徐文賡

（南京金凌石化工程設(shè)計(jì)有限公司，江蘇南京 210042）

分體式蒸汽減溫減壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

徐文賡

（南京金凌石化工程設(shè)計(jì)有限公司，江蘇南京 210042）

介紹了SP公司減溫減壓器的設(shè)計(jì)過程，包括蒸汽管道的計(jì)算和設(shè)計(jì)、減溫減壓器的計(jì)算和設(shè)計(jì)等，同時(shí)列出了主要的設(shè)計(jì)規(guī)范，通過實(shí)際的運(yùn)行檢驗(yàn)，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。

蒸汽減溫減壓器；蒸汽；管道設(shè)計(jì)；減溫減壓器設(shè)計(jì)

1 概述

分體式蒸汽減溫減壓器是化工生產(chǎn)中常用的設(shè)備，包括減溫器、減壓閥、減溫水調(diào)節(jié)閥、蒸汽管道、減溫水管道及相關(guān)儀表，本文主要介紹分體式減溫減壓器工藝計(jì)算過程及管道布置。

2 工藝描述

2.1 工藝描述

SP公司使用中壓蒸汽及低壓蒸汽，中壓蒸汽來自化工園區(qū)外管廊。進(jìn)入SP界區(qū)的中壓蒸汽管線首先進(jìn)入減溫器E-01，減溫至280℃，一部分送往中壓蒸汽用戶直接使用，一部分進(jìn)入減溫減壓器E-02，減溫減壓至0.7MPa（A），180℃，再送往裝置低壓蒸汽用戶使用。

本項(xiàng)目的冷凝水將進(jìn)行回收，中壓蒸汽產(chǎn)生的冷凝水經(jīng)閃蒸回收后并入低壓蒸汽冷凝水系統(tǒng)；低壓蒸汽冷凝水一部分送往循環(huán)水，另一部分由減溫水泵送往減溫減壓器E-01、E-02作為減溫水使用；減溫水溫度為100℃。系統(tǒng)流程圖見圖1。

圖1 系統(tǒng)流程圖

2.2 工藝參數(shù)

SP公司蒸汽來自化工園區(qū)中壓蒸汽母管，蒸汽分配臺出口蒸汽參數(shù)：

溫度：410℃

壓力：4.1MPa（A）

流量：65t/h

母管直徑：DN300

SP公司使用的中壓蒸汽及低壓蒸汽，中壓蒸汽參數(shù)：

溫度：241℃

壓力：3.4MPa（A）

流量：5.9t/h

低壓蒸汽參數(shù)：

溫度：165℃

壓力：0.7MPa（A）

流量：3.6t/h

3 蒸汽管道設(shè)計(jì)

根據(jù)工藝參數(shù)，按照HG/T20570.1—1995 《設(shè)備和管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度的確定》確定管道設(shè)計(jì)參數(shù)為：

中壓蒸汽：設(shè)計(jì)溫度450℃

設(shè)計(jì)壓力：4.4MPa（A）

設(shè)計(jì)用量：6t/h

低壓蒸汽：設(shè)計(jì)溫度210℃

設(shè)計(jì)壓力：0.9MPa（A）

設(shè)計(jì)用量：3.6t/h

3.1 管徑初選

根據(jù)《石油化工裝置工藝管道安裝設(shè)計(jì)手冊》，中壓蒸汽流速按20m/s，計(jì)算公式：

di：管內(nèi)徑，mm；

qv：在操作條件下流體的體積流率，m3/h；

u：流體的流速，m/s。

∵蒸汽在4.1MPa（A），410℃時(shí)的密度為15.05kg/m3

∴qv＝Q÷ρ

＝5 900÷15.05

＝392m3/h

＝83.23mm

初選管徑DN100。

3.2 管道壓力降計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)場配管，中壓蒸汽由化工園區(qū)管廊引入，由蒸汽分配臺出口開始，配置DN300母管，開孔點(diǎn)距離蒸汽分配臺1 350m，母管彎頭數(shù)量106個(gè)；開孔點(diǎn)到SP公司界區(qū)間距長1 470m，彎頭數(shù)量99個(gè)，法蘭閘閥2臺。

