煤气化装置中蒸汽管道的设计要点分析

煤气化装置中蒸汽管道的设计要点分析

李娜

大唐内蒙古多伦煤化工有限责任公司   内蒙古锡林郭勒盟 027300

摘要：蒸汽管道是煤气化装置中重要公用管道，除一些参与气化反应生成合成气外，其他用于蒸汽伴热、吹扫等，这对煤气化装置的安全、稳定和长期运行至关重要。

关键词：煤气化装置；蒸汽管道；设计

蒸汽是煤气化装置重要工艺和公用工程物料，对煤气化装置生产运行较重要。一方面，它在气化炉的高温状态下与煤发生化学反应，形成合成气，为下游装置提供原料；另一方面，它作为各种设备、管道和仪表的伴热热源及吹扫介质，为整个装置安全稳定与长期运行提供了必要保障。

一、蒸汽管道概述

蒸汽管道是一种用于输送高温高压蒸汽的管道系统，其特点为：①高温高压：蒸汽管道中输送的是高温高压蒸汽，一般温度在200℃以上，压力在1.5MPa以上，所以对蒸汽管道材质、设计、施工要求高；②防止漏气：蒸汽管道的一大难点是如何防止漏气，高温高压的蒸汽一旦泄漏，会对人及设备造成较大危害，所以蒸汽管道的接口要密封可靠，并定期检查及维护；③热膨胀考虑：因高温下材料的热膨胀，蒸汽管道在设计时要考虑膨胀量及管道支撑方式，否则，管道可能会产生变形及破裂。

二、煤气化装置中蒸汽管道布置原则

煤气化装置因具有框架高、多层、单层操作面积大等特点，蒸汽管道布置需更多技巧及经验，以便在满足工艺要求的同时，使蒸汽管道更易安装、操作、检修。煤气化装置蒸汽管道一般按以下原则布置设计：⑴主蒸汽管布置在装置管廊内，进入煤气化架的蒸汽分支管一般从主蒸汽主管向上抽出90°或45°。⑵当蒸汽分支主管管径≤1/2蒸汽主管管径时，可水平抽出，但蒸汽分支主管从蒸汽主管抽出的部分应为等径三通和顶平偏心异径管组合结构。⑶引入煤气化框架的蒸汽分支主管应设计不小于0.3%的坡度坡向蒸汽主管，以便蒸汽冷凝液顺利返回蒸汽主管。⑷蒸汽分支总管应布置在煤气化框架楼面下方，切断阀应安装在蒸汽分支总管上穿楼面1200mm处，操作方便，避免存液。⑸进入煤气化框架公用工程所使用蒸汽支管数量由煤气化框架每层面积决定，以确保蒸汽分支管总管能在半径15m内找到。⑹公用工程的蒸汽分支总管应与氮气、新鲜水等公用工程管道布置在同一通道内，该通道易于布置在煤气化框架结构柱和主梁附近，不影响通道的畅通。蒸汽管道应布置在靠近结构柱通道一侧。⑺蒸汽管道应力补偿应尽可能借助框架结构特点设计，最好采用自然补偿。⑻由于装置中管廊位于蒸汽系统最低点的，所以应在装置中管廊蒸汽主管末端设积液包。⑼当装置内管廊蒸汽管道标高高于全厂外管廊蒸汽管道时，宜将装置内管廊蒸汽主管末端设计为内部管廊蒸汽主管最高点，装置内管廊蒸汽主管应0.3%坡向全厂外管廊蒸汽主管，此时可不设积液包。⑽装置内管廊蒸汽主管末端段段长度越短越好，最好用法兰收尾。⑾煤气化装置框架内0m层蒸汽支管低于蒸汽分支总管，需依据不同情况设排液阀或疏水阀组。

三、工艺用蒸汽管道设计要点

1、整体布置。工艺蒸汽管道应布置在煤气化框架边缘-外挑平台，美观且不影响其他管道和设备布置。并且为避免蒸汽管道积液，减少疏水阀组设置，确保工艺蒸汽顺利到达目标设备或管道，应将管道的终点设计为管系最高点，以确保所有可能的蒸汽冷凝液能沿管道沿反向顺利流回蒸汽主管，避免因积液而产生水击等现象。

2、控制阀组的设计。控制阀组是用于控制蒸汽流量装置，在考虑阀组设计时，要根据工艺要求将其布置在适当楼层，还要考虑阀组操作和检修便利性，并将其布置到适当方位。同时，为便于操作导淋阀门，蒸汽控制阀组管道管底标高应高于楼面500mm。为防止积液积聚在阀组旁路切断阀前，切断阀应布置在靠近蒸汽主管水平管段，并且距离应尽可能近。

