石油化工装置工艺管道设计的探讨

摘" " " 要： 在当前新时期背景下，我国各领域发展速度呈现出快速增长态势，石油化工作为我国工业体系重要组成部分，其发展水平也呈现出不断提升态势。从实际发展角度分析，管道作为石化装置的重要组成部分，其实际应用过程中主要承担流体运输职能，在推动石油化工企业正常生产方面发挥着重要作用。基于此，结合实际案例，针对石油化工装置工艺管道伴热设计进行相关研究。

关" 键" 词：石油化工装置；工艺管道；伴热设计

中图分类号：TQ055.81" " " 文献标识码： A" " "文章编号： 1004-0935（2023）05-0688-04

从技术实际角度分析，工艺管道是石油化工装置重要组成部分之一，其实际应用中主要承担连接石油化工系统设施以及设备、确保化工生产系统完整性、确保流体运输工作稳定有序开展的职能，可以充分发挥石油资源以及环境环保作用。然而需要认识到一点是，石油化工装置运行过程中会消耗大量能源，在当前我国严峻的资源环境形势背景下，寻找正常生产以及环境保护之间的平衡点成为行业重点研究问题[1-3]。在当前技术能力背景下，新能源应用尚存在较大发展空间，由此，开发新工艺或对原装置进行改造，通过降低能耗方式实现缓解环境污染问题成为当前主要解决手段。在石油化工装置运行过程中，随着工艺管道内介质流动，必然会产生一定程度热量损失，造成温度下降，而部分工艺介质对温度要求较高，这就要求管道外部设置相应装置以实现补偿管内介质热损失，确保介质运输温度满足相应要求，而加强对伴热系统设计的研究力度成为行业内主要任务目标[4-5]。

1" 石油化工装置工艺管道设计原则及

伴管伴热设计概述

1.1" 工艺管道设计原则

1.1.1" 可操作性原则

从生产实际角度分析，工艺管道是石油化工装置平稳运行的重要基础保障，由此，设计者在实际工作过程中应注意加强对泄压总管口部分重视程度，确保其水平方位设计依照高于安全阀形式进行，确保放液阀门操作灵活性，切实提升其工作效能。因此，可操行原则是工艺管道及其相关设备设计需遵循首要原则[6-7]。

1.1.2" 因地制宜原则

从实际应用角度分析，石油化工装置工艺管道设计工作开展中，严格依照场地条件开展工作是确保设计工作有序开展以及后续正常运行的重要前提条件。为避免液体在袋型管段低温节点管道凝固，设计人员在实际工作中应注意加强对材料的重视程度，依照现场实际条件进行相应布控，确保管道膨胀范围始终处于规定区间范围内，凸显管道投运安全性。

1.1.3" 经济性原则

石油化工装置工艺管道设计必须在保障设计质量的基础上，控制设计成本，综合考量安置效果，注重实际安置可能受到的环境等外部因素影响风险，选定合理的安置方案，防止不必要的资源浪费，同时达到节省成本的目的[8]。

1.2" 伴管伴热设计概述

从工艺角度分析，热水伴热以及蒸汽伴热是当前伴管伴热应用最为广泛的伴热介质。

以热水为基础的伴管伴热有如下特点：第一，工艺介质和周围环境的温度接近；第二，工艺介质凝固点的温度比周围环境温度高，管路中的液态过程和气体处理介质的凝结点和露点都要低于40 ℃；第三，工艺管线中的介质不需要特别的温度。一般情况下，伴热热水的温度要低于100 ℃，当需要的高温时，宜低于130 ℃。

通过对有关工艺的应用分析，可发现目前国内石化装置采用的是蒸汽伴热，其主要应用条件是：根据工艺要求，采用重力自流管道，并根据实际操作要求，使易凝介质处于静止状态。

2" 伴热站设计概述

蒸汽伴热站设计如图1所示。由图1可知，蒸汽分配站在主蒸汽管道顶部引出引入管道，并将切断阀设置在靠近主蒸汽管道位置，该阀门设计过程中主要设置于水平管道之上，以规避因阀门关闭导致的积液问题。蒸汽沿引入管进入蒸汽分配站集合管中，集合管下方设置分支疏水阀，在蒸汽凝液需回收情况下，凝液回到凝液总管之中，在无需回收情况下，则将凝液进行集中后统一排放，引入管道以及集合管，管径设计需要依照伴热分支进行确定。需要注意的一点是，在蒸汽凝液返回凝液总管情况下，当管径规格在DN50或以上情况下，需依照总管凝液流向45°标准将蒸汽凝液管斜插入总管道之中。在这一阶段的施工中，技术人员要在集管部位留出2个左右的备用孔，以便为以后的改造提供方便的条件。当蒸汽集中管将各个分支蒸汽引至工艺管线进行伴热时，应从受伴热管线的最高点引入，由高至低布置伴热，以尽量避免U型弯，避免因空气阻力或液体阻力而造成的伴热管堵塞，从而影响伴热效果。在每个伴热分支返回收集管道之前，必须分别设置疏水阀，并且在伴热系统中不能有旁通，以避免蒸汽进入凝液系统。同样，在冷凝水回收装置中，必须有1个或2个备用出口。

在热水分配站设计中，受工艺特征影响，其热水总管主要从底部引出至分配站之中，技术人员在实际设计中应在尽可能靠近热水总管根部区域设置切断阀，当分配站及热水系统存在相分离需求情况下，技术人员应最大限度地缩短管道盲区，避免液体结冰情况出现，导致管道冻裂。在热水引入管以及集合管管径设计方面，同样需要依据伴热分支进行设计，集合管底部应设置排凝，并在集合管部分设置2个左右备用口。伴热各分支管道从热水分配站分别引出至被伴热管道，从被伴热管道最低点开始伴热，从低到高铺设伴热管，规范要求在每个分支管道的最高点设置放空口，防止气袋，阻碍伴热介质流通。各分支伴热管道回到热水回收站集合管，热水回收站也须要预留1个或2个备用口及向下的排凝口。最后，热水回收站热水回到热水总管。热水分配站设计如图2所示。

