塔管道設計常見問題及注意事項

王桂杰 康久常

摘 要：：對某煉油廠潤滑油加氫裝置常壓塔、減壓塔及汽提塔配管設計出現(xiàn)的問題進行了解析，同時提出設計思路，闡述了煉油裝置塔的管道設計工作程序，針對出現(xiàn)的問題給出了塔的管道設計規(guī)定及注意事項。

關 鍵 詞：塔的管道設計；問題解析；工作程序；規(guī)定

中圖分類號：TE 832 文獻標識碼： A 文章編號： 1671-0460（2016）08-2020-04

Abstract： Problems in the piping design of atmospheric tower， vacuum tower and stripper of lube hydrogenation unit in a refinery were analyzed， and design ideas were put forward. Piping design procedures of tower in refining unit were described， and provisions and cautions in piping design of tower were put forward.

Key words： pipeline design of tower； problems analysis； working procedure； provisions

隨著三維工廠設計軟件PDS＼PDMS的普遍應用，在煉油裝置塔的管道安裝設計中，由于軟件具有自動檢查碰撞功能，因此碰撞的問題很少發(fā)生了[1]。但是由于一些設計人員特別是新的設計者經(jīng)驗不足，工作程序不對，粗心大意，經(jīng)常出現(xiàn)設計不合理或制圖不符合規(guī)定，甚至遺漏管件等問題，在施工時將造成安裝錯誤，在生產(chǎn)檢修時會造成操作維修困難，甚至出現(xiàn)安全事故。

1 常見設計錯誤

1.1 工作程序不對

在煉油裝置設計過程中，工藝安裝專業(yè)就像作戰(zhàn)的司令部，它要向設備、儀表、電氣、結(jié)構等專業(yè)提出設計條件，讓這些專業(yè)按照工藝安裝專業(yè)的規(guī)劃設計，滿足工藝要求，滿足安裝操作維修及安全的要求并符合相關的設計規(guī)定，體現(xiàn)工藝安裝專業(yè)的設計意圖，因此煉油裝置設計是各專業(yè)協(xié)同作戰(zhàn)的系統(tǒng)工程。這里就涉及設計工作程序問題，也是設計工作內(nèi)在的規(guī)律，我們必須遵守，否則就事倍功半甚至造成設計返工。

目前從事工藝安裝專業(yè)設計的年輕人員較多，有的不完全清楚這套工作程序，當接到設計任務后著急完成，有些人經(jīng)常出現(xiàn)在沒有對塔的管道進行充分規(guī)劃情況下就提出塔的設備設計條件和塔的梯子平臺設計條件。而當自己詳細配管設計時發(fā)現(xiàn)之前所提條件存在很大問題，此時設備設計已完成，再想修改幾乎等于返工，影響工期。

1.2 梯子平臺設計不合理

A）塔的扇形平臺太小，不利于檢修，也不美觀。

塔的扇形平臺設置是為了塔管道閥門、塔的人孔、手孔、儀表管口、液位計、溫度計、壓力表等安裝操作維修及觀測，如果平臺設計的太小不僅達不到上述目的而且對人員也不安全。另外整個塔有幾層小塊的平臺，從操作側(cè)看上去很不美觀。

B）平臺寬度太寬，max=1.6 m，浪費，也為塔基礎設計增加難度。

塔的扇形平臺寬度是根據(jù)塔內(nèi)件大小和操作維修及通行要求確定，塔內(nèi)件都要通過人孔進出，一般人孔直徑為500 mm，因此平臺寬度一般在800～1 200 mm。平臺設計太寬不僅浪費鋼材而且導致塔的風載荷增加基礎增大。

C）個別直爬梯太高，達到10.7 m。

石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范明確規(guī)定塔的直爬梯不能超過8 m[2]，即使中間還有一層平臺也不宜這樣設計，因為人的慣性要一直爬上去或爬下來，不會特意到中間停留休息，因此一旦人員疲勞時很容易發(fā)生危險。故規(guī)范要求塔的上下層直爬梯要錯開布置，即使中間沒有需要操作維修的東西也要設置歇腳平臺。

1.3 管道布置問題

a）進出塔管道上閥門（水平布置）標高800～1 300 mm不合理，正好擋人通行。

進出塔管道上閥門（小閥門除外）安裝維修都要在閥門的兩側(cè)2人進行，因此必須有1人要到閥門的另一側(cè)去，這樣要越過此管道就非常困難。故進出塔管道的開口宜距平臺面400 mm或1 500 mm，安裝維修人員可跨越此管道或者從其下面鉆過去。

b）溫度表、壓力表等儀表及測溫測壓嘴子安裝太高，方向不妥，難于觀察和維修。

個別的測溫測壓管嘴可不考慮檢修（檢修時臨時搭架子），但是對于溫度計、壓力表等需要觀測的儀表必須能夠觀測到并方便維修，即不能太高，不能超過2.2 m。

c）與PIDUID不一致，漏設計管件。

工藝安裝專業(yè)設計者必須嚴格按照PID上的管件逐一安裝，一個不能漏掉并且順序要與PID、UID保存一致，需要在管道高點處增加排氣閥或者在低點處增加排液閥的除外。

