石油化工裝置工藝管道設計的合理性分析

高暢宇

（神華工程技術有限公司安徽分公司，安徽合肥 230009）

石油化工裝置往往需要依托工藝管道完成運輸、保管、換熱、加壓等任務。據此，設計人員在實際設計環節，應注重其合理性，便于石油化工裝置工藝管道發揮出真正效用，也能為我國石化企業的高質量發展帶來重要助力。同時，還應在具體設計過程中結合石油化工裝置的類型與操作條件制定合理的施工方案，由此為后續安裝作業提供重要保障，有助于提高石化企業經濟效益。

1 石油化工裝置工藝管道設計的影響因素

1.1 人為因素

石油化工裝置工藝管道的設計無論是管線布設還是材料選取以及后期安裝，都離不開人力的大力支持。一旦缺少高素養設計人員，將對石油化工裝置工藝管道設計的合理性帶來重大影響。據此，人為因素是整個工藝管道設計質量的關鍵要素。由于石油化工裝置在石化企業生產活動中，它往往用于儲運石化物質如乙烯、芳烴、硫磺等，一旦失去順暢且安全的工藝管道予以保護，將不利于石油化工裝置的正常使用。因此，應結合現下設計人員素質予以培訓，由此在人力協助下提升石油化工裝置工藝管道設計的合理性，避免出現人為失誤現象，引起嚴重的爆炸事故。

比如青島石化企業曾在2013年發生過嚴重的管道爆炸事故，其死亡人數多達62人。在此事故中主要是源于輸油工藝管道出現破裂現象，造成原油外泄，后經查實，此事件被認定為責任事故。所以，應盡量削弱人力對工藝管道設計產生的負面影響。

1.2 管道材料

管道材料是保證工藝管道質量的重要影響因素，也能提升其設計合理性的關鍵步驟。每種管道材質都具有不一樣的性能，比如耐熱性、耐腐蝕性等。對此，應根據工藝管道設計要求優選管道材料。

某化工企業中鋼塑管使用的材料實則為超高分子量聚乙烯，它是一種混合式材料，其分子量均量為200萬以上，屬于熱塑性材料。不但有著較為突出的耐低溫性，而且自身潤滑性與抗壓性也是石化裝置中比較優等的一種材料，尤其在低溫-268℃與高溫80℃環境里依舊保有穩定性能。所以，管道材料的選擇是增加石油化工裝置工藝管道設計合理性的核心要素，應予以重視。

1.3 組織管理

石油化工裝置工藝管道設計項目，雖然整個項目周期較短，但需要設計人員與施工人員之間具有良好的合作精神，一旦缺乏有效的組織管理，將無法在預期周期內完成設計任務。此外，一旦因管理不到位而發生工期延長現象，勢必引起工作人員過快趕超工期現象，對管道施工質量造成潛在危害。因此，在工藝管道設計過程中，需有針對性對其進行管理，做好人員協調配合等，最終可提高石化企業項目建設水平。

1.4 管線布設

管道路線是石油化工裝置工藝管道設計不可忽略的重要因素。它還對工藝管道設計的規范性與安全性有著深遠影響。同時，在合理的管線布設操作階段，能對石化介質的泄漏風險起到一定的規避作用。據此，應從管線布設合理性方面予以考慮，最大程度上保障石油化工裝置工藝管道的使用安全。

2 石油化工裝置工藝管道設計的原則

2.1 安全性

石油化工裝置工藝管道主要作用是用于支持石化企業生產活動，但也應當遵循一定的安全性原則予以設計，否則極易引發危害性廣泛的重大事故。除了上文所述內容外，工藝管道設計不安全，還將增加石油化工企業的投入成本，使其無法獲得較高的經濟效益。此外，在設計工藝管道時，還應考慮到其可實施性與復雜程度，以免過于繁雜增加設計人員的工作壓力。

在為石化生產工藝提供通暢的管道時，可以氣相進料法替代傳統液相進料法，由此可避免工藝管道內部石化介質發生劇烈反應而降低其安全性。在減小其復雜度時，可盡量選用“單獨作業”模式，防止多項功能寄托于同一工藝管道形成交叉干擾。只有保證石油化工裝置工藝管道設計安全，才能展現出其實用價值。

2.2 規范性

石油化工裝置工藝管道作為石油化工項目的重要部分，還需秉承著“規范性”原則予以設計。其中需要遵從工藝管道設計標準制定可行性設計方案，包括在選取材料、確定工藝路線方面都應當設定專門的設計要求，否則將無法保證工藝管道具有良好性能。其中主要涵蓋天然氣凝液規范、管道連接規范、防火設計規范等。此外，在設計石油化工裝置工藝管道時，還需對儀表元件等輔助設施的設計進行規范化處理。比如冷換設備工藝管道，應為后續保養維修作業提供便捷通道，以免減少其使用年限。

