石油化工多層管廊管道布置的要點(diǎn)

楊靖梁(中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315000)

0 引言

隨著中國(guó)石化企業(yè)煉廠一體化項(xiàng)目的實(shí)施，化工廠改造、擴(kuò)建項(xiàng)目與日俱增，管廊作為裝置之間，裝置與罐區(qū)之間的連接通道，大型化工廠多層管廊段管道的布置關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量，裝置與設(shè)備的耐久度及工廠的能耗、利潤(rùn)、安全等各個(gè)方面。因此，多層管廊管道的布置需要做到標(biāo)準(zhǔn)化、合理化。

1 多層管廊及管道的分類

1.1 多層管廊的分類

管廊材料分為三種，包括鋼筋混凝土、鋼結(jié)構(gòu)以及組合式管廊。每一種類型的管廊的實(shí)際應(yīng)用方向、領(lǐng)域以及限制條件均存在較大的差異，通常情況下，會(huì)根據(jù)所使用的環(huán)境和承接設(shè)備來(lái)選擇。其中前兩者應(yīng)用較為廣泛，前者成本、抗腐蝕性好、外形簡(jiǎn)單，屬于非改造型管廊。不僅如此，鋼筋混凝土、鋼結(jié)構(gòu)的管廊自身的應(yīng)用特征較為明顯，對(duì)于關(guān)聯(lián)的建筑的并無(wú)太多特殊的要求。在日常石油化工工作執(zhí)行的過(guò)程中，可以與單層管廊搭配使用，形成完整、系統(tǒng)的管道布置結(jié)構(gòu)，一定程度上可以進(jìn)一步提升整體的工作效率和質(zhì)量。后者在化工廠應(yīng)用更為普遍，其特點(diǎn)是搭建快、成本高、穩(wěn)定性強(qiáng)，抗震動(dòng)性能好后期改造搭建更為方便[1]。但是需要注意的是，對(duì)應(yīng)的關(guān)聯(lián)性相對(duì)不高，由于組合式管廊的接口較多，雖然利于日常的布設(shè)接入，但是在復(fù)雜的環(huán)境下，布設(shè)目標(biāo)的實(shí)施還是存在一定的難度的，極易出現(xiàn)偏差，所以，日常的安裝與接入需要搭配精密儀器使用，才能更好地完成搭建目標(biāo)。

1.2 多層管廊管道種類

工藝管道是指用于輸送各類油品的管道，包括原油、成品油、半成品油、溶劑油、化學(xué)清洗劑、互供原料、以及裝置運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的含油污水、廢水、煙氣等管道。工藝管道的空間較大，且管道的直徑必須達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)的范圍之內(nèi)，才能確保液體的雙向自由流動(dòng)運(yùn)輸。

公用工程管道主要可以劃定為兩種類型，分別是氣體工程管道和液體工程管道。氣體工程管道包括凈化壓縮風(fēng)、非凈化壓縮風(fēng)與氮?dú)夤艿?，主要是用于輸送工業(yè)廢氣，具有一定的凈化排放作用。氣體工程管道內(nèi)部需要粘貼隔離薄膜，降低廢氣對(duì)于管道的侵蝕與影響，以此來(lái)延長(zhǎng)管道的使用壽命。液體工程管道包括蒸汽、凝結(jié)水、除氧水、除鹽水、新鮮水、以及生活給水等管道。主要是由儀表槽架、雙層支護(hù)支柱以及電纜槽架所組成，用以排放各種各樣的液體，以達(dá)到清理、疏通的實(shí)際效果。

2 多層管廊管道布置原則

2.1 單層管廊管道的布置原則

一般來(lái)說(shuō)，同一層管廊內(nèi)的管道平面布置按工藝流程順序進(jìn)行排列。原料油、成品油、半成品油管道布置在管廊靠近裝置一側(cè)，管廊中間部分布置公用工程管道。對(duì)于管徑粗，重量高的管道要布置在支柱上方管架上，目的是降低橫梁承受的彎矩，直徑小重量輕的管道布置在管廊中央。

