化工装置中中小口径控制阀组配管的优化设计

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摘 要：当前化工生产装置都朝集约化方向发展，如何对在化工生产装置中占据主要空间的管道进行优化设计则十分关键，因为化工装置配管中的流量仪表和控制阀合理化设计布置可大大节约空间并方便操作。对比分析了化工装置中几种典型配管方案，并提出相应的配管优化设计方案，该方案具有占地面积少、方便操作检修、节约管材等明显优势，可为化工装置的工程施工和技术改造提高设计参考。

关键字：化工装置 中小口径控制阀组 配管优化

在考虑安全间距的前提下尽可能在有限的空间内布置尽量多的设备、管道、仪表等必备的操作要素并减少占地面积，非常符合当下化工生产装置集约化发展的趋势，在化工生产装置中，管道占用了很大的一部分空间，因此对配管进行优化设计成为为装置“瘦身”的有效选择。其中控制阀组又是配管工作中重要的组成部分。本文将几种典型配管方案进行了对比，并提出了配管优化设计方案，该设计适用于DN40～DN100的中小口径控制阀组配管。

1 控制阀组的组成模式

中小口径控制阀组通常由流量仪表、控制阀、旁路阀、切断阀等构成。常用的流量仪表有转子流量计、涡轮流量计、电磁流量计、质量流量计、超声波流量计等，控制阀可采用气开式、气关式、保位式等。控制阀组设计一般遵循化工管道布置设计规范，并结合生产实际考虑配管方案。在一般设计规范中，流量仪表和控制阀组分开布置，如流量仪表和控制阀组分别位于不同楼层或平台，在大口径流量仪表和控制阀组的配管中尤为常见。对于中小口径的流量仪表和控制阀组来说，这样配管方式不仅增加了操作、检修的不便，也增加了占地面积。

2 控制阀组的配管优化

优化后的配管方式通常分为立式和水平式两种。

2.1 立式控制阀组

从图a可以看出，物料通过该控制阀组需要经过8个弯头，而图b方案只需经过4个弯头，同时相比a方案节省管材和管件。化工生产中应用最广的孔板流量计必须水平安装，这限制了它在控制阀组中的应用，通常集中布置的控制阀组不采用孔板流量计。转子流量计、电磁流量计因其本身特性也一定程度上限制了它的应用。超声波流量计和质量流量计价格都比其他的要高，且超声波流量计对中等口径以下的管道测量不灵敏（见表1）。

表1 控制阀组常用流量仪表对比

图1 控制阀组立式配管

（a）立式；（b）水平式

性价比达到较好平衡的是涡街流量计，但这种流量计对安装要求比较高，需要较长直管段。如采用图1所示配管设计，会导致旁路阀安装高度增加许多。如对DN65管道来说，仅流量计前后直管段就需要1.6m，再加上流量计本身及其上方切断阀高度、三通级弯头的高度，通常旁路阀需要安装在2.6m左右位置（流量仪表上方的切断阀高度最低为2.4m），这对于操作、维修带来很大不便。如果管径大于DN65，情况会更严重，同时这样设计也抬高了相邻控制阀的旁路阀高度。

2.2 水平式控制阀组

此种配管设计流体阻力最小，无弯头带来阻力损失。但占地面积大，尤其是流量仪表前、后直管段通常很长。水平式控制阀组的占地通常是立式控制阀组的2～6倍。在装置设计中，除非空间宽裕，通常不采用这样配管方式（见图2）。

图2 控制阀组的水平配管设计（轴测图）

2.3 立式控制阀组配管的进一步优化

针对新装置技改工作中常遇到空间小，但需要布置多台设备及管线等难题，设计了如图3所示的控制阀组，该类型控制阀组可有效减少占地面积并方便操作、检修。

图3 控制阀组立式配管的优化设计

该类控制阀组特点为：①整体体积更紧凑，通过将切断阀和旁路阀错位布置，占地面积约为立式控制阀组的80%～90%；②切断阀、旁路阀高度低，无需借助登高工具即可完成操作或拆装维修；③物料输送更加顺畅，全程经过4个90°（R=1.5D）弯头，比图1b的3个90°（R=1.5D）弯头、1个正三通明显减少阻力，管件阻力系数仅为后者的35.3%。因此该设计方案优于前述两种设计。

3 结束语

通过优化中小口径控制阀组的配管，不仅可减少管线占地面积，还可降低流体流动的管件阻力，节约能耗，同时更加方便操作、维修，尤其适用于DN40～DN100的控制阀组配管。另外配制优化后的控制阀组所消耗管材可以减少5%～10%，优势明显。