蒸汽作为一种环保、高效的供热介质, 在石油化工行业中得到广泛应用,下面就从设计中常遇到的问题对蒸汽管道系统设计进行探讨。
1.蒸汽管道的布置和补偿
1.1蒸汽管道的布置
由工厂系统进入装置的主蒸汽管道，宜布置在管廊的上层，蒸汽管道应按照下列要求布置：
a) 蒸汽支管应从主管的顶部引出，当工艺要求支管上设置切断阀时，切断阀应布置在靠近主管的水平管段上；
b) 支管不得从用气要求很严格的蒸汽管道上接出；
c) 蒸汽主管进入装置界区的切断阀上游和主管末端应设排水设施；
d) 蒸汽管道的低点宜设排液设施，排液设施应根据不同情况设放净阀、分液包、或疏水阀；
e) 蒸汽管道应设置高点放空，放空阀宜采用闸阀，直接排至大气的 蒸汽放空管，宜在阀门下游开一个Φ6～Φ10mm的排液孔，并引至安全位置。
1.2蒸汽管道的铺设方式
蒸汽管道的铺设方式分为地上和地下。地上铺设即架空铺设，按管架高度可分为高、中、低三个档次，高管架h≥4.5m、中管架2.5m≤h＜4.5m、低管架0.3≤h＜2.5m。地下铺设可分为地沟和直埋铺设，地沟铺设一般有通行地沟、半通行地沟和不通行地沟。直埋铺设投资小，但维修不方便，补偿能力不足，目前一般不宜采用；地沟铺设投资较高, 容易积水, 管道易被淹泡, 不便于维护管理, 目前一般也较少采用。蒸汽管道常采用架空铺设, 具有投资较低, 运行稳定可靠, 便于维护管理等特点。在条件允许时宜采用中、低支架铺设, 这样可降低投资, 且便于维护, 尤其适用于工业企业内。在实际设计过程中, 应综合考虑铺设方式优缺点, 根据实际情况确定方案。
1.3 蒸汽管道的补偿
蒸汽管道设计中对于管道热膨胀一般采用自然补偿和人工补偿两种方式加以解决。
(1)自然补偿:对于有弯曲部分的热力管道,受热时自身可产生一定的弹性变形,而不会产生较大的热应力和管道轴向推力,从而有效防止管道及支架因受热而发生破坏, 这种借管道自身的弹性变形来吸收管道的热膨胀的补偿方法就是自然补偿。其弯曲部位可叫做自然补偿器。由于自然补偿法是利用管道本身变形来补偿, 所以在选择管道线路及其支架时, 必须注意力求使每两个固定支架间的管段尽可能由几个互相垂直而且长度不一的臂组成, 使管道具有柔韧性, 以保证管道变形时不产生过大的应力而造成破坏。
(2)人工补偿:当管道热膨胀量过大时, 普遍采用的是各种类型的人工补偿器补偿。工业中常用的有方型补偿器,波纹补偿器及填料式补偿器三种。下面具体阐述一下三种补偿器的用途及优缺点：
a.方型补偿器具有补偿能力大、作用在固定支架上的轴向推力小、制造简单、使用维护方便等优点，缺点是尺寸较大,不能安装在狭窄的地方,流体阻力较大;
b.对于无约束型波纹补偿器, 是依靠波纹管的轴向伸缩来进行热补偿的,其补偿量比较小,而且会产生很大的轴向推力。如果波纹补偿器应用不当,它产生的管道轴向推力可能比想要消除的力还要大。拉伸或压缩波纹补偿器需要的力是相当大的, 为了使管道产生的轴向推力最小, 最好避免通过补偿器的轴向压缩或拉伸来吸收管道的膨胀。管道尽量不要选用波纹补偿器。
c.填料式补偿器广泛应用于不容易弯制的管路中,优点是占地面积小,伸缩量大；缺点是容易产生泄漏,运行一段时间后便需要更换填料。
2.蒸汽系统的排气和疏水
2.1 排气
排气对于蒸汽系统安全、稳定、高效运行非常重要。一般蒸汽系统起动时, 系统中总会存在空气。在设计蒸汽系统时, 应在系统的各高点和换热设备蒸汽入口设置自动排气阀, 有时还需考虑设置手动排气装置, 以便系统起动预热时, 打开以加快排气,减少预热时间, 提高系统的可靠性。
2.1 疏水
疏水是蒸汽系统安全、稳定、高效运行的关键。如果凝结水不能从蒸汽管线中及时排除, 凝结水会随蒸汽一起流动, 在阀门、三通、弯头、盲板等任何改变气流方向管件处, 发生水击, 产生极大冲击力和噪声, 使管件损坏。根据疏水阀的动作原理分类，通常分为机械型，热静力型和热动力型三大类。常用的疏水阀有双金属片疏水阀和圆盘式疏水阀，选用疏水阀时要注意以下问题：
在凝结水负荷变动到低于额定最大排水量的15%时不应选用孔板式疏水阀。因在低负荷运行下，会引起蒸汽的泄漏损失。
在凝结水一经形成后必须立刻排除的情况下，不易选用孔板式和热静力型的波纹管式疏水阀，因二者均要求一定的过冷度（约1.7~5.6℃）。
由于孔板式和热静力型疏水阀不能将凝结水立即排出，所以不可用于蒸汽透平、蒸汽泵和带分水器的蒸汽主管，即使透平外壳的输水，亦不可选用。上述情况可选用浮球式疏水阀，必要时也可选用热动力式疏水阀。
热动力式疏水阀有连续排水的性能，其应力范围较大，一般都可选用。但最高允许背压不得超过入口压力的50%、最低工作压力不得低于0.05MPa，但要求安静的地方不宜使用，应选用浮球式疏水阀。
间歇操作的室内蒸汽加热设备或管道，可选用倒吊桶式疏水阀，因其排气性能好。
室外安装的疏水阀不宜用机械疏水阀，必要时应有防冻措施（如停工放空，保温等）。
