石油化工管道設(shè)計要點分析

張濤

摘 要：只有合理地設(shè)計石油化工管道，才能保證后期安裝管道工作的順利開展，并且石油運輸過程所需要的費用和石油化工管道安裝情況也有著重要的聯(lián)系，因此，應(yīng)當(dāng)確保合理設(shè)計石油化工管道，提升設(shè)計水平。

關(guān)鍵詞：石油化工;管道設(shè)計;設(shè)計要點

化工工程對于我國經(jīng)濟發(fā)展以及社會建設(shè)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。由于其性質(zhì)的特殊性，在操作中會有一定的危險，特別化學(xué)物質(zhì)處理方面，一旦操作不當(dāng)，就會造成泄漏，對操作人員甚至當(dāng)?shù)鼐用竦陌踩斐赏{。對于管道以及材料的優(yōu)化設(shè)計是化工工程建設(shè)的重要保障，因此對化工工程的管道優(yōu)化設(shè)計進行分析，并對材料優(yōu)化提出建議。

1 影響石油化工管道設(shè)計效果的主要因素

1.1 密封效果

現(xiàn)階段我國石油化工企業(yè)主要采用的密封方法是管道法蘭密封盒閥門密封方式，這種密封方式對于管道因為腐蝕而出現(xiàn)泄漏的情況有著很強的預(yù)防效果。通常最終的密封效果直接受到所選法蘭密封材料結(jié)構(gòu)形式和剛度等影響。這也從一定程度上說明石油化工管道設(shè)計質(zhì)量受到實際密封效果的影響。根據(jù)實踐經(jīng)驗可知，如果石油化工管道出現(xiàn)位移的情況，那么其安全性也就無從保障。當(dāng)前我國很多企業(yè)的石油化工管道都存在不同程度的泄漏問題，管道的質(zhì)量在閥門和法蘭泄漏量達到2/3的時候會出現(xiàn)嚴重的問題，可能出現(xiàn)難以預(yù)估的后果，可見，石油管道設(shè)計中影響密封性的主要因素就是閥門和法蘭。

1.2 物理損害

在實際使用過程中，受到溫度的影響，管道可能會出現(xiàn)一定的受損情況，這些損害是由于物理原因造成的。管道材料結(jié)構(gòu)受到低溫環(huán)境的影響脆性會增加，導(dǎo)致降低了其沖擊韌性，甚至可能出現(xiàn)管道斷裂的問題。管道材料受到高溫環(huán)境的影響，結(jié)構(gòu)可能會出現(xiàn)一定變化，容易出現(xiàn)脆化、蠕變失效等問題，內(nèi)部結(jié)構(gòu)甚至可能會惡化導(dǎo)致管道無法正常使用。此外，金屬材料在溫度周期不斷變化過程中會出現(xiàn)不同程度的損傷甚至斷裂，對石油化工管道安全性產(chǎn)生危害。

1.3 腐蝕問題

石油運輸管道安全的另一影響因素是腐蝕問題。根據(jù)性質(zhì)的不同，腐蝕可以分為應(yīng)力腐蝕、局部腐蝕、大氣腐蝕、均勻腐蝕。不同管道因為材料和所處環(huán)境的不同其所遭受的腐蝕程度會不同，抗腐蝕程度也不同。石油化工管道需要較長時間的化學(xué)反應(yīng)才能出現(xiàn)腐蝕表象，環(huán)境是影響腐蝕情況的重要因素，很難有效地預(yù)防這種腐蝕變化，所以泄漏問題也難以得到全部解決。

