化工項目廠區外管的設計淺析

邵英

（浙江工程設計有限公司，浙江杭州310002）

化工項目廠區外管的設計淺析

邵英

（浙江工程設計有限公司，浙江杭州310002）

廠區外管設計是化工項目設計的重要組成部分。介紹了化工項目外管設計、外管道布置、外管架布置、外管架選擇、外管專業提結構專業條件等方面的內容，重點闡述了外管道布置、管道補償、外管架規格、管廊剖面圖、外管架結構型式等設計工作要點，為外管設計人員提供參考。

化工項目；外管；設計

1 概述

化工項目廠區外管是化工項目設計工作的重要組成部分，主要適用于廠區架空敷設的工藝物料管道、公用工程管道、供熱管道等。廠區外管廊銜接著化工項目內的所有相關裝置，是使上下游裝置及公用工程等相互貫通的主要節點，化工廠區內生產所需的物料都可以通過管廊進行傳遞。廠區外管作為化工廠區內特有的配套設施，為確保氣體、液體物料在各裝置之間、裝置與儲罐區之間便捷、高效地流動，起著極其重要的作用，被形容為化工廠區的“動脈”。

部分企業建設之初沒有規劃好廠區外管廊，隨意地敷設各種管道，造成廠區各種管道的設置雜亂無序，破壞了廠區的整體美觀，也為安全生產帶來諸多不利影響。

2 外管設計

在化工設計行業中，外管設計主要是指化工廠區內外各個化工企業之間及化工企業內部各生產裝置之間互相連接的外部工藝及供熱管道的設計。

外管設計的主要內容有管道數據表、管道系統圖、外管道布置、外管架布置、外管架的選擇、外管提土建條件、外管道材料選擇等。

做好廠區外管設計，不僅可以滿足化工物料進行管道輸送的要求，而且可以節省投資，提高資金使用效率，還可以針對輸送物料具有易燃易爆、有毒有害、有腐蝕性的特點進行合理布局，為化工企業安全生產提供有力的保證。

3 外管道布置

3.1外管道布置的原則

在外管道布置設計時，通常以施工方便、節省投資、安全可靠為原則。具體來說就是：首先要根據管道輸送的介質物料、管徑大小對管道進行分類布置；其次在外管架上要盡量做到采用均布荷載布置；再者還應考慮儀表和電氣電纜橋架的布置。

3.2外管道布置注意事項

（1）大直徑管道、應力較大的管道、容易產生振動的管道宜靠柱子布置；小直徑管道、氣體管道和公用物料管道宜布置在管廊的中間。

（2）需要熱補償的管道宜布置在管廊一側，便于集中設置“π”型補償器。

（3）介質操作溫度等于或高于250℃的管道宜布置在管廊上層，布置在管廊下層時可布置在外側，但不應與液化烴管道相鄰。

（4）蒸汽、裝置空氣、氮氣、儀表空氣等公用工程物料管道及工藝氣體管道（如火炬氣管道等）宜布置在管廊上層。

（5）液化烴管道、腐蝕性介質管道以及需要經常檢修的管道宜布置在管廊下層。

（6）低溫介質管道、管徑大荷載重的管道宜布置在管廊下層；

（7）低溫介質管道、液化烴管道和其他應避受熱的管道不應布置在熱介質管道的正上方或與不保溫的熱介質管道相鄰布置。

（8）儀表和電氣電纜橋架宜布置在管廊上層，橋架的附近和正下方不應有熱影響的管道[1]。

（9）敷設易燃、可燃液體和液化石油氣及氣體管道的全廠性大型管架，宜避開火災危險性較大的和腐蝕性較強的生產、貯存和裝卸設施以及有明火作業的設施。宜減少與鐵路交叉[2]。

（10）強氧化性物料管道與可燃氣體、可燃液體管道共架敷設時，強氧化性物料管道不宜敷設在可燃氣體、可燃液體管道的正上方或正下方。采用平行敷設時，兩類管道之間宜有不燃物料管道隔開，如公用工程管道等。

（11）非金屬管道應盡量集中布置在外管架一側，這樣可以通過局部做密集次梁的方法滿足管道的小跨距要求。

3.3管道補償和管道支座

為了避免外管道因熱脹冷縮導致管道支座位移量過大滑落管架橫梁，使管道失去支撐，需要對外管道進行應力分析及補償設計。外管道設計應力分析時，對管道的熱補償首先采用自然補償，其次采用“π”型補償器進行補償。“π”型補償器按其布置方式可分為兩種，即水平補償和立體補償。“π”型補償器安裝時，補償器兩端須設置固定支座。為防止管道橫向位移過大，應在“π”型補償器兩側設置導向支座。導向支座距“π”型補償器彎頭的距離宜為管道公稱直徑的32～40倍[1]。蒸汽管道“π”型補償器立體補償示意圖見圖1。

