时 骋 霍 磊 梁海云 中国五环工程有限公司 武汉 430223

蒸汽作为尿素装置中一项重要的公用工程物料，对尿素装置的生产运行十分重要。一方面，来自装置界区的高压蒸汽(4.2MPa、440℃)作为CO2透平的动力，驱动压缩机压缩CO2气体；然后从CO2压缩机透平抽出的蒸汽作为工艺用的热源；另一方面，蒸汽作为尿素装置内管道、仪表的伴热热源及开车吹扫用介质，对整个尿素装置的安全稳定和长周期高效运行至关重要。

尿素装置的流程复杂，辅助管线多，其物料多为易结晶介质，大部分管道布置有坡度要求；对于高、中压冲洗水、夹套管、安全阀吹扫蒸汽和疏水管线，一般要求阀门或母管的冲洗水根部阀、支管与总管连接的阀门离总管的距离最近。由于整个尿素装置具有高框架、多楼层、单层操作面积非常大、空间布置紧凑等特点，管道布置难度大。因此，如何合理、有序地布置尿素装置的蒸汽管线已成为尿素项目管道布置人员需要仔细考虑的问题。

笔者结合自身的工程经验，就尿素装置中蒸汽管线的布置要点进行分析。

1 尿素装置蒸汽管线布置的一般原则

由于尿素装置具有设备多、管线复杂、高框架、多楼层、空间布置紧凑等特点，蒸汽管线的布置更需要管道布置专业的设计人员提高技能和总结经验，在合理满足工艺要求的基础上，布置应便于现场安装、操作和检修，满足人性化的需求。尿素装置中蒸汽管线的布置一般按下列原则进行设计。

(1)在尿素装置内管廊上布置蒸汽总管，各用户的蒸汽分支管一般从蒸汽主管上方90°或斜45°方向引出。对于小口径蒸汽支管，可沿水平方向从主管抽出。

(2)位置相近的用户的蒸汽管线应该合并成一根蒸汽次主管从蒸汽主管上引出，然后送各用户使用。此蒸汽次主管管径需要提交工艺专业核算确认并修改PID。

(3)从蒸汽主管抽出的蒸汽次主管应沿着尿素框架楼面下方布置，且切断阀门应布置在该管线上穿楼面1200mm处，便于操作，并且避免积存液体。

(4)尿素装置每层的公用物料站所用的蒸汽支管数量由尿素框架每层楼面面积决定的，一般半径15m范围内需要布置一个公用物料站，即需要一个蒸汽分支管。

(5)公用物料站的蒸汽管线、氮气、工厂空气、生活水应集中布置，靠近尿素主框架的结构柱，且不影响通行。

(6)蒸汽管线温度高，布置需要考虑热补偿。应结合尿素框架的结构特点，尽量采用自然补偿。

(7)蒸汽管线在低点处应设置集液包，做好疏水系统的设计。

(8)尿素装置内管廊上的蒸汽总管末端管段的长度应愈短愈好，管线末端宜使用盲法兰，便于管道吹扫。

2 蒸汽管线的布置要点

2.1 蒸汽管线的整体布置

以某化肥项目尿素装置的蒸汽管线为例进行说明，低压汽包D-6502产生的蒸汽，从其顶部管口送出，穿过尿素框架EL11.600m底部进入装置的下层管廊。一部分蒸汽沿着管廊向南送给整个尿素装置和大颗粒装置使用，剩下的蒸汽顺着管廊向北布置送给二氧化碳压缩使用。从蒸汽主管上部抽头进入设备的蒸汽支管宜沿着楼层下面布置，且靠近柱子布置，便于管架的设置。同时，为了避免蒸汽管线积存液体，减少集液包和疏水阀组的设置，蒸汽管线应避免袋型，保障蒸汽顺利进入设备，可以将设备作为此蒸汽管线的最低点。若无法避免袋型，一定要在最低点处设置疏水阀组，避免积液造成水锤等事故的发生。

2.2 蒸汽管线控制阀组的布置

很多从蒸汽主管抽出的分支管线上设置有控制阀组，其作用是用来控制蒸汽的流量。在布置控制阀组时，不仅要满足工艺要求，如尽量靠近设备处，将其布置在合适的楼面，还应该考虑阀组操作、检修是否方便，将其设置在合适的方位。同时，为了方便仪表调节阀前的导淋阀的操作，蒸汽管线的控制阀组管线的管底标高宜高于楼面500mm。蒸汽管道控制阀组布置示意图见图1。

图1 蒸汽管道控制阀组布置示意图

2.3 疏水阀组的布置

布置在尿素框架管廊上的蒸汽总管由于口径大、温度高、管线长，需要设置自然补偿，例如某项目尿素装置蒸汽总管需要在管线中间设置2个π形补偿，此时不可避免地存在了一个局部低点，需要在此处设置疏水阀组，将低点积液及时回收到蒸汽冷凝液收集系统。该蒸汽总管布置见图2。