DN300母管計(jì)算壓力降為2.15bar，即0.215MPa；

DN100管線計(jì)算壓力降為7.68bar，即0.768MPa，界區(qū)壓力＝4.1-0.215-0.768＝3.177MPa（A），壓力降過大；

DN150管線計(jì)算壓力降為2.87bar，即0.287MPa，界區(qū)壓力＝4.1-0.215-0.287＝3.598MPa（A）較合適。

3.3 管徑選擇

根據(jù)上述計(jì)算，選擇管徑DN150。

3.4 壁厚、材質(zhì)選擇

管道設(shè)計(jì)溫度450℃，根據(jù)TSG D0001—2009《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》選用15CrMoR合金鋼管線，設(shè)計(jì)壓力4.4MPa（A），根據(jù)SH3059—2012《石油化工管道設(shè)計(jì)器材選用規(guī)范》，直管計(jì)算壁厚為：

t：直管計(jì)算壁厚，mm；

P：設(shè)計(jì)壓力，MPa；

D0：管子外徑，mm；

（σ）t：計(jì)算溫度下管子材料許用應(yīng)力，MPa；查GB150—2011《壓力容器》；取91MPa；

Φ：焊縫系數(shù)，對無縫鋼管取1；

W：焊縫接頭強(qiáng)度系數(shù)，單面對焊100％探傷取1.0；

Y：溫度對計(jì)算直管壁厚的修正系數(shù)；≤482℃鐵素體鋼取0.4；_

T：名義厚度，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的厚度，mm；

C1：材料厚度負(fù)偏差，按材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，mm；取0.4mm；

C2：腐蝕、沖蝕余量，mm；化工園區(qū)為輕微腐蝕，取1mm；

C3：機(jī)械加工深度，mm；取0.5mm；

C4：厚度圓整值，mm

∴直管計(jì)算壁厚為：t＝3.99

再根據(jù)HG/T20533—2011《化工配管用無縫及焊接鋼管尺寸選用系列》壁厚按公式：

Sch.No.=P÷S×1 000

P：設(shè)計(jì)壓力（MPa）；

S：設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力，根據(jù)GB 150.2-2011查得15CrMoR在450℃下許用應(yīng)力為91MPa；

∴Sch.No.＝4.4÷119×1 000＝48.35

可選用壁厚大于SCH40，根據(jù)SH/T3405—2012《石油化工鋼管尺寸系列》選用SCH80壁厚10.97，大于管道計(jì)算名義厚度6mm，滿足要求。即管道壁厚選擇為SCH80，10.97mm。

4 減溫減壓器設(shè)計(jì)

4.1 減溫減壓器參數(shù)

蒸汽由蒸汽分配臺送出，經(jīng)過1 350mDN300管線，再經(jīng)過1 470mDN150管線，至界區(qū)處有一定的壓力降和溫度降低，由計(jì)算得知，減溫器E-01進(jìn)口壓力：3.598MPa（A），溫度：396.4℃，流量6t/h；減溫器E-01出口壓力：3.598MPa（A），溫度：280℃，流量6t/h；減壓閥PCV-01進(jìn)口壓力：3.598MPa （A），溫度：280℃，流量3.6t/h；減溫器E-02出口壓力：0.7MPa（A），溫度：180℃，流量3.6t/h。減溫減壓器參數(shù)見表1。

表1 減溫減壓器參數(shù)

4.2 減溫水量計(jì)算

按能量守恒，公式：

Win×（Hin-Hout）=Ws×（Hout-Hs）

Win：進(jìn)入減溫減壓器的蒸汽流量，kg/h；

Ws：減溫水量，kg/h；

Hin：進(jìn)入減溫器的蒸汽焓，kJ/kg；

Hout：減溫器出口蒸汽焓，kJ/kg；

Hs：減溫水焓

∵查表得3.598MPa（A），394.4℃下蒸汽焓Hin為3 214.204 kJ/kg

3.598MPa（A），280℃下蒸汽焓Hout為2 918.681kJ/kg

常壓，100℃水焓Hs為417.5108kJ/kg

∴Ws=Win×（Hin-Hout）÷（Hout-Hs）

=6 000×（3 214.204-2 918.681）÷（2 918.681-417.5108）

=708.9

≈709

即減溫器E-01減溫水用量為709kg/h；

∵查表得0.7MPa（A），233.71℃下蒸汽焓Hin為2 919.26 kJ/kg

0.7MPa（A），180℃下蒸汽焓Hout為2 798.044kJ/kg

常壓，100℃水焓Hs為417.5108kJ/kg

∴Ws=Win×（Hin-Hout）÷（Hout-Hs）

=3 600×（2 919.26-2 798.044）÷（2 798.044-417.5108）

=183.31kg

≈183kg

即減溫減壓器E-02減溫水用量為183kg/h；

4.3 減溫器E-01及E-02尺寸設(shè)計(jì)

