printer化工设计通讯Chemical Engineering Design Communications
合成氨与尿素
Ammonia and Urea
第45卷第7期
2019年7月
合成氨装置蒸汽管道配管设计研究
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（1.湖南安淳高新技术有限公司，湖南长沙410205;
2.湖南安全生产科学研究有限公司，湖南长沙410007）
摘要：蒸汽管道是合成氨装置中非常重要的公用工程管道，介绍了合成氨装置中蒸汽系统的特点，结合合成氨装置的特点，对蒸汽管道配管设计进行了深入探讨，以期为类似合成氨装置蒸汽管道的设计提供参考。
关键词：合成氨装置；蒸汽管道；配管设计；研究
中图分类号：TQ113.25文献标志码：A文章编号：1003-6490(2019)07-0009-02
Design of Steam Pipes for Synthetic Ammonia Plants
Xie Fan-cheng,Shen Fang
Abstract:The steam pipeline is a very important public works pipeline in the ammonia plant.This paper introduces the characteristics of the steam system in the ammonia plant.Combined with the characteristics of the ammonia plant,the steam pipe design is discusd in depth,in order to be a steam pipe similar to the ammonia plant.Design provides a reference.
Key words:ammonia plant；steam pipeline；piping design；rearch
液氨（Ammonia）又称无水氨，是一种无色的液体，有强烈刺激性气味，也是一种重要的化工原料，常用来合成各种化肥，如氮肥、磷肥、氯肥以及其他复合肥，同时它还是
收稿日期：2019-04-16
作者简介：谢樊成（1984—），男，湖南宁乡人，工程师，主要研究方向为化工工艺设计。其他多种化工产品的主要原料。氨合成的主要原料为氮气和氢气，原料气经净化系统脱除杂质气体（主要包括一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫、硫化氢等）后经过压缩、合成、冷冻、储存等工序才能得到需要的成品液氨。
在合成氨生产流程中，蒸汽作为主要的用能工质，在液氨生产中具有十分重要的作用，因此，做好合成氨装置的蒸汽管道设计工作对于整个装置的安全生产和节能降耗起至关
法制伴我成长
用集中式高效洗气塔，釆用高塔喷淋式洗气塔，对系统的阻力进行缓解，同时减少冷却水和污水的产生，降低生产活动对环境造成的影响。③提高入炉蒸汽的品质。入炉蒸汽的温度越高，蒸汽分解率也就越高，这样可以起到稳定炉温、降低能耗的效果。④对吹风气的余热进行回收，釆用集中式燃烧炉吹风气回收技术或是三废流化混燃技术，对余热进行回收，防止资源浪费。⑤在脱硫工段前或是清洗塔之后加设高效静电除焦油器，提高脱硫质量效率以及气体质量。
2）釆用全低变流程，降低催化剂的用量以实现成本的降低。同时釆用新型的氨合成内件，提高氨净值，提高能源回收率。在冷冻工段引入蒸发式冷凝器，降低能耗，将氨合成工艺中的能源损失降到最低，实现经济效益的提升。
3）对废水循环利用技术进行改进。在氨合成工艺实施的过程中，很多企业为了控制成本，常选择碎
煤作为主要原料。但这会带来一定的负面后果，即碎煤在形成煤气水后无法将原有的粉尘和焦油彻底的分离出去，这些物质会对氨合成工艺系统中的管道造成堵塞，导致热损失的加剧。而通过废水的合理利用一方面可以提高生产效率，另一方面也可以避免能耗过多。为了提高废水循环利用的效果，可以在现有非水循环系统的基础上，加设气浮装置，同时对煤粉和焦油进行多次沉降，最大程度地减少煤气水中悬浮物和焦油的浓度，以避免发生系统管道堵塞的情况，促进合成氨装置的高效运行。
4）对氨分离技术进行改进。当前阶段，在氨合成工艺中，最常用的氨分离方法有两种，分别是水吸收法和冷凝分离法。在实际操作中，工作人员可以选用氨分离器替代传统的分离器，这样可以有效地解决氨分离不到位的问题，减少资源浪费。其原理是通过气体流向转变实现气体中液滴的分离。
3结束语
现阶段我国合成氨工艺在实施的过程中会消耗大量的资源和能源，与我国可持续发展战略要求不符。基于新时期节能环保的要求，对当前我国合成氨工艺流程进行了细致的剖析，分析了其中存在的不合理之处，在此基础上提出了相应的节能改造措施，一方面实现了资源能源利用效率的提升，另一方面提高了生产质量和效率，实现了企业经济效益的提升。
参考文献
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［2］王建红.合成氨工艺流程及生产系统节能改造研究［J］.化工管理，2018（11）：50.
