石油化工裝置管廊上管道設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

吳倩(上海燃?xì)夤こ淘O(shè)計(jì)研究有限公司，上海 200000)

1 石油化工管廊上管道設(shè)計(jì)的基本類型

分析石油化工裝置的特點(diǎn)，在管道兩側(cè)按照流程順序，合理布置各種應(yīng)用設(shè)備，管廊的形狀要根據(jù)設(shè)備的平面布置要求設(shè)定。如果系統(tǒng)應(yīng)用小型裝置，則設(shè)備數(shù)量相對(duì)較少，所以會(huì)應(yīng)用一端式或直通式管廊。如果整個(gè)廠區(qū)裝置較多，，通常會(huì)利用L型、U型、T型以及組合管廊等裝置，管廊上的管道種類有所不同，因此在實(shí)踐階段也需要結(jié)合實(shí)踐要求進(jìn)行分類。

如果是工藝管道，其主要功能是輸送工藝生產(chǎn)物料，其中包括進(jìn)出裝置的原料，以及各類中間產(chǎn)品、成本、化學(xué)試劑、工藝用水等不同的物料類型，管道也會(huì)進(jìn)行細(xì)化分類；若為用做連接較遠(yuǎn)設(shè)備的工藝管道，例如在工藝過程、安全泄放工作之中出現(xiàn)各類煙氣、廢水、廢氣等也需要通過管廊上管道排放到設(shè)備或管道總管；儀表架橋或電氣架橋等所必要的操作通道；公用工程管道，包括各種規(guī)格的蒸汽，以及蒸汽冷凝水、循環(huán)水、特殊氣體、鍋爐給水、新鮮水、壓縮空氣、化學(xué)藥劑等也需要通過工程管道輸送[1]。

2 石油化工裝置管廊上管道設(shè)計(jì)需控制的要素

2.1 安全工藝過程控制

只有管廊管道設(shè)計(jì)的工藝系統(tǒng)過程合理，后續(xù)裝置內(nèi)管路才能安全有序進(jìn)行。管廊上管道設(shè)計(jì)的安全性，會(huì)影響石油化工裝置的整體質(zhì)量。在進(jìn)行管道設(shè)計(jì)階段，要分析管道材料所承受的溫度壓力范圍，盡可能地避免易燃易爆材料的使用，保障材料性能符合規(guī)范及安全條例要求。加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)的防火防爆工作，并確立緊急預(yù)案。對(duì)管道設(shè)計(jì)或管道應(yīng)用可能會(huì)存在的安全危險(xiǎn)因素進(jìn)行預(yù)測(cè)或分析，在系統(tǒng)中安裝報(bào)警裝置，發(fā)現(xiàn)事故問題第一時(shí)間處理，避免事故危害范圍擴(kuò)大化。管廊工藝系統(tǒng)的設(shè)置應(yīng)考慮充分，要做好管廊與上下游相關(guān)裝置的切換設(shè)置，若需切斷一側(cè)裝置管路，應(yīng)確保其他裝置管線不受影響，或在安全范圍內(nèi)連鎖切斷，確保各個(gè)裝置連鎖順暢。整個(gè)裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)可能較為復(fù)雜，因此在管廊管路設(shè)計(jì)之前應(yīng)考慮整個(gè)廠區(qū)裝置的總系統(tǒng)走向，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際生產(chǎn)要求，考慮大局面更好的完善管廊管道設(shè)計(jì)要求。

2.2 管廊上管道的安全設(shè)計(jì)

對(duì)于管廊上的管道設(shè)計(jì)工作，在實(shí)踐階段會(huì)受到各類復(fù)雜因素的影響。因此在進(jìn)行管道設(shè)計(jì)之前，要對(duì)管廊有良好的統(tǒng)籌規(guī)劃，利用合理的經(jīng)驗(yàn)對(duì)管廊配管進(jìn)行探究。首先要對(duì)全廠性管廊上布管有良好的統(tǒng)籌，全廠性管廊或管墩應(yīng)確保留有10%～30%的裕量，同時(shí)要考慮其荷載。對(duì)于裝置內(nèi)部的管廊應(yīng)保留10%～20%的裕量同時(shí)考慮荷載。管廊上方可布置空氣冷卻設(shè)備，下方可布置泵換熱器或者其他小型設(shè)備。對(duì)管道線路深入分析，確定線路正確安排以及布置階段的各項(xiàng)工作要求。線路布置的好壞，會(huì)直接影響項(xiàng)目工程后續(xù)工作的落實(shí)情況。因此在實(shí)踐階段，必要考慮安全設(shè)計(jì)的要求。比方說在管道施工階段，選擇危險(xiǎn)系數(shù)相對(duì)較小的材料，在設(shè)計(jì)階段要盡可能地避免使用，有危害的裝置材料或技術(shù)類型，利用這種技術(shù)處理方法，能夠?qū)⒐艿缿?yīng)用過程中危險(xiǎn)事故形成的概率降低。

