化工廠外管廊設計要點

汪 貞

(山東天力能源股份有限公司，山東 濟南 250010)

化工企業(yè)廠區(qū)布局按功能可劃分為罐區(qū)、裝卸站臺、生產(chǎn)裝置、倉庫及輔助設施如鍋爐房、循環(huán)水站、中控室及配電室等，各裝置設施之間的工藝物料、公用工程及電氣、電信及自控橋架都需要外管廊來連接，外管廊作為各個裝置及設施的連接紐帶不可或缺，外管廊的設計對整個工廠設計及生產(chǎn)運行至關重要。

1 外管廊整體規(guī)劃

1.1 總圖布局

管廊總體布局應與化工企業(yè)總平面布置、豎向設計相結(jié)合，首先應符合規(guī)范要求，其次要協(xié)調(diào)緊湊，美觀而節(jié)省投資。

管廊的基礎標高應根據(jù)總圖豎向布置綜合考慮，盡量根據(jù)地形分段考慮；一般情況下每段管廊都考慮坡度，實際設計中可根據(jù)蒸汽管線走向設置坡度方向，取值一般為2‰～5‰。

管架與建構筑物間距及最小凈空要求應遵循《工業(yè)企業(yè)總平面設計規(guī)范》GB50187、《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》GB50160及《建筑設計防火規(guī)范》GB50016的有關規(guī)定。

管廊布局應盡量做到照顧全面，走向簡潔美觀；總圖基本確定后，外管廊布局應盡快確定并避免后續(xù)大的改動

1.2 外管廊構造規(guī)劃

外管廊寬度、層數(shù)及標高等應分段考慮，根據(jù)所貼臨得裝置的進出管線和橋架進行衡量，形式可選混凝土結(jié)構或鋼框架。盡快確定各裝置外管條件表并算出所需管廊層數(shù)及寬度，寬度還受上方是否有設備如空冷器的影響；一般新建工廠外管廊預留空間為20%～30%，管廊層高通常取1.2～2.4m，大型裝置通?？梢匀〉?.5～3m。分段管廊相交大部分都要錯層布置，錯層高差以為0.6～1.2m，大型裝置最大可以到1.5m。

管廊形式可有L型、T型和U形式；管廊柱間跨距應根據(jù)管道跨距決定，一般為6～9m，管廊末端及跨路管廊的跨度可以因地制宜，跨距較大時應做桁架。

在規(guī)劃早期就應確定固定架位置，這對后續(xù)配合結(jié)構專業(yè)完成結(jié)構設計至關重要，固定點的設置應結(jié)合管廊布局，同時考慮補償器的補償量，如水平蒸汽直管道80m左右就要做固定架；兩個固定點之間應使用補償器補償，如Π彎補償或使用膨脹節(jié)，膨脹節(jié)適用于高溫低壓大管徑管道，設計中應充分利用管道橫豎變向自然補償或或Π彎補償，管廊上平行敷設熱管道的Π彎補償宜集中布置。

2 管道敷設與管架設置

外管廊管道布置一般遵循以下原則[1]:

(1)大直徑管道應靠近管廊邊緣布置，小直徑管道、氣體管道、公用工程管道宜布置在管廊中間。

(2)工藝管道宜布置在管廊布置有設備的一側(cè)。

(3)需設置Π型補償器的高溫管道應布置在靠近柱子側(cè)，且Π型補償器宜集中設置。

(4)低溫介質(zhì)管道和液化烴管道，不應靠近熱管道布置，也不要布置在熱管道的正上方。

(5)多層管廊，一般工藝管道、腐蝕性介質(zhì)管道宜布置在下層；公用工程管道、泄壓總管、火炬干管及儀表、電氣橋架宜布置在上層。

(6)當管道出裝置管廊與其它裝置相接時，向右拐的宜布置在右側(cè)，向左拐的的宜布置在左側(cè)。

(7)對于特殊管道如氧氣、可燃氣體等應符合對應的設計規(guī)范。

管廊上管道間距應合理，管道(或保溫外層)外壁之間間距不宜小于100mm，有位移的熱管道跟相鄰管道應預留充分空間。蒸汽管道應及時排除冷凝水，蒸汽主管的末端，上升立管的底部應設集液包，沒有低點的水平蒸汽也宜在一定距離內(nèi)設集液包，集液包收集凝液并配合疏水閥回收至密閉系統(tǒng)，集液包的位置宜和管廊上Π形補償器形成的低點結(jié)合考慮。

