液氨长距离管道输送的设计实践_工程实践

摘要

摘要：结合工程项目，介绍了液氨长距离管道输送技术，探讨了设计和施工技术规范的选择、输送方式的选择和管道的安全防护措施。为克服管道的阻力和防止液氨气化，对液氨长距离输送管

摘要：结合工程项目，介绍了液氨长距离管道输送技术，探讨了设计和施工技术规范的选择、输送方式的选择和管道的安全防护措施。为克服管道的阻力和防止液氨气化，对液氨长距离输送管道进行了水力计算。

关键词：液氨；长距离管道输送；水力计算；安全防护

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 项目概况

液氨主要用于生产硝酸、尿素和其他化学肥料，还可用作医药和农药的生产原料。本项目液氨为某磷化公司开发煤化工项目的最终产品，直供某化工公司。目前该化工公司一期工程正常生产，需购液氨13×10⁴t/a以上；规划建设的二期工程增加液氨需求12×10⁴t/a。为保证整个工程的正常生产，磷化公司已经与该化工公司达成协议，由磷化公司建设一条约8km的液氨长距离输送管道，将液氨直接输送至化工公司一、二期工程厂区。该项目设计输送能力为26×10⁴t/a，每年按330d计算，每天输送12h，则输送量约为66t/h。

2 技术参数

① 液氨的物理化学性质

液氨为无色液体，有强烈刺激性气味，极易气化。18℃时的密度为0.6132g/cm³，白燃点为651.11℃，爆炸极限为16%～25%，沸点为-33.5℃，熔点为-77.7℃，低于-77.7℃时成为具有臭味的无色结晶。

② 压力和温度

液氨长距离输送管道的起点设计压力为2.16MPa，起点运行压力为1.6～2.006MPa，输送温度为18℃。

3 技术规范的选择

一般情况下，液氨合成氨工业的最终化学产品在常温常压下是气体，有刺激性，通常在工业厂区不同工段内短距离输送，属于A2类有毒气体，可燃，与空气在一定比例下混合，遇明火会燃烧和爆炸。

本项目的液氨为高压常温液体，通过长距离输送管道输送至8km之外的化工公司，设计管道敷设所经地区在城镇区域之内，目前尚没有专用的设计规范可遵循，GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》对管道在人口密集的城镇区域内的布置有专业且严格的要求，对公共安全尤其重视。结合具体情况，并借鉴国内外类似工程的设计经验，认为本项目可以参照GB 50028—2006，按照该规范规定的安全保证措施进行设计，如地区等级的划分、管道选线原则、管道穿跨越工程、管道敷设要求等。对液氨输送管道的水力计算也可参照GB 50028—2006中液态液化石油气的相关公式。对液氨输送管道施工方面的要求，如管道的强度试验、严密性试验等可参照CJJ 33—2005《城镇燃气输配工程施工及验收规范》中的相关条文。

4 液氨输送方式的选择

液氨陆上运输可选择铁路槽车、公路槽车和长距离管道输送3种方式。

管道输送相对于铁路槽车和公路槽车方式具有很多优点：①管道输送稳定可靠，输送及时且具有可连续性，不受外界因素影响。②管道输送安全性好，管理简单。管道埋于地下，安全可靠，环保；而铁路、公路槽车运输受天气、交通情况的影响，装卸车场地和时间安排都较困难，管道输送省去了装卸车环节。③管道输送有很好的经济性。铁路、公路槽车运输虽灵活，但运输量小，特别是运输成本(油料消耗、车辆折旧及维修、道路税费等)基本正比于运输距离，所以只适于短距离运输。

此外，在西方一些发达国家，已有实例证明长距离管道输送液氨安全可靠，经济合理。因此本项目中液氨也采用长距离管道输送的方式。

5 液氨长距离管道输送技术

该液氨长距离输送管道全长约8km，沿线经过丘陵、平原，穿越铁路1次、省级公路2次、乡村公路4次，埋深1.5km左右，整条长距离输送管道采用牺牲阳极的阴极保护措施。管道依地形每0.5km设标志桩或检测桩，管道转角处和穿跨越处两侧设标志桩，标志桩用来标志管道的位置，检测桩处可定期检测管道的防腐情况^[1]。

