布置，且切斷閥門應(yīng)布置在該管線上穿樓面1200mm處，便于操作，并且避免積存液體。

(4)尿素裝置每層的公用物料站所用的蒸汽支管數(shù)量由尿素框架每層樓面面積決定的，一般半徑15m范圍內(nèi)需要布置一個(gè)公用物料站，即需要一個(gè)蒸汽分支管。

(5)公用物料站的蒸汽管線、氮?dú)狻⒐S空氣、生活水應(yīng)集中布置，靠近尿素主框架的結(jié)構(gòu)柱，且不影響通行。

(6)蒸汽管線溫度高，布置需要考慮熱補(bǔ)償。應(yīng)結(jié)合尿素框架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，盡量采用自然補(bǔ)償。

(7)蒸汽管線在低點(diǎn)處應(yīng)設(shè)置集液包，做好疏水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

(8)尿素裝置內(nèi)管廊上的蒸汽總管末端管段的長(zhǎng)度應(yīng)愈短愈好，管線末端宜使用盲法蘭，便于管道吹掃。

2 蒸汽管線的布置要點(diǎn)

2.1 蒸汽管線的整體布置

以某化肥項(xiàng)目尿素裝置的蒸汽管線為例進(jìn)行說明，低壓汽包D-6502產(chǎn)生的蒸汽，從其頂部管口送出，穿過尿素框架EL11.600m底部進(jìn)入裝置的下層管廊。一部分蒸汽沿著管廊向南送給整個(gè)尿素裝置和大顆粒裝置使用，剩下的蒸汽順著管廊向北布置送給二氧化碳?jí)嚎s使用。從蒸汽主管上部抽頭進(jìn)入設(shè)備的蒸汽支管宜沿著樓層下面布置，且靠近柱子布置，便于管架的設(shè)置。同時(shí)，為了避免蒸汽管線積存液體，減少集液包和疏水閥組的設(shè)置，蒸汽管線應(yīng)避免袋型，保障蒸汽順利進(jìn)入設(shè)備，可以將設(shè)備作為此蒸汽管線的最低點(diǎn)。若無法避免袋型，一定要在最低點(diǎn)處設(shè)置疏水閥組，避免積液造成水錘等事故的發(fā)生。

2.2 蒸汽管線控制閥組的布置

很多從蒸汽主管抽出的分支管線上設(shè)置有控制閥組，其作用是用來控制蒸汽的流量。在布置控制閥組時(shí)，不僅要滿足工藝要求，如盡量靠近設(shè)備處，將其布置在合適的樓面，還應(yīng)該考慮閥組操作、檢修是否方便，將其設(shè)置在合適的方位。同時(shí)，為了方便儀表調(diào)節(jié)閥前的導(dǎo)淋閥的操作，蒸汽管線的控制閥組管線的管底標(biāo)高宜高于樓面500mm。蒸汽管道控制閥組布置示意圖見圖1。

圖1 蒸汽管道控制閥組布置示意圖

2.3 疏水閥組的布置

布置在尿素框架管廊上的蒸汽總管由于口徑大、溫度高、管線長(zhǎng)，需要設(shè)置自然補(bǔ)償，例如某項(xiàng)目尿素裝置蒸汽總管需要在管線中間設(shè)置2個(gè)π形補(bǔ)償，此時(shí)不可避免地存在了一個(gè)局部低點(diǎn)，需要在此處設(shè)置疏水閥組，將低點(diǎn)積液及時(shí)回收到蒸汽冷凝液收集系統(tǒng)。該蒸汽總管布置見圖2。

圖2 蒸汽總管的布置

由于尿素裝置框架非常高，樓層非常多，各種伴熱、夾套、吹掃的蒸汽管線均從管廊上的蒸汽總管抽出進(jìn)入到各個(gè)蒸汽用戶，總體原則是步步高，在布置這些蒸汽管線時(shí)，應(yīng)盡可能地避免出現(xiàn)袋型，避免蒸汽管線積液。但有時(shí)無法避免，就需要在最低點(diǎn)處設(shè)置疏水閥組，此時(shí)應(yīng)盡量將疏水閥組設(shè)置在靠近蒸汽管線處，并設(shè)置旁路，便于閥組的在線檢修。

疏水閥組可以水平或垂直布置，這主要由疏水閥的型式及布置的空間需求確定。且對(duì)于垂直布置的閥組，需留意疏水閥安裝方向的要求，見圖3、圖4。

圖3 疏水閥組水平布置

圖4 疏水閥組垂直布置

對(duì)于疏水閥的設(shè)計(jì)，應(yīng)綜合考慮各種工況，包括：正常運(yùn)行時(shí)、開停車、事故狀況，從而選擇合適類型的疏水閥和管道的口徑，以解決積液難以及時(shí)有效從蒸汽管線中排出的問題，也可以避免經(jīng)濟(jì)上的浪費(fèi)。

2.4 蒸汽放空管線的布置

設(shè)置蒸汽放空管線是保障整個(gè)蒸汽系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要手段，通?？刹捎萌缦氯N方式：其一采用手動(dòng)操作的放空管線，即在高點(diǎn)處設(shè)置放空閥；其二自動(dòng)控制的放空管線；其三可以通過設(shè)置安全閥進(jìn)行放空。