图2 蒸汽总管的布置

由于尿素装置框架非常高，楼层非常多，各种伴热、夹套、吹扫的蒸汽管线均从管廊上的蒸汽总管抽出进入到各个蒸汽用户，总体原则是步步高，在布置这些蒸汽管线时，应尽可能地避免出现袋型，避免蒸汽管线积液。但有时无法避免，就需要在最低点处设置疏水阀组，此时应尽量将疏水阀组设置在靠近蒸汽管线处，并设置旁路，便于阀组的在线检修。

疏水阀组可以水平或垂直布置，这主要由疏水阀的型式及布置的空间需求确定。且对于垂直布置的阀组，需留意疏水阀安装方向的要求，见图3、图4。

图3 疏水阀组水平布置

图4 疏水阀组垂直布置

对于疏水阀的设计，应综合考虑各种工况，包括：正常运行时、开停车、事故状况，从而选择合适类型的疏水阀和管道的口径，以解决积液难以及时有效从蒸汽管线中排出的问题，也可以避免经济上的浪费。

2.4 蒸汽放空管线的布置

设置蒸汽放空管线是保障整个蒸汽系统安全运行的重要手段，通常可采用如下三种方式：其一采用手动操作的放空管线，即在高点处设置放空阀；其二自动控制的放空管线；其三可以通过设置安全阀进行放空。

为了充分保障现场操作员工的人身安全，对于工艺要求安全放空的、直接排向大气的放空管线，其排出口不能朝向设备、平台、梯子、电缆、配电箱、变压器等，要高出以排放口为中心的15m半径范围内的地面、设备、操作平台3m以上。且需要在管道的低点处开一个6mm“泪孔”以排净蒸汽放空管线中的液体。所有的安全阀放空管线需要进行应力计算，合理进行管架设计。

2.5 蒸汽管线的热补偿处理

为了保证蒸汽管线的受力、位移、应力在允许范围内，在管道布置时设计人员需要依据管径、温度考虑在合适位置处设置π形补偿，根据经验，一般在60～70m范围处设置一个π形补偿，但具体π形弯尺寸需要应力专业进行详细的应力计算。在设计时一定要结合尿素主框架的结构特点，尽量考虑采用改变管道走向(包括设置π形弯)的方式来增加管线的柔性，避免采用补偿器补偿。即合理的管线走向设计，不仅能够解决蒸汽管线的热补偿问题，还能使整个尿素装置的管道布置整齐、美观，并且易于现场安装、操作及检修。

2.6 公用物料站蒸汽管线的布置

尿素装置的公用物料站一般包括低压蒸汽(LPS)、氮气(N2)、工厂空气(PA)、生活水(SRW)四根管线，但也有特殊情况，如笔者所做的某项目，由于所在地区缺水，公用物料站中还设置了LPC(蒸汽冷凝液)管线。每层楼面需要的公用物料站数量是根据尿素装置框架单层操作面积决定的，每半径15m范围需要设置一个公用物料站。

公用物料站内的蒸汽分支管线上切断阀的高度一般高于楼面1200mm，且阀门离蒸汽主管距离最近，端部采取弯头加快装接头的方式，方向朝下部，这样设置便于以后现场需要使用蒸汽时用软管连接便利，而且不会由于操作不当对操作人员造成人身伤害。公用物料站布置见图5。

图5 公用物料站布置

2.7 蒸汽伴热管线的设计

尿素装置的伴热分为中压蒸汽伴热和低压蒸汽伴热。蒸汽伴热管道应从蒸汽总管或支管的顶部引出，并在靠近引出处设置切断阀[1]。为保证整个尿素框架的管线布置整齐、美观，也便于后续支吊架的设计，去各个伴热站的蒸汽支管应与其他管线一起沿着楼面下方布置，穿过楼面开孔接入布置在上层楼面上的伴热站，一定要避免出现蒸汽支管在楼面上乱铺设的现象。

由于伴热站的设计一般在项目的最后阶段，因此管道布置人员在提土建二次条件时，尤其是混凝土框架，一定要预留给蒸汽伴热支管的楼面开孔。尿素装置伴管站的典型布置示意图见图6。

图6 伴管站的典型布置示意图

2.8 蒸汽管线的防冻设计

在我国北方地区有很多大型的尿素项目，气候比较寒冷。若蒸汽管线一旦遇到装置事故停车等情形，很容易造成物料管线出现冰冻、阀门被冻爆等事故。因此，在前期做设计时就应该做到防微杜渐，进行蒸汽管线设计时，应该尽量避免袋型、盲端，并在低点设置紧急排放液体的管线，确保在尿素装置紧急状况停车时，可以将蒸汽管线内的冷凝液体及时排净，从而避免因气候问题造成管线冻结等事故，增加不必要的经济损失。

3 结语

蒸汽作为尿素装置中重要的公用工程物料，一部分作为动力气体驱动压缩机压缩CO2气体以及作为换热器的加热介质；另外还有伴热、夹套、吹扫等用途。笔者从尿素装置的特点出发，就整个尿素装置内蒸汽管线布置的一般原则和设计要点进行深入分析，提出了尿素装置蒸汽管线的布置要求与相关建议，对于今后类似生产项目具有一定的借鉴意义。