兩根平行布置的管道，一根管道的任何突出部位與另一根管道的突出部位或保溫外層之間的間距不應(yīng)小于25 mm，兩根裸管管壁之間應(yīng)至少保持50 mm凈距，這樣布設(shè)的目的是使管道更多地作用于內(nèi)部排放，外部壓力的增加一定程度上可以加快管道內(nèi)部液體、氣體的流通，提升整體的運(yùn)輸速度，確保冷熱位移后的外壁不會(huì)相碰[2]，如圖1所示。

圖1 平行布置管道的管廊

由于管道在輸送物料時(shí)，會(huì)受到介質(zhì)溫度和環(huán)境溫度的影響會(huì)產(chǎn)生熱脹冷縮現(xiàn)象，因此部分管道需要進(jìn)行熱補(bǔ)償，需對(duì)管道進(jìn)行整體分析，設(shè)計(jì)合理的補(bǔ)償方案。

2.2 多層管廊管道之間的布置原則

化工廠內(nèi)管道輸送的介質(zhì)種類繁多，溫度壓力、性質(zhì)也不相同，管道在布置時(shí)需全面考慮特征特性?？梢栽诔跏嫉慕Y(jié)構(gòu)之上，安裝一個(gè)小型的單層管廊，將其與多層管廊重疊連接，形成區(qū)域性的回流限制裝置。對(duì)于多層管廊，上層一般布置公用工程管道和氣體管道，下層管廊通常布置低溫、液態(tài)、化學(xué)藥劑、以及有腐蝕性管道，后兩者防止管道發(fā)生滴漏情況時(shí)對(duì)其他管道造成腐蝕。

通常冷熱管道布置時(shí)盡量分開布置，不得已時(shí)，熱管在上，冷管在下，其保溫層外表面的間距上下并行時(shí)一般不小于0.5 m，交叉排列時(shí)不應(yīng)小于0.25 m。但是考慮到由于外部因素的影響，部分管道單管的溫度會(huì)出現(xiàn)持續(xù)上升的情況，所以，可以將上下并行的距離進(jìn)行適當(dāng)延伸，避免造成關(guān)聯(lián)性的損壞。公用工程管道，比如氮?dú)?、蒸汽、氫氣、燃料氣、壓縮空氣、伴熱熱水、冷凝水、凈化水、以及與裝置上方連接的火炬放空管道常布置在中層或上層[3]，如圖2所示。

圖2 公用工程管道的布局

2.3 管道相遇時(shí)的避讓原則

當(dāng)不同的管道在設(shè)計(jì)和施工相遇時(shí)，管道的避讓原則如下：當(dāng)小管與大管兩根管道相遇時(shí)，應(yīng)優(yōu)先布置大管。主要的原因分為兩種：其一是內(nèi)部結(jié)構(gòu)建設(shè)的需要。通常情況下，大管的運(yùn)輸、排放量相對(duì)較大，所承受的排放壓力和承載力也較高。此時(shí)，將小管安裝在大管之下，在高壓的作用之下，極有可能造成下部小管的破裂、斷裂，形成關(guān)聯(lián)性的損壞，影響石油化工企業(yè)的日常工作，嚴(yán)重的甚至?xí)纬山?jīng)濟(jì)損失。其二是建設(shè)成本的需要。因?yàn)樾」芾@彎容易且造價(jià)低，而為了加快液體、氣體的排放速度，在建造的過(guò)程中，一般會(huì)將大管制做成直立管道，繞彎情況相對(duì)較少；當(dāng)壓力管遇無(wú)壓管時(shí)，壓力流管道應(yīng)讓重力流管道，因?yàn)橹亓α鞴艿栏淖兤露群土飨驎?huì)對(duì)管內(nèi)流體流動(dòng)產(chǎn)生的影響較大；其三便是溫度問(wèn)題的需要。石油化工管道的建設(shè)一般會(huì)以單項(xiàng)熱管和冷管組合穿插的模式來(lái)實(shí)現(xiàn)。這種模式也是為了更好的平衡排放過(guò)程中出現(xiàn)的外部壓力，降低管道的破裂率。不僅如此，當(dāng)常溫管道遇非常溫管道時(shí)，冷水管要讓熱水管、常溫管要讓保溫管，因?yàn)楣軆?nèi)介質(zhì)高于常溫需要考慮排氣、低于常溫時(shí)要考慮防結(jié)露保溫[4]。

