液氨長(zhǎng)距離管道輸送的設(shè)計(jì)實(shí)踐

摘 要

摘要：結(jié)合工程項(xiàng)目，介紹了液氨長(zhǎng)距離管道輸送技術(shù)，探討了設(shè)計(jì)和施工技術(shù)規(guī)范的選擇、輸送方式的選擇和管道的安全防護(hù)措施。為克服管道的阻力和防止液氨氣化，對(duì)液氨長(zhǎng)距離輸送管
摘要：結(jié)合工程項(xiàng)目，介紹了液氨長(zhǎng)距離管道輸送技術(shù)，探討了設(shè)計(jì)和施工技術(shù)規(guī)范的選擇、輸送方式的選擇和管道的安全防護(hù)措施。為克服管道的阻力和防止液氨氣化，對(duì)液氨長(zhǎng)距離輸送管道進(jìn)行了水力計(jì)算。
關(guān)鍵詞：液氨；長(zhǎng)距離管道輸送；水力計(jì)算；安全防護(hù)
Design Practice of Long-distance Pipeline Transportation of Liquid Ammonia
YING Jie，MEN ji，SUN Yachao，WANG Chunhai
Abstract：Combined with an engineering project，the liquid ammonia long-distance pipeline transportation technology is introduced，and the selection of technical codes for design and construction，selection of transportation mode and pipeline safety protection measures are discussed.In order to overcome the resistance of the pipeline and prevent the liquid ammonia from gasification，the hydraulic calculation of long-distance transportation pipeline is performed.
Key words：liquid ammonia；long-distance pipeline transportation；hydraulic calculation；safety protection
1 項(xiàng)目概況
    液氨主要用于生產(chǎn)硝酸、尿素和其他化學(xué)肥料，還可用作醫(yī)藥和農(nóng)藥的生產(chǎn)原料。本項(xiàng)目液氨為某磷化公司開發(fā)煤化工項(xiàng)目的最終產(chǎn)品，直供某化工公司。目前該化工公司一期工程正常生產(chǎn)，需購(gòu)液氨13×104t/a以上；規(guī)劃建設(shè)的二期工程增加液氨需求12×104t/a。為保證整個(gè)工程的正常生產(chǎn)，磷化公司已經(jīng)與該化工公司達(dá)成協(xié)議，由磷化公司建設(shè)一條約8km的液氨長(zhǎng)距離輸送管道，將液氨直接輸送至化工公司一、二期工程廠區(qū)。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)輸送能力為26×104t/a，每年按330d計(jì)算，每天輸送12h，則輸送量約為66t/h。
2 技術(shù)參數(shù)
    ① 液氨的物理化學(xué)性質(zhì)
    液氨為無(wú)色液體，有強(qiáng)烈刺激性氣味，極易氣化。18℃時(shí)的密度為0.6132g/cm3，白燃點(diǎn)為651.11℃，爆炸極限為16%～25%，沸點(diǎn)為-33.5℃，熔點(diǎn)為-77.7℃，低于-77.7℃時(shí)成為具有臭味的無(wú)色結(jié)晶。
   ② 壓力和溫度
   液氨長(zhǎng)距離輸送管道的起點(diǎn)設(shè)計(jì)壓力為2.16MPa，起點(diǎn)運(yùn)行壓力為1.6～2.006MPa，輸送溫度為18℃。
3 技術(shù)規(guī)范的選擇
    一般情況下，液氨合成氨工業(yè)的最終化學(xué)產(chǎn)品在常溫常壓下是氣體，有刺激性，通常在工業(yè)廠區(qū)不同工段內(nèi)短距離輸送，屬于A2類有毒氣體，可燃，與空氣在一定比例下混合，遇明火會(huì)燃燒和爆炸。
