摘要：本文从低温乙烯管道特点入手，分析了低温乙烯管道配管设计的一般原则和要求，并详细介绍了低温管道管架的设计和保冷结构的设计。
关键词：低温乙烯；配管设计；管架设计；保冷结构
当前大中型乙烯装置中裂解气中氢气、甲烷等组分的分离通常采用深冷分离的形式，因为低温储存系统不仅储存容量大、储存压力、操作维护成本低，而且安全性能较高，所以低温管道在石油化工企业中应用广泛。本文对低温乙烯管道配管设计进行了分析探讨。
1低温乙烯管道特点分析
乙烯属于液化烃，属于易燃易爆的甲A类火灾危险性介质。因为低温乙烯管道的温度能低到-104℃，要求的保冷材料非常苛刻和特殊，特别是对保冷厚度有着较高的要求，有时要比管线的管径还要大。低温管道材料一般选择经济合理的镇静钢即完全脱氧钢，要满足设计温度下的低温冲击韧性，防止管系出现脆裂脆断现象。保冷结构通常由保冷层+防潮层+保护层三层构成，其中保冷层主要是维护介质温度的稳定性，防潮层主要承担防水、防潮作用确保保冷层保冷效果，保护层在保冷层外面主要起保护作用，防止大气、风、雨、雪等恶劣天气和环境对保冷层的破坏，在延长保冷层使用寿命的同时保持其结构的外形不受损坏，所以保冷材料应通常选用闭孔、阻燃、低吸水的材料制品。另外，为防止管道冷量损失，管道支架要设计“冷桥”措施。除此之外，因为低温乙烯具有容易气化的特点，一旦阀门完全关闭密封腔内液体容易气化蒸发产生额外压力从而破坏阀门，所以要在管道上设置单独热膨胀阀来缓解和释放管道中的压力。
2低温乙烯管道配管设计的原则和要求
2.1低温乙烯管道配管设计的原则。低温管道设计要满足“低温脆性”和“保冷需求”两个设计要求，首先管道必须要柔性十足，低温管道布置要防止泵、压缩机、排气管引起的管道振动，必要时控制机械振源和消振处理。特别是对于振源附近的管道设置波型补偿器等弹性元件来阻断振源。另外，对于低碳素钢、低合金钢低温管道安装安全阀或排气、排污物支管时，要防止因气化造成表面结霜冰现象，所以尽量采用奥氏体不锈钢材料或用法兰连接不同材质支管。需要注意的是，低温管道靠近弯头或三通处不能焊接法兰，需要延长一段长度再焊接，防止拆卸螺栓对主管道保冷层造成破坏，要预留卸螺栓间距并科学的布置阀门的位置。保冷管道保冷厚度较大时，设计时要考虑保冷厚度，避免管线与相邻管线、阀门、梁、柱、平台碰撞，管道放空、倒净阀门要伸出保冷层，要根据保冷方式计算准确的保冷厚度，然后对排净和放空管的最小安装尺寸进行确定。还要注意贯穿楼板要留足够大的孔洞，配管时与梁距离一定距离。
2.2低温乙烯管道配管设计的要求。一是要尽量在地面或管架敷设，需要管沟敷设时要在管沟内填充砂或采取措施避免气体积聚在管沟内。二是要保持管道足够的柔性，尽量控制管道的长度和弯头数量，最大限度的减少管道低点积液。另外，对于液化烃管道来说，最好改变管道走向进行自然补偿，或者使用“Π”型补偿器进行补偿。三是在多层管廊布置管道要选在下层，切忌与不保温热管道相邻布置。另外当管道不得不穿越人行通道或设备时要尽量不再设置管阀件，防止泄露危害。四是对于两端有可能关闭的管路系统，防止外界因素影响升高管道内压力要设置热膨胀安全阀进行保护。管道法兰、阀门和仪表不能在空气中暴露，要使用保冷材料进行苫盖。五是液化烃管道使用蒸汽吹扫时，柔性设计温度要按照吹扫蒸汽饱和温度来确定，防止蒸汽吹扫对管线造成较大的应力和位移。
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3低温管道管架的设计
