乙烯裂解气管道是乙烯生产装置中的关键组成部分，其设计和施工都有极高的要求以确保系统的稳定和安全。

一、设计要求

设计阶段需要考虑管道的材质、尺寸、压力等级、温度特性以及与设备的接口匹配，重点关注管道的柔性分析、管架的设置原则和管架型式，以应对热膨胀和机械振动，防止管道破裂或泄漏。管架设计时应考虑到管道的重量、热膨胀系数和外部载荷。 

1 裂解气管道布置

裂解气是在裂解炉辐射段的炉管内，以极高温度吸收大量热量，导致碳链断裂或脱氢反应，从而产生富含乙烯、丙烯等烃类化合物的过程产物。

裂解气管线系统指的是从裂解炉急冷锅炉出口到汽油分馏塔之间的管道系统，其设计温度会根据所处理的原料种类和设备的工作周期而有所变化。

通常，裂解炉会被安排在主要通道旁边，而炉前的管道廊道则与裂解炉保持平行布局。

裂解气的总管一般会分成两部分，对称地布置在炉前区的管道平台上，而每一台裂解炉的分支管道则会沿着流动方向倾斜接入集合管中。这种布局不仅减少了裂解气集合管末端的压降，还方便了每台炉分支管道的布置以及裂解气大阀门的安装和操作。

由于裂解气管道中的介质可能含有粘性物质和焦粒，为了确保物料流动的稳定性，防止裂解气逆流和焦粒在管道上沉积，从急冷器出口到汽油分馏塔之间的裂解气管道，在水平段应设置一个0.005至0.02的垂直向下坡度，以顺应流动方向。

根据不同的工艺流程，裂解气系统的急冷方式可以分为前急冷和后急冷两种。

前急冷是将急冷器置于急冷锅炉出口，通常采用立式结构，由于急冷器单独布置在每台裂解炉上，急冷器后的管道设计温度较低，虽然管道的热位移较小，但由于管内介质的物流状态不稳定（呈现两相流），因此需要解决管道振动的问题。

后急冷则是指在每根裂解气总管上都配备一个急冷器，并集中在汽油分馏塔前布置，这样的设计使得整个裂解气管道的温度较高，需要考虑应力问题。

概念理解，初接触裂解装置可能对有些设备的名称有些模糊，在这里说明一下：

①急冷器是一种混合器，急冷油直接与裂解气混合以快速降低裂解气温度。②急冷锅炉（通常也称为急冷换热器）主要承担两个任务:其一是将800℃左右的高温裂解气迅速冷却至二次反应温度以下，减少烯烃损失;其二是尽可能多地回收裂解气的高位热能，产生12.0MPa左右的高压蒸汽。③急冷油塔起降温和分馏的作用，下部采用急冷油与裂解器逆流接触的方法取热和分离重组分，上部用汽油回流，除降低裂解气温度外，还将轻燃料油分离出来。也可以叫做油洗塔或者汽油分馏塔。④急冷水塔内急冷水与裂解气逆流接触降温，并使重汽油和稀释蒸汽冷凝为水分离出来。

2 裂解气管道的管架设计

裂解气管道的工艺确实相当复杂，在进行应力计算时，通常会将整个系统分为裂解气管系和清焦管系两个部分，并对这两个管系分别进行详细的应力分析，然后将结果整合起来进行综合评估。

考虑到裂解炉在运行后期的工作温度较高，因此在进行裂解气系统的管道柔性分析时，应当以运行后期的操作温度作为基准温度，并根据裂解气管道规格书的具体要求，针对不同的工作条件进行柔性分析。

裂解气管道的柔性分析主要包含以下内容：

①管道材料和结构特性分析：评估管道材料的力学性能、热膨胀系数等，以及管道的几何尺寸、壁厚、管径等结构特性。

某项目管道材质：管道18-48" A358 304H CL.1(WELD)，法兰RF CL.300; 耐高温垫片347HS.S/Thermiculite 835(IR-347HS.S, OR-347HS.S)螺栓B8M CL.1/8MA 阀芯材料347H+HF

②热应力分析：考虑裂解过程中的温度变化，分析管道在不同工况下的热应力分布，确保管道在操作温度和设计温度下的安全性。

③机械应力分析：包括管道自身重量、流体压力、外部载荷等引起的机械应力，以及管道与其他设备连接部位的应力集中现象。

④支架和固定点设计：评估现有或建议的支架和固定点设计是否能够有效地控制管道的运动，防止过度振动或损坏。

为了确保裂解气大阀及清焦阀在各种工作状态下，其法兰端面所承受的力和力矩均能满足制造商的规定，建议在阀门附近设置管架，并在管道设计和施工过程中，尽可能实现阀门法兰在冷态下的无应力配管。由于整个管系的单位重量较大，为了减轻相关设备管口的受力，并减少因摩擦产生的作用力，管架设计时应考虑使用吊架和低摩擦支架（摩擦系数设定为0.1）。

在一般情况下，为了避免应力集中现象的发生，裂解气管道上常采用鞍座型低摩擦支架。这种设计不仅有助于管道壁面的应力分布更加均匀，还能有效防止管道旋转，从而减少可能产生的弯曲应力和力矩。通过这样的设计，可以提高整个裂解气管道系统的安全性和可靠性。

3 需要注意的问题

在裂解气管道的设计中，对于那些采用非线性急冷锅炉且管口为顶部出口的情况，应当在管道上安装一对便于拆卸的法兰。如果采用的是喷嘴式急冷器，那么急冷器后的直管段长度及其材料分界必须严格遵守工艺规范；而对于溢流式急冷器，则建议在急冷器与管道连接处进行材料分界。此外，急冷器与测温点之间的距离也应满足工艺要求。

在裂解气管道上进行取样时，最好从水平管道的顶部引出取样点，并且根部阀应尽可能靠近裂解气管道设置。至于清焦管道的引出方式，应根据工艺要求进行设计，通常建议从底部沿切线方向引出。同时，清焦阀应紧邻裂解气管道的引出点设置，确保引出点与裂解气阀门之间的距离最小化。

值得注意的是，裂解气大阀和清焦阀都是容易结焦的区域。由于在长期的工业生产过程中，裂解气大阀可能会出现不同程度的内部泄漏，为了确保阀门的稳定运行和整个设备的安全，防止在停炉时裂解气倒流引发爆鸣事故，必须在任何情况下都持续供应防焦蒸汽。在阀体上，用于注入防焦蒸汽的限流孔板、止回阀和切断阀应布置在阀体的上方。对于裂解气大阀，防焦蒸汽应设置在其流向的下游侧；而对于清焦阀，防焦蒸汽则应设置在其流向的上游侧。这样做不仅可以防止粘性物质和颗粒物进入阀件内部，损害密封性能和划伤阀板，还可以在开启阀门时增强阀板活动座环的密封推力。

二、施工难点

乙烯裂解气管道施工的难点在于管道材质种类繁多、内部清洁及保护要求高、焊接难度大、管道气压试验的技术要求高等。施工现场的操作空间受限，需要采取有效的吊装和防护措施，确保施工人员的安全和施工质量。 

因此，乙烯裂解气管道的设计和施工是一个系统工程，需要多学科知识的综合运用和严格的质量控制措施。在实际操作中，应遵循行业标准和规范，确保工程的顺利完成和长期稳定运行。

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