2 石油化工管道的設(shè)計要點

2.1 石油化工壓力管道應(yīng)力分析的設(shè)計要求

在進行管道應(yīng)力分析設(shè)計時，需要注意管道布置的問題，為了提升應(yīng)力分析與設(shè)計的方便程度，工作人員可以調(diào)節(jié)管道空間走向與支架數(shù)量，選擇科學(xué)的支架形式進行管道連接，盡可能避免管道熱脹冷縮出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。一旦管道柔性不夠，在推力過大時就可能使設(shè)備變形、管道支架移動，最終導(dǎo)致管道斷裂，所以要注重管道布置的合理性。另外，判斷管道柔性是否達標，需要分析管道應(yīng)力及其作用力，具體可以從三方面入手進行判斷。第一，在內(nèi)壓和外在作用下，管道會出現(xiàn)一次應(yīng)力，一次應(yīng)力應(yīng)該高于材料所需應(yīng)力，通常情況下，只需按照規(guī)定進行管道選擇即可承受一次應(yīng)力。當(dāng)出現(xiàn)持續(xù)外在應(yīng)力時，管道也可憑借支吊架的作用抵擋受力。第二，管道熱脹冷縮時會出現(xiàn)二次應(yīng)力，此應(yīng)力應(yīng)該小于材料膨脹的許用應(yīng)力承受范圍內(nèi)，當(dāng)管道二次應(yīng)力超過范圍，而一次應(yīng)力小于管道所需應(yīng)力時，可以將一次用力加入許用應(yīng)力，達到提高許用應(yīng)力范圍的目的。第三，對于氣壓機、汽輪機等機械的管道而言，出口嘴上的管道推力與力矩在制造商提出的允許規(guī)定內(nèi)即可。

2.2 化工工程設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計

在化工工程設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計過程中，首先就是對設(shè)備進行布置設(shè)計，這也是化工工程設(shè)備優(yōu)化設(shè)計的第一步，只有將管道以及各類設(shè)備按照自身屬性功能進行完善布置后，才能開始接下來的一系列流程。在對化工設(shè)備管道進行布置時，必須要考慮其與工藝設(shè)計本身的協(xié)調(diào)性，必須要按照工藝流程進行布置，其次，化工設(shè)備的布置需要遵循不同功能對應(yīng)相對設(shè)備這一理念?；ぴO(shè)備分為主要設(shè)備和輔助設(shè)備兩種，在設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計中，需要對兩個種類的設(shè)備進行科學(xué)化的放位設(shè)計，一般對于設(shè)備的擺放都是從通透程度，光線照射狀況等因素進行考慮，并且在設(shè)備的使用中，要按照流程進行科學(xué)規(guī)范操作，避免造成設(shè)備的損壞?；ぴO(shè)備在布置過程中，必須要充分考慮其位置的可操作性，爭取做到外觀的統(tǒng)一，這不僅是為了追求協(xié)調(diào)美觀，更是為了減少外觀因素對于實際操作造成的影響。在有些操作生產(chǎn)過程中，比如在對于泵的出口管進行優(yōu)化設(shè)計時，必須要做到出口管排列一致，管口對齊，只有這樣才能減少由于設(shè)計環(huán)節(jié)導(dǎo)致的操作失誤，并且可以為操作人員提供一個好的操作環(huán)境。在對于化工工程設(shè)備的優(yōu)化環(huán)節(jié)中，以上幾點是基礎(chǔ)的設(shè)計流程，在實際的操作過程中，可以根據(jù)操作所需對設(shè)計進行相應(yīng)的改變，達到減少操作失誤提高建設(shè)質(zhì)量的目的。

2.3 加熱爐轉(zhuǎn)油線

在設(shè)計加熱爐轉(zhuǎn)油線時，應(yīng)該考慮到減壓蒸餾裝置布置問題，塔前蒸發(fā)段直管應(yīng)該大于15m，各分支管需要對稱布置，這樣利于對轉(zhuǎn)油線進行應(yīng)力計算。在具體設(shè)計時，可以將爐出口前的爐管作為參考部分，之后將支架設(shè)置在圓筒爐的立管頂部，將導(dǎo)向管套設(shè)置在下部回彎頭處，這樣即便管道發(fā)生熱脹下移，也不會對上部連接管產(chǎn)生影響。頂部支架可以設(shè)置為承重支架，這樣可以提高活動范圍，活動范圍應(yīng)盡量保持在50mm 內(nèi)，這樣既可以提高管道柔性，也利于實際現(xiàn)場操作。在操作帶有再生或燒焦系統(tǒng)的轉(zhuǎn)油線時，需要結(jié)合管道自重與垂直方向位移問題進行具體分析，尤其吊架設(shè)計方面，要先進行條件計算，之后再核算管道柔性。