1.4 支架設計問題

a）塔嘴子進出口水平安裝的DN≥150閥門無支架。

由于DN≥150閥門較重，正常連接在塔嘴子上是靠嘴子承擔一部分重量，當檢修取下法蘭螺栓時嘴子就不能再支撐了，沒有支架則此管道將發(fā)生變形，故設計規(guī)范規(guī)定塔嘴子進出口水平安裝的DN≥150閥門需設支架。

b）塔頂放空線高出平臺面3 m，無支承。

塔頂排入大氣的放空線一般為DN50管道，防火規(guī)范規(guī)定此管道出口需高出塔頂平臺3 m[2]，3 m高的DN50管道沒有支撐不穩(wěn)定。解決辦法可在平臺上設三角支架（在平臺有空間的情況下），或者采用變管徑加粗下部管道的管徑（在平臺上沒有空間的情況下）。

c）沿塔壁敷設的支架未統(tǒng)一集中考慮。

垂直沿塔敷設管道的支架布置分散，不僅不整齊美觀而且施工也不方便。一般沿塔外壁呈同心圓布置，大致根據(jù)導向支架間距要求，盡量集中布置在塔的扇形平臺下面500 mm處。

1.5 圖紙表達問題

a）平臺變標高處未表示出梯子或踏步。

b）平臺欄桿未表示全，直梯未按圖例表示。

c）圖紙說明之間不協(xié)調(diào)。

d）已注明續(xù)接圖紙檔案號者，不必在說明中重復注明。

1.6 開料問題

a）材料表中，特別是支吊架材料類的開料順序不對。

如型鋼類的開料順序是鋼板、槽鋼、工字鋼、角鋼……，與通常的習慣不一致，同時也不是按大小重要順序，看上去不整齊。

b）各種材料精確位數(shù)不對。

如管鋼重量開料精確到小數(shù)點后四位，鋼管長度精確到小數(shù)點后一位，完全沒有必要，因為工程開料余量都以米為單位，精確到整數(shù)。

2 塔管道安裝設計工作程序

2.1 熟悉流程

收集并了解與塔有關的工藝管道及公用工程管道的PID、UID，同時掌握這些管道中介質(zhì)的溫度、壓力等特性，特別注意兩相流的管道。

2.2 規(guī)劃塔的梯子平臺

由于塔的管道、閥門和儀表等均可影響梯子的設置，因此應首先在塔的操作側(cè)設定上下兩個梯子的位置， 根據(jù)塔上的工藝和儀表開口以及人孔手孔等的方位及標高確定平臺角度及標高，然后再進行管道布置。

以上規(guī)劃完成后要與審核人溝通或?qū)徍恕?/p>

2.3 規(guī)劃管道

按照分區(qū)布置原則初步布置管道，可以用草圖或三維軟件。由于用三維軟件建模作管道規(guī)劃時間長不能滿足提出塔設計條件要求，因此一般先手畫出管道規(guī)劃圖，完成后要經(jīng)校審。塔頂大直徑油氣管道和需要計算的應力管道規(guī)劃后提交應力專業(yè)進行應力計算。

2.4 向設備專業(yè)提出塔的設計條件

注意：工藝安裝專業(yè)完成塔嘴子開口方位委托后，請儀表專業(yè)完成相關儀表嘴子確認。

向設備專業(yè)提出塔的梯子平臺委托，同時完成電氣照明委托。

2.5 建立三維模型

應用PDS或PDMS等繪圖軟件建立三維模型，包括管道支吊架。

2.6 會簽

對設備專業(yè)完成的塔的總圖進行認真會簽，與委托詳細核對。若自己需要修改的，及時提出設計委托。

2.7 抽管道平面圖、單線圖、閥門表、完成設材表等

按規(guī)定在管道平面布置圖、管道單線圖上完成相應的標注工作。

2.8 自檢自查

按照工藝安裝專業(yè)設計自校提綱進行自檢自查。

2.9 校審并簽署

設計人：將自校后的圖紙連同設計所需的PID、UID、設備總圖等資料交給校審人；

校核人、審核人首先在三維模型中進行校核、審核；

校核人、審核人分別按工藝安裝專業(yè)施工圖設計階段校審提綱完成校審，若有問題返回設計人修改，確認完成后共同簽署

3 塔的管道設計規(guī)定及注意事項

3.1 塔嘴子的方位

a）塔嘴子的方位布置，應符合工藝條件，滿足管道和閥門的安全以及方便操作等要求。

b）儀表液面計和液面調(diào)節(jié)器的嘴子，宜布置在便于觀測和檢修，且不妨礙通行的地方，一般布置在平臺的盡頭，并盡量利用上下平臺的直梯觀測和檢修[3-5]。