圖1 蒸汽管道“π”型補償器立體補償示意圖

4 外管架布置

4.1外管架布置的原則

外管架布置設計時，應依據擬建項目全廠總平面布置圖和分期建設規劃，在滿足工藝物料走向和管道布置設計要求的前提下，盡可能地縮短外部管道輸送距離，進而達到節省工程投資、管道運行費用和維護費用的效能。同時還應考慮到裝置設備吊裝、維修通道，室外地下管網，廠區道路、消防通道、安全疏散通道、生產裝置事故安全泄放等因素的影響。

外管廊布置應以一端式和直通式為主，同時根據需要采用L形、T形、U形及組合管廊。外管廊布置時不應從三面或四面環繞生產裝置。外管架布置示意圖見圖2所示。

圖2 外管架布置示意圖

4.2外管架的寬度和跨距

（1）外管架的寬度主要取決于敷設在管架上管道的數量、管徑的大小、管道之間的安全距離、維護操作空間、檢修通道以及需要敷設的電纜橋架寬度。同時，應結合所在建設用地的總平面布置和區域內的發展情況，確定分期建設項目管廊的預留方式和預留比例，以滿足分期建設時的管廊需要。

外管廊的預留方式有兩種：第一種是在新建管架上直接預留分期建設管道的敷設位置和荷載，第二種是在新建管架旁邊預留后續建設項目的管廊通道。

通常情況，全廠性管廊應預留有20%～30%擴建的裕量，并考慮其荷載[2]。

管架橫梁長度小于或等于1.8 m時，一般采用單柱管架；管架橫梁長度等于或大于2.0 m時，一般采用雙柱管架；雙柱管架柱間寬度一般不宜大于10.0 m，當管廊寬度大于12.0 m時，應采用三柱或多柱型式[2]。

（2）外管架的跨距是由敷設在其上的管道因垂直載荷所產生的彎曲應力和撓度決定的，其取決于管材的強度、管子截面剛度、外荷載的大小、管道敷設的坡度以及管道的許用撓度。外管架的跨距確定時，敷設在外管架上的管道許用撓度宜控制在38 mm之內[3]。當管道撓度超過允許值時，應采用增加管架次梁的方法來增加管道支撐。

通常，獨立式管架跨距以4 m為宜；縱梁式管架跨距一般為6～12 m；桁架式管架跨距一般為16～24 m[2]。

4.3外管架的高度

外管廊高度通常是由管廊的凈空高度和多層管廊間的層間距決定的。

（1）管廊的凈空高度，應滿足下列要求：a.跨越電力機車的鐵路不低于6.6 m（軌頂以上），跨越鐵路不低于6.0 m（軌頂以上）；b.跨越廠區道路不低于5.0 m；c.跨越人行過道不低于2.2 m[4]。

（2）多層管廊的層間距取決于管道管徑大小和管架結構型式，上下層的間距宜為1.2～2.4 m；對于大型裝置上下層的間距可為2.5～3.0 m。當管廊改變方向或兩管廊成直角相交時，管廊宜錯層布置，錯層的高度宜為0.6～1.2 m；對于大型裝置可為1.25～1.5 m[1]。

4.4外管架的坡度

外管架的坡度一般為0.2%～0.5%，無特殊需要時也可無坡度[2]。外管架起止點之間的坡度一般以外管道內物料能夠排凈為原則。即確定管架坡度時，應注意避免外管道與廠區各裝置管道的連接處出現“氣袋”或“液袋”。

4.5外管架上電纜橋架的布置

電纜橋架應布置在管架的頂層或外側，同時考慮到電纜及電纜橋架的施工及安裝方便，以及電纜使用過程中的散熱影響，電纜橋架重疊層數不應大于3層，且每層橋架之間的凈距不能小于400 mm。儀表電纜與電氣電纜平行敷設的最小允許距離在600～1200 mm之間[5]。

4.6外管廊上管道靜電接地管架的設置

在管廊設計時應設置靜電接地管架，用于消除管道中所產生的靜電。靜電接地管架的具體位置一般是設置在管道進出各裝置區處、不同爆炸危險環境的邊界、管道轉彎點、分岔點以及每間隔80～100 m直管段處[6]。

4.7操作檢修通道（平臺）、樓梯、安全繩掛鉤的設置

在有需要時，可以沿管廊走向設置操作檢修通道（平臺），并在管廊每間隔50 m處設置直爬梯。另外在管架縱梁上或操作檢修通道旁每間隔6 m需設置安全繩掛鉤，便于在巡檢、檢修過程中系安全帶用，以確保人員的安全。