進出界區(qū)處的切斷閥門通常設置在外管廊上，為了便于檢修應設置檢修平臺，寬度宜為600～800mm，并設直爬梯，其他需要檢修的位置也應當設置爬梯。

部分管線尤其是兩相流管線應有坡度，方向宜與介質(zhì)流向一致，通?？梢越柚芾绕露龋敼芾葲]有坡度時，應考慮使用管道支架進行調(diào)整。導向架設置不能影響管道的自然補償，且不宜超過管道最大導向間距。滑動架如果摩擦力過大，應采用聚四氟乙烯墊板或者石墨板。

保溫管道支架需要設置管托，保溫厚度大于80mm時，高度不宜小于100mm，管托長度受管道滑動位移影響，應有防止管托在運行時懸空的措施，如使用加長管托和偏裝。合金鋼和不銹鋼材質(zhì)管道以及介質(zhì)溫度高于400℃的管道不宜采用焊接型管托。

3 外管廊荷載計算

管廊管道布置基本確定后，應計算每層管廊垂直荷載及推力并由結(jié)構人員完成梁柱結(jié)構設計。

3.1 管道垂直荷載

垂直荷載可簡化為單位長度均布荷載計算，并考慮大的集中荷載。單位長度荷載包括管子、管件、閥門、管內(nèi)流體及隔熱層的重力。同時考慮荷載有檢修平臺、電氣儀表橋架及放置于管架上的設備的重量，其他情況包括風荷載、雪荷載及地震荷載應適當考慮。

管道單位長度均布荷載可由下式計算[2]：

q:單位長度管道基本荷載，N/m； qp：單位長度管道自重荷載，N/m；qI:單位長度管內(nèi)介質(zhì)荷載，N/m；qL：單位長度管外隔熱或隔聲結(jié)構荷載，N/m；D1：管內(nèi)徑，m；D2：管外徑，m； ρp、ρL、ρI：對應的密度；g：重力加速度，m/s2。

管內(nèi)輸送可凝氣體時，其介質(zhì)重量應按管內(nèi)冷凝液的實際重量計算；水平管道的冷凝液重量的估算可符合下列規(guī)定：

(1) 管道公稱直徑小于100mm時，冷凝液可取滿管液重的50%。

(2) 管道公稱直徑為100mm～500mm時，冷凝液可取滿管液重的15%。

(3) 管道公稱直徑大于500mm 時，冷凝液可取滿管液重的10%。

另外很重要的是對于需要進行水壓試驗的氣體和蒸汽管道，尤其是大管道，試壓時充水重也要考慮，多管同架平行敷設時，管道的試壓通常是逐根進行的，所以，一般情況只要加一根最大管徑的管道充滿水的重量。

計算出單位長度荷載，根據(jù)跨距可計算出每個主梁上的重力荷載；以上計算過程可以做成表格或者小程序，根據(jù)需要填寫相應數(shù)據(jù)，方便計算。

3.2 水平推力的計算

管廊上水平推力主要有以下幾個方面：

(1)管道熱脹冷縮時滑動管托跟管架相對滑動產(chǎn)生的摩擦力；

(2)Π形補償器的彈性力及內(nèi)壓不平衡型膨脹節(jié)對固定點推力及膨脹節(jié)彈性力；

(3)風力強勁地區(qū)側(cè)風對管道施加的力。

為了簡化計算，通常采用垂直荷載乘以摩擦系數(shù)來計算滑動支架摩擦力，如果熱管較少計算結(jié)果未免保守，根據(jù)熱管占比乘一牽制系數(shù)，牽制系數(shù)可參考規(guī)范 《石油化工管道支吊架設計規(guī)范》SH/T3073-2016。 固定支架水平荷載包括補償器的彈性力、管道自補償?shù)膹椥粤?、滑動支架的摩擦力以及由?nèi)壓產(chǎn)生的管道補償器不平衡力等。目前可以通過應力分析軟件CaesarⅡ和AutoPSA等方便計算每個固定點的荷載，同時可以方便計算出管道側(cè)向位移，為導向架設置提供依據(jù)，軟件中管架摩擦系數(shù)的設置是必要的。

4 結(jié)語

外管廊是化工企業(yè)各裝置間的重要紐帶，也是企業(yè)的形象工程。管廊設計要符合設計規(guī)范，又要講究美觀；設計過程要注重細節(jié)，并且利用經(jīng)驗，做到本質(zhì)安全；做好外管廊設計對整體工廠設計及生產(chǎn)運行都有重要意義。