    本項(xiàng)目的液氨為高壓常溫液體，通過長(zhǎng)距離輸送管道輸送至8km之外的化工公司，設(shè)計(jì)管道敷設(shè)所經(jīng)地區(qū)在城鎮(zhèn)區(qū)域之內(nèi)，目前尚沒有專用的設(shè)計(jì)規(guī)范可遵循，GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》對(duì)管道在人口密集的城鎮(zhèn)區(qū)域內(nèi)的布置有專業(yè)且嚴(yán)格的要求，對(duì)公共安全尤其重視。結(jié)合具體情況，并借鑒國(guó)內(nèi)外類似工程的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為本項(xiàng)目可以參照GB 50028—2006，按照該規(guī)范規(guī)定的安全保證措施進(jìn)行設(shè)計(jì)，如地區(qū)等級(jí)的劃分、管道選線原則、管道穿跨越工程、管道敷設(shè)要求等。對(duì)液氨輸送管道的水力計(jì)算也可參照GB 50028—2006中液態(tài)液化石油氣的相關(guān)公式。對(duì)液氨輸送管道施工方面的要求，如管道的強(qiáng)度試驗(yàn)、嚴(yán)密性試驗(yàn)等可參照CJJ 33—2005《城鎮(zhèn)燃?xì)廨斉涔こ淌┕ぜ膀?yàn)收規(guī)范》中的相關(guān)條文。
4 液氨輸送方式的選擇
   液氨陸上運(yùn)輸可選擇鐵路槽車、公路槽車和長(zhǎng)距離管道輸送3種方式。
    管道輸送相對(duì)于鐵路槽車和公路槽車方式具有很多優(yōu)點(diǎn)：①管道輸送穩(wěn)定可靠，輸送及時(shí)且具有可連續(xù)性，不受外界因素影響。②管道輸送安全性好，管理簡(jiǎn)單。管道埋于地下，安全可靠，環(huán)保；而鐵路、公路槽車運(yùn)輸受天氣、交通情況的影響，裝卸車場(chǎng)地和時(shí)間安排都較困難，管道輸送省去了裝卸車環(huán)節(jié)。③管道輸送有很好的經(jīng)濟(jì)性。鐵路、公路槽車運(yùn)輸雖靈活，但運(yùn)輸量小，特別是運(yùn)輸成本(油料消耗、車輛折舊及維修、道路稅費(fèi)等)基本正比于運(yùn)輸距離，所以只適于短距離運(yùn)輸。
    此外，在西方一些發(fā)達(dá)國(guó)家，已有實(shí)例證明長(zhǎng)距離管道輸送液氨安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理。因此本項(xiàng)目中液氨也采用長(zhǎng)距離管道輸送的方式。
5 液氨長(zhǎng)距離管道輸送技術(shù)
    該液氨長(zhǎng)距離輸送管道全長(zhǎng)約8km，沿線經(jīng)過丘陵、平原，穿越鐵路1次、省級(jí)公路2次、鄉(xiāng)村公路4次，埋深1.5km左右，整條長(zhǎng)距離輸送管道采用犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)措施。管道依地形每0.5km設(shè)標(biāo)志樁或檢測(cè)樁，管道轉(zhuǎn)角處和穿跨越處兩側(cè)設(shè)標(biāo)志樁，標(biāo)志樁用來(lái)標(biāo)志管道的位置，檢測(cè)樁處可定期檢測(cè)管道的防腐情況[1]。
    由于液氨在常溫下的沸點(diǎn)隨壓力的升高而升高，因此常溫下液氨必須在有一定壓力的管道內(nèi)輸送。液氨管道輸送時(shí)，必須保證管道中任何一點(diǎn)的壓力都高于液氨在輸送溫度下的飽和蒸氣壓力，否則液氨會(huì)在管道中氣化形成氣塞，大大降低管道的流通能力[2]。因此本項(xiàng)目液氨長(zhǎng)距離輸送管道的技術(shù)要點(diǎn)是克服管道的阻力和防止液氨氣化，以便能安全地輸送液氨。故需對(duì)本項(xiàng)目的液氨長(zhǎng)距離輸送管道進(jìn)行水力計(jì)算，參照GB 50028—2006中液態(tài)液化石油氣管道摩擦阻力公式，見式(1)、(2)。計(jì)算結(jié)果見表1。
 