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［4］陈世通.合成氨装置节能减排改造总结［J］，氮肥技术,2016,37（1）：21-22.
walton大致［5］张艳.先进节能技术在合成氨工艺中的应用［J］.化工管理，2013（14）:220.
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合成氨与尿素
Ammonia and Urea
第45卷第7期
2019年7月
秋天英语
化工设计通讯
Chemical Engineering Design Communications现象英语
重要的作用。
1合成氨装置蒸汽系统分类
根据操作压力不同，蒸汽可分为超高压蒸汽（＞
lOOMPa ）、高压蒸汽（10~100MPa ）、中压蒸汽（1.6~10MPa ） 和低压蒸汽（0.1~1.6MPa ），操作温度为100-500°C，根据饱 和度不同，又可分为饱和蒸汽和过热蒸汽。以某合成氨装置 为例，一般涉及的蒸汽等级有：
由锅炉产生的3.82MPaG, 425°C 的中压过热蒸汽，供变换、 醇桂化等工段使用或用来驱动汽轮机；
氨合成工段副产中压蒸汽（1.8~2.5MPaG ）；
低压蒸汽（0.5-1.3MPaG ）供型煤、脱硫工段、气柜、除 氧器等使用或夕卜送.
三废混燃炉产生0.5MPaG, 230°C 的低压过热蒸汽供空分、 气化等工段使用；
PSA 脱碳提氢工段副产0.2MPaG, 133°C 的低低压蒸汽； 各工段换热设备产生的蒸汽冷凝水等。
2蒸汽管道的布置设计
针对合成氨装置中涉及到的各等级蒸汽管道，管廊上蒸 汽管道的布置比较复杂。一般来说，合成氨装置管廊上布置 的工艺气管道有煤气管道、氢氮气管道、氧气管道等，公用 工程管道如蒸汽管道、锅炉给水管道、仪表空气管道等，以 及电气和仪表电缆（桥架）。蒸汽管道布置设计可按如下步骤 进行：
1） 综合考虑全管廊各管道物料特性，结合场地特点、管 廊层数高度及宽度，选择蒸汽管道布置层数。多层布置时， 蒸汽管道应当布置于管廊上层，如第二层或第三层。如果由 于情况比较特殊，蒸汽管道只能布置在下层时，则需将其设 置在管廊的外侧，且应保证其与工艺介质管道、低温管道等 的最小间距，其保温后的最小间距应＞500mm，或者可以利用 其他公用工程管道如脱盐水、仪表空气将其隔开，因为此类 公用工程管道受到蒸汽管道影响较小。出于设计考虑，蒸汽 管道与其他公用工程管道布置在同一层时，保温后的最小间 距应250mm，同时还必须考虑到蒸汽管道受到横向拉力，产 生热位移可能与相邻管道发生碰撞的距离。
2） 考虑蒸汽管道与电气、仪表电缆（桥架）的相对布置 位置，二者可同层布置，也可将蒸汽管道布置于电气、仪表电 缆（桥架）的下层。同层布置时，其保温后与电气、仪表电缆（桥 架）最小净距不应小于200mm，或用其他公用工程管道隔开； 当布置于电气、仪表电缆（桥架）下层时，其蒸汽支管保温 后与电气、仪表电缆（桥架）的最小净距应不小于500mm 。
3） 蒸汽管道布置在管廊上时，一般都会通过设置“ H ” 形补偿器来吸收管道的热膨胀。配管设计专业应根据管廊在 总图上的全厂布置，就“n ”形补偿器设置的位置向管道应 力分析专业提出条件，管道应力分析专业通过分析计算后返回 应力计算结果，包括确定“n ”形补偿器设置位置，固定点 设置位置、固定点推力等数据，配管专业根据该计算结果对 “n ”形补偿器、固定点等设置进行修改确认以完成蒸汽管道 的配管。计算管廊上蒸汽管道的应力和支架的推力时，蒸汽 管道应作为完整的管系进行应力计算，而不是通过固定点分 成几个管系进行应力计算。
另外，如果管廊上同时存在了不同规格的蒸汽管道，就 应集中设置“n ”形补偿器，管径较大、温度较高、需要较 大热补偿的管道适合设置在外侧，反之设置在内侧。各管道 的间距应考虑高温所引起的横向位移，并且各管道的固定点 尽量设置在同一点上，可以便于管廊架的结构设计。