此外，管道相遇的避讓原則還有：工程量小的讓工程量大的管道，檢修次數(shù)少的方便的讓檢修次數(shù)多的和不方便的管道，給水管讓排水管，分支管讓主干管，氣體管讓水管，施工簡(jiǎn)單的讓施工難度大的管道，臨時(shí)管讓永久管，新建管讓已建成管等等。

2.4 工藝管道的布置方法

將工藝管道首尾兩端所連接的設(shè)備視為標(biāo)準(zhǔn)高度的上下兩層，根據(jù)兩層標(biāo)高所布置的管道做到“步步高”或“步步低”。

通常液體管道布置在管廊下層，氣體管道布置在管廊上層，氣體管道的分支應(yīng)從主管頂部支出。當(dāng)管道內(nèi)輸送的油品為有毒介質(zhì)時(shí)，管道上應(yīng)標(biāo)有有毒介質(zhì)標(biāo)識(shí)以區(qū)別其他管道，通常情況為防止泄漏情況都采用焊接連接。當(dāng)管道輸送固體介質(zhì)或含有固體介質(zhì)的物料時(shí)，應(yīng)盡量減少管道彎曲點(diǎn)，盡量縮短管道長(zhǎng)度。

此外，對(duì)于多層管廊有一定坡度的管道，可以采用墊鋼板，調(diào)整管托等方法，對(duì)于火炬放空管道應(yīng)布置在管廊頂層，以便調(diào)整標(biāo)高。對(duì)于柱距較長(zhǎng)的管廊上敷設(shè)小直徑管道，可通過(guò)大直徑相鄰管道進(jìn)行支撐，從而避免管道下垂，相鄰保溫管道應(yīng)設(shè)置管托。

3 管廊寬度及高度的確定

3.1 管廊寬度的確定

管廊寬度在設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮管道的數(shù)量、管道公稱直徑、管道間距、維修預(yù)留空間、管廊下方設(shè)備和通道、以及上層管廊的電纜槽盒、儀表線槽盒等。在最初設(shè)計(jì)時(shí)需要繪制管線走向、確定管線密度最大區(qū)域并加一定余量20%、考慮管線保溫層厚度、管線熱脹冷縮應(yīng)力影響，精準(zhǔn)確定管道綜合間距，最后將各層管廊綜合考慮、合理布置，確定整層的管廊寬度。

3.2 管廊高度的確定

通常情況下多層管廊的層間距大于1.2 m，當(dāng)管廊下方空間要布置消防通道時(shí)，規(guī)定其凈空高大于等于4.5 m；當(dāng)管廊橫穿工廠道路時(shí)，管廊高度不應(yīng)小于5.0 m；當(dāng)管廊下方有鐵路時(shí)，其凈空高不應(yīng)小于5.5 m，當(dāng)下方空間要布置轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備和換熱器時(shí)，凈空高大于等于3.5 m。但是目前階段，由于日常排放量的加劇，初始的間距標(biāo)準(zhǔn)無(wú)法適應(yīng)。需要進(jìn)行拔高處理。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況，同時(shí)增加固定的數(shù)值，促使間距比例保持統(tǒng)一。而當(dāng)管廊設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮管廊橫梁和縱梁的結(jié)構(gòu)斷面和型式，一般會(huì)選擇兩種稱重梁互為穿插的形式來(lái)實(shí)現(xiàn)，在提升整體應(yīng)用運(yùn)輸排放效果的同時(shí)，還提升了布設(shè)的安全性、穩(wěn)定性。多層管廊一般上下層間距為1.2～2 m之間，主要取決于該層管道的直徑大小。當(dāng)支管廊與主管廊相交時(shí)，管廊高差取決于管道相互連接的最小尺寸，一般以500～750 mm為宜，對(duì)于大型裝置可以采用1 000 mm高差。至于沿工廠邊緣、不會(huì)影響廠區(qū)交通及不存在未來(lái)改造擴(kuò)建區(qū)域，從經(jīng)濟(jì)性及檢修方便方面考慮，該段可以用管墩敷設(shè)，離地面300～500 mm即可[5]，如圖3所示。

