石化裝置內(nèi)管廊布置及設計淺析

李 瑕

(中石化寧波工程有限公司，浙江 寧波 315103)

石化裝置內(nèi)管廊布置及設計淺析

李 瑕*

(中石化寧波工程有限公司，浙江 寧波 315103)

結(jié)合某甲醇裝置內(nèi)管廊設計實際經(jīng)驗，從內(nèi)管廊布置的形式、設計參數(shù)、注意事項等方面進行分析和總結(jié)。

內(nèi)管廊布置 ； 設計參數(shù)；石化裝置

在石化裝置中很多管道被集中在一起，沿著裝置設備進行布置，從而形成和走廊類似的樣子，即管道走廊，簡稱為管廊。管廊設計的是否合理直接關系到裝置施工、操作、維修和投資等方面，本文結(jié)合工程實踐對石化裝置中內(nèi)管廊的布置及其設計進行淺析，望對今后的工作有所借鑒。

1 甲醇裝置內(nèi)管廊概述及特點

該甲醇裝置工藝由DPT設計，采用天然氣生產(chǎn)精甲醇，日產(chǎn)量為2590噸。其工藝單元主要有原料氣脫硫、合成氣制備、甲醇合成、甲醇精餾及蒸汽系統(tǒng)等。該甲醇裝置位于廠區(qū)中心，布置在南北長127米，東西寬162米，總占地面積約20574米2的區(qū)域內(nèi)。在該裝置內(nèi)管廊上敷設的管道主要有蒸汽管網(wǎng)及冷凝液系統(tǒng)管道(主要特點是管徑大、溫度高，很多都是DN500以上、400℃以上的管道)、燃料氣管道(包括天然氣、轉(zhuǎn)化氣、合成氣等高溫高壓大管徑管道)、甲醇介質(zhì)管道(主要特點是易燃易爆，火災危險大)以及公用工程管道。這些管道中，70%的都是應力管線，而且管徑大，溫度高。因此在其管廊布置時，要重點考慮管線應力要求、管廊寬度、層高、荷載等要素，使其管廊整體布置不僅滿足裝置要求，還要滿足其經(jīng)濟合理、維修方便、整齊美觀等要求。

2 管廊布置形式

管廊布置形式應由其經(jīng)濟性、操作、檢維修、占地大小等各種因素來決定，其形式有一端式、“L”型、“T”型、“U“型以及其幾種形式的組合，但各種形式也都由其裝置特點來決定。

該甲醇裝置中，根據(jù)其工藝流程及占地情況，管廊采用“U”型與直通式相結(jié)合的布置形式，如圖1。在轉(zhuǎn)化單元右側(cè)采用了直通式管廊，其工藝和公用工程管道從兩側(cè)進出。在裝置中心則采用了”U“型管廊，其余各工藝單元則根據(jù)占地面積順流程布置在管廊的一側(cè)，使得整體布局既方便操作維修，又整齊美觀。

圖1 某甲醇裝置組合形管廊示意圖

其中一端式和直通式是管廊的基本形狀，其它L型、T型、U型等形狀較復雜的管廊，可看成是幾個基本形狀的組合，這些管廊的形狀雖然分別適應不同程度的大型裝置或者聯(lián)合裝置的需要，但并不是一成不變的，只是基本形狀不改變而已。

3 管廊設計參數(shù)

3.1 管廊結(jié)構(gòu)材料

管廊的結(jié)構(gòu)材料一般采用鋼筋混凝土柱子架鋼梁或者全部鋼結(jié)構(gòu)的材質(zhì)。某甲醇裝置采用了全部鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)的管廊，這是由于鋼筋混凝土柱子橫截面大而導致占地大，且不美觀，設計過程中對于管道設置支架也不方便，而鋼結(jié)構(gòu)則易于工廠加工、安裝速度快、構(gòu)件斷面較小，因此全鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)的管廊越來越被廣泛使用。

3.2 管廊寬度

(1)管廊的寬度不僅取決于管廊上管道數(shù)量的多少和管徑的大小，還取決于管廊上面和下面布置設備的情況。該甲醇裝置內(nèi)管廊上面布置有兩臺空冷器，下面布置有12臺離心泵，故其管廊寬度要與空冷器的柱子間距相同(空冷器柱子間距為12米)，以便于空冷器的布置與受力。另外，還要考慮泵的操作和檢修通道的寬度。

(2)在基礎設計階段，根據(jù)工藝提供的工藝管道及儀表流程圖(簡稱PID)繪制出整個裝置的管道走向系統(tǒng)圖，由管道走向系統(tǒng)圖可以確定管廊上管道數(shù)量和管徑的大小，并選擇其中管道最大密度處計算該處管間距的總和，得出所需要的管廊寬度。此時還應考慮留出10%～20%的增添管道的余量，以作擴建、改建之用。最終確定該甲醇裝置管廊所需寬度為12米。由于12米已超過了管廊柱子的跨度，影響柱子受力，采取了在中間6米處新加一排支柱，形成三柱式管廊。

(3)由于整個管廊的管道布置密度并不相同，通常在首尾段管道數(shù)量較少，此時可以減少首尾段的管廊寬度或者減少層數(shù)。

3.3 管廊高度

(1)根據(jù)《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》的規(guī)定，管道及其桁架跨越廠內(nèi)鐵路線的凈空高度不應小于5.5米，跨越廠內(nèi)道路的凈空高度不應小于5米。管廊下的檢修通道高度不低于3米。當管廊有桁架結(jié)構(gòu)時要按照桁架底部標高計算。該甲醇項目中，裝置主管廊與外管廊銜接時橫跨工廠道路，設計時在此處設置了15米寬的桁架，桁架底部標高為8米，見圖2所示。

