石油化工裝置工藝管道設計探討

蘇國東張洋賈丙軒

(1．中海油山東化學工程有限責任公司，山東 濟南 250010)

(2．山東益通安裝有限公司，山東 濟南 250010)

石油化工裝置工藝管道設計探討

蘇國東1張洋1賈丙軒2

(1．中海油山東化學工程有限責任公司，山東 濟南 250010)

(2．山東益通安裝有限公司，山東 濟南 250010)

隨著當今社會資源消耗的不斷遞增，石油資源作為不可再生資源，對石油化工裝置的工藝管道設計提出更高要求，石油化工工藝管道的設計需考慮其材料性質和特點。本文旨在對石油化工裝置工藝管道設計的影響因素和設計要點進行分析探討。

石油化工；工藝管道；設計分析

1 影響石油化工裝置工藝管道設計的因素

1.1 壓力管道設計

壓力管道是能夠承受內壓和外壓的管道，其可用于管道的輸送、分配、混合、分離和排放等。壓力管道的組成和管道支撐零件種類繁多、數量大，安裝環節多，選擇復雜。所以壓力管道是影響石油化工裝置工藝管道設計的重要因素，在選擇不同壓力管道時需綜合考慮實際情況，在節省成本前提下保證質量安全。

1.2 物理損傷

石油化工裝置的管道因為溫度變化會產生物理損傷，主要有高溫破壞和低溫脆斷等方面，其中高溫破壞主要表現在碳鋼回火破壞、墨化和蠕變等，低溫脆斷主要表現在當溫度較低時，鋼材沖擊韌性降低，導致管道的脆斷破壞。所以，石油化工裝置管道必須避免高溫和低溫交替，交變荷載轉化等現象導致的管道疲勞或斷裂等問題[1]。

1.3 管道材料和管道等級

石油化工裝置中的管道材料，需要具有耐高溫、高壓等性質，常見的石油化工管道材料都是使用不同的管道材質。由于不同石油具有不同的壓力，在實際管道設計中，管道設計的選擇不僅需要滿足石油裝置管道耐高溫及高壓的性質，還要能夠抗其腐蝕性。按照不同環境下需要的材質來選擇管道材料不僅可以滿足生產工藝要求還可以節省成本。

石油化工管道設計的過程中，管道材質等級需要按照實際介質壓力特性情況來選擇。設計人員對于石油化工管道等級的選擇，需要做到以下幾點：掌握物料的性質以及工藝操作參數。特別對有毒的、易燃、易爆、存在腐蝕性介質的，需要重點設計。石油化工管道配套的閥門、螺栓、法蘭以及墊片等也要根據不同壓力選擇其等級。

2 石油化工裝置工藝管道設計

2.1 管架的設計

石油化工裝置管道的支架結構設計是管道系統設計的重要部分，管架系統可以支撐整個管道，也可以提高管道的穩定性。管道設計必須滿足管道長期輸送介質的穩定性要求，確保管道系統安全輸送。一般的管道設計需結合彈簧架和支架的合理搭配，這樣的管道設計性價比較高，可以節省成本和管道不穩定等現象產生。

2.2 裝置塔及立式容器設備的管道設計

石油化工裝置管道的塔和容器設計，需考慮其介質形態和工藝原理。當氣體和液體相向而流時需要將調節閥裝在能接觸介質的容器邊，這樣設計可以減少管道內壓，也能減少裝置管道的震動現象。從設計原理角度出發，在汽堤塔和分餾塔之間設置一組靠近汽堤塔的調節閥組,而回餾罐和分餾塔之間設置一個在回餾罐上部的調節閥,分餾塔內部的塔頂壓力采用無袋形且線路短的熱旁路來控制,以便于液柱在調節閥之前達到管道設計規范的標準[2]。

2.3 裝置泵的管道設計

泵的管道設計需滿足其正常使用及檢修等要求的前提下，更要考慮熱膨脹對泵出入口的要求，來減小泵嘴處的應力現象。在滿足泵的管道設計要求下，盡量減少泵口處管道的長度。對于往復泵，因為脈動的存在，應盡量減少管道彎頭數量。管道布置時，離心泵需要有一側設計泵的檢修維修，往復泵預留空間進行活塞及拉桿拆卸和檢修，立式泵上方應有檢修空間。泵的吸入口有變徑時，使用頂平大小頭，避免泵嘴集氣對泵造成氣蝕，泵吸入口前有3DN直管段，減少對泵葉輪的影響。泵出入口管道合理設置承重支架和導向或者止推支架，減小泵嘴應力及力矩[3]。

2.4 管廊上官道的設計

管廊是沿著管道或設備外布置，形成走廊，可連通裝置內的設備。管廊上管道的合理設計可以提高設備裝置的安全性，節省成本。大直徑重管道應布置在靠近管架柱子的位置或設計在管架柱子的上方，小直徑的輕管道布置在管架的中心部位。合理的設備平面布置是依據工藝流程在管廊兩側布置設備，因此應設計聯系管廊兩側的設備，管廊中間應設計公用工程管道。當設計為雙層管廊時，一般氣體管道、熱管道盡量布置在上方；液體的、冷的、液化烴、化學藥劑及其他有腐蝕性介質的管道宜布置在下方。低溫冷凍管道、液化烴管道和其他應避免受熱的管道不宜布置在熱管道的上方或緊靠不保溫的熱管道。進出裝置的管道閥門宜布置在一層，并應在管道上方設置操作平臺[3]。

2.5 冷換設備的管道設計

石油化工裝置的冷換設備是由冷卻器、換熱器和冷凝冷卻器組成，是依據冷熱介質在管道中傳熱達到交換效果。石油化工裝置的管道需考慮低壓、高壓交替作用因素，其換熱器需滿足相關規范，并設計在離維修通道近的地方。冷換設備在進出管道時需設計分斷閥，這樣可以利于有毒或可燃氣體的輸送，確保使用年限。對于頂餾到凝器的管線支管和主管需要垂直設計以避免流體不均勻現象出現。

3 結語

石油化工裝置工藝管道的設計作為復雜工程設計，其設計既要求設計人員有專業的理論知識，還要求有豐富的工程設計經驗。設計時要綜合考慮管道的影響因素：管道的壓力、管道的物理損傷和管道材料及等級選擇，再結合管道裝置的設計原理來綜合設計。

[1]趙峰.石油化工裝置工藝管道設計的合理性探討[J].施工技術，2015.9.

[2]胡秀.石油化工裝置工藝管道設計探討[J].工藝與設備，2016.2.

[3]付艷波.淺談石油化工裝置工藝管道的設計[J].工藝控制，2016.5.