液氨長距離管道輸送的設計實踐

摘 要

摘要：結合工程項目，介紹了液氨長距離管道輸送技術，探討了設計和施工技術規(guī)范的選擇、輸送方式的選擇和管道的安全防護措施。為克服管道的阻力和防止液氨氣化，對液氨長距離輸送管
摘要：結合工程項目，介紹了液氨長距離管道輸送技術，探討了設計和施工技術規(guī)范的選擇、輸送方式的選擇和管道的安全防護措施。為克服管道的阻力和防止液氨氣化，對液氨長距離輸送管道進行了水力計算。
關鍵詞：液氨；長距離管道輸送；水力計算；安全防護
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 項目概況
    液氨主要用于生產硝酸、尿素和其他化學肥料，還可用作醫(yī)藥和農藥的生產原料。本項目液氨為某磷化公司開發(fā)煤化工項目的最終產品，直供某化工公司。目前該化工公司一期工程正常生產，需購液氨13×104t/a以上；規(guī)劃建設的二期工程增加液氨需求12×104t/a。為保證整個工程的正常生產，磷化公司已經與該化工公司達成協議，由磷化公司建設一條約8km的液氨長距離輸送管道，將液氨直接輸送至化工公司一、二期工程廠區(qū)。該項目設計輸送能力為26×104t/a，每年按330d計算，每天輸送12h，則輸送量約為66t/h。
2 技術參數
    ① 液氨的物理化學性質
    液氨為無色液體，有強烈刺激性氣味，極易氣化。18℃時的密度為0.6132g/cm3，白燃點為651.11℃，爆炸極限為16%～25%，沸點為-33.5℃，熔點為-77.7℃，低于-77.7℃時成為具有臭味的無色結晶。
   ② 壓力和溫度
   液氨長距離輸送管道的起點設計壓力為2.16MPa，起點運行壓力為1.6～2.006MPa，輸送溫度為18℃。
3 技術規(guī)范的選擇
    一般情況下，液氨合成氨工業(yè)的最終化學產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，遇明火會燃燒和爆炸。
    本項目的液氨為高壓常溫液體，通過長距離輸送管道輸送至8km之外的化工公司，設計管道敷設所經地區(qū)在城鎮(zhèn)區(qū)域之內，目前尚沒有專用的設計規(guī)范可遵循，GB 50028—2006《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》對管道在人口密集的城鎮(zhèn)區(qū)域內的布置有專業(yè)且嚴格的要求，對公共安全尤其重視。結合具體情況，并借鑒國內外類似工程的設計經驗，認為本項目可以參照GB 50028—2006，按照該規(guī)范規(guī)定的安全保證措施進行設計，如地區(qū)等級的劃分、管道選線原則、管道穿跨越工程、管道敷設要求等。對液氨輸送管道的水力計算也可參照GB 50028—2006中液態(tài)液化石油氣的相關公式。對液氨輸送管道施工方面的要求，如管道的強度試驗、嚴密性試驗等可參照CJJ 33—2005《城鎮(zhèn)燃氣輸配工程施工及驗收規(guī)范》中的相關條文。
4 液氨輸送方式的選擇
   液氨陸上運輸可選擇鐵路槽車、公路槽車和長距離管道輸送3種方式。
    管道輸送相對于鐵路槽車和公路槽車方式具有很多優(yōu)點：①管道輸送穩(wěn)定可靠，輸送及時且具有可連續(xù)性，不受外界因素影響。②管道輸送安全性好，管理簡單。管道埋于地下，安全可靠，環(huán)保；而鐵路、公路槽車運輸受天氣、交通情況的影響，裝卸車場地和時間安排都較困難，管道輸送省去了裝卸車環(huán)節(jié)。③管道輸送有很好的經濟性。鐵路、公路槽車運輸雖靈活，但運輸量小，特別是運輸成本(油料消耗、車輛折舊及維修、道路稅費等)基本正比于運輸距離，所以只適于短距離運輸。
    此外，在西方一些發(fā)達國家，已有實例證明長距離管道輸送液氨安全可靠，經濟合理。因此本項目中液氨也采用長距離管道輸送的方式。
5 液氨長距離管道輸送技術
    該液氨長距離輸送管道全長約8km，沿線經過丘陵、平原，穿越鐵路1次、省級公路2次、鄉(xiāng)村公路4次，埋深1.5km左右，整條長距離輸送管道采用犧牲陽極的陰極保護措施。管道依地形每0.5km設標志樁或檢測樁，管道轉角處和穿跨越處兩側設標志樁，標志樁用來標志管道的位置，檢測樁處可定期檢測管道的防腐情況[1]。
    由于液氨在常溫下的沸點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輸送。液氨管道輸送時，必須保證管道中任何一點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]。因此本項目液氨長距離輸送管道的技術要點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。故需對本項目的液氨長距離輸送管道進行水力計算，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)。計算結果見表1。
 
