關于石油化工裝置工藝管道設計的探討

李器

【摘要】在石油化工裝置中，管道設計是主體專業(yè)，管道設計的依據(jù)與管道設計的內容基本相同，怎么樣才能設計出既安全又合理的布置是現(xiàn)在石油化工裝置面對的一大難題。本文通過對管道材料和分級、塔的管線設計、泵的管線設計、冷換設備的管線設計四個方面進行分析與闡述，對石油化工裝置工藝管道設計進行了探討，將其中需要注意的事項進行明確的提出，希望能為工藝管道的設計提供一些幫助。

【關鍵詞】石油化工 管道 工藝設計

1 管道材料和分級

因高壓系統(tǒng)和低壓系統(tǒng)的壓力和溫度存在著較大的差異，所以在連接兩個系統(tǒng)時，應該依照低壓關閉時管路等級劃分的界限進行分界點的劃分，通常情況下，設計中的P&ID會將界限進行明確的劃分。在特殊情況中，要根據(jù)當時的實際情況進行適當?shù)母淖?，劃分出正確的分界點和分界線。

1.1 壓力等級不同，材質不同

2 塔的管線設計

2.1 分餾塔與汽提塔之間的管線布置

在設計塔和容器的管線時，應該結合工藝原理和介質相態(tài)的特殊要求進行合理的布置與設計。在合理布置過程中，要將分餾塔、汽提塔以及回流罐之間的管線的布置進行重點的注意。在一般情況下，汽提塔和分餾塔之間會設置一個調節(jié)閥組，且調節(jié)閥組的位置靠近于汽提塔，保證調節(jié)閥前有一段液柱，其高度應滿足工藝提出的要求。

2.2 熱旁路設置

當通過熱旁路對分餾塔的塔頂壓力進行控制時，熱旁路應保溫、盡量短，防止袋形的出現(xiàn)避免積液，并且在回餾罐的上部進行調節(jié)閥的設置。冷卻器應不高于回流罐。3 泵的管線設計

3.1 泵入口偏心異徑管的使用

合理設計泵吸入管道主要為保障泵工作的順利運行。當泵入口管系統(tǒng)的管徑發(fā)生變化時，泵入口變徑管的安裝應使氣體不在變徑處集聚，避免因安裝不當而產(chǎn)生汽蝕。泵的水平入口管變徑應選用偏心異徑管，在安裝偏心異徑管時，通常采用頂平安裝法，并且應在低點加排液閥。

3.2 泵入口直管段的設置

當液體進入泵嘴時，如有偏流、旋渦流時會破壞液體在葉輪內的流動平衡，改變泵的揚程，同時也會出現(xiàn)氣阻，從而使泵性能變差，壽命縮短。在管道設計中通過在泵入口前增加直管段來減小對泵的影響。對于不同形式的泵對于吸入口前直管要求也有些不同。對于側向吸入的泵來說，吸入口前直管段長度大于三倍管徑的直管段。對于雙吸離心泵，為了避免雙向吸入引起水平離心泵的汽蝕，雙吸入口要對稱布置。當吸入口管道與泵軸平行時，泵吸入口前應設置七倍管徑的直管段；當吸入口管線與泵軸垂直時，彎頭、大小頭及閥門可以視作直管段。

3.3 管道柔性

泵屬于回轉機械，當管嘴受到管道的推力作用時，轉軸的定位就會發(fā)生偏移的現(xiàn)象，所以在設計管道時，應該將泵嘴的受力作用進行嚴格的控制，保證泵嘴的作用力在允許的范圍之內。在管道設計中可通過如下方法以減少管道作用在泵管嘴的應力和力矩：

（1）對管道走向進行合理的布置以增加管道柔性；

（2）除承重的支吊架之外合理設置導向支架和止推。

管道最短、壓力損失最小的為理想形態(tài)，但是在熱介質的管道中，熱應力分析有問題。增加彎頭和改變管線走向，增加了管線柔性，同時管道壓損和投資增加。為了保證重要泵及高溫泵的正常運行、管道布置的合理性及降低成本，根據(jù)管道走向和操作條件進行應力分析優(yōu)化管道走向、設置合適支架十分必要。

4 冷換設備的管線設計

對于其他工藝設備而言，冷換設備管線的布置工藝相對的簡單。換熱器的管道設計應符合PID的要求，同時考慮管線的柔性和經(jīng)濟性。大直徑和合金鋼不銹鋼管線優(yōu)先考慮管線盡量最短，彎頭最少。冷換設備檢修和操作空間、管道熱應力這兩個方面應該加強注意。

4.1 設備檢修和操作空間

管殼式換熱不論是否成排集中布置，還是單獨布置，其管道布置的要點是不妨礙管箱端抽出管束的空間，同時也不妨礙管箱和殼程頭蓋法蘭側面的拆卸空間。換熱器的管道布置應方便操作和維修，并且不妨礙操作和檢修通道的通行。帶有閥門和調節(jié)閥組的管道應靠近換熱器的操作通道，且調節(jié)閥組宜與設備平行布置。換熱器周圍管道上的溫度計，閥門等管件應布置在靠近通道，便于操作和觀察的位置，并且距換熱器的設備法蘭、筒體有足夠的距離。

4.2 管道熱應力

通常情況下，換熱器的固定點設置在管箱端，與封頭端管嘴連接的管道都應該對換熱器因熱漲而產(chǎn)生的位移進行全面的考慮。冷換設備的管線不應使管嘴承受過大的管系重量和熱漲力。存在高溫管道時，管線形狀應有足夠的熱補償能力，通過設置固定支架和合適的導向支架，不得將反作用力集中在管嘴上。

5 總結

石油化工裝置工藝管道設計是一項非常復雜的工程設計，不僅僅要求設計人員掌握常識性規(guī)范性的技術知識，還要對設計人員的設計理念提出較高的要求。設計人員在工藝管道的設計中，應該將生產(chǎn)要求、工藝意圖等進行仔細具體的分析，將工藝管道設計的理論知識與自己的實踐經(jīng)驗相結合，保證石油化工裝置工藝管理設計的科學性和合理性。在設計的過程中，若出現(xiàn)了意外情況，應該具體問題具體分析，在理論的支持下進行適當?shù)母淖儯瑢⒆约旱脑O計水平以及設計技術進行提高與完善

參考文獻

[1] 田卉.石油化工裝置工藝管道設計探討[J].化學工程與裝備，2008，（3）：78-82

[2] 葛妍.關于石油化工裝置設計與安全探討[J].中國石油和化工標準與質量，2012，32（2）：262

[3] 尹伊君.有關石油化工裝置的管道設計與工藝探討[J].中國石油和化工標準與質量，2012，33（9）：93

[4] 陳讓曲.石油化工裝置的安全設計[J].煉油技術與工程，2003，33（2）：57-62

[5] 蔡爾輔.石油化工管線設計[J].化學工業(yè)出版社，2003，33（2）：57-62