对于合成氨装置各工段内蒸汽管道布置，包括与静设备 或动设备管口的连接，特别是与动设备管口相连接时，应通 过应力分析校核管道柔性以及设备管口载荷。应力计算比较 复杂，配管设计与应力计算可能需要相互配合经过反复修改 才能满足要求。一般也采用自然补偿方式来吸收管道热膨胀。 当设计与蒸汽透平机等动设备相连的蒸汽管道配管时，多釆 用弹簧支架，用于支撑阀门和管道，管口同轴线处加限位架。
3蒸汽管道疏水、排液装置的设置
合成氨装置中涉及到的蒸汽既有过热蒸汽又有饱和蒸汽。 正常运行情况下，过热蒸汽管道基本上不产生冷凝液，但饱 和蒸汽管道内因为热损失会产生蒸汽凝液，此外，蒸汽管道 在开车或者是暖管时可能会出现大量的凝液，因此蒸汽管道 的低点应设置疏水排液装置以排除蒸汽管道中存在的冷凝水。 在装置实际运行期间，针对开车或暖管阶段所产生的凝液， 现场操作可以借助管道低点的排液设施排出；而高压蒸汽、 中压蒸汽以及低压蒸汽管道在正常情况下基本上不会产生凝 液，但是在开车或者是暖管时，将会产生大量的凝液，同时 由于缺乏及对应压力等级的凝液管道，因此其管道低点应当 设置疏水设施，满足管道的排水需求。在对管廊上蒸汽管道 的排液装置进行设计时，除了蒸汽管道低点应当设置排液装 置，蒸汽主管进入到装置界区的切断阀上游以及主管末端都 需要设置疏水设施，目的就是为了保证排水的通畅，提高管道 性能。
4 蒸汽管道分支管的设计
'蒸汽支管应当从主管的顶部接触，如果要求在支管上设
置切断阀，则需要将相关设置设计在靠近主管的水平管段上， 同时在设计时还需从实用性及操作的便利性两个方面考虑设 计是否合理。蒸汽支管不允许从用汽要求很严格的蒸汽管道 上接岀，在“n ”型补偿器上也不得引出蒸汽支管，这样不 仅会影响到蒸汽支管的使用性能，同时其还存在有一定的安 全隐患。
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蒸汽支管的低点处应当设置排液设施或者是疏水设施， 其主要设置在以下位置：不客气英语怎么说
蒸汽支管的最低点；
蒸汽支管减压阀和调节阀之前；
蒸汽分水器以及蒸汽加热设备的最低点；
处于热备状态的设备进汽管切断阀之前的最低点；
蒸汽平透机、蒸汽泵换热器的蒸汽进汽管入口切断阀前 的最低点。
5蒸汽管道设计时应注意的要点5.1合理选择管径
在选择管径时，要根据蒸汽的需求量。当管径太大时， 就会增多投资，加大热损失，同时也会增加冷凝水。当管径 太小时，就会造成蒸汽使用点的压力和蒸汽流量不足，最后 就会出现水锤和冲蚀的现象。所以在选择管径时，不能过大 或者过小。
5.2满足应力分析要求
在蒸汽管道布置设计时，应进行应力分析计算。在此基 础上，合理设置管道n 形补偿器、补偿器固定
点，使固定点 推力以及与设备相连的蒸汽管道的配管等的设置都要满足应 力的要求。
5.3采取措施避免水锤现象
当高速流动的水丸碰到管道的安装件、设备或者阀门时， 都可能会产生一定的振动和噪声，这就是所谓的水锤现象， 所以蒸汽分支管取汽位置应设置于主管道上方，而且同一根 主蒸汽管道不能接入太多的支管、缩口弯道等。应合理设置 管道支撑，以防管道局部下沉。管道变径处应釆用底边平齐 的偏心变径管。6结束语
目前，随着国内供给侧结构改革的深入推进，合成氨企 业受到成本和市场的压力逐年迅速增加，合成氨工厂的蒸汽 管道设计对整个装置的能耗指标的优化起着十分重要的作用。 对装置内蒸汽管道的设计，不仅要保证蒸汽管道的安全性， 还要兼顾其经济性。在设计过程中，应做到工艺系统和配管、 应力分析专业紧密配合。要根据装置自身的特点，结合相关 标准规范，进行合理的设计和优化，以保证装置安全、经济、 可靠运行。
参考文献
[1]徐宝东.化工管路设计手册[M]，北京：化学工业岀版社，2011.宁波自考办
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