圖2 某甲醇裝置管廊桁架示意圖

(2)為有效利用管廊空間，多在管廊下布置泵，考慮到泵的檢修和維護，至少需要3.5米的空間。若管廊下還布置換熱器時，應考慮換熱器的安裝高度及其上方配管所需的空間。而在該項目中，由圖1可看出，裝置主管廊下布置有多臺泵設備，但同時該主管廊還橫穿裝置道路，將裝置主管廊的底部標高確定為5.5米，見圖2所示。

(3)當管廊采用雙層或多層時，上下層間距需根據(jù)裝置規(guī)模和管廊上最大管道的直徑來確定，一般2.4米為宜且不小于1.2米。該甲醇裝置管廊上多為DN500以上的大直徑管道，而層間距的設置必須保證這些大直徑管道能夠順利通過管廊，因此最終將管廊層間距調(diào)整為2.5米，該管廊的層標高分別為5.5米、8米、10.5米、15.5米，最后兩層管廊標高增大主要是由于火炬管道放置在了12米的標高上(為滿足安全閥排出口能夠順流向火炬總管的頂部)。

(4)若管廊改變方向或者兩管廊垂直相交，其高度差一般為0.75米～1.05米為宜，但同時也必須滿足最大直徑管道改變走向時所需空間。

3.4 管廊跨度

管廊的柱距是由敷設在其上的管道因垂直荷載所產(chǎn)生的彎曲應力和撓度所決定的，其跨度一般為6～9米。同時還要在管廊柱間距間布置次梁，以解決鋪設在管廊上的小管道因垂直荷載產(chǎn)生的彎曲和撓度。次梁跨距的大小由敷設在其上的最小管道的允許跨度所確定的。一般管廊上管道允許的最小管徑為DN40或DN50(不同項目其統(tǒng)一規(guī)定要求不同)，而這類管線最大允許跨距在3～4米之間，因此通常情況下次梁跨距取3米。若由于特殊原因部分次梁跨距不能滿足3米，在滿足小直徑管道跨距的情況下可以與土建專業(yè)協(xié)商更改其跨距，滿足設計要求。該甲醇項目中，經(jīng)土建專業(yè)核算，管廊柱距取6米，在橫穿主裝置道路時，由于道路寬度為6米，因此局部橫穿道路的柱距取為9米。該項目統(tǒng)一規(guī)定要求管廊上敷設的管道最小口徑為DN40，同時又由于該管廊上大口徑管道較多，荷載較大，最終管廊按照“米”字形布置，在3米處均設置了次梁(在滿足管道跨距的條件下，局部與大口徑管道相碰撞的次梁進行了調(diào)整)，加強管廊穩(wěn)定性，如圖3所示。

另外，在設計管廊時，由于頂部裝有兩臺鼓風式空冷器，長度為96米，寬度與主管廊間距相同，因此在標高22.5米處設置了空冷器的檢修平臺。根據(jù)《石油化工工藝裝置布置設計規(guī)范》規(guī)定，設備構(gòu)架或平臺的相鄰安全疏散通道之間的距離不應大于50米，由此設計時管廊上考慮了4個直爬梯，以滿足設計規(guī)定要求。

圖3 某甲醇項目柱距與次梁設置示意圖

4 注意事項

在管廊設計中，部分管線需設置固定支架，保證管道在三個軸線方向上不允許有線位移和角位移，此處的支撐梁一般受力很大，為增強其牢固性，土建專業(yè)均會在縱梁上設置斜撐。常見的斜撐一般有“人”字型和“V”字型兩種型式，當土建專業(yè)根據(jù)荷載條件返回管廊結(jié)構(gòu)后，配管專業(yè)人員需要特別注意管廊斜撐與管線是否發(fā)生碰撞，若有碰撞的問題則調(diào)整管道或者與土建專業(yè)協(xié)商修改斜撐型式。

另外，由于管廊大多數(shù)管線都是通過支架敷設在管廊梁上，而支架的高度一般在100～250mm之間，界區(qū)口處管廊設置時要尤其注意大口徑管道在平臺上其閥門法蘭是否能夠正常安裝，避免發(fā)生法蘭與平臺相撞的情況。

5 結(jié)束語

綜上所述，裝置內(nèi)管廊的設計不僅要考慮符合工藝流程、設計規(guī)范、操作方便，還要最大限度地滿足用戶的要求，而且也應為將來的改擴建留有一定的余地和空間。因此其布置合理性不僅關系到裝置布局的整齊美觀和經(jīng)濟合理，還關系到裝置的安全生產(chǎn)、操作和維修的方便，是裝置設計的重要環(huán)節(jié)之一。

[1]中國石油化工集團公司.GB 50160-2008 石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范[S]〗.北京：中國計劃出版社，2009.

[2] 中國石油化工集團公司配管設計技術中心站.SH3011-2011 石油化工工藝裝置布置設計規(guī)范[S].北京：中國石化出版社，2011.

(本文文獻格式：李 瑕.石化裝置內(nèi)管廊布置及設計淺析[J].山東化工，2016，45(12)：151-153.)

2016-04-25

李 瑕，工程師，2006年畢業(yè)于中國石油大學(華東)過程裝備與控制工程專業(yè)。主要從事設備布置和管道布置工作，

TQ055.8

A

1008-021X(2016)12-0151-03