石化裝置管廊布置探討

王 妮 西南化工研究設(shè)計院有限公司 成都 610225任 瑞 中國成達(dá)工程有限公司 成都 610041

管廊是石化裝置設(shè)計中的重要組成部分，管廊上管道設(shè)計的合理與否將影響整個裝置的管道布置及正常運行。以某項目BDO 裝置內(nèi)管廊為例，探討管廊的布置與設(shè)計以及需要注意的問題。

1 管廊位置

一般石油化工裝置基本是在管廊兩側(cè)按流程順序布置。管廊形式根據(jù)設(shè)備的平面布置確定，以能在裝置內(nèi)處于聯(lián)系盡量多設(shè)備的位置為宜。某項目BDO 裝置占地185m×110m，裝置的復(fù)雜工藝決定了其進(jìn)出各單元的管道多而雜，工藝物料管線、公用工程管徑大。結(jié)合總平面布置，考慮到裝置所處位置、周圍環(huán)境等特點確定管廊形式，見圖1。

圖1 平面布置圖

2 管廊寬度

管廊的寬度主要由管線、電氣、儀表槽盒、操作通道等所需要的最小寬度來確定。管廊上還要預(yù)留寬度(原則上計算寬度的10% ～20%)。管廊中兩條平行的管道之間的凈距應(yīng)滿足能夠檢修的條件，任何突出的部位至另一根管子或突出的部位或隔熱層外壁的凈距不宜小于25mm，裸管管壁間距不宜小于50mm，在熱(冷)位移后隔熱層外壁不應(yīng)相碰。管廊寬度的估算公式:

式中，W 為管廊寬度，m;N 為設(shè)計初給出的管線數(shù);T 為設(shè)計初給出的管廊層數(shù)。

可根據(jù)公式算出單層管廊所需要的寬度。管廊一般為6 ～10m，超過10m 應(yīng)考慮在中間加一根支柱，形成三根支柱主副兩跨式管廊。該裝置內(nèi)管廊上管道布置密度不盡相同，且A 段管廊的北端連接著外管廊，此處管道相對較密。根據(jù)以上原則確定該管廊寬度為A 段南7.5m，北4.5m;B、D 兩段各為6m;C、E 兩段各為4.5m。

3 管廊高度

管廊的高度應(yīng)與整個廠區(qū)協(xié)調(diào)確定，跨越主干道的管廊梁頂距地面至少5.5m。當(dāng)管廊下方為消防、檢修通道時應(yīng)使管廊下的管道與地面的凈空不小于4.5m。如果在管廊下面布置泵，考慮泵的操作和維護(hù)，其凈空至少也需要3m。管廊上下層間距一般為1.2 ～2.0m，主要取決于管廊上多數(shù)管線的直徑。另外，還需要考慮裝置內(nèi)設(shè)備的管線進(jìn)入管廊所必需的高度。當(dāng)裝置的設(shè)備和管徑都很大，為防止管線出現(xiàn)不必要的袋型，管廊最下一層橫梁底標(biāo)高應(yīng)低于管嘴500 ～700mm。

雙層或多層管廊的層高主要根據(jù)裝置規(guī)模和管廊上最大管徑的管道來確定的。結(jié)合裝置的具體情況，管廊的設(shè)計高度分別是:A、B、D 段管廊各三層;C 段管廊由于南面連接變配電室，出來的電氣橋架較多，需單獨占用一層，于是C 段管廊設(shè)計為五層;最北邊的E 段管廊由于連接的是罐區(qū)，管道相對較少，所以設(shè)置為兩層。A 段管廊上有兩根大直徑的蒸汽管線(高壓蒸汽14″，低壓蒸汽12″)，因輸送距離較長，考慮到設(shè)置補(bǔ)償器需要一定的空間，所以第二層層間距設(shè)置為2.5m，其余各管廊的層間距為2m。

4 管道布置

在布置管廊上的管道時，應(yīng)綜合考慮管徑大小、設(shè)備位置、被輸送物料的性質(zhì)、儀表及電纜的安全等因素，對管廊上所有的工藝管道、公用工程管道、儀表及電氣電纜橋架進(jìn)行全面規(guī)劃。管廊管道布置的原則是:氣體管道、熱的管道宜布置在上層;液體的、冷的、液化烴、化學(xué)試劑及其他有腐蝕性介質(zhì)的管道宜布置在下層。危險性氣體、高溫氣體、低閃點介質(zhì)的管道盡可能遠(yuǎn)離電氣、儀表槽盒，避免影響電氣、儀表信號。綜上原則B 管廊頂層布置了30″的火炬總管和儀表、電氣橋架。二層靠柱子一端布置了高、低壓兩根蒸汽管線，中間為公用工程管線，一些工藝管線布置在第一層，見圖2。

圖2 B 段管廊管道剖面圖

管廊上還布置了一些特殊管道:頂層布置了管徑為30″的火炬總管，火炬總管中的可燃性氣體含有液滴，因此布置與一般化工管道有所不同?；鹁婵偣艿姆笤O(shè)要有3‰ ～5‰的坡度要求，所以應(yīng)在管廊上單獨高架敷設(shè)。由于裝置火炬管線的高度是依據(jù)火炬總管的高度而決定的，當(dāng)管廊上的總管已經(jīng)很高，那么裝置內(nèi)的火炬管線需坡向總管并斜插入總管后所要達(dá)到的高度是非常驚人的，相應(yīng)的管廊的柱子也需要抬得很高，結(jié)構(gòu)的柱子勢必做得很大，這樣會增加許多鋼材的費用，且影響美觀。于是采用另一種方案:增設(shè)火炬凝液罐，把火炬管線的高度降下來。具體做法是:火炬總管先排入凝液罐，再由凝液罐出來，進(jìn)入全廠火炬。管線坡度都坡向凝液罐，高度要能滿足凝液罐的要求，見圖3。