2.3 做好管廊結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)控制

現(xiàn)如今我國(guó)諸多化工裝置中管廊的結(jié)構(gòu)形式為架空敷設(shè)。如果有特殊的要求，也會(huì)考慮地下敷設(shè)。管廊的主要作用為承接各裝置區(qū)聯(lián)通的管道，在管道設(shè)計(jì)階段，需要考慮管廊整體結(jié)構(gòu)的安全性、穩(wěn)定性。管廊的主要結(jié)構(gòu)基本為混凝土材料、鋼梁鋼柱梁結(jié)構(gòu)。要做好管道整體系統(tǒng)對(duì)于結(jié)構(gòu)影響的考量，比如部分管道在管廊上的占位一旦過了主裝置區(qū)，就不在占據(jù)管位，那么輔助設(shè)施處的管廊結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮適當(dāng)壓縮或取消，考慮做T型架空單柱管廊，以節(jié)約并控制成本[2]。

2.4 做好成本控制

在石油管道工程建設(shè)階段，管廊上的管道施工要保障安全性、穩(wěn)定性，要有效維護(hù)石油企業(yè)的經(jīng)濟(jì)利益，同時(shí)也需要對(duì)管道建設(shè)的成本有效控制。在管道設(shè)計(jì)階段控制成本，需要保障其他項(xiàng)目施工環(huán)節(jié)的有效配合。不僅在設(shè)計(jì)階段著重加強(qiáng)。在進(jìn)行管道建設(shè)的過程中，也需要將動(dòng)態(tài)化的監(jiān)測(cè)審核策略應(yīng)用，如果出現(xiàn)項(xiàng)目施工建設(shè)的問題，要合理利用管控方案，控制管道建設(shè)階段的經(jīng)濟(jì)損失。為保障管道建設(shè)的經(jīng)濟(jì)效益，有效控制成本是企業(yè)要重點(diǎn)關(guān)注的工作內(nèi)容。

3 優(yōu)化管廊上管道設(shè)計(jì)工作的有效舉措

3.1 明確管廊設(shè)計(jì)層高間距

管廊可以根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況包括管徑大小和支架結(jié)構(gòu)考慮單層或多層，要注意層間距應(yīng)考慮裝置內(nèi)進(jìn)出管廊或穿越管廊的最大口徑管道，并與管廊上敷設(shè)相關(guān)交錯(cuò)位置的最大口徑管道凈距100 mm，否則層高不夠易導(dǎo)致管道走向進(jìn)行不必要的上翻或下翻，造成成本浪費(fèi)。個(gè)別大直徑管道進(jìn)入管廊改變標(biāo)高有困難時(shí)，可以考慮平拐進(jìn)入，所以此時(shí)該管道需要布置在管廊最外側(cè)。當(dāng)管廊改變方向或者兩管廊相交成直角時(shí)，管廊應(yīng)錯(cuò)層布置，錯(cuò)層的高度應(yīng)考慮大口徑管道的彎頭半徑，DN300以上管道彎頭考慮用45°彎頭連接，小于DN300的管道考慮用90°彎頭連接。管廊層間距高差凈距宜為0.6～1.5 m。另外，如果電纜槽盒如若安裝在非最上層，則需與儀表電氣工程師確認(rèn)橋架層數(shù)及高度，以確認(rèn)最大管量的高度。

除此之外，管廊層高間距還需考慮大口徑火炬管道的敷設(shè)，火炬管路一般需布置在管廊的最上層或者靠柱子敷設(shè)，成步步高或步步低并且坡度不小于0.003。那么在火炬管路走向改變時(shí)，兩管廊交錯(cuò)處的高差應(yīng)考慮火炬管線坡度高差，或以改變火炬管管托的高度或者管托下加型鋼或者鋼板墊枕解決問題。

3.2 管廊上操作平臺(tái)的布置方案

在進(jìn)出裝置的管廊界區(qū)處一般會(huì)布有界區(qū)操作閥門，應(yīng)考慮布置操作平臺(tái)。然而由于管廊層間高差一般為1.5 m左右，不滿足操作人員身高凈空要求，所以有兩種方案可以選擇：(1)將平臺(tái)頂面焊接在管廊橫梁的梁底，一般橫梁自身厚度可有0.3～0.5 m，加上梁頂凈空高度之后大概有1.8～2.0 m，可以滿足操作要求；(2)對(duì)于雙層或多層的管廊，在裝置界區(qū)處由于管路在裝置處已經(jīng)消耗掉部分，所以可將剩下的管路合并到一層上或兩層上，即將管廊結(jié)構(gòu)雙層合并成單層，以便布置操作平臺(tái)。