由于低温管架现场制作较为困难，所以低温管托经常采用定型管托，管道支架选型和设计要注意以下几点。管道支架支撑重量包含着保冷材料重量，因为保冷材料强度不高，所以低温管道支架间跨距通常要小于钢管道支架间的跨距，在加上低温管道弯头处所受的应力最大，因此也就最容易收到损坏和脆裂。因为奥氏体不锈钢线性膨胀系数比碳钢还要大，奥氏体不锈钢产生的位移量大，一般适合应用于极低温管道上。配管设计时的每个支承点搜要对管子的位移量进行计算和测量，避免管托从导轨或静止梁上出现脱落。另外，低温乙烯管道支架不能使用焊接型支吊架，低温保冷管道支架要采取措施防止产生“冷桥”，比如水平敷设管道底部采用木块或隔热材料进行铺垫，以免管道出现冷量损失。管道垂直敷设时，管道的底部或支架的底部应垫置木块或硬质隔热材料块，防止“冷桥”产生。除此之外，保冷管道支架要安装保冷材料，并且支架长度要在管子保冷长度 4 倍以上。要根据管架或枕梁保冷厚度来确定保冷管道管底的标高，要考虑分支管线变径时的尺寸变化，掌握向上或向下支管尺寸，保冷层厚度随着管径变小而变小。为保持管道管底标高不能改变隔热块厚度，要保持管底水平，确保隔热块厚度大于保冷层厚度，避免管子偏移接触中间梁损坏保冷层。另外，设备平台支撑梁的高度及悬挑梁预埋件的伸出长度，要达到保冷的相关设计要求。
4管道阀门安装设计要求
首先，对于设计温度低于-45℃的阀门来说，通常使用加长阀杆结构的阀门，止回阀门不在此列。其次，对于弹性闸板闸阀来说，要在高压侧闸板上开泄压孔进行压力控制，球阀也要在高压侧设置泄压结构或泄压孔。当密闭管系内液体蒸发时会产生一定的压力从而对阀门造成破坏，要采取必要泄放孔设置措施，对阀体内的压力进行释放，通常泄压孔设计在主要承压侧一方，与物料的流动方向无关，不考虑物料的流动方向。当进行维护检修时，要对调节阀、安全阀、泵进行拆除和维护，拆除的方向都是次要的承压侧。前面提到的位于主要承压侧的泄压孔与物料流动方向无关，但安装阀门时有时会按照阀体上标示的流向进行安装，标示的流向通常指的是物料的流向，可能造成阀门安装方向的错误。所以安装和检修阀门过程中，要在显要位置标明阀门的安装方向，最好在管道轴测图纸上进行标示。特别是对于泄压孔方向和物料流向不一致的阀门，最好使用单独阀门代码进行区别，防止出现安装方向上的错误。还需要注意的是，因为在低温阀门主阀体和操作手轮间安装了气柱和加长阀杆，液体介质很容易充满整个气柱，为防止这种现象，并且减少填料密封盖与低温流体频繁接触造成的填料盖被冻现象，通常阀门要安装在水平管上，阀门的阀杆方向要垂直向上，所以配管设计时要在阀门上部留有足够的空间，方便进行阀门阀杆的操作安装，并且不能对阀门手轮的操作产生影响。
5结语
配管设计作为化工领域低温乙烯管道装置设计中的重要内容，配管设计时首先要清楚的了解和掌握低温管道的特性，把握好每一个关键环节，特别是设计安装要严格遵循低温乙烯管道配管设计的原则和要求，控制好每一个部位和细节的操作，确保设计满足工作需要，以设计质量的提高来确保冷设备和冷管道的质量达标。
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论文作者:丁旭
论文发表刊物:《基层建设》2019年第24期
论文发表时间:2019/11/22
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