石油化工管道設計要點分析

張濤

摘 要：只有合理地設計石油化工管道，才能保證后期安裝管道工作的順利開展，并且石油運輸過程所需要的費用和石油化工管道安裝情況也有著重要的聯系，因此，應當確保合理設計石油化工管道，提升設計水平。

關鍵詞：石油化工;管道設計;設計要點

化工工程對于我國經濟發展以及社會建設等領域發揮著重要作用。由于其性質的特殊性，在操作中會有一定的危險，特別化學物質處理方面，一旦操作不當，就會造成泄漏，對操作人員甚至當地居民的安全造成威脅。對于管道以及材料的優化設計是化工工程建設的重要保障，因此對化工工程的管道優化設計進行分析，并對材料優化提出建議。

1 影響石油化工管道設計效果的主要因素

1.1 密封效果

現階段我國石油化工企業主要采用的密封方法是管道法蘭密封盒閥門密封方式，這種密封方式對于管道因為腐蝕而出現泄漏的情況有著很強的預防效果。通常最終的密封效果直接受到所選法蘭密封材料結構形式和剛度等影響。這也從一定程度上說明石油化工管道設計質量受到實際密封效果的影響。根據實踐經驗可知，如果石油化工管道出現位移的情況，那么其安全性也就無從保障。當前我國很多企業的石油化工管道都存在不同程度的泄漏問題，管道的質量在閥門和法蘭泄漏量達到2/3的時候會出現嚴重的問題，可能出現難以預估的后果，可見，石油管道設計中影響密封性的主要因素就是閥門和法蘭。

1.2 物理損害

在實際使用過程中，受到溫度的影響，管道可能會出現一定的受損情況，這些損害是由于物理原因造成的。管道材料結構受到低溫環境的影響脆性會增加，導致降低了其沖擊韌性，甚至可能出現管道斷裂的問題。管道材料受到高溫環境的影響，結構可能會出現一定變化，容易出現脆化、蠕變失效等問題，內部結構甚至可能會惡化導致管道無法正常使用。此外，金屬材料在溫度周期不斷變化過程中會出現不同程度的損傷甚至斷裂，對石油化工管道安全性產生危害。

1.3 腐蝕問題

石油運輸管道安全的另一影響因素是腐蝕問題。根據性質的不同，腐蝕可以分為應力腐蝕、局部腐蝕、大氣腐蝕、均勻腐蝕。不同管道因為材料和所處環境的不同其所遭受的腐蝕程度會不同，抗腐蝕程度也不同。石油化工管道需要較長時間的化學反應才能出現腐蝕表象，環境是影響腐蝕情況的重要因素，很難有效地預防這種腐蝕變化，所以泄漏問題也難以得到全部解決。

2 石油化工管道的設計要點

2.1 石油化工壓力管道應力分析的設計要求

在進行管道應力分析設計時，需要注意管道布置的問題，為了提升應力分析與設計的方便程度，工作人員可以調節管道空間走向與支架數量，選擇科學的支架形式進行管道連接，盡可能避免管道熱脹冷縮出現泄漏現象。一旦管道柔性不夠，在推力過大時就可能使設備變形、管道支架移動，最終導致管道斷裂，所以要注重管道布置的合理性。另外，判斷管道柔性是否達標，需要分析管道應力及其作用力，具體可以從三方面入手進行判斷。第一，在內壓和外在作用下，管道會出現一次應力，一次應力應該高于材料所需應力，通常情況下，只需按照規定進行管道選擇即可承受一次應力。當出現持續外在應力時，管道也可憑借支吊架的作用抵擋受力。第二，管道熱脹冷縮時會出現二次應力，此應力應該小于材料膨脹的許用應力承受范圍內，當管道二次應力超過范圍，而一次應力小于管道所需應力時，可以將一次用力加入許用應力，達到提高許用應力范圍的目的。第三，對于氣壓機、汽輪機等機械的管道而言，出口嘴上的管道推力與力矩在制造商提出的允許規定內即可。