另外，在管廊中段可能也會(huì)有閥門的設(shè)置，比如進(jìn)出裝置的切斷閥或孔板，還有進(jìn)出裝置的公用工程管線的儀表閥門等需要沿管廊敷設(shè)，那么就有必要在沿管廊的走向設(shè)置操作平臺(tái)。所以考慮此類閥門儀表操作時(shí)，應(yīng)集中布置，操作平臺(tái)高度應(yīng)盡可能滿足所有閥門及儀表操作。平臺(tái)宜靠近柱子或橫梁生根，并合理規(guī)劃直爬梯位置，不影響操作的同時(shí)滿足操作安全需求。

3.3 支吊架的合理設(shè)置

管廊上的支吊架應(yīng)做全局考慮。對(duì)于管廊內(nèi)的管道，一般做滑動(dòng)支架導(dǎo)向支架及限位支架。大口徑輸送液相的管道宜靠柱子布置，并與柱子凈距滿足100 mm，使橫梁承受較小的彎矩。小口徑及輕質(zhì)量的管道宜布置在中間，有時(shí)管廊上的次梁間距不能滿足小管道的跨距要求，還可以考慮用大管支小管來設(shè)置中間支架。一般來說限位支架應(yīng)考慮做在管路中間位置，并且最好將管道的限位支架位置都考慮在同一軸線上，這樣有益于管廊的結(jié)構(gòu)計(jì)算。對(duì)于管廊上長(zhǎng)度較短的管線，則無需設(shè)置限位支架，考慮自然補(bǔ)償。對(duì)于裝置進(jìn)出管廊的管線，應(yīng)做集中布置支架，穿管廊處支架應(yīng)盡量靠近柱子生根并考慮其荷載，大口徑或管子比較多時(shí)應(yīng)用門型架倒門型架或者L型支架，小口徑或質(zhì)量較輕的管子可以用T型架，在靠近管道彎頭處不需設(shè)置導(dǎo)向型支架或限位型支架，避免管道振動(dòng)位移較大管道被固定進(jìn)而拉扯壞管道和彎頭。沿管廊上升或下降的管道宜靠近橫梁布置，并與橫梁凈距在0.3～0.5 m左右，做水平T架集中布置。

對(duì)于需要熱補(bǔ)償?shù)墓艿溃瑧?yīng)當(dāng)以整個(gè)化工裝置著手，從管道起點(diǎn)到管道終點(diǎn)對(duì)整個(gè)管道系統(tǒng)進(jìn)行整體分析確定合理的補(bǔ)償方案，不能只局限于管廊范圍內(nèi)一段考慮。熱補(bǔ)償方式可以有“π型”補(bǔ)償器，或者分段自然補(bǔ)償。在兩個(gè)“π型”補(bǔ)償器之間，根據(jù)需要應(yīng)設(shè)置限位架或?qū)蚣埽猿浞职l(fā)揮其性能以及應(yīng)用價(jià)值。多根需要設(shè)置“π型”補(bǔ)償器的管道宜并排布置，管徑較大溫度較高的管道宜布置在最外側(cè)，當(dāng)有口徑在DN300以上或管道荷載較大管道需要做“π型”補(bǔ)償器時(shí)，可以跨柱子“π型”補(bǔ)償器，以便在“π型”補(bǔ)償器直管段中間位置靠近柱子處做懸挑支架。

3.4 儀表電纜槽架的設(shè)置

當(dāng)需要設(shè)置儀表電纜槽架時(shí)，應(yīng)與儀表及電氣工程師協(xié)商好槽架的預(yù)留位置層數(shù)及層高。一般來說，槽架宜布置在管廊最上層，槽架附近或者正下方不應(yīng)布置有熱影響的管道。對(duì)于大型裝置，儀表及電氣橋架間應(yīng)留有檢修通道，配管專業(yè)應(yīng)考慮其配套直爬梯位置，通常會(huì)考慮放置在界區(qū)平臺(tái)處懸挑設(shè)置梯子平臺(tái)。此外，還應(yīng)考慮橋架與工藝管道裕量，當(dāng)下層管道布置空間不夠時(shí)，可能會(huì)將放散或者火炬管道同時(shí)敷設(shè)在最上層，與橋架共層。應(yīng)考慮放散或火炬管路進(jìn)出裝置的支管管路的走向，是否要翻越橋架，對(duì)于橋架的檢修通道的人員檢修凈空需求有無影響，從整體考慮管路布局[3]。

4 結(jié)語

做好化工石油管道設(shè)計(jì)工作，要做好管廊結(jié)構(gòu)分析，合理利用管道材料，更好地完成管廊內(nèi)結(jié)構(gòu)多元化的要求。在石油化工裝置管廊上，加強(qiáng)管道設(shè)計(jì)工作，需要總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析在后期管道應(yīng)用安全性、穩(wěn)定性等方面的要求。確定管廊內(nèi)管道建設(shè)的核心要素，充分發(fā)揮管道的應(yīng)用要求，完成優(yōu)化設(shè)計(jì)以及規(guī)劃管理的目標(biāo)。此時(shí)管廊內(nèi)部管道布置的要求達(dá)標(biāo)，能更好地完成石油化工企業(yè)各個(gè)階段的項(xiàng)目工作要求。