3、疏水阀组的设计。为保证装置正常运行，工艺蒸汽管道中不得有冷凝液，所以在工艺蒸汽管道的局部低点设疏水阀组是一种常见做法，但从实际运行效果来看，应遵循避免蒸汽管道积液原则，尽可能减少疏水阀组设置。当需设置疏水阀组时，应尽可能靠近蒸汽管道布置，并为疏水阀组设置旁路，便于疏水阀在线检修。

疏水阀组布置由布置空间及疏水阀形式决定，通常，在布置排水阀组时，先要了解疏水阀型号与布置要求，对有竖向安装要求疏水阀组，尽可能采用竖向布置，并注意蒸汽冷凝液流向，以确保疏水阀组布置尽可能合理。

4、蒸汽放空管道的设计。布置蒸汽放空管道是保证蒸汽系统安全重要手段，可是手动操作、自动控制放空管道，甚至可是通过安全阀放空管道。无论何种蒸汽放空管道，管道布置原则一致，阀前无积液点，阀后设积液包，确保阀门操作方便。

为充分保证操作人员安全，煤气化装置框架内所有放空管道均应引至框架顶部的专用放空平台集中放空，放空口应高出放空平台3000mm，蒸汽放空管的末端应设计为“T”形，避免以倒“L”形结束，因“T”型设计能平衡放空气体反作用力，倒“L”形会因放空气体反作用力而对放空管造成损坏，甚至伤人。其布置决定了放空阀后的积液包是整个放空管系最低点，积液包连接到装置排液主管，并设手动切断阀。需强调的是，为充分确保操作人员安全，不建议使用常规在阀后低点开一“泪孔”方法来排净蒸汽放空管中液体，由于工艺蒸汽操作压力高，一旦放空，通过“泪孔”喷出蒸汽可能会造成人身伤害。

5、蒸汽管道的热应力处理。对于蒸汽管道热应力处理，需结合框架结构特点，通过阀组等管道构件布置，尽量实现管道自然补偿，避免过多人为“π”形补偿。即合理布置能解决蒸汽管道热应力问题，还能实现管道布置美观，方便操作及检修。

四、公用工程用蒸汽管道的设计要点

1、蒸汽伴热站用蒸汽管道的设计。对于煤气化装置，蒸汽作为工艺介质参与气化生成合成气，还作为伴热介质为整个煤气化装置生产运行保驾护航。

伴热用蒸汽管道分为中压、低压蒸汽伴热管道，其中，低压蒸汽伴热管道的主管及公用物料站蒸汽主管共管设计，即一管两用，其能节省管材成本及布置空间。中压蒸汽伴热主管与低压伴热蒸汽主管并排布置，结合框架梁柱结构和伴热管具体走向需要，尽可能实现自然补偿。

从伴热蒸汽主管引出的去伴热站蒸汽支管，应从主管引出后沿楼面下方布置，蒸汽支管应通过管道预留孔向上接至布置在楼面上蒸汽伴热站，以防蒸汽支管沿楼面布置。对于水平管段，需设计0.3%坡度坡向伴热用蒸汽主管。

2、公用物料站内蒸汽管道的设计。公用物料站蒸汽管道数量由煤气化装置框架每层操作面积决定，确保半径在15m内，并能顺利连接到蒸汽管道为宜。公用物料站蒸汽分支管高度应高于该层操作面1200mm，蒸汽分支管切断阀距离蒸汽主管最近，蒸汽分支管端部用弯头向下连到快装接头，以便蒸汽使用中橡胶软管连接，避免因操作失误等对人员造成人身安全伤害。

3、疏水装置的设计。由于煤气化框架高度大，通常在100m以上，伴热及公用物料站主蒸汽管道从装置内管廊主蒸汽管引出，水平进入煤气化框架，再沿煤气化框架竖直上升至框架顶部，总体布置是一个逐步提升过程。然而，布置在0m层的蒸汽管道必然会成为蒸汽管系一个局部低点，需设置一套疏水阀组，使蒸汽冷凝液能及时有效排入蒸汽冷凝液管网并循环使用。另外，疏水阀组设置，应充分考虑开车、事故和正常运行等工况，选择适当疏水阀和管道口径，以避免大量积液难以及时有效排除，并避免过度设计造成经济浪费。

4、蒸汽管道的防冻设计。我国煤化工布局是由能源分布情况决定，大多分布在我国北方地区，甚至在严寒地区，在这些地区，若蒸汽管道遇到停车等装置事故，易引发蒸汽管道冻结、阀门冻爆等事故。所以设计蒸汽管道时，应尽可能避免液袋和死角的产生，并设紧急排液管道，以确保蒸汽管道中冷凝液在紧急停车状态下通过必要手段及时排出，避免煤气化装置因寒冷气候引起的不必要损失参考文献：

[1]喻梅.蒸汽管道设计要点分析[J].上海化工，2017(09).