4.8廠區外管架設計案例管廊剖視圖

示意如圖3：

圖3 管廊剖視圖

5 外管架的選擇

5.1外管架的結構型式

外管架的結構型式分為獨立式管架、縱梁式管架和管廊三種。

5.1.1 獨立式管架

外管道較少時，可采用獨立式T字型管架；當管道較多時，采用雙柱式Π字型管架。

5.1.2 縱梁式管架

縱梁式管架是縱梁或輕鋼三角形桁架、橫梁和管架組合而成的構筑物。

5.1.3 管廊

管廊是由鋼筋混凝土或鋼結構的橫梁、矩形桁架、桁架支撐、管架立柱及立柱支撐等組合而成的構筑物，是化工廠區外管設計常用的形式。管廊的寬度大、跨距長，可設置可通行或不可通行的檢修通道，管廊內還可設置儀表和電氣電纜橋架。

5.2外管架的分類

5.2.1 按管架材料

可分為鋼筋混凝土、鋼、鋼與鋼筋混凝土組合式管架等。

5.2.2 按連接結構型式

可為獨立式、縱梁式、桁架式等。

5.2.3 按管架凈空高度

分為高管架（凈空高度≥4.5 m）、中管架（凈空高度2.5～3.5 m）、低管架（凈空高度1～1.5 m）和管墩或管枕等（凈空高度約500 mm）。

5.2.4 按管架寬度

可分為小型管架（寬度<3 m）和大型管架（寬度≥3 m）[2]。

5.3外管架的選材

外管架采用的材料類型有：鋼結構管架、鋼筋混凝土結構管架、鋼結構梁和鋼筋混凝土柱復合組成的混合結構管架。

（1）鋼結構管架：易于施工，結構簡單，連接方便，缺點是易被腐蝕，維護費用高，當維護不到位時會對管架安全性能帶來隱患。

（2）鋼筋混凝土結構管架：抗腐蝕性較強，承載力高，易于維護，缺點是結構復雜，施工工序多，工期長，外觀笨重，無法二次利用。

（3）鋼結構梁和鋼筋混凝土柱復合組成的混合結構管架：采用鋼筋混凝土柱和鋼梁、鋼桁架的組合型式。特點是其主要支承構件鋼筋混凝土柱受力和防腐蝕性能好；其管架縱梁采用鋼梁、鋼桁架較鋼筋混凝土梁、桁架自重輕，結構輕巧、施工方便。因此，鋼結構梁式鋼筋混凝土柱管架在化工項目中被廣泛的應用。

6 外管專業提結構專業條件

外管專業向結構專業提供外管架設計條件和要求，包括：

（1）管架平面布置圖、管架立面布置圖、管架剖面圖，圖中要表示出擬建管架的種類及型式、管架位號、標高、固定管架位號、靜電接地管架、檢修通道、平臺爬梯的位置和尺寸。

（2）管道荷載，含管道重量、輸送介質重量、保溫重量、試驗介質的重量、管道內沉積物的重量及平臺、通道的活荷載、電氣、儀表電纜橋架的重量等。

（3）固定管架的水平推力、作用點及方向。

（4）考慮裝置日后擴大生產能力所預留的設計裕量，外管架一般應預留20%～30%的設計裕量，設計時應避免該部分設計荷載遺漏。

7 結語

化工項目廠區外管設計不僅要做到美觀，大方，還要做到合理、節約，更要保證安全、可靠。外管架布置應有一定的靈活性，預留有發展余量，以適應廠區分期建設和企業不斷發展變化的要求，保證化工項目規劃的實施。

[1]國家質量監督檢驗檢疫總局特種設備安全監察局，全國壓力管道設計審批人員培訓教材（第二版）[M].北京：中國石化出版社，2012：168-169，180，189，195，202，233.

[2]HG/T 20546-2009，化工裝置設備布置設計規定[S].

[3]HG/T 20645-1998，化工裝置管道機械設計規定[S].

[4]GB 50316-2000，工業金屬管道設計規范（2008年）[S].

[5]HG/T 20512-2014，儀表配管配線設計規范[S].

[6]HG/T 20675-1990，化工企業靜電接地設計規程[S].

Analysis on the Design of the External Piping in Plant Area of Chemical Project

SHAO Ying
（Zhejiang Engineering Design Co.，Ltd.，Hangzhou，Zhejiang 310002，China）

The design of the external piping of the plant is an important part of the design of the chemical project.This paper introduced the design of the external piping,the arrangement of the external pipeline,the layout of the external piping rack,the selection of the external piping rack and the structural conditions of the external piping.The paper focuses on the arrangement of the external pipeline,the compensation of the pipeline,the specifications of the external piping,the profile of the pipeline corridor，the structure of the external piping frame and other design work points,providing a design reference for the external piping designers.

chemicalproject；external piping；design

1006-4184（2017）5-0039-05

2017-03-21

邵英(1963-)，女，重慶人，注冊化工工程師，大專，從事化工工藝及供熱管道設計工作。E-mail：hzshy1234@163.com。