圖3 廠區(qū)支管廊與主管廊的布局

4 管廊的其他布置

4.1 平臺(tái)護(hù)欄的布置

管廊頂部經(jīng)常涉及某些閥門操作以及日常的保養(yǎng)與維護(hù)，所以在管廊頂層需設(shè)置檢修通道，其寬度應(yīng)大于0.7 m凈空高大于2.1 m，但是這種設(shè)計(jì)一定程度便需要減少日常布設(shè)防護(hù)的距離，安全性降低，所以，為保障操作人員安全必須在兩邊設(shè)置安全護(hù)欄，擴(kuò)大對(duì)比布設(shè)直徑，形成更大面積操作區(qū)域的同時(shí)，還起到了穩(wěn)定實(shí)際管道布設(shè)的作用。在靠近裝置邊界段管廊，常設(shè)有很多閥門、儀表、盲板等，因此可以在該處設(shè)置直爬梯，并在爬梯頂端設(shè)置小型操作平臺(tái)，盡可能使閥門均勻布置在平臺(tái)兩側(cè)。

4.2 電纜儀表的布置

對(duì)于多層管廊電纜槽的布置，需提前與電氣進(jìn)行確認(rèn)并在管廊上預(yù)留出足夠的空間，電纜槽應(yīng)安置在上層管廊兩側(cè)，多個(gè)電纜槽架在安置時(shí)不應(yīng)緊密排列，需要留有一定的空隙，避免壓力過(guò)大造成的管道爆裂問(wèn)題。其縱向間距應(yīng)在1 m以上。低閃點(diǎn)和高溫氣體管道應(yīng)盡可能與電纜儀表槽架保持較遠(yuǎn)距離，防止發(fā)生電磁感應(yīng)現(xiàn)象。

4.3 采樣點(diǎn)的布置

當(dāng)管道有固定采樣點(diǎn)時(shí)，應(yīng)合理安排采樣點(diǎn)，使采樣和操作更加容易。采集的樣品必須具有代表性和準(zhǔn)確性。輸送液體的水平壓力管道的采樣點(diǎn)應(yīng)布置在管道上部或側(cè)面；水平自流管道的采樣點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在管道的底部。排氣閥應(yīng)設(shè)置在管道上方，放空閥應(yīng)設(shè)置在液體管道下方。

4.4 閥組的布置原則

在管廊下方柱子兩邊，通常布置調(diào)節(jié)閥組、疏水器、蒸汽伴熱調(diào)節(jié)器、排冷凝水器、取樣柜等。調(diào)節(jié)閥組通常布置在地面上便于操作、檢查、改造的位置，調(diào)節(jié)閥組盡量布置在靠近裝置側(cè)，一般布置在管架支柱外側(cè)1 m左右。與閥組一同安裝的孔板應(yīng)安裝在立管上，為安裝方便，孔板標(biāo)高一般為2 m左右，同時(shí)，在管道對(duì)應(yīng)的區(qū)域建設(shè)防護(hù)板，板寬控制在1.25～3.5 cm之間 ，形成布設(shè)安全距離，提升管道整體的安全性。

5 結(jié)語(yǔ)

石油化工多層管廊管道及相關(guān)設(shè)施的布置，需根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，依照設(shè)計(jì)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)施。在設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅要保證管廊及其管線設(shè)計(jì)操作的合理性、標(biāo)準(zhǔn)性，也要保證相關(guān)安全防護(hù)設(shè)施及其他輔助設(shè)施的實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)性，在做好整體布局的同時(shí)，加強(qiáng)細(xì)節(jié)把控，以保障儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。