朱 凯

(中石化洛阳工程有限公司，河南 洛阳 471003)

加热炉的进出口管线是化工装置中最重要的管线之一，由于管线的重要性，管道设计专业通常会在这些管道布置后作应力分析以保证管线的安全。《工艺管道安装设计手册》对于加热炉管线有一个总体的要求[1]，其中关于加热炉进出口管道一个最重要的要求是应保持各路流量的均匀，对于在管线中不设置流量调节装置的管道要求对称布置，尤其是对于气液两相流体管道。

这一点在工艺管道及仪表流程图一般都有注释，但注释的内容和方式不尽相同。其中有部分装置仅注释“加热炉进出口管线对称布置”，有的注释为“加热炉进出口管线必须对称布置，主管分支点前应有不小于5倍管径的直管段”，有的注释内容则比较严格“加热炉进出口管线必须对称布置，主管分支点前应有20D的直管段，且直管段前/后的弯头必须与下/上游连接的三通垂直”，有的是在这个较为严格的注释的基础上对20D的直管段进行了放宽，“要求有一定的直管段”。

根据《工艺管道安装设计手册》上的说明，首先可以得出一个结论：对于各路管线上有流量调节阀的管线，此类注释可以标注也可以不标注，但对于在管线中无流量调节装置的管道则需标注。

图1 加热炉简易管道布置示意图

主管分支点前应有直管段，且直管段前/后的弯头必须与下/上游连接的三通垂直，这一点对管道中流体的均匀分布是非常有贡献的，但是主要的问题在于这段直管段的长度应该为多少。对于流体稳定流动来讲，直管段越长越好[2]，但对于工程设计这是不现实的。

图1为管道设计中最简易的加热炉管道布置示意图，图中管道满足了分支点前的直管段以及弯头与三通垂直的条件。由图中可以看出，影响管线中流体流动的主要因素是弯头。

图2 单相流体流经弯头流体流速分布图[3]

图2为文献[3]中基于FLUENT模拟单相流体经过弯头时流动流速的分布图，由图中可以很直观的看出流体流经弯头后的流动状态，因此流体在流经弯头后需要一段直管段来保证达到稳流状态。

一般来讲，在图1中，对于管道设计L1的直管段是很容易满足要求的，主管道在管架上布置，管架本身宽度有6～8 m，再加上管架与加热炉的距离，对于DN200～400的管道，即便要求20D的直管段，也可以轻松的满足。所以对于2路进料的加热炉其进出口管道布置相对比较简单，但是如果加热炉为4路进料，要再满足L2的20D的直管段就不是很容易实现。

在管道设计中，对于直管段有要求一般有泵的入口、压缩机入口以及流量计的进出口等。其中对于泵的入口管线，要求不小于3D的直管段，对于压缩机入口管线要求至少2DN的直管段[4-5]，而对于对直管段的要求最细致明确的是仪表流量计，不同的仪表对于直管段的要求不一样，仪表厂家都会对生产的流量仪表给出相应的直管段要求，其要求的直管段范围在5～50D之间。文献[6]中概括了流量计标准中直管对于各种管道公称直径下多种管道结构的要求，如表1所示。

表1 直管对于各种管道公称直径下多种管道结构的要求[6]

文献[7]中总结了不同标准中对于不同设备所要求的稳流段直管要求，见表2。

表2 稳定段直管要求[7]

对于像加热炉进出口这种达到稳流需要多长的直管段，并没有一个非常明确规范，而且由于不同装置加工的油品不同，加热炉中的流体从重渣油到较轻的汽柴油再到氢气及气液混相等，流体的性质差异较大，因此它们在管道中流动的过程中到达稳定流动状态所需要的直管段长度也就不尽相同。但是总的来说我们可以参考文献中对直管段的要求取一个范围。流量计一般为准确测量的设备，因此其要求流体的稳流度应该是最严格的，对于加热炉入口，分支点前一般有一个弯头或者不在同一平面上的两个弯头，参考表1中总结的流量计对直管段要求，对于加热炉分支点前应该要求7～12D的直管段；泵和压缩机的对入口稳流的要求应该比流量计要差一些，参考表2，对于加热炉分支前可以要求2～3 D的直管段。

图3为文献[3]中基于FLUENT模拟多相流体经过弯头时流动流速的分布图，对比图1.2可以看出多相流体相对于单相流体的流动状态要复杂很多，经过弯头后要达到稳定流动需要的直管段更长。因此对于两相进料的加热炉，其分支前的直管段应该要求更严格一点。

图3 多相流体流经弯头流体流速分布图[3]

综上，由于流体流动的复杂性，再考虑到工程建设中的误差，很难做到加热炉的分支管线中流体的完全平均，为了保证加热炉运转正常，需要尽可能做到其进出口管线的对称布置，保证各分支中流体的均匀。因此参考流量计以及泵和压缩机入口对直管段的要求，再结合加热炉的实际情况，将加热炉进出口分支点的直管段定为5～10D是比较合理的。进而可以再根据不同装置加热炉中流体的性质，在5～10D的直管段要求内进一步划分，同时要求该直管段尽可能长。这样不但能更清楚、明确的对管道设计专业起到指导作用，也可以避免工程设计中难以满足过长直管段要求的问题。