石化裝置管廊布置探討

王 妮 西南化工研究設計院有限公司 成都 610225任 瑞 中國成達工程有限公司 成都 610041

管廊是石化裝置設計中的重要組成部分，管廊上管道設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 裝置內管廊為例，探討管廊的布置與設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按流程順序布置。管廊形式根據設備的平面布置確定，以能在裝置內處于聯系盡量多設備的位置為宜。某項目BDO 裝置占地185m×110m，裝置的復雜工藝決定了其進出各單元的管道多而雜，工藝物料管線、公用工程管徑大。結合總平面布置，考慮到裝置所處位置、周圍環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相碰。管廊寬度的估算公式:

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

可根據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

管廊的高度應與整個廠區協調確定，跨越主干道的管廊梁頂距地面至少5.5m。當管廊下方為消防、檢修通道時應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，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管線的直徑。另外，還需要考慮裝置內設備的管線進入管廊所必需的高度。當裝置的設備和管徑都很大，為防止管線出現不必要的袋型，管廊最下一層橫梁底標高應低于管嘴500 ～700mm。

雙層或多層管廊的層高主要根據裝置規模和管廊上最大管徑的管道來確定的。結合裝置的具體情況，管廊的設計高度分別是: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 段管廊設計為五層;最北邊的E 段管廊由于連接的是罐區，管道相對較少，所以設置為兩層。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，考慮到設置補償器需要一定的空間，所以第二層層間距設置為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，應綜合考慮管徑大小、設備位置、被輸送物料的性質、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行全面規劃。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、化學試劑及其他有腐蝕性介質的管道宜布置在下層。危險性氣體、高溫氣體、低閃點介質的管道盡可能遠離電氣、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。火炬總管的敷設要有3‰ ～5‰的坡度要求，所以應在管廊上單獨高架敷設。由于裝置火炬管線的高度是依據火炬總管的高度而決定的，當管廊上的總管已經很高，那么裝置內的火炬管線需坡向總管并斜插入總管后所要達到的高度是非常驚人的，相應的管廊的柱子也需要抬得很高，結構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 火炬主管增設火炬分液罐示意圖

5 管道支架的設置

敷設在管廊上的管道包括各種工藝管道和公用工程管道，多而且復雜，同時受到管廊結構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。在進行管道設計時，無論是否進行詳細的應力分析，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力，嚴重時會導致管線變形，所以支架的跨距要求更為嚴格。管廊上的不保溫管道不設管托，直接放在梁上;保溫管道及介質溫度≥-10℃的保冷管道設一般管托;介質溫度＜-10℃的保冷管道應設保冷管托;小直徑管道敷設在大柱距管廊上時，可用大直徑管道進行臨時支撐，以免下垂。

6 管道補償彎的設置

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，管道會產生一定量的熱伸長。

在工作溫度為200℃、環境溫度為21℃時，40m 長、Φ273 ×7 的蒸汽供熱管道產生的熱伸長量可達到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償，將對管道及設備產生很強的破壞力。因此為了吸收和消除管道所產生的熱應力，在管道設計中，必須考慮管道的熱補償，使管道具有足夠的彈性，以滿足設備或管道支架的受力要求。

首先，根據管徑、管道內介質的溫度來確定需要進行補償的管道，如蒸汽總管及高溫管道。

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

(2)確定固定點的位置:假定固定點設在管道中間，根據管道的走向和分支來加π 型補償，先在管道兩頭四分之一處設固定點，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π 型補償線算圖，確定補償器的臂長和臂寬。通常裝置里的管道膨脹在裝置內吸收，所以一般將固定點靠近進出裝置邊界的管架上設置。π 型補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，應在補償器兩側距補償器彎頭約40D 處。

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

7 管廊配管設計中需要注意的問題

管廊配管設計應注意避免管線與結構斜撐相碰撞，尤其對于管廊斜撐周邊應力管線穿過時，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。管道在進出裝置處通常設有切斷閥和盲板，這些閥門和盲板應集中布置并設平臺。

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

8 結語

管廊的布置是化工項目中經常涉及到的一項工作，同時也是一項非常復雜的工作，為了使管廊美觀、使用率高，設計時需要依據這些原則，仔細研究，認真對待，力求布置更合理、更經濟。