超高压锅炉给水系统的设备布置及配管设计

周永春

（中石化上海工程有限公司，上海 200120)

在石油化工企业的生产过程中，如果蒸汽系统出现故障，整个生产运行都将受到不利影响。如果某些杂质进入到锅炉给水系统，不仅会影响蒸汽的质量，甚至会引发重大安全事故。为避免此类情况的发生，就需要对给水系统进行合理设置来保障蒸汽系统的安全稳定运行。

1 工程概况

在某石油化工企业的乙烯生产项目中，超高压锅炉给水系统属于一个独立设置的单元。在该系统中，除氧器有三台，给水泵有五台，其中有三台气动给水泵，两台电动给水泵。在系统的正常运行中，外来的脱盐水首先会被送到超高压除氧器中，除氧器会将低压蒸汽作为热源来进行脱盐水的加热处理，除氧塔中设置的除氧组件可以完成除氧工作。在正常的工作状态下，除氧器压力是0.21MPa。系统的出水温度是135℃，经过给水泵升压之后，脱盐水会被输送到超高压辅助锅炉等单元和其他装置中。

2 系统设备布置

本单元采用露天布置的方法，以四层框架结构的形式进行布置。在最顶层布置超高压除氧器，在二层和三层平台上进行油箱和给水泵出口管线等的布置，超高压给水泵在地面上分两排布置。

2.1 除氧器布置

在石油化工企业等的超高压锅炉中，除氧器是一项最重要的热力设备。在对超高压除氧器进行布置的过程中，首先根据超高压锅炉对于给水泵汽蚀余量方面的要求来确定其安装高度，并保持一定的余量，以保障整个给水系统的安全稳定运行。为达到此要求，避免汽蚀现象发生，本次设置及其遵循的高度标准见表1。

表1 除氧器安装高度标准和本次设置高度情况

由表1可知，在本次设置中，除氧器最低液面和给水泵运行中心线之间的距离可以达到14.7m，与行业标准所规定的汽蚀要求完全相符。

同时，也对给水泵入口位置的流量均匀分布要求进行了综合考虑，分别将三台除氧器在一跨中进行布置，并排设置在了给水泵正上方位置，使其和给水泵相对应。同时也进行了入孔检修区域的留设，将除氧器东侧设置为配管区域，南侧和北侧设置成入孔检修区域，并在每台除氧器上设置了一样的操作平台[1]。通过这样的布置方式，可最大限度缩短给水泵入口位置的管道，让入口阻力得以显著降低，并进一步提升了系统的美观性和易操作性。

2.2 给水泵布置

在对给水泵进行布置的过程中，首先应该考虑到其检修的便捷性，其次应该注意给水泵布置的整齐和美观效果。本单元中，共有给水泵五台，但是任意的三台就可以有效满足整体系统的操作需求。在具体设计中，除氧器和水泵直上直下进行布置，与其对应的三台汽动泵口在北侧整齐布置，两台电动泵口在南侧整齐布置，留出中间的一跨用作检修和操作通道，给水泵布置见图1。

图1 给水泵的布置

3 配管设计分析

3.1 除氧器的配管设计

除氧器的连接管道和阀组在设备的操作侧集中布设，除氧器在受热情况下将会发生轴向位移，所以管道应具备一定的柔性。在除氧器的安装平台上布置压力调节和水位调节阀组，所有的阀组都沿着水箱在操作侧纵向布设。这样的配管布设优势在于当调节阀处于故障状态下时，可以立刻将自动调节改成手动调节，以便相应的阀门可以在短时间内打开或关闭，更加有利于对除氧器和其他相关仪器变化进行观察[2]。将气液平衡管线设置在了三台除氧器之间。

3.2 给水泵配管设计

3.2.1 吸入侧的配管设计

在给水泵吸入侧的配管设计中，应保障管道与相应的汽蚀余量要求相符，并尽可能缩短管道长度，不可出现气袋。同时也应该保障管道具有一定程度的柔性，以降低管道应力对给水泵入口管道的负荷。

按照要求，给水泵入口位置的管线布置应该尽量保障每一台给水泵运行中的流量相同，基于这一情况，本次设计通过放大管集中后再次分配的方式进行设计，也就是首先将三台除氧器排出的水在集合总管里汇集，然后再通过集合总管将这些水平均分配给五台给水泵。通过这样的方式，可以将整个系统的压力损失降到最低，并保障各个给水泵均匀给水[3]。另外，在设计过程中，也要让管件数量和管线长度尽量保持一致，以实现管线阻力差异性的最大限度降低。

3.2.2 排出侧的配管设计

为避免叶轮倒转和流体倒流等问题的发生，将一个止回阀设置在给水泵出口和第一个切换阀之前。压力表在止回阀和泵口之间安装，并进行根部阀的设置，表盘应该朝向操作的一侧。将双切断阀设置在出口管线上，并在其间进行了检查阀的设置。在给水泵的运行过程中，泵体的运转以及管内的流体脉动将会引起相应的震动，所以在具体的配管设计中，管道走向和支架位置的设置都应该不出现共振。具体设计中，管口的合理以及力矩可以按照以下公式进行计算：

FR1为管口合力，N

MR为管口力矩，N·m

FR为管口允许合力，N

MR为管口允许力矩，N·m

通过应力计算，进行自然补偿的合理设置，并将导向支架和弹簧支架设置在相应的位置，以避免管道震动，将管口位置的受力情况控制在允许范围内。

将所有的阀门都置在8m的平台上，并将五台给水泵出口位置的管线汇集在一起，然后分别送到各个界区，将取样点设置在了总管道位置，以便对实际的给水质量进行分析，保障超高压锅炉的实际运行需求。

3.3 汽动泵汽轮机的进出汽配管设计

三台汽动泵汽轮机的进出口位置进行了完全相同的管线布置，进汽在从界区中引入之后就会分别进入到这三台汽轮机中，出汽会先汇集在一起，然后再均匀地输送到各个界区。在汽轮机中，所有的进汽都来源于蒸汽管网中的高压过热蒸汽。为保障热态管系施加给出口管的推力与力矩的有效降低，入口管线设计中应对其柔性做到充分考虑，并借助于应力计算来进行导向支架、弹簧支架和管道支架位置的合理确定。在临近汽轮机进口的管道上设置一个可拆卸的带法兰短节，为试车前临时吹扫管线的安装提供便利。

4 结束语

综上，以实际的石油化工项目为例，对高压锅炉中的给水系统设备布置与配管设计进行分析。通过本次的设备布置和配管设计，不仅保障了给水系统的正常运行，也保障该石油化工项目的顺利开展。在经历了一年多的运行实践之后，该项目中的超高压锅炉运行正常，未发生故障停运现象，有效保障了正常的生产效率和生产质量。