改造項(xiàng)目中大口徑高空管道敷設(shè)方案解析

陳龍飛 惠益嘉

摘 要：針對(duì)改造項(xiàng)目的特殊性，結(jié)合高空大口徑管道敷設(shè)出現(xiàn)的難點(diǎn)，造成改造項(xiàng)目方案制定困難、拖延工期、施工困難和大幅度提高改造成本等問題，經(jīng)過調(diào)查分析，結(jié)合改造項(xiàng)目的實(shí)際，闡述了高空大口徑管道的特點(diǎn)，提出不同的改造方案并對(duì)比優(yōu)化，解決了改造項(xiàng)目中高空大口徑管道的敷設(shè)問題，節(jié)約了改造工期，并降低了改造成本和高空管道敷設(shè)的風(fēng)險(xiǎn)。

關(guān) 鍵 詞：改造項(xiàng)目；高空管道；大口徑管道；設(shè)計(jì)方案

中圖分類號(hào)：TQ 052 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671-0460（2016）08-2017-03

Abstract： In view of the particularity of the reconstruction project， the difficulties of laying large diameter pipe caused many problems： its difficult to plan the project scheme， construction period was delayed， the construction cost increased. Through investigation and analysis， combined with actual reconstruction conditions， characteristics of the large diameter high altitude pipe were introduced， specific improvement schemes were compared， the problems about laying large diameter high altitude pipes in the reconstruction project were solved to reduce renovation costs and the risk of overhead pipe laying.

Key words： reconstruction project； high altitude pipe； large diameter pipe；design scheme

經(jīng)調(diào)查山東某煉廠煉油裝置需擴(kuò)能改造，該改造項(xiàng)目涉及DN600管道一根，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，改造后該管道約有20 m為高空管道與地面平行，且距離地面約為30 m。該段管道不僅施工難度大，而且風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)高，如處理不當(dāng)，則會(huì)給該裝置日后的生產(chǎn)運(yùn)行帶來巨大的安全隱患，針對(duì)改造項(xiàng)目的特殊性進(jìn)行分析，準(zhǔn)確的提出相應(yīng)改造方案，對(duì)該裝置的施工進(jìn)度和日后的安全運(yùn)行都十分必要，也對(duì)類似的管道起到借鑒和指導(dǎo)的作用[1，2]。

1 管道設(shè)計(jì)方案及參數(shù)

該管道為無縫碳鋼管，外徑壁厚?630×14 mm采用GB/T9948-2013標(biāo)準(zhǔn)，且管道為保溫管道，保溫厚度80 mm，保溫材料密度為120 kg/m3。正常運(yùn)行時(shí)，管內(nèi)介質(zhì)主要成分為油氣，以氣相為主，混有微量液相，其介質(zhì)密度為4.976 kg/m3，操作溫度101 ℃，根據(jù)管道應(yīng)力分類，屬于需要進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算的管道，因此該管道不僅要方案合理，而且須滿足應(yīng)力要求，將該管道的參數(shù)和設(shè)計(jì)方案一并提交給應(yīng)力分析專業(yè)進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算。管道參數(shù)詳見表1。

2 設(shè)計(jì)方案分析和對(duì)比

根據(jù)該項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，結(jié)合應(yīng)力分析專業(yè)對(duì)該管道的計(jì)算結(jié)果，經(jīng)過多方案篩選后，提出以下三種設(shè)計(jì)方案。

2.1 方案一

利用該項(xiàng)目中空地，新建一個(gè)約30 m高的地面支架對(duì)該管道進(jìn)行支撐，該方案可以解決高空管道的支撐問題、應(yīng)力問題，且管道受力較好，安全可靠，但是缺點(diǎn)也尤為明顯，不僅造價(jià)高、工期長(zhǎng)、不美觀，而且不可預(yù)見的與其他管道碰撞也是該方案的致命缺點(diǎn)，詳見圖1。

2.2 方案二

該管道臨近的原有管廊高度約為12 m米，該方案利用原有管廊，在其基礎(chǔ)上增加約18 m高的鋼柱對(duì)管道進(jìn)行支撐，該方案的優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)相對(duì)方案一有所減少，利用舊有管廊管道敷設(shè)方便，相對(duì)美觀，工期也較方案一有所減少，但是缺點(diǎn)也較為突出，在改造項(xiàng)目中，不僅工期非常緊迫，而且投資也要盡量減少，如此大的拆裝量和投資額，依然是不符合投資方利益的，詳見圖2。

2.3 方案三

2.3.1 方案提出

該方案可利用原有汽提塔T-1003，在塔壁生根焊制支架對(duì)管道進(jìn)行支撐，此方案優(yōu)點(diǎn)顯著，不僅最大限度的降低了成本，減少了施工工期，而且管道敷設(shè)美觀，流程順暢，但是由于該方案利用原有塔器生根支架，存在一定的安全隱患，須經(jīng)過多方核算確定可行后方可實(shí)施，詳見圖3。

2.3.2 方案分析

首先，將該方案提交至應(yīng)力分析專業(yè)，經(jīng)過對(duì)管道應(yīng)力分析，塔壁生根的支架主體為雙懸臂支架，并結(jié)合彈簧支架對(duì)管道進(jìn)行支撐[3，4]。