式中△p——管道摩擦阻力，MPa
    λ——管道的摩擦阻力系數
    l——管道計算長度，m
    u——介質在管道中的平均流速，m/s
    ρ——平均輸送溫度下的介質密度，kg/m3
d——管道內徑，m
 
式中K——管壁內表面的當量絕對粗糙度，m
    Re——雷諾數
表1 液氨長距離輸送管道的水力計算結果
管道內徑/mm
輸送量/(t·h-1)
流速/(m·s-1)
管道長度/km
摩擦阻力系數
摩擦阻力/MPa
205
66
0.905 8
8.00
0.02
0.1963
    根據上述計算，沿程阻力為0.1963MPa，上游起點最低運行壓力為1.6MPa，則終點最低壓力為1.4037MPa，大于液氨在輸送溫度(18℃)時的飽和蒸氣壓力(0.803MPa)。故本項目中的液氨長距離輸送管道能夠平穩(wěn)、安全地將液氨輸送到末端。
6 安全防護措施
    液氨有毒，液氨輸送系統正常運行時基本無毒害物質排出，但一旦發(fā)生泄漏，后果不堪設想，不僅會對工廠的設備造成化學腐蝕，而且會危及人身安全。液氨泄漏后會氣化，氣態(tài)氨對人體也有極大的傷害。氣態(tài)氨嚴重刺激眼角膜、呼吸道和皮膚，氨中毒會造成肺水腫(肺泡積水)和呼吸網難，幾分鐘之后，氨就會影響腦組織，造成活動減弱和痙攣，痙攣減輕后會出現聽覺下降，眼睛局部受傷，可導致角膜炎，甚至造成失明。
    本項目在液氨長距離輸送管道的起點磷化公司廠區(qū)內設置球閥1個，且為了保證出廠壓力及預防管道破損等事故，安裝了安全自動切斷閥1個，閥后設安全放散閥組1套，連接到廠區(qū)罐區(qū)內的安全放散系統；為控制管道的末端壓力，且為保證將來檢修方便，在終點化工公司廠區(qū)內設置截止閥和球閥各1個。工藝流程見圖1。
 

    液氨長距離輸送管道沿線設置了標志樁、警示牌和測試樁等，對要求嚴格的過程參數設置了自動調節(jié)系統，現場儀表、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，對液氨管道實行科學的管理，以保證液氨長距離輸送管道長期安全運行[1]。
7 結語
    液氨長距離管道輸送技術實現了液氨全天候長距離輸送，安全穩(wěn)定，節(jié)能減排。與鐵路、公路槽車運輸相比，液氨長距離輸送管道具有良好的社會、經濟和環(huán)境效益，市場前景良好，但是目前仍沒有專用的設計和施工驗收規(guī)范，因此建議早日出臺相關的規(guī)范。
參考文獻：
[1] 李志霞.液氨長距離地下管道輸送技術[J].大氮肥，1994(5)：346-348.
[2] 查建春.寶鋼液氨長距離管道輸送的實踐[J].寶鋼技術，2002(3)：31-33.
 
(本文作者：應潔 門吉 孫亞超 王春海 建設部沈陽煤氣熱力研究設計院 遼寧沈陽 110026)