式中△p——管道摩擦阻力，MPa
    λ——管道的摩擦阻力系數(shù)
    l——管道計(jì)算長(zhǎng)度，m
    u——介質(zhì)在管道中的平均流速，m/s
    ρ——平均輸送溫度下的介質(zhì)密度，kg/m3
d——管道內(nèi)徑，m
 
式中K——管壁內(nèi)表面的當(dāng)量絕對(duì)粗糙度，m
    Re——雷諾數(shù)
表1 液氨長(zhǎng)距離輸送管道的水力計(jì)算結(jié)果
管道內(nèi)徑/mm
輸送量/(t·h-1)
流速/(m·s-1)
管道長(zhǎng)度/km
摩擦阻力系數(shù)
摩擦阻力/MPa
205
66
0.905 8
8.00
0.02
0.1963
    根據(jù)上述計(jì)算，沿程阻力為0.1963MPa，上游起點(diǎn)最低運(yùn)行壓力為1.6MPa，則終點(diǎn)最低壓力為1.4037MPa，大于液氨在輸送溫度(18℃)時(shí)的飽和蒸氣壓力(0.803MPa)。故本項(xiàng)目中的液氨長(zhǎng)距離輸送管道能夠平穩(wěn)、安全地將液氨輸送到末端。
6 安全防護(hù)措施
    液氨有毒，液氨輸送系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)基本無(wú)毒害物質(zhì)排出，但一旦發(fā)生泄漏，后果不堪設(shè)想，不僅會(huì)對(duì)工廠的設(shè)備造成化學(xué)腐蝕，而且會(huì)危及人身安全。液氨泄漏后會(huì)氣化，氣態(tài)氨對(duì)人體也有極大的傷害。氣態(tài)氨嚴(yán)重刺激眼角膜、呼吸道和皮膚，氨中毒會(huì)造成肺水腫(肺泡積水)和呼吸網(wǎng)難，幾分鐘之后，氨就會(huì)影響腦組織，造成活動(dòng)減弱和痙攣，痙攣減輕后會(huì)出現(xiàn)聽覺下降，眼睛局部受傷，可導(dǎo)致角膜炎，甚至造成失明。
    本項(xiàng)目在液氨長(zhǎng)距離輸送管道的起點(diǎn)磷化公司廠區(qū)內(nèi)設(shè)置球閥1個(gè)，且為了保證出廠壓力及預(yù)防管道破損等事故，安裝了安全自動(dòng)切斷閥1個(gè)，閥后設(shè)安全放散閥組1套，連接到廠區(qū)罐區(qū)內(nèi)的安全放散系統(tǒng)；為控制管道的末端壓力，且為保證將來(lái)檢修方便，在終點(diǎn)化工公司廠區(qū)內(nèi)設(shè)置截止閥和球閥各1個(gè)。工藝流程見圖1。
 

    液氨長(zhǎng)距離輸送管道沿線設(shè)置了標(biāo)志樁、警示牌和測(cè)試樁等，對(duì)要求嚴(yán)格的過程參數(shù)設(shè)置了自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)儀表、安全閥、切斷閥、截止閥等均為隔爆型[1]。
    此外，每天都有專職的巡線員巡檢液氨管道，并建立健全了一套較完善的安全管理制度，對(duì)液氨管道實(shí)行科學(xué)的管理，以保證液氨長(zhǎng)距離輸送管道長(zhǎng)期安全運(yùn)行[1]。
7 結(jié)語(yǔ)
    液氨長(zhǎng)距離管道輸送技術(shù)實(shí)現(xiàn)了液氨全天候長(zhǎng)距離輸送，安全穩(wěn)定，節(jié)能減排。與鐵路、公路槽車運(yùn)輸相比，液氨長(zhǎng)距離輸送管道具有良好的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，市場(chǎng)前景良好，但是目前仍沒有專用的設(shè)計(jì)和施工驗(yàn)收規(guī)范，因此建議早日出臺(tái)相關(guān)的規(guī)范。
參考文獻(xiàn)：
[1] 李志霞.液氨長(zhǎng)距離地下管道輸送技術(shù)[J].大氮肥，1994(5)：346-348.
[2] 查建春.寶鋼液氨長(zhǎng)距離管道輸送的實(shí)踐[J].寶鋼技術(shù)，2002(3)：31-33.
 
(本文作者：應(yīng)潔 門吉 孫亞超 王春海 建設(shè)部沈陽(yáng)煤氣熱力研究設(shè)計(jì)院 遼寧沈陽(yáng) 110026)