石油化工裝置管道工藝的設(shè)計研究

摘要：管道是設(shè)備或元件間介質(zhì)傳遞的重要部件，是工業(yè)產(chǎn)品的神經(jīng)。管道的設(shè)計是工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計中最復(fù)雜、最繁瑣的部分。文章分別從管道設(shè)計中常見而又容易被忽視的幾個方面進行探討。

關(guān)鍵詞：石油化工裝置；管道工藝；元件間介質(zhì)傳遞

中圖分類號：TE682文獻標識碼：A

文章編號：1674-1145（2009）14-0143-02

管道設(shè)計在化工廠布置中成為主體專業(yè)，設(shè)計的依據(jù)即P＆ID，其內(nèi)容大致相同。如何在相同的依據(jù)前提下設(shè)計出安全合理的布置，除了掌握和運用好設(shè)計的規(guī)范性、常識性的知識外，還必須充分了解工藝意圖，滿足工藝生產(chǎn)要求?，F(xiàn)分別從管道設(shè)計中常見又易被忽視的工藝方面包括安全方面進行探討。

一、管道設(shè)計工藝問題

本節(jié)將主要從管道設(shè)計中常見而又容易被忽視的幾個方面進行探討。

（一）管道材料和分級

當高壓系統(tǒng)與低壓系統(tǒng)相連接時，兩個系統(tǒng)的壓力-溫度等級不同，其分界點應(yīng)按低壓（低溫）側(cè)閥門關(guān)閉時考慮管路等級劃分的界線，在一般詳細設(shè)計的P＆ID中已標明劃分的界線，但為確保管線器材材質(zhì)可靠性，可將具體的安裝方式分為以下三種情況。

1．壓力等級相同，材質(zhì)不同。特別說明：法蘭及墊片可采用低材質(zhì)，螺栓及閥門要采用高材質(zhì)。

2．材質(zhì)相同，壓力等級不同。特別說明：法蘭、墊片、螺栓及閥門可都采用高壓材質(zhì)。

3．壓力等級和材質(zhì)均不相同。特別說明：法蘭及墊片采用材質(zhì)為a的高壓等級，螺栓及閥門采用材質(zhì)為b的高壓等級。

（二）管道及閥門的布置

1．蒸汽吹掃管線。蒸汽吹掃管線是化工裝置中普遍存在的管線，為便于及時發(fā)現(xiàn)和判斷泄漏，不同的工藝管線應(yīng)分別連接蒸汽吹掃線。采用這種安裝方式的優(yōu)點是：當某條分支管泄漏時，可以僅將此條分支管上的切斷閥關(guān)閉，則不會影響其他分支管及蒸汽總管的運行。

2．采樣點的設(shè)置。采樣點設(shè)置應(yīng)滿足工藝的要求，應(yīng)設(shè)在主管上，且在分支前。不得在死角處采樣。要確保采出的樣品具有代表性，更不應(yīng)該在水平管的底部，防止鐵銹或其他異物堵塞采樣閥。詳見示意圖1。

（三）塔和容器的管線設(shè)計

1．依據(jù)工藝原理合理布置。

（1）分餾塔與汽提塔之間的管線布置。通常分餾塔到汽提塔有調(diào)節(jié)閥組，調(diào)節(jié)閥組應(yīng)靠近汽提塔安裝，以保證調(diào)節(jié)閥前有足夠離的液柱。

（2）分餾塔與回餾罐之間的管線布置。當分餾塔的塔頂壓力用熱旁路控制時，熱旁路應(yīng)盡量短且不得出現(xiàn)袋形，調(diào)節(jié)閥應(yīng)設(shè)在回流罐的上部。如圖2所示：

2．介質(zhì)相態(tài)的特殊要求

汽液兩相流的管道布置時，管道上的調(diào)節(jié)閥應(yīng)盡量靠近接收介質(zhì)的容器布置，減少管道壓降，避免管道震動。如圖3所示。由此可見，管線不可隨意布放。關(guān)注工藝圖是十分重要的。

（四）泵的管線設(shè)計

1．泵入口偏心異徑管的使用。泵吸入管道設(shè)計是確保泵經(jīng)常處于正常工作狀態(tài)的關(guān)鍵。當泵入口管系統(tǒng)有變徑時，要采用偏心大小頭以防變徑處氣體積聚，偏心異徑管的安裝方式如下：一般采用項平安裝，當異徑管與向上彎的彎頭直連的情況下可以采用底平安裝，這種安裝方式可以省去低點排液。

