蒸汽吹扫中压力容器可能存在负压的情况

本文主要摘自参考文献：郭明. 蒸汽吹扫对压力容器负压设计的影响. 广东化工, 2019, 46(17). 作者单位：LPEC

蒸汽吹扫的目的是清除管线、设备异物、油污等，常在石化企业检修开工、停工的前后，及新建装置开工前等阶段进行。如果在工艺专业提出的设备条件或设计委托中有蒸汽吹扫工况，设备专业应考虑。

蒸汽吹扫前，先将设备的放空口打开，设备直接与大气连通，使设备处于常压和环境温度状态。

蒸汽吹扫设备时，一般采用1.0MPa过热蒸汽(~250 ℃，4.3 Kg/m3)。由于蒸汽进入常压状态的设备后，蒸汽的气相空间突然增加，产生绝热膨胀，蒸汽温度下降，并伴有部分冷凝。上述过程中，过热蒸汽会在进入设备后的有限空间内冷却为1.0 MPa 下的饱和水(~180 ℃，887 Kg/m3)，此时的吹扫介质体积骤然收缩为1/206，理论上的局部负压开始形成。

随着吹扫的持续进行，设备内气体温度上升，并与设备壁温趋同，最终趋近于蒸汽温度，设备内少量的冷凝液和污垢由排凝口排出，直至吹扫结束。

如果某一设备有特殊要求，为防止大气中潮湿的空气及污染物进入吹扫干净的设备内，会在吹扫结束后关闭设备的进出口，形成密封空间，随后设备缓慢冷却至环境温度。（没有进行氮气置换）设备内的过热蒸汽逐渐冷却冷凝，产生相变，体积收缩，在设备内部形成一定的真空度，即设备的“吹扫负压工况”。

真空度的大小取决于设备进出口关闭前设备内部蒸汽的实际温度和当时的环境温度。若将低压蒸汽看作理想气体，根据理想气体状态方程，固定质量蒸汽在密闭空间有：P₁/T₁=P₂/T₂，式中P为压力，T为绝对温度，单位K。

也就是说，若采用250 ℃过热蒸汽吹扫设备后，关闭设备进出口，缓慢降至0 ℃，设备产生的真空度最高，达到-0.0478 MPa。

若设备在整个吹扫过程中始终处于与外界联通状态，蒸汽体积在进入设备后的收缩，也完全可以通过外接管线或大气得以补充，从而在瞬间恢复罐内体积平衡，不至于使设备内的宏观压力降为负压。

国内外不同工程公司，对于蒸汽吹扫产生的各类工况把握不尽相同。据了解，日本A 公司仅针对火炬系统及放空系统管线，考虑吹扫温度下的管线受热膨胀，而不作为压力容器设计条件考虑；欧洲B 公司则结合具体吹扫操作，逐台设备明确蒸汽吹扫所需考虑的设计条件；美国C 公司则统一按照-0.1 MPa 考虑压力容器负压核算；国内多数设计单位，则基本不考虑蒸汽吹扫对压力容器的影响。

文献最后建议，压力容器设计中，若能够明确设备在吹扫后没有“关闭进出口进行冷却”的特殊要求，可不进行负压核算。对于确需核算“吹扫负压工况”的设备，核算压力宜不超过-0.05 MPa，若有必要应以设置外压加强圈的方式保证设备外压稳定性。