其次，將應(yīng)力分析結(jié)果提交至設(shè)備專業(yè)和結(jié)構(gòu)專業(yè)，設(shè)備設(shè)計(jì)人員經(jīng)過核對(duì)原有圖紙和計(jì)算書，該塔的壁厚能夠滿足該管道的支撐需求，該塔的豎向熱位移為5.4 cm，可以選取合適的彈簧支架進(jìn)行調(diào)節(jié)，結(jié)構(gòu)專業(yè)經(jīng)過核算，該塔的原有基礎(chǔ)能夠滿足荷載要求，受力情況和支架見圖4。

經(jīng)過多方協(xié)調(diào)和各專業(yè)配合，成功消除了方案三中相應(yīng)的安全隱患，確定了方案的可行性。

2.4 方案對(duì)比及選取

根據(jù)上述三種方案涉及的內(nèi)容和參數(shù)，將三種方案的各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，詳見表2設(shè)計(jì)方案統(tǒng)計(jì)表。

通過對(duì)比不難發(fā)現(xiàn)，方案三的各項(xiàng)指標(biāo)均遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于方案一、二，結(jié)合該項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)情況，能夠滿足方案三的具體實(shí)施，但表格中方案三的安全性略低于其他方案，為了提高安全系數(shù)，對(duì)方案三進(jìn)行了一定的優(yōu)化。

2.5 方案優(yōu)化

方案三的安全性偏低的主要原因來自舊有汽提塔T-1003，該塔的設(shè)計(jì)壁厚為10 mm，于2005年投入生產(chǎn)，實(shí)際壁厚應(yīng)略低于10 mm，經(jīng)局部實(shí)測(cè)約為9.9 mm，仍然可以滿足荷載需求，但是該塔的熱位移卻不能通過簡(jiǎn)單的計(jì)算得出，為了降低安全隱患，在施工過程中要求先焊接兩側(cè)構(gòu)架上的剛性支架，然后敷設(shè)管道，敷設(shè)完畢后，再進(jìn)行塔T-1003上的支架焊接，該方法可以消除T-1003在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的熱位移，再由彈簧支架調(diào)整，完全可以解除該安全隱患，將方案三的安全性再提高一個(gè)等級(jí)。

3 受力分析和支架選取

3.1 受力分析

如圖4，汽提塔T-1003塔壁為主要受力點(diǎn)，使用兩根槽鋼[10作為主要承重懸臂，且在構(gòu)架兩側(cè)均設(shè)置剛性支架，因此塔壁的垂直荷載應(yīng)為G=P/3，其中G為圖中支架垂直荷載，P為兩側(cè)管道總荷載。

3.2 支架選取

根據(jù)應(yīng)力分析的結(jié)果，該管道的直線最大跨距為19.7 m，設(shè)計(jì)方案為18 m，能夠滿足跨距要求，但是在18 m的跨距下，該管道會(huì)出現(xiàn)1 cm的彎矩，雖然滿足應(yīng)力要求，但仍然存在一定風(fēng)險(xiǎn)，因此在圖4中增加彈簧支架，防止管道塌陷[5]。

4 三種方案的選擇

4.1 方案一的選用

撫順市某煉廠常減壓裝置中，DN600的油氣管道平行地面，高約23 m，由于無臨近的設(shè)備和管廊，沒有可利用的輔助設(shè)施，且該管道不允許有低點(diǎn)，因此只能在地面打基礎(chǔ)，搭建鋼結(jié)構(gòu)的支架，以滿足現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求，雖然造價(jià)相對(duì)高昂，但此類高空管道的支撐也是重中之重，在無其他方法時(shí)，推薦選用。

4.2 方案二的選用

盤錦市某煉廠加氫裝置中，DN500的油氣管道平行地面，高約27 m，管道下方為裝置管廊，由于該項(xiàng)目為新建項(xiàng)目，故可采用加高管廊立柱，增加管廊基礎(chǔ)荷載的辦法，對(duì)該管道進(jìn)行支撐，滿足管道的應(yīng)力需要，此種辦法適用于新建項(xiàng)目，雖然投資有所增加，但是管道受力均勻，而且相對(duì)美觀，對(duì)工期影響也較小[6，7]。

4.3 方案三的選用

結(jié)合山東某煉油廠改造項(xiàng)目的實(shí)際，DN600的高空大口徑油氣管道選用了方案三，方案三經(jīng)過設(shè)計(jì)、施工后，于2015年4月正式投產(chǎn)運(yùn)行，經(jīng)實(shí)測(cè)，該管道一直運(yùn)行平穩(wěn)，受力均勻。

5 結(jié) 論

設(shè)計(jì)方案多種多樣，高空管道設(shè)計(jì)常見的幾種狀況已在文中提出，并均有具體的實(shí)例，實(shí)際工作中也有特殊的案例，可以具體情況具體分析，設(shè)計(jì)方案各有特點(diǎn)，針對(duì)不同的工況，采用不同的設(shè)計(jì)方案，不僅能夠降低投資，縮短工期，而且使改造項(xiàng)目更加可行。

參考文獻(xiàn)：

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