2．泵入口管線的設(shè)計。布置泵的入口管線時要考慮到幾個方面的因素：

（1）泵的入口管支架的設(shè)置。如泵的進口在一側(cè)，則泵的入口管支架應(yīng)是可調(diào)式，且入口管及閥門位置在泵的側(cè)前方。

（2）氣阻。進泵管線不得有氣阻，這一點很容易被忽視，某些布置雖符合工藝流程圖，但在局部會產(chǎn)生氣阻現(xiàn)象，從而嚴重影響泵的運行。

（3）管道柔性。泵是回轉(zhuǎn)機械，管道推力作用在管嘴上會使轉(zhuǎn)軸的定位偏移，因此管道設(shè)計要保證泵嘴受力在允許數(shù)值內(nèi)。塔底進泵的高溫管線尤其需要考慮熱補償。

（五）冷換設(shè)備的管線設(shè)計

1．逆流換熱。冷換設(shè)備冷水走管程由下部進入，上部排出。這樣供水發(fā)生故障時，換熱器內(nèi)有存水，不致排空。如作為加熱器時用蒸汽加熱，蒸汽從上部引入，凝結(jié)水由下部排出。

2．安裝凈距。為了方便檢修，換熱器進出口管線及閥門法蘭，均應(yīng)與設(shè)備封頭蓋法蘭保持一定距離，為方便拆卸螺栓凈距一般為300mm。

3．熱應(yīng)力。換熱器的固定點一般是在管箱端，凡連接封頭端管嘴的管道必須考慮因換熱器熱脹而位移的影響。重沸器返回線各段管線長度的分配要恰當，可以防止設(shè)備管嘴受力過大。

（六）儀表元件的布置

設(shè)備上的儀表管口開口方位除了工藝特殊要求外，還要考慮到測量的準確，及方便控制，例如容器上的壓力表與安全閥易放在同一側(cè)。

還有一點容易被忽略，在管徑≥DN100的配管彎頭上裝設(shè)溫度計時，順介質(zhì)流向插入和逆介質(zhì)流向插入是有差異的。顯然，逆介質(zhì)流向插入是合理的。

（七）管架設(shè)計

1．減少彈簧架。彈簧架比普通架價格要貴，且彈簧在長期工作狀態(tài)下還有失效的問題，因此彈簧架不如鋼性架耐用可靠，管架設(shè)計應(yīng)力求少用彈簧支架。

2．沿塔敷設(shè)的管線。沿塔敷設(shè)的管線，一般只設(shè)一個承重支架，支架頂距塔頂封頭焊縫線（或第一塊塔盤支撐圈梁處）為150mm，如一個承重支架荷重過大時，可設(shè)第二個承重支架，這時，第二個承重支架應(yīng)該設(shè)彈簧吊架，其余每隔一定間距設(shè)導(dǎo)向支架。提示：H值應(yīng)不大于規(guī)定值，最下部的導(dǎo)向支架距水平管的距離不小于1／3H，塔回流線與塔壁的溫差較大時，所產(chǎn)生的相對伸長量也大。在水平管段上的第一個支架有垂直位移，應(yīng)設(shè)彈簧支架，如果L較長，足夠吸收相對伸長量時，可設(shè)導(dǎo)向管卡。

3．設(shè)計中的安全問題。石油化工裝置多以石油、天然氣及其產(chǎn)品為原料進行加工處理，以得到社會所需各種產(chǎn)品。裝置的原料和產(chǎn)品多屬可燃、易爆、有毒物質(zhì)，裝置必然存在著潛在的火災(zāi)、爆炸和中毒危險。這不只是由于石油化工裝置較其他設(shè)施有過程復(fù)雜、條件苛刻、制約因素多、設(shè)備集中等特點，還有社會的、經(jīng)濟的、管理的原因[3]。

管道器材防護失效造成泄漏的原因，不外乎機械破壞、腐蝕和密封失效[4]，這正是管道設(shè)計安全的要害。了解并處理好這些問題是管道安全設(shè)計者的責(zé)任。具體可以從材料選擇安全、工程設(shè)計安全、工藝路線的安全選擇幾個方面加以控制。

二、結(jié)論

綜上所述，要完成一個安全合理的工程設(shè)計，是要求工程設(shè)計人員具備科學(xué)的設(shè)計理念，在充分理解和掌握規(guī)范性、常識性的原則前提下，吃透其工藝意圖和生產(chǎn)要求，具體情況具體分析，結(jié)合以往的工作經(jīng)驗，有針對性地對待某些特殊情況，善于總結(jié)，開拓思路，完善和提高設(shè)計水平。

參考文獻

[1]李鈺，李懋星.石油化工生產(chǎn)裝置工藝外管架的設(shè)計[J].化學(xué)設(shè)備與管道，2008，（3）．

[2]李曉濱，謝曉宇，張曉安．石油化工廠區(qū)工藝外管道的設(shè)置[J]．河南化工，2005，（22）．

[3]陳讓曲，張愛顯，張煌．石油化工裝置管道設(shè)計安全[J]．煉油技術(shù)與工程，2004，34(2)．

作者簡介：劉斌章（1970- ），男，南京金凌石化工程設(shè)計有限公司工程師，研究方向：石油化工工藝及管道安裝設(shè)計。