淺談石油化工裝置工藝管道設計原則

張昊慧

（上海中玨石油化工工程有限公司, 上海 201100）

一、石油化工裝置工藝管道的材料選擇原則

石油化工工藝介質比較特殊，具有易燃易爆有毒易腐蝕等特性。經常會有高溫高壓，低溫等復雜工況。管材的質量對管道運行的安全性及穩定性有極大影響。故石油化工管道選材要：1基于介質特性選擇。介質特性指的是選用的材料要保證無毒，易燃性易爆性差，抗腐蝕性好。2滿足安全防護需要，要選擇符合科學的傳輸介質要求的材料，要保證石油化工管道的溫度，壓力等參數符合相關行業規范，滿足實際使用壽命年限與日常維護需求。3材料的物理特性，化學特性，力學特性，機械特性和焊接特性要符合相關要求。4基于成本要求選擇。管道材料的設計應符合經濟性，有充足的貨源，保證采購的順利進行。

二、石油化工裝置工藝管道布置原則

石油化工裝置工藝管道可大致分為：管廊配管設計；敷塔管線設計；容器配管設計；加熱爐配管設計；冷換設備配管設計；壓縮機配管設計；泵配管設計等。下面僅以管廊，泵，塔的配管設計為例。

（一）管廊的管道布置

裝置內的管道多數采用架空鋪設，因此每條管道都需要支撐，為保證所有管道能長期安全運行，方便施工和檢修，這些架空管道需要成組敷設，其支撐構架，稱為管廊。在設計上，管廊上進出裝置的管道標高和方位要與相鄰裝置或全廠性管廊協調；對于分期設計的裝置，管道布置應符合分期設計的要求；全廠性管廊應留有10%-30%的裕量并考慮載荷；以”大靠外，小居中”為大原則，將大直徑管道靠管廊柱子布置，小直徑，氣體管道，公用工程管道布置在管廊中間；需要熱補償的管道盡量布置在管廊一側，有利于集中設置π型補償器；以”高溫上,低溫下”為大原則，將高溫管道(介質溫度大于等于250℃)易布置在上層，低溫介質管道布置在下層。合理規劃設計管廊管道布置，既能節省空間，也能方便操作。

圖一：集中π彎

（二）泵的管道布置

在保證工藝PID要求的前提下，優化泵進出口管線。機泵屬于高速運轉機器，管嘴受力敏感，一旦受到外力會發生變形，產生震動和噪音，嚴重的會引起軸承的燒毀和損壞。故泵的進出口管線對管口的作用力和力矩應符合制造廠或APIStd610的要求。泵的配管應量減少管道長度，減少彎頭數量，以達到減少壓力損失，防止汽蝕發生的目的。泵的入口管線不能出現氣袋，防止發生汽蝕，因此在布置上盡量做到步步低入泵。對于熱油泵，進出口應具有足夠的柔性以吸收熱漲。對于雙吸式離心泵，為保證泵軸兩側的推力相等，葉輪平衡，入口易留有3-5倍DN的直管段。對于水平吸入的離心泵，當進口管徑有變徑時，機泵前端水平管段變徑的大小頭宜采用頂平的安裝形式，并留出3-5倍DN的直管段，低點設置放凈，但對于含有固體顆粒的介質或漿液時，大小頭應選擇底平安裝。泵出口的異徑管應靠近泵出口。泵的管道設計還要滿足泵檢修及支撐的要求。

圖二：雙吸泵進出口管線圖

圖三：水平吸入離心泵進出口管線圖

（三）敷塔管道布置

塔是用于氣相和液相間或液相和液相間的傳質和傳熱的設備，是石油化工裝置中廣泛應用的設備。敷塔管線設計原則：①應滿足工藝管道及儀表流程圖②將塔周圍分為”操作區及管道區”，管道不得四周均布，且管道區一般不設置平臺，人孔，儀表，閥門宜布置在操作區。③管道規劃原則’宜上自下，宜大后小”，從塔頂部至底部進行規劃，先規劃大直徑及特殊要求的管道，再布置塔底及小直徑的管道。塔頂至冷換設備的管道宜步步低，不得出現”液袋”。塔頂為兩級冷凝時，管道布置應使冷凝液逐級自流，油氣總管與冷凝器入口分支管應對稱布置，達到均流的效果。塔側面的管線有閥門時宜直接和設備管嘴連接，減少閥門關閉后的積液。若有多個進料出料口時，管道設計應考慮柔性。塔底操作溫度一般比較高，布置塔底管道時，管道柔性應滿足有關標準或規范的要求。

圖四：某塔配管俯視圖及側視圖

三、管道支吊架選用及設置

支吊架是管道設計的重要組成部分，合理，正確的支吊架選擇，是裝置安全正常運行的保證。管道支吊架應在管道的允許跨距內設置。支吊架的種類多種多樣，按其功能可分為：1承重管道荷載(剛性支吊架，滑動支吊架，滾動支吊架，可變彈簧支吊架，恒力彈簧支吊架)；2限制管道位移(固定支架，限位支架，導向支架)；3控制管道震動(減振裝置，阻尼裝置)。

舉例說明：沿塔和容器敷設的管道一般支架生根在設備外壁，從塔，容器頂部出來的管道或側線進出口的管道，應在靠近管嘴處的第一個支架位置設為承重支架，若載荷不夠，可再設置一個彈簧支吊架。承重支架之后，按照導向間距設置導向支架。但應注意。最后一個導向支架距管道拐彎處至少為1/3H(H為垂直管道的導向支架間最大間距)。

表一：垂直管道的導向支架間最大間距H

結語

石油化工管道的設計水平直接關系到裝置的安全運行及經濟效益。管道設計的技術性和工作量大，前期嚴謹，合理的設計可以減少現場施工的更改，加快項目進度。要求設計人員不但要掌握設計規范，設計技巧也要理論和實際相結合，全方位考慮影響因素和注意事項，制定相對科學，合理，利于操作的設計方案。