由于液氨在常温下的沸点随压力的升高而升高，因此常温下液氨必须在有一定压力的管道内输送。液氨管道输送时，必须保证管道中任何一点的压力都高于液氨在输送温度下的饱和蒸气压力，否则液氨会在管道中气化形成气塞，大大降低管道的流通能力^[2]。因此本项目液氨长距离输送管道的技术要点是克服管道的阻力和防止液氨气化，以便能安全地输送液氨。故需对本项目的液氨长距离输送管道进行水力计算，参照GB 50028—2006中液态液化石油气管道摩擦阻力公式，见式(1)、(2)。计算结果见表1。

式中△p——管道摩擦阻力，MPa

λ——管道的摩擦阻力系数

l——管道计算长度，m

u——介质在管道中的平均流速，m/s

ρ——平均输送温度下的介质密度，kg/m³

d——管道内径，m

式中K——管壁内表面的当量绝对粗糙度，m

Re——雷诺数

表1 液氨长距离输送管道的水力计算结果

管道内径/mm	输送量/(t·h^-1)	流速/(m·s^-1)	管道长度/km	摩擦阻力系数	摩擦阻力/MPa
205	66	0.905 8	8.00	0.02	0.1963

根据上述计算，沿程阻力为0.1963MPa，上游起点最低运行压力为1.6MPa，则终点最低压力为1.4037MPa，大于液氨在输送温度(18℃)时的饱和蒸气压力(0.803MPa)。故本项目中的液氨长距离输送管道能够平稳、安全地将液氨输送到末端。

6 安全防护措施

液氨有毒，液氨输送系统正常运行时基本无毒害物质排出，但一旦发生泄漏，后果不堪设想，不仅会对工厂的设备造成化学腐蚀，而且会危及人身安全。液氨泄漏后会气化，气态氨对人体也有极大的伤害。气态氨严重刺激眼角膜、呼吸道和皮肤，氨中毒会造成肺水肿(肺泡积水)和呼吸网难，几分钟之后，氨就会影响脑组织，造成活动减弱和痉挛，痉挛减轻后会出现听觉下降，眼睛局部受伤，可导致角膜炎，甚至造成失明。

本项目在液氨长距离输送管道的起点磷化公司厂区内设置球阀1个，且为了保证出厂压力及预防管道破损等事故，安装了安全自动切断阀1个，阀后设安全放散阀组1套，连接到厂区罐区内的安全放散系统；为控制管道的末端压力，且为保证将来检修方便，在终点化工公司厂区内设置截止阀和球阀各1个。工艺流程见图1。

液氨长距离输送管道沿线设置了标志桩、警示牌和测试桩等，对要求严格的过程参数设置了自动调节系统，现场仪表、安全阀、切断阀、截止阀等均为隔爆型^[1]。

此外，每天都有专职的巡线员巡检液氨管道，并建立健全了一套较完善的安全管理制度，对液氨管道实行科学的管理，以保证液氨长距离输送管道长期安全运行^[1]。

7 结语

液氨长距离管道输送技术实现了液氨全天候长距离输送，安全稳定，节能减排。与铁路、公路槽车运输相比，液氨长距离输送管道具有良好的社会、经济和环境效益，市场前景良好，但是目前仍没有专用的设计和施工验收规范，因此建议早日出台相关的规范。

参考文献：

[1] 李志霞.液氨长距离地下管道输送技术[J].大氮肥，1994(5)：346-348.

[2] 查建春.宝钢液氨长距离管道输送的实践[J].宝钢技术，2002(3)：31-33.

(本文作者：应洁门吉孙亚超王春海建设部沈阳煤气热力研究设计院辽宁沈阳 110026)