2.2 化工工程設備的優化設計

在化工工程設備的優化設計過程中，首先就是對設備進行布置設計，這也是化工工程設備優化設計的第一步，只有將管道以及各類設備按照自身屬性功能進行完善布置后，才能開始接下來的一系列流程。在對化工設備管道進行布置時，必須要考慮其與工藝設計本身的協調性，必須要按照工藝流程進行布置，其次，化工設備的布置需要遵循不同功能對應相對設備這一理念。化工設備分為主要設備和輔助設備兩種，在設備的優化設計中，需要對兩個種類的設備進行科學化的放位設計，一般對于設備的擺放都是從通透程度，光線照射狀況等因素進行考慮，并且在設備的使用中，要按照流程進行科學規范操作，避免造成設備的損壞?；ぴO備在布置過程中，必須要充分考慮其位置的可操作性，爭取做到外觀的統一，這不僅是為了追求協調美觀，更是為了減少外觀因素對于實際操作造成的影響。在有些操作生產過程中，比如在對于泵的出口管進行優化設計時，必須要做到出口管排列一致，管口對齊，只有這樣才能減少由于設計環節導致的操作失誤，并且可以為操作人員提供一個好的操作環境。在對于化工工程設備的優化環節中，以上幾點是基礎的設計流程，在實際的操作過程中，可以根據操作所需對設計進行相應的改變，達到減少操作失誤提高建設質量的目的。

2.3 加熱爐轉油線

在設計加熱爐轉油線時，應該考慮到減壓蒸餾裝置布置問題，塔前蒸發段直管應該大于15m，各分支管需要對稱布置，這樣利于對轉油線進行應力計算。在具體設計時，可以將爐出口前的爐管作為參考部分，之后將支架設置在圓筒爐的立管頂部，將導向管套設置在下部回彎頭處，這樣即便管道發生熱脹下移，也不會對上部連接管產生影響。頂部支架可以設置為承重支架，這樣可以提高活動范圍，活動范圍應盡量保持在50mm 內，這樣既可以提高管道柔性，也利于實際現場操作。在操作帶有再生或燒焦系統的轉油線時，需要結合管道自重與垂直方向位移問題進行具體分析，尤其吊架設計方面，要先進行條件計算，之后再核算管道柔性。

2.4 加強對管道材料的重視

為保證管道使用的安全性，應當合理選擇施工材料。工作人員要重視材料的選取，充分考慮材料運行的安全性和企業實際情況，從而保證管道使用安全的同時提高管道工程經濟效益和社會效益。在進行管道材料選擇中，應當提高調研市場情況，對實際情況進行充分了解，加強對不同材料的對比，選擇物美價廉的材料。這就需要工作人員按照規定的要求進行操作，確保管道材料達到規定的標準。在采購期間，工作人員要向廠家提供相應的文件，了解管道材料具體信息，并對搜集來的材料進行歸檔，這樣不但有利于后期對材料的復查，而且能夠對管道設計提供參考依據。由于管道材料不同，使得使用性能有著較大差異，工作人員需按清單上的要求進行采購，并對管道材料進行歸類，這樣施工人員在對管道進行安裝時更為便利，還能充分發揮管道材料的使用性能，進而提高管道材料的安全性。

2.5 汽輪機與氣壓機進出口連接管道

氣壓機這類高速轉動設備的管道連接要求較高，不僅需要預留機器膨脹裕度，還要盡量使部件位置緊湊。所以具體進行管道布置設計時，要在管道滿足應力設計需求的基礎上，達成出口嘴的允許受力要求?？梢栽诰嚯x出口嘴較近的位置放置固定支架，管道方向盡量與出口嘴的位移方向一致。例如出口嘴向下，可以在下方設置彈簧支架。同時要限制對嘴口的力矩與作用力，為了防止管道發生激烈震動和側向位移等問題，一定要和設置導向支架，并對支架的負荷進行計算，盡量減少嘴口的受力程度。

2.6 化工工程管道優化設計

化工管道對化工材料運輸方面起著重要作用，所以也是化工工程設計的重點研究對象之一。在對化工工程管道的優化設計過程中，有以下幾點注意事項，第一，就是管道的安裝，在安裝過程中，需要提前進行計算，規劃位置，對管道進行合理布局，避免在安裝時出現問題，管道的安裝，首先要對管道后續維修檢查工作進行考慮，所以管道布置需要有很大的操作空間，對管道進行架空處理，可以使維修人員對管道進行全方位的檢查，第二，在管道的布置過程中，需要對管道的各項數據進行考察，如耐腐蝕性耐久度等，并且注意管道與管道之間的距離，使管道在實際運用階段發揮其應有的效果。

3 結語

石油化工管道設計是石油化工裝置中的極其重要的組成部分。設計者在管道設計中要把安全問題放在首要位置上，要嚴格按照管道設計的相關要求，結合使用工況和自身的工作經驗，保證管道設計的安全合理，采取針對性的措施防止各個因素對管道的影響，確保管道成為石油、天然氣等化工產品的安全運輸途徑。這樣才能有效減少生產安全事故的發生和安全威脅，降低設計成本及建設成本，才能不斷完善和提高自身的設計水平。

參考文獻：

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