為了充分保障現(xiàn)場(chǎng)操作員工的人身安全，對(duì)于工藝要求安全放空的、直接排向大氣的放空管線，其排出口不能朝向設(shè)備、平臺(tái)、梯子、電纜、配電箱、變壓器等，要高出以排放口為中心的15m半徑范圍內(nèi)的地面、設(shè)備、操作平臺(tái)3m以上。且需要在管道的低點(diǎn)處開一個(gè)6mm“淚孔”以排凈蒸汽放空管線中的液體。所有的安全閥放空管線需要進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，合理進(jìn)行管架設(shè)計(jì)。

2.5 蒸汽管線的熱補(bǔ)償處理

為了保證蒸汽管線的受力、位移、應(yīng)力在允許范圍內(nèi)，在管道布置時(shí)設(shè)計(jì)人員需要依據(jù)管徑、溫度考慮在合適位置處設(shè)置π形補(bǔ)償，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般在60～70m范圍處設(shè)置一個(gè)π形補(bǔ)償，但具體π形彎尺寸需要應(yīng)力專業(yè)進(jìn)行詳細(xì)的應(yīng)力計(jì)算。在設(shè)計(jì)時(shí)一定要結(jié)合尿素主框架的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，盡量考慮采用改變管道走向(包括設(shè)置π形彎)的方式來增加管線的柔性，避免采用補(bǔ)償器補(bǔ)償。即合理的管線走向設(shè)計(jì)，不僅能夠解決蒸汽管線的熱補(bǔ)償問題，還能使整個(gè)尿素裝置的管道布置整齊、美觀，并且易于現(xiàn)場(chǎng)安裝、操作及檢修。

2.6 公用物料站蒸汽管線的布置

尿素裝置的公用物料站一般包括低壓蒸汽(LPS)、氮?dú)?N2)、工廠空氣(PA)、生活水(SRW)四根管線，但也有特殊情況，如筆者所做的某項(xiàng)目，由于所在地區(qū)缺水，公用物料站中還設(shè)置了LPC(蒸汽冷凝液)管線。每層樓面需要的公用物料站數(shù)量是根據(jù)尿素裝置框架單層操作面積決定的，每半徑15m范圍需要設(shè)置一個(gè)公用物料站。

公用物料站內(nèi)的蒸汽分支管線上切斷閥的高度一般高于樓面1200mm，且閥門離蒸汽主管距離最近，端部采取彎頭加快裝接頭的方式，方向朝下部，這樣設(shè)置便于以后現(xiàn)場(chǎng)需要使用蒸汽時(shí)用軟管連接便利，而且不會(huì)由于操作不當(dāng)對(duì)操作人員造成人身傷害。公用物料站布置見圖5。

圖5 公用物料站布置

2.7 蒸汽伴熱管線的設(shè)計(jì)

尿素裝置的伴熱分為中壓蒸汽伴熱和低壓蒸汽伴熱。蒸汽伴熱管道應(yīng)從蒸汽總管或支管的頂部引出，并在靠近引出處設(shè)置切斷閥[1]。為保證整個(gè)尿素框架的管線布置整齊、美觀，也便于后續(xù)支吊架的設(shè)計(jì)，去各個(gè)伴熱站的蒸汽支管應(yīng)與其他管線一起沿著樓面下方布置，穿過樓面開孔接入布置在上層樓面上的伴熱站，一定要避免出現(xiàn)蒸汽支管在樓面上亂鋪設(shè)的現(xiàn)象。

由于伴熱站的設(shè)計(jì)一般在項(xiàng)目的最后階段，因此管道布置人員在提土建二次條件時(shí)，尤其是混凝土框架，一定要預(yù)留給蒸汽伴熱支管的樓面開孔。尿素裝置伴管站的典型布置示意圖見圖6。

圖6 伴管站的典型布置示意圖

2.8 蒸汽管線的防凍設(shè)計(jì)

在我國(guó)北方地區(qū)有很多大型的尿素項(xiàng)目，氣候比較寒冷。若蒸汽管線一旦遇到裝置事故停車等情形，很容易造成物料管線出現(xiàn)冰凍、閥門被凍爆等事故。因此，在前期做設(shè)計(jì)時(shí)就應(yīng)該做到防微杜漸，進(jìn)行蒸汽管線設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該盡量避免袋型、盲端，并在低點(diǎn)設(shè)置緊急排放液體的管線，確保在尿素裝置緊急狀況停車時(shí)，可以將蒸汽管線內(nèi)的冷凝液體及時(shí)排凈，從而避免因氣候問題造成管線凍結(jié)等事故，增加不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

3 結(jié)語

蒸汽作為尿素裝置中重要的公用工程物料，一部分作為動(dòng)力氣體驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)壓縮CO2氣體以及作為換熱器的加熱介質(zhì)；另外還有伴熱、夾套、吹掃等用途。筆者從尿素裝置的特點(diǎn)出發(fā)，就整個(gè)尿素裝置內(nèi)蒸汽管線布置的一般原則和設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行深入分析，提出了尿素裝置蒸汽管線的布置要求與相關(guān)建議，對(duì)于今后類似生產(chǎn)項(xiàng)目具有一定的借鑒意義。