3" 案例概述

为深入探究石油化工装置工艺管道伴热设计要点，本研究中选取实际案例进行具体说明。案例为某石化公司，其装置伴热介质主要采用1.0 MPa蒸汽，实际应用过程中会产生较大能耗，不满足当前国家节能较好需求，同时也会造成额外成本投入，由此，该企业技术人员在经过实际计算后决定采用0.3 MPa热水介质取代蒸汽介质，进而实现降低生产成本目标。从实际应用角度分析，蒸汽与热水介质均可满足其实际生产需求，原有蒸汽伴热管道材质及壁厚均可满足热水介质操作条件，因此，技术人员决定进行部分改造。

4" 热水伴热站改造设计方案

企业管理层出于谨慎性考虑，为避免老装置改造不确定性影响正常生产，要求技术人员在设计过程中确保方案即可满足热水伴热使用要求，同时也可以在无需动焊前提下改回蒸汽伴热。同时技术人员在实际工作中考虑到碳钢管道使用过程中出现生锈结垢情况的几率相对较大，一定程度上会影响伴热成效，由此，其设计中决定将管道材质全部转化为不锈钢，最大限度地降低伴热管道内杂质，实现提升伴热效果目标。技术人员在经过详细探讨后，给出两个改造方案。

方案一：在伴热站集合管部分增设热水引入管，同时利用法兰短接取代原有疏水阀，彻底关闭蒸汽入口阀门以及凝液出口阀门。凝液回收站部分，技术人员决定在凝结水集合管部门增设热水回水总管，并拆除各分支伴热管道疏水阀，将其更换为法兰短接，随后关闭凝结水总管阀门，完成方案一改造流程。依照企业管理层要求，在需要恢复蒸汽伴热情况下，可分别关闭蒸汽分配站以及回收站的热水入口阀门以及回水阀门，将所有疏水阀恢复后即可重新启用蒸汽伴热。具体设计方案如图3所示。

方案二：技术人员在进行方案二设计中，分别在分配站以及回收站中增设一组热水分配站以及回收站集合管。技术人员在实际工作中依照相关规范要求对热水分配站引入管道管径进行设计，并在集合管底部增设排凝口。在热水回收站设计方面同样依照伴热站设计要求进行设计，在集合管底部增设排凝口。在新增设热水集合管中直接引出分支及原蒸汽分支连接，并将切断阀设置在中间部分。方案二在实际应用过程中可以通过控制阀门开关实现伴热介质实时转换，整体操作简便、灵活。分配站改造设计如图4所示。

技术人员在对两种设计方案进行比对分析后发现，方案一在实际应用中经济性较强，但是伴热介质更换操作较为繁琐，而方案二一次投资相对较高，但伴热介质更换方面较为灵活、便捷。技术人员在与企业管理层进行讨论、分析，并结合现场操作实际情况进行充分研判后，决定采用方案二作为本次改造方案。

改造后可能出现的问题：第一，为了确保设备的持续生产和投资的综合考虑，原工艺管线的伴热管利旧，伴热管的铺设是由高至低的，现在采用了热水伴热，虽然会对伴热效果造成一定的影响，但是应当能够达到技术的要求，误差在可控的范围之内，需要实际操作中进行检测验证。第二，原蒸汽伴热支管的高位无需设置放空口，在改为热水伴热须设放空口。通过对改造方案二中回收站设计进行梳理可知，凝液集合管进热水集合管之前存在排凝阀，其可充当放空口，同时也便于现场操作。综合考虑可能出现的问题，方案二可以随时切换伴热介质，同时也可以很好地解决问题。

4" 结束语

综上所述，在当前新时期背景下，积极探究生产及环境保护之间的平衡点已经成为我国工业发展重点研究内容[9-10]。石油化工装置运行过程中必然会导致大量能源被消耗，由此探索在保障正常生产秩序不受影响前提下的节能降耗手段具有重要现实意义。本文研究中针对石化装置工艺管道伴热设计进行研究，文中所列举案例在完成相应改造后取得较好成效，石化装置运行能耗得到显著降低，正常生产也未受到影响，改造项目完全达到预期效果，其设计经验可以为其他同类项目提供参考意见。

参考文献：

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[3] 夏青磊.石油化工企业给排水管道工程设计[J].石油石化物资采购，2020（23）：93.

[4] 时珂.石油化工工程给排水管道设计[J].工程建设与设计，2021（1）：104-106.

[5] 夏志.石油化工装置工艺管道的设计[J]. 现代盐化工，2022，49（2）：62-64.

[6] 张莉. 石油化工装置内地下工艺管道设计及防腐[J].当代化工，2021，50（6）：1383-1386.

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[9] 刘杰，潘辉.石油化工装置工艺管道设计探讨[J].石河子科技.2021（2）：13-14.

[10] 魏铭辉. 石油化工装置工艺管道设计研究[J].清洗世界，2020，36（11）：83-84.

Abstract：" Under the background of the current new era， the development speed of various fields in China shows a rapid growth trend. As an important part of my country's industrial system， the development level of petrochemical industry also shows a trend of continuous improvement. From the perspective of actual development， pipelines， as an important part of petrochemical plants， mainly undertake the function of fluid transportation in the actual application process， and play an important role in promoting the normal production of petrochemical enterprises. Based on the actual case， the heat tracing design of the process pipeline of the petrochemical plant was studied.

Key words：" Petrochemical plant; Process piping; Heat tracing design