3.2 塔的管道布置

a）對于大直徑管道，高溫管道，合金鋼管道應優(yōu)先考慮布置在合適位置。

b）沿設備垂直敷設的管道與設備外壁的水平距離，宜按支架系列靠近設備外壁布置（一般沿設備外壁呈同心圓布置），不加短管只用彎頭與管嘴相接的垂直管道除外。管道穿越平臺時，不應碰平臺內(nèi)、外圈角鋼和平臺梁。

3.2.1 頂部管道

a）塔頂氣相出口管道應按步步低的要求布置，不應出現(xiàn)袋形[3，4]。塔頂餾出線一般管徑較大，應盡量沿塔壁敷設且不穿或少穿平臺。

b）放空管道一般在頂部管道最高處的水平管段上接出，排出口應遠離操作面，并應符合防火規(guī)范的要求。

3.2.2 側(cè)面管道

a）側(cè)面進、出塔管道上的閥門，宜直接與嘴子相接，或水平靠近嘴子安裝。由于安裝條件限制，也可將閥門安裝在立管上，前提是管道內(nèi)介質(zhì)應是不宜凍凝介質(zhì)。

3.2.3 底部管道

a）底部管道布置應在滿足柔性要求的條件下，使直管盡量短、拐彎盡量少。塔底進泵管道應是步步低，不得出現(xiàn)袋形，以免塔底泵產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象。

b）塔裙內(nèi)嚴禁設置法蘭或儀表接頭等部件。

3.2.4 消防蒸汽管道

消防用的蒸汽半固定接頭應布置在平臺外側(cè)，并應與平臺成切線方向，高出平臺欄桿約為200 mm。對于塔組蒸汽接頭應布置在聯(lián)合平臺的樓梯間附近。為了便于操作，軟管使用距離不應大于10 m。

3.3 塔管道支架布置

a）沿設備垂直敷設的管道，應在垂直管道的上部靠近嘴子處設承重支架或固定支架，以減少嘴子承受的熱應力，一般只設一個。如因某些情況使承重支架失去作用時，應采用彈簧支架。

b）垂直管道的中部或下部應設導向支架，其最大間距應按表1規(guī)定執(zhí)行。

c）垂直管道最下面的一個導向支架距管道轉(zhuǎn)彎處至少為H/3，留出管道熱脹變形量。

d）各個沿設備垂直敷設的管道支架，應統(tǒng)一考慮，盡量集中布置，隱蔽在平臺下面。

3.4 平臺、梯子布置

a）平臺、梯子布置應符合防火規(guī)范的規(guī)定。

b）凡有人孔、手孔、閥門、工藝開口法蘭、調(diào)節(jié)閥和檢測儀表的部位均應設置操作檢修平臺。人孔中心距平臺面的高度最少為450 mm，最大為

1 300 mm，最佳為800 mm[4，5]。

c）上下兩層平臺的凈空不應小于2.2 m。每段直梯的最大高度不應超過8 m。

d）兩個或兩個以上的塔（或立式容器）布置在一起，宜設置聯(lián)合平臺，其層高應根據(jù)各設備的人孔，嘴子高度和操作、檢修的要求綜合考慮，必要時可調(diào)整個別設備的嘴子，塔裙和基礎高度，以滿足聯(lián)合平臺的要求[5]。

4 材料表編制應注意的問題

4.1 開料順序

同一項目中，開料順序應一致，其順序為由優(yōu)到劣（如不銹鋼、合金鋼、碳鋼、其他材質(zhì)）；同一材質(zhì)中按壓力由高到低；同一壓力等級中，幾何尺寸由大到小。

支吊架型鋼材料的開列順序為軌道鋼、工字鋼、H型鋼、槽鋼、角鋼、方鋼、圓鋼、鋼板等。

4.2 材料數(shù)量精確度

材料表“數(shù)量”欄填寫所用材料的數(shù)量，其中“m、個、套、片、根、件、kg”等單位取整數(shù)；“m2”、“m3”取小數(shù)點后一位；“t”、“千塊”取小數(shù)點后兩位。

參考文獻：

[1] 李宇平.PDSOFT三維工廠設計軟件在乙苯項目設計中的應用.[J]. 當代化工，2010（5）：4-5.

[2] GB50160-2008，石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范[S].

[3] 蔡爾輔. 石油化工管線設計[M]. 北京：化學工業(yè)出版社， 1984： 159.

[4] 德姜，王懷義，丘平. 石油化工裝置工藝管道安裝設計手冊[M].北京： 中國石化出版社， 2014： 161.

[5] 《石油和化工工程設計工作手冊》編委會. 煉油化工工程通用設計[M]. 山東東營： 中國石油大學出版社， 2010： 694.