中压蒸汽管道设计的探讨

蒸汽作为一种环保、高效的热介质，在石油化工行业中得到广泛应用，在长期的工程实践中积累了很多蒸汽管道的设计经验[1-5]。下面结合工程实例对中压蒸汽管道的设计进行探讨。

1 项目概况

热电厂至炼油厂中压蒸汽管道全长为3652m，管道的输送能力为80～130t/h，设计温度为450℃，设计压力为4.1MPa。管道采用高压锅炉用无缝钢管，规格为D480×22，材质为20G碳素钢。采用架空敷设与穿越涵洞敷设相结合的方式。

2 技术特点

①管道材质采用20G碳素钢

《火力发电厂汽水管道设计技术规定》规定[6]：20G钢的推荐使用温度为-20～430℃，若使用寿命在20a内可提高至450℃，但使用期间应加强金属监督。本设计中实际蒸汽温度接近450℃，采用20G管材已达到使用温度上限。若采用合金钢管，造价会大大增加。经过技术经济分析，确定管质选用20G碳素钢。

为保证管道安全运行，采取措施加强金属监督，即设置蠕变监测。在温度较高、应力较大且便于监测的部位设计3组蠕变监测点，监测的内容包括金属的组织性质变化、蠕变监测和石墨化普查。在蠕变监督段的每个测量截面安装8个球头蠕变测点头。蠕变测点头应在管道冲洗前做好，沿圆周等距离分布。测点座材质为20G碳素钢，测点头材质为1Crl8Ni9Ti不锈钢。蠕变监督段应在同批管子中选用管壁厚度最大负公差的管子，安装监督段前应从该管子的两端各割取长度为300～500mm的一段连同监督段的备用管做好标记一同移交业主。

②采用球型补偿器

本项目用户对蒸汽温度、压力的要求苛刻，管道全长为3652 m，要求温降≤28℃，压降≤0.54 MPa。为了尽可能缩短管道长度，降低输送过程中的压力损失和热损失，补偿方式没有采用传统的方形补偿器，而是选用球形补偿器进行热补偿。球形补偿器具有如下特点［7］：

a．补偿能力大。其补偿能力比通常的方形补偿器大5～10倍，本设计中管道固定支架的间距可长达300～600m，而同规格管道若采用方形补偿器，固定支架的间距最大仅为140m。

b．变形应力小，局部阻力小。

c．球型补偿器本身除了可沿轴线旋转任意角度外，还可以向任何方向折曲，折曲角度不大于30°。

采用球形补偿器大大减少了管道的长度、弯头和补偿器的数量，进而减小了蒸汽的温降和压降，满足了用户对蒸汽参数的要求。为保证球形补偿器的安全运行，在安装前对其进行了预偏置，做法见图1。

③管道波纹补偿器和非金属补偿器

a. 管道波纹补偿器简介：管道补偿器分为金属波纹补偿器、非金属补偿器、套筒补偿器、方形补偿器等几大类。金属波纹补偿器、非金属补偿器在使用中比较普遍。

b. 管道波纹补偿器由构成其工作主体的波纹管（一种弹性元件）和端管、支架、法兰、导管等附件组成。属于一种补偿元件。利用其工作主体波纹管的有效伸缩变形，以吸收管线、导管、容器等由热胀冷缩等原因而产生的尺寸变化，或补偿管线、导管、容器等的轴向、横向和角向位移。也可用于降噪减振。在现代工业中用途广泛。

c. 非金属补偿器可以补偿管道轴向、横向、角向位移，具有无推力、简化支座设计、耐腐蚀、耐高温、消声减振等特点，特别适用于热风管道及烟尘管道。