改造項目中大口徑高空管道敷設方案解析

陳龍飛 惠益嘉

摘 要：針對改造項目的特殊性，結合高空大口徑管道敷設出現的難點，造成改造項目方案制定困難、拖延工期、施工困難和大幅度提高改造成本等問題，經過調查分析，結合改造項目的實際，闡述了高空大口徑管道的特點，提出不同的改造方案并對比優化，解決了改造項目中高空大口徑管道的敷設問題，節約了改造工期，并降低了改造成本和高空管道敷設的風險。

關 鍵 詞：改造項目；高空管道；大口徑管道；設計方案

中圖分類號：TQ 052 文獻標識碼： A 文章編號： 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

經調查山東某煉廠煉油裝置需擴能改造，該改造項目涉及DN600管道一根，根據現場情況，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，而且風險系數高，如處理不當，則會給該裝置日后的生產運行帶來巨大的安全隱患，針對改造項目的特殊性進行分析，準確的提出相應改造方案，對該裝置的施工進度和日后的安全運行都十分必要，也對類似的管道起到借鑒和指導的作用[1，2]。

1 管道設計方案及參數

該管道為無縫碳鋼管，外徑壁厚?630×14 mm采用GB/T9948-2013標準，且管道為保溫管道，保溫厚度80 mm，保溫材料密度為120 kg/m3。正常運行時，管內介質主要成分為油氣，以氣相為主，混有微量液相，其介質密度為4.976 kg/m3，操作溫度101 ℃，根據管道應力分類，屬于需要進行應力計算的管道，因此該管道不僅要方案合理，而且須滿足應力要求，將該管道的參數和設計方案一并提交給應力分析專業進行應力計算。管道參數詳見表1。

2 設計方案分析和對比

根據該項目的現場實際情況，結合應力分析專業對該管道的計算結果，經過多方案篩選后，提出以下三種設計方案。

2.1 方案一

利用該項目中空地，新建一個約30 m高的地面支架對該管道進行支撐，該方案可以解決高空管道的支撐問題、應力問題，且管道受力較好，安全可靠，但是缺點也尤為明顯，不僅造價高、工期長、不美觀，而且不可預見的與其他管道碰撞也是該方案的致命缺點，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，在其基礎上增加約18 m高的鋼柱對管道進行支撐，該方案的優點是造價相對方案一有所減少，利用舊有管廊管道敷設方便，相對美觀，工期也較方案一有所減少，但是缺點也較為突出，在改造項目中，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管道進行支撐，此方案優點顯著，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，須經過多方核算確定可行后方可實施，詳見圖3。

2.3.2 方案分析

首先，將該方案提交至應力分析專業，經過對管道應力分析，塔壁生根的支架主體為雙懸臂支架，并結合彈簧支架對管道進行支撐[3，4]。

其次，將應力分析結果提交至設備專業和結構專業，設備設計人員經過核對原有圖紙和計算書，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行調節，結構專業經過核算，該塔的原有基礎能夠滿足荷載要求，受力情況和支架見圖4。

經過多方協調和各專業配合，成功消除了方案三中相應的安全隱患，確定了方案的可行性。

2.4 方案對比及選取

根據上述三種方案涉及的內容和參數，將三種方案的各項指標進行對比，詳見表2設計方案統計表。

通過對比不難發現，方案三的各項指標均遠遠優于方案一、二，結合該項目的現場情況，能夠滿足方案三的具體實施，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，對方案三進行了一定的優化。

2.5 方案優化

方案三的安全性偏低的主要原因來自舊有汽提塔T-1003，該塔的設計壁厚為10 mm，于2005年投入生產，實際壁厚應略低于10 mm，經局部實測約為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單的計算得出，為了降低安全隱患，在施工過程中要求先焊接兩側構架上的剛性支架，然后敷設管道，敷設完畢后，再進行塔T-1003上的支架焊接，該方法可以消除T-1003在生產過程中產生的熱位移，再由彈簧支架調整，完全可以解除該安全隱患，將方案三的安全性再提高一個等級。

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，使用兩根槽鋼[10作為主要承重懸臂，且在構架兩側均設置剛性支架，因此塔壁的垂直荷載應為G=P/3，其中G為圖中支架垂直荷載，P為兩側管道總荷載。

3.2 支架選取

根據應力分析的結果，該管道的直線最大跨距為19.7 m，設計方案為18 m，能夠滿足跨距要求，但是在18 m的跨距下，該管道會出現1 cm的彎矩，雖然滿足應力要求，但仍然存在一定風險，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，由于無臨近的設備和管廊，沒有可利用的輔助設施，且該管道不允許有低點，因此只能在地面打基礎，搭建鋼結構的支架，以滿足現場的實際需求，雖然造價相對高昂，但此類高空管道的支撐也是重中之重，在無其他方法時，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，由于該項目為新建項目，故可采用加高管廊立柱，增加管廊基礎荷載的辦法，對該管道進行支撐，滿足管道的應力需要，此種辦法適用于新建項目，雖然投資有所增加，但是管道受力均勻，而且相對美觀，對工期影響也較小[6，7]。

4.3 方案三的選用

結合山東某煉油廠改造項目的實際，DN600的高空大口徑油氣管道選用了方案三，方案三經過設計、施工后，于2015年4月正式投產運行，經實測，該管道一直運行平穩，受力均勻。

5 結 論

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

參考文獻：

[1] 陳永亮. 石油化工裝置中低壓大口徑管道設計探[J]. 煉油技術與工程，2010（4）：15-17

[2] 陳傳勝，敖銳，姚琳. 大口徑、高壓力長輸天然氣管道的投產技術[J]. 油氣儲運，2013（2）：45-48.

[3] 李明哲. 大口徑高等級鋼埋地管道截面穩定性研究[D]. 成都：西南石油大學，2014.

[4] 楊蘭州，王喜月. 論大口徑管道建設的六大關系及設計理念[J]. 天然氣與石油，2004，27（6）：27-30

[5] 劉香蘭，王穎. 大口徑熱力管道及其底部支架的應力分析[D]. 哈爾濱：哈爾濱工程大學，2010.

[6] 馬明生， 楊歡軍. 大口徑管道站場工藝安裝流水作業法的質量控制[J]. 石油工程建設，2011，20（8）：15-18.

[7] 趙善政. 試論大口徑管道安裝過程的施工管理[J]. 煉油技術與工程，2008，21（8）：10-13.