減溫減壓器的尺寸設(shè)計(jì)主要根據(jù)管道內(nèi)流速設(shè)定，減溫減壓器內(nèi)流速過低，會出現(xiàn)減溫水吸收不完全，甚至落到管壁上導(dǎo)致管道熱應(yīng)力破壞。在設(shè)計(jì)中，考慮管道內(nèi)流速為30～70m/s。為取得最小壓力降，流速按30m/s取值計(jì)算：

按流量計(jì)算公式： Q=V×A

Q：流量m3/h；

V：流速m/s；

A：流道面積m2。

E-01流道面積計(jì)算：

∵3.598MPa（A），396.4℃下蒸汽密度為12.195kg/m3，

∴A=Q÷V

=6 000÷3 600÷12.195÷30

=0.004 6m2

∵管道截面積 A=πR2

=0.038m

∴減溫器E01可選用管徑為76mm，

所以減溫器管徑選定為DN80。

E-02流道面積計(jì)算：

∵0.7MPa（A），280℃下蒸汽密度為2.797kg/m3，

∴A=Q÷V

=3600÷3600÷2.797÷30

=0.01192m2

∵管道截面積 A=πR2

=0.0616m

∴減溫器E901可選用管徑為123.2mm。

由于管道內(nèi)壓力不高，為防止出現(xiàn)減溫水吸收不完全的情況，管內(nèi)流速適當(dāng)加大，所以減溫器管徑選定為DN100。

4.4 減壓閥PCV-01的設(shè)計(jì)

蒸汽減壓閥的作用是降低蒸汽壓力，獲得所需較低壓力的蒸汽；根據(jù)SH3012—2011《石油化工金屬管道布置設(shè)計(jì)規(guī)范》，減壓閥宜安裝在水平管段上，并在減壓閥前后設(shè)置直管段和旁路，閥前直管段600mm，閥后直管段1500mm，閥前安裝過濾器，閥后安裝安全閥；PCV-01的減壓閥壓差為2.9MPa，選用膜片活塞式減壓閥。

5 配管設(shè)計(jì)

減溫器后應(yīng)安裝直管段，以保證最低霧化混合距離，防止水霧吸收不完全。本套減溫器廠家給定的直管段安裝距離分別為E-01直管段6m，E-02直管段4m。管道布置應(yīng)保留足夠的直管段并控制管道的柔性，由于布置場地空間有限，管道進(jìn)行并排布置。管道布置圖見圖2。

圖2 管道布置圖

6 結(jié)論

分體式減溫減壓器的設(shè)計(jì)其核心內(nèi)容為設(shè)計(jì)減溫器的尺寸和減溫水量的匹配，嚴(yán)格控制管道內(nèi)蒸汽流速才能發(fā)揮出減溫器的作用并保證管路的安全，流速過大將導(dǎo)致管路阻力過大，流速過小將影響水霧的吸收。不同品牌的減溫器及減壓閥其結(jié)構(gòu)略有不同，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)通過供貨產(chǎn)品特性進(jìn)行二次設(shè)計(jì)以完成項(xiàng)目的設(shè)計(jì)工作。SP公司的減溫減壓系統(tǒng)于2015 年11月建成投產(chǎn)，至今運(yùn)行正常，佐證了設(shè)計(jì)的正確性。

[1]TSG D0001—2009.壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程[S].

[2]SH3059—2012.石油化工管道設(shè)計(jì)器材選用規(guī)范[S].

[3]GB150—2011.壓力容器[S].

[4]SH3012—2011.石油化工金屬管道布置設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[5]李廣軍，王彥枝.噴水型減溫減壓器分體式結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與分析[J].閥門，2015，（4）.

[6]周翔.淺談減溫減壓器系統(tǒng)的設(shè)置及工藝計(jì)算[J]，科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2015，（22）：153-154.

Steam Desuperheating & Decompression device Design

Xu Wen-geng

Introducing the design process for Steam Desuperheating & decompression device of SP CO.，LTD，including steam pipeline、desuperheating & decompression device calculation and design，etc.，and lists the main design specifications，it through the operation of the actual test，reached the desired effect。

steam desuperheating & decompression device；steam；piping design；desuperheating & decompression device design

TQ050

A

1003-6490（2016）08-0053-03

2016-08-10

徐文賡（1981—），男，江蘇南京人，工程師，主要從事化工設(shè)計(jì)行業(yè)工作。