2.4 加強對管道材料的重視

為保證管道使用的安全性，應(yīng)當(dāng)合理選擇施工材料。工作人員要重視材料的選取，充分考慮材料運行的安全性和企業(yè)實際情況，從而保證管道使用安全的同時提高管道工程經(jīng)濟效益和社會效益。在進行管道材料選擇中，應(yīng)當(dāng)提高調(diào)研市場情況，對實際情況進行充分了解，加強對不同材料的對比，選擇物美價廉的材料。這就需要工作人員按照規(guī)定的要求進行操作，確保管道材料達到規(guī)定的標準。在采購期間，工作人員要向廠家提供相應(yīng)的文件，了解管道材料具體信息，并對搜集來的材料進行歸檔，這樣不但有利于后期對材料的復(fù)查，而且能夠?qū)艿涝O(shè)計提供參考依據(jù)。由于管道材料不同，使得使用性能有著較大差異，工作人員需按清單上的要求進行采購，并對管道材料進行歸類，這樣施工人員在對管道進行安裝時更為便利，還能充分發(fā)揮管道材料的使用性能，進而提高管道材料的安全性。

2.5 汽輪機與氣壓機進出口連接管道

氣壓機這類高速轉(zhuǎn)動設(shè)備的管道連接要求較高，不僅需要預(yù)留機器膨脹裕度，還要盡量使部件位置緊湊。所以具體進行管道布置設(shè)計時，要在管道滿足應(yīng)力設(shè)計需求的基礎(chǔ)上，達成出口嘴的允許受力要求?？梢栽诰嚯x出口嘴較近的位置放置固定支架，管道方向盡量與出口嘴的位移方向一致。例如出口嘴向下，可以在下方設(shè)置彈簧支架。同時要限制對嘴口的力矩與作用力，為了防止管道發(fā)生激烈震動和側(cè)向位移等問題，一定要和設(shè)置導(dǎo)向支架，并對支架的負荷進行計算，盡量減少嘴口的受力程度。

2.6 化工工程管道優(yōu)化設(shè)計

化工管道對化工材料運輸方面起著重要作用，所以也是化工工程設(shè)計的重點研究對象之一。在對化工工程管道的優(yōu)化設(shè)計過程中，有以下幾點注意事項，第一，就是管道的安裝，在安裝過程中，需要提前進行計算，規(guī)劃位置，對管道進行合理布局，避免在安裝時出現(xiàn)問題，管道的安裝，首先要對管道后續(xù)維修檢查工作進行考慮，所以管道布置需要有很大的操作空間，對管道進行架空處理，可以使維修人員對管道進行全方位的檢查，第二，在管道的布置過程中，需要對管道的各項數(shù)據(jù)進行考察，如耐腐蝕性耐久度等，并且注意管道與管道之間的距離，使管道在實際運用階段發(fā)揮其應(yīng)有的效果。

3 結(jié)語

石油化工管道設(shè)計是石油化工裝置中的極其重要的組成部分。設(shè)計者在管道設(shè)計中要把安全問題放在首要位置上，要嚴格按照管道設(shè)計的相關(guān)要求，結(jié)合使用工況和自身的工作經(jīng)驗，保證管道設(shè)計的安全合理，采取針對性的措施防止各個因素對管道的影響，確保管道成為石油、天然氣等化工產(chǎn)品的安全運輸途徑。這樣才能有效減少生產(chǎn)安全事故的發(fā)生和安全威脅，降低設(shè)計成本及建設(shè)成本，才能不斷完善和提高自身的設(shè)計水平。

參考文獻：

[1]李永紅.石油化工管道設(shè)計要點解析[J].化工管理，2016 （29）：282.

[2]房文正，王竟.石油化工管道設(shè)計問題研究[J].石化技術(shù)， 2016，23（4）：241-242.