石油化工裝置管道工藝的設計研究

摘要：管道是設備或元件間介質傳遞的重要部件，是工業產品的神經。管道的設計是工業產品設計中最復雜、最繁瑣的部分。文章分別從管道設計中常見而又容易被忽視的幾個方面進行探討。

關鍵詞：石油化工裝置；管道工藝；元件間介質傳遞

中圖分類號：TE682文獻標識碼：A

文章編號：1674-1145（2009）14-0143-02

管道設計在化工廠布置中成為主體專業，設計的依據即P＆ID，其內容大致相同。如何在相同的依據前提下設計出安全合理的布置，除了掌握和運用好設計的規范性、常識性的知識外，還必須充分了解工藝意圖，滿足工藝生產要求。現分別從管道設計中常見又易被忽視的工藝方面包括安全方面進行探討。

一、管道設計工藝問題

本節將主要從管道設計中常見而又容易被忽視的幾個方面進行探討。

（一）管道材料和分級

當高壓系統與低壓系統相連接時，兩個系統的壓力-溫度等級不同，其分界點應按低壓（低溫）側閥門關閉時考慮管路等級劃分的界線，在一般詳細設計的P＆ID中已標明劃分的界線，但為確保管線器材材質可靠性，可將具體的安裝方式分為以下三種情況。

1．壓力等級相同，材質不同。特別說明：法蘭及墊片可采用低材質，螺栓及閥門要采用高材質。

2．材質相同，壓力等級不同。特別說明：法蘭、墊片、螺栓及閥門可都采用高壓材質。

3．壓力等級和材質均不相同。特別說明：法蘭及墊片采用材質為a的高壓等級，螺栓及閥門采用材質為b的高壓等級。

（二）管道及閥門的布置

1．蒸汽吹掃管線。蒸汽吹掃管線是化工裝置中普遍存在的管線，為便于及時發現和判斷泄漏，不同的工藝管線應分別連接蒸汽吹掃線。采用這種安裝方式的優點是：當某條分支管泄漏時，可以僅將此條分支管上的切斷閥關閉，則不會影響其他分支管及蒸汽總管的運行。

2．采樣點的設置。采樣點設置應滿足工藝的要求，應設在主管上，且在分支前。不得在死角處采樣。要確保采出的樣品具有代表性，更不應該在水平管的底部，防止鐵銹或其他異物堵塞采樣閥。詳見示意圖1。

（三）塔和容器的管線設計

1．依據工藝原理合理布置。

（1）分餾塔與汽提塔之間的管線布置。通常分餾塔到汽提塔有調節閥組，調節閥組應靠近汽提塔安裝，以保證調節閥前有足夠離的液柱。

（2）分餾塔與回餾罐之間的管線布置。當分餾塔的塔頂壓力用熱旁路控制時，熱旁路應盡量短且不得出現袋形，調節閥應設在回流罐的上部。如圖2所示：

2．介質相態的特殊要求

汽液兩相流的管道布置時，管道上的調節閥應盡量靠近接收介質的容器布置，減少管道壓降，避免管道震動。如圖3所示。由此可見，管線不可隨意布放。關注工藝圖是十分重要的。

（四）泵的管線設計

1．泵入口偏心異徑管的使用。泵吸入管道設計是確保泵經常處于正常工作狀態的關鍵。當泵入口管系統有變徑時，要采用偏心大小頭以防變徑處氣體積聚，偏心異徑管的安裝方式如下：一般采用項平安裝，當異徑管與向上彎的彎頭直連的情況下可以采用底平安裝，這種安裝方式可以省去低點排液。