圖3 火炬主管增設(shè)火炬分液罐示意圖

5 管道支架的設(shè)置

敷設(shè)在管廊上的管道包括各種工藝管道和公用工程管道，多而且復(fù)雜，同時受到管廊結(jié)構(gòu)的梁及柱間距的限制，大管道支架間距常用6m，小管道支架間距用3m。在進(jìn)行管道設(shè)計時，無論是否進(jìn)行詳細(xì)的應(yīng)力分析，均需滿足允許跨距要求。管道下沉意味著疏水不暢，高溫管道的局部地方可能因疏水問題引起較大的溫差應(yīng)力，嚴(yán)重時會導(dǎo)致管線變形，所以支架的跨距要求更為嚴(yán)格。管廊上的不保溫管道不設(shè)管托，直接放在梁上;保溫管道及介質(zhì)溫度≥-10℃的保冷管道設(shè)一般管托;介質(zhì)溫度＜-10℃的保冷管道應(yīng)設(shè)保冷管托;小直徑管道敷設(shè)在大柱距管廊上時，可用大直徑管道進(jìn)行臨時支撐，以免下垂。

6 管道補(bǔ)償彎的設(shè)置

若管道的兩端不固定，允許其自由膨脹，管道的熱伸長量對管道的強(qiáng)度幾乎沒有影響。但在實際工程中，管道的兩端都是固定的，管道不能自由伸長，由于工作溫度的影響，管道會產(chǎn)生一定量的熱伸長。

在工作溫度為200℃、環(huán)境溫度為21℃時，40m 長、Φ273 ×7 的蒸汽供熱管道產(chǎn)生的熱伸長量可達(dá)到86mm。工程實際中，管道兩固定點的距離較長，若管道的伸長量得不到有效補(bǔ)償，將對管道及設(shè)備產(chǎn)生很強(qiáng)的破壞力。因此為了吸收和消除管道所產(chǎn)生的熱應(yīng)力，在管道設(shè)計中，必須考慮管道的熱補(bǔ)償，使管道具有足夠的彈性，以滿足設(shè)備或管道支架的受力要求。

首先，根據(jù)管徑、管道內(nèi)介質(zhì)的溫度來確定需要進(jìn)行補(bǔ)償?shù)墓艿溃缯羝偣芗案邷毓艿馈?/p>

(1)確定管道的膨脹量:管道的膨脹量=管道的膨脹系數(shù)×管道長度，線脹系數(shù)取決于管道的設(shè)計溫度和材質(zhì)。

(2)確定固定點的位置:假定固定點設(shè)在管道中間，根據(jù)管道的走向和分支來加π 型補(bǔ)償，先在管道兩頭四分之一處設(shè)固定點，核算兩固定點間的膨脹量不能超過200mm，因為受管托長度的限制(一般管托長250mm)，這樣管道在膨脹時，不會脫離管托。根據(jù)π 型補(bǔ)償線算圖，確定補(bǔ)償器的臂長和臂寬。通常裝置里的管道膨脹在裝置內(nèi)吸收，所以一般將固定點靠近進(jìn)出裝置邊界的管架上設(shè)置。π 型補(bǔ)償器盡量靠近兩個固定點的中部，為防止管道橫向位移過大，應(yīng)在補(bǔ)償器兩側(cè)距補(bǔ)償器彎頭約40D 處。

根據(jù)計算出的臂長和臂寬，管徑較大、溫度較高的補(bǔ)償管道布置在外側(cè)，反之在內(nèi)側(cè)，這樣便于成組地設(shè)置補(bǔ)償器。另外考慮到管道偏移量，π 型管道凈距應(yīng)比計算凈距大一些。π 型彎宜升高0.6 ～1.2m 于側(cè)梁上水平放置。但對于有坡度要求的管道必須直接水平設(shè)置，不允許升高。

7 管廊配管設(shè)計中需要注意的問題

管廊配管設(shè)計應(yīng)注意避免管線與結(jié)構(gòu)斜撐相碰撞，尤其對于管廊斜撐周邊應(yīng)力管線穿過時，如所留間距過小，在管道實際運行過程中，由于管線位移，仍有可能與斜撐碰撞。因此，當(dāng)管線需在斜撐周邊穿過時，要考慮管道隔熱層厚度、管線位移，留出合理的間距，避免實際施工過程中發(fā)生碰撞。

除非不可避免，閥門盡可能不要布置在管廊上。管道在進(jìn)出裝置處通常設(shè)有切斷閥和盲板，這些閥門和盲板應(yīng)集中布置并設(shè)平臺。

個別大直徑管道進(jìn)入管廊如改變標(biāo)高有困難可平拐進(jìn)入，并將該管道布置在管廊的邊緣;敷設(shè)在管廊上的管道改變管徑時應(yīng)采用偏心大小頭，保持管底標(biāo)高不變。

8 結(jié)語

管廊的布置是化工項目中經(jīng)常涉及到的一項工作，同時也是一項非常復(fù)雜的工作，為了使管廊美觀、使用率高，設(shè)計時需要依據(jù)這些原則，仔細(xì)研究，認(rèn)真對待，力求布置更合理、更經(jīng)濟(jì)。