淺談石油化工裝置工藝管道設(shè)計原則

張昊慧

（上海中玨石油化工工程有限公司, 上海 201100）

一、石油化工裝置工藝管道的材料選擇原則

石油化工工藝介質(zhì)比較特殊，具有易燃易爆有毒易腐蝕等特性。經(jīng)常會有高溫高壓，低溫等復雜工況。管材的質(zhì)量對管道運行的安全性及穩(wěn)定性有極大影響。故石油化工管道選材要：1基于介質(zhì)特性選擇。介質(zhì)特性指的是選用的材料要保證無毒，易燃性易爆性差，抗腐蝕性好。2滿足安全防護需要，要選擇符合科學的傳輸介質(zhì)要求的材料，要保證石油化工管道的溫度，壓力等參數(shù)符合相關(guān)行業(yè)規(guī)范，滿足實際使用壽命年限與日常維護需求。3材料的物理特性，化學特性，力學特性，機械特性和焊接特性要符合相關(guān)要求。4基于成本要求選擇。管道材料的設(shè)計應符合經(jīng)濟性，有充足的貨源，保證采購的順利進行。

二、石油化工裝置工藝管道布置原則

石油化工裝置工藝管道可大致分為：管廊配管設(shè)計；敷塔管線設(shè)計；容器配管設(shè)計；加熱爐配管設(shè)計；冷換設(shè)備配管設(shè)計；壓縮機配管設(shè)計；泵配管設(shè)計等。下面僅以管廊，泵，塔的配管設(shè)計為例。

（一）管廊的管道布置

裝置內(nèi)的管道多數(shù)采用架空鋪設(shè)，因此每條管道都需要支撐，為保證所有管道能長期安全運行，方便施工和檢修，這些架空管道需要成組敷設(shè)，其支撐構(gòu)架，稱為管廊。在設(shè)計上，管廊上進出裝置的管道標高和方位要與相鄰裝置或全廠性管廊協(xié)調(diào)；對于分期設(shè)計的裝置，管道布置應符合分期設(shè)計的要求；全廠性管廊應留有10%-30%的裕量并考慮載荷；以”大靠外，小居中”為大原則，將大直徑管道靠管廊柱子布置，小直徑，氣體管道，公用工程管道布置在管廊中間；需要熱補償?shù)墓艿辣M量布置在管廊一側(cè)，有利于集中設(shè)置π型補償器；以”高溫上,低溫下”為大原則，將高溫管道(介質(zhì)溫度大于等于250℃)易布置在上層，低溫介質(zhì)管道布置在下層。合理規(guī)劃設(shè)計管廊管道布置，既能節(jié)省空間，也能方便操作。

圖一：集中π彎

（二）泵的管道布置

在保證工藝PID要求的前提下，優(yōu)化泵進出口管線。機泵屬于高速運轉(zhuǎn)機器，管嘴受力敏感，一旦受到外力會發(fā)生變形，產(chǎn)生震動和噪音，嚴重的會引起軸承的燒毀和損壞。故泵的進出口管線對管口的作用力和力矩應符合制造廠或APIStd610的要求。泵的配管應量減少管道長度，減少彎頭數(shù)量，以達到減少壓力損失，防止汽蝕發(fā)生的目的。泵的入口管線不能出現(xiàn)氣袋，防止發(fā)生汽蝕，因此在布置上盡量做到步步低入泵。對于熱油泵，進出口應具有足夠的柔性以吸收熱漲。對于雙吸式離心泵，為保證泵軸兩側(cè)的推力相等，葉輪平衡，入口易留有3-5倍DN的直管段。對于水平吸入的離心泵，當進口管徑有變徑時，機泵前端水平管段變徑的大小頭宜采用頂平的安裝形式，并留出3-5倍DN的直管段，低點設(shè)置放凈，但對于含有固體顆粒的介質(zhì)或漿液時，大小頭應選擇底平安裝。泵出口的異徑管應靠近泵出口。泵的管道設(shè)計還要滿足泵檢修及支撐的要求。

圖二：雙吸泵進出口管線圖

圖三：水平吸入離心泵進出口管線圖

（三）敷塔管道布置

塔是用于氣相和液相間或液相和液相間的傳質(zhì)和傳熱的設(shè)備，是石油化工裝置中廣泛應用的設(shè)備。敷塔管線設(shè)計原則：①應滿足工藝管道及儀表流程圖②將塔周圍分為”操作區(qū)及管道區(qū)”，管道不得四周均布，且管道區(qū)一般不設(shè)置平臺，人孔，儀表，閥門宜布置在操作區(qū)。③管道規(guī)劃原則’宜上自下，宜大后小”，從塔頂部至底部進行規(guī)劃，先規(guī)劃大直徑及特殊要求的管道，再布置塔底及小直徑的管道。塔頂至冷換設(shè)備的管道宜步步低，不得出現(xiàn)”液袋”。塔頂為兩級冷凝時，管道布置應使冷凝液逐級自流，油氣總管與冷凝器入口分支管應對稱布置，達到均流的效果。塔側(cè)面的管線有閥門時宜直接和設(shè)備管嘴連接，減少閥門關(guān)閉后的積液。若有多個進料出料口時，管道設(shè)計應考慮柔性。塔底操作溫度一般比較高，布置塔底管道時，管道柔性應滿足有關(guān)標準或規(guī)范的要求。

圖四：某塔配管俯視圖及側(cè)視圖

三、管道支吊架選用及設(shè)置

支吊架是管道設(shè)計的重要組成部分，合理，正確的支吊架選擇，是裝置安全正常運行的保證。管道支吊架應在管道的允許跨距內(nèi)設(shè)置。支吊架的種類多種多樣，按其功能可分為：1承重管道荷載(剛性支吊架，滑動支吊架，滾動支吊架，可變彈簧支吊架，恒力彈簧支吊架)；2限制管道位移(固定支架，限位支架，導向支架)；3控制管道震動(減振裝置，阻尼裝置)。

舉例說明：沿塔和容器敷設(shè)的管道一般支架生根在設(shè)備外壁，從塔，容器頂部出來的管道或側(cè)線進出口的管道，應在靠近管嘴處的第一個支架位置設(shè)為承重支架，若載荷不夠，可再設(shè)置一個彈簧支吊架。承重支架之后，按照導向間距設(shè)置導向支架。但應注意。最后一個導向支架距管道拐彎處至少為1/3H(H為垂直管道的導向支架間最大間距)。

表一：垂直管道的導向支架間最大間距H

結(jié)語

石油化工管道的設(shè)計水平直接關(guān)系到裝置的安全運行及經(jīng)濟效益。管道設(shè)計的技術(shù)性和工作量大，前期嚴謹，合理的設(shè)計可以減少現(xiàn)場施工的更改，加快項目進度。要求設(shè)計人員不但要掌握設(shè)計規(guī)范，設(shè)計技巧也要理論和實際相結(jié)合，全方位考慮影響因素和注意事項，制定相對科學，合理，利于操作的設(shè)計方案。