2．泵入口管線的設計。布置泵的入口管線時要考慮到幾個方面的因素：

（1）泵的入口管支架的設置。如泵的進口在一側，則泵的入口管支架應是可調式，且入口管及閥門位置在泵的側前方。

（2）氣阻。進泵管線不得有氣阻，這一點很容易被忽視，某些布置雖符合工藝流程圖，但在局部會產生氣阻現象，從而嚴重影響泵的運行。

（3）管道柔性。泵是回轉機械，管道推力作用在管嘴上會使轉軸的定位偏移，因此管道設計要保證泵嘴受力在允許數值內。塔底進泵的高溫管線尤其需要考慮熱補償。

（五）冷換設備的管線設計

1．逆流換熱。冷換設備冷水走管程由下部進入，上部排出。這樣供水發生故障時，換熱器內有存水，不致排空。如作為加熱器時用蒸汽加熱，蒸汽從上部引入，凝結水由下部排出。

2．安裝凈距。為了方便檢修，換熱器進出口管線及閥門法蘭，均應與設備封頭蓋法蘭保持一定距離，為方便拆卸螺栓凈距一般為300mm。

3．熱應力。換熱器的固定點一般是在管箱端，凡連接封頭端管嘴的管道必須考慮因換熱器熱脹而位移的影響。重沸器返回線各段管線長度的分配要恰當，可以防止設備管嘴受力過大。

（六）儀表元件的布置

設備上的儀表管口開口方位除了工藝特殊要求外，還要考慮到測量的準確，及方便控制，例如容器上的壓力表與安全閥易放在同一側。

還有一點容易被忽略，在管徑≥DN100的配管彎頭上裝設溫度計時，順介質流向插入和逆介質流向插入是有差異的。顯然，逆介質流向插入是合理的。

（七）管架設計

1．減少彈簧架。彈簧架比普通架價格要貴，且彈簧在長期工作狀態下還有失效的問題，因此彈簧架不如鋼性架耐用可靠，管架設計應力求少用彈簧支架。

2．沿塔敷設的管線。沿塔敷設的管線，一般只設一個承重支架，支架頂距塔頂封頭焊縫線（或第一塊塔盤支撐圈梁處）為150mm，如一個承重支架荷重過大時，可設第二個承重支架，這時，第二個承重支架應該設彈簧吊架，其余每隔一定間距設導向支架。提示：H值應不大于規定值，最下部的導向支架距水平管的距離不小于1／3H，塔回流線與塔壁的溫差較大時，所產生的相對伸長量也大。在水平管段上的第一個支架有垂直位移，應設彈簧支架，如果L較長，足夠吸收相對伸長量時，可設導向管卡。

3．設計中的安全問題。石油化工裝置多以石油、天然氣及其產品為原料進行加工處理，以得到社會所需各種產品。裝置的原料和產品多屬可燃、易爆、有毒物質，裝置必然存在著潛在的火災、爆炸和中毒危險。這不只是由于石油化工裝置較其他設施有過程復雜、條件苛刻、制約因素多、設備集中等特點，還有社會的、經濟的、管理的原因[3]。

管道器材防護失效造成泄漏的原因，不外乎機械破壞、腐蝕和密封失效[4]，這正是管道設計安全的要害。了解并處理好這些問題是管道安全設計者的責任。具體可以從材料選擇安全、工程設計安全、工藝路線的安全選擇幾個方面加以控制。

二、結論

綜上所述，要完成一個安全合理的工程設計，是要求工程設計人員具備科學的設計理念，在充分理解和掌握規范性、常識性的原則前提下，吃透其工藝意圖和生產要求，具體情況具體分析，結合以往的工作經驗，有針對性地對待某些特殊情況，善于總結，開拓思路，完善和提高設計水平。

參考文獻

[1]李鈺，李懋星.石油化工生產裝置工藝外管架的設計[J].化學設備與管道，2008，（3）．

[2]李曉濱，謝曉宇，張曉安．石油化工廠區工藝外管道的設置[J]．河南化工，2005，（22）．

[3]陳讓曲，張愛顯，張煌．石油化工裝置管道設計安全[J]．煉油技術與工程，2004，34(2)．

作者簡介：劉斌章（1970- ），男，南京金凌石化工程設計有限公司工程師，研究方向：石油化工工藝及管道安裝設計。