2.3 合理性

工藝管道設計的合理性是保證石油化工裝置生產工藝順利操作的重要原則。其中既要保證材料選擇方面符合石化企業實際工況，又應在組織協調方面考慮到突發事件的合理預警，以將工藝管道處于可控可管狀態下，避免工藝管道出現異常現象影響石油化工裝置生產工藝的應用效果。

3 石油化工裝置工藝管道設計的合理性策略

3.1 全面提高設計人員素質

設計人員素質的高低往往會對石油化工裝置工藝管道設計的合理性帶來重要影響，故而應全面提高設計人員的職業素養，使其增加對設計細節的重視度，由此在保證工藝管道設計安全的前提下實現合理設計。

具體方法如下：

（1）加強培訓，設計培訓是最直觀的提高設計人員綜合素質的途徑。以往過于側重專業培訓，而今可在增強設計人員設計技能的基礎上培養其責任感與使命感，使其保持嚴謹的態度面對工藝管道設計工作，由此降低人力因素對石化企業發展的負面影響。

2019年12月8 日，由中國石油和石化工程研究會主辦的為期五天的培訓會，專門針對壓力管道的設計進行了針對性指導，從材料等級劃分、應力分析、壓力管道法律規范等部分予以講解，并搭配案例分析與圖文結合等方法為參訓人員提供科學的指導，促使他們在后續各自企業工作環節能擁有突出表現。因此，加強培訓是提升石油化工裝置工藝管道設計合理性的關鍵步驟，值得推廣。

（2）加強管理，為了促使設計人員素質有所提高，還應對其實施嚴格監管，針對每一項操作工序設置標準，并設立專門用于實現設計人員與其他工作人員密切交流的反饋通道，以便在設計人員遇到設計難題時，能夠及時得到幫助，最終可對整個設計團隊的工藝管道設計水準起到促進作用。

（3）創新設計方法，新型設計方法的應用也可規避人力因素的重大風險。由于石油化工裝置工藝管道設計項目“工期緊、任務多”。所以，在其承受過大工作壓力時，也會受個人心理素質的干擾而出現工作失誤。據此，可結合新技術積極選用高新設計方法，由此提升設計質量。

常用的PDMS 軟件，它可利用三維建模思想對工藝管道的設計流程給出明確的指引方向，這樣可避免設計人員發生盲目設計問題，從而改善工藝管道設計現狀。

3.2 合理選擇工藝管道材料

石油化工裝置工藝管道設計過程中，還需選擇適合的材料，并注重材料與生產工藝的匹配度。比如在工藝管道中的壓力處于不固定狀態時，其選擇的管道材料理應以耐壓性較強類材料為主，其中使用的螺栓等輔助設施也同樣要求具有良好的承壓性，以免出現超壓現象引發爆炸事故。同時，管道材料的合理選擇還應考慮其溫度、腐蝕性等多項因素的影響，為石油化工裝置的穩定運行提供重要保障。一般而言，材料的選擇需與壓力等級持平，并對石化裝置生產工藝進行細致分析，判斷工藝管道材質是否能保證生產工藝的順利應用，最終為石化企業的高效發展創造便捷條件。

比如在低溫-45℃到-100℃的環境里，應以低溫無縫鋼管為主，以為石化企業冷軋作業提供依托。而在10MPa 到32MPa 壓強下的壓力管道中可參照正火、退火的生產方式選擇無縫鋼管。同時，還需結合石油化工企業的投入成本選擇合金鋼、非金屬、碳鋼等材質的管道類型，并做好市場調研工作，從實用性能與經濟性角度選取適合的管道材料。

3.3 加強吹掃組織性設計

在石油化工裝置工藝管道設計環節，既要注重人員組織之間的協調性，又要在吹掃過程中強化其組織性，包括設置吹掃線等，以免工藝管道在設計后缺乏一定的生產工藝可實施性。其中，在人員組織方面，可在設計團隊之間設置有效的溝通渠道，包括建立微信群、開發互聯網共享平臺等，以便隨時保持密切交流，對設計工作中有關工藝管道設計的不合理之處提出自己見解，待討論驗證后予以改進。

至于吹掃組織性發展方面，它主要是為了增加工藝管道潔凈度。具體的評估標準是利用采樣法對工藝管道中的石化介質予以提取，并朝著工藝管道45°方向進行采樣。同時，還應做好試壓工作，以在知曉工藝管道可承載壓力后確定其實用性。通常可借助液壓試驗選取1km 左右的工藝管道，運用壓力表對其進行壓力的測定，其試驗溫度不宜高于5℃，壓力表至少應有兩塊，并選擇1.52倍待測壓力的壓力表，在準確記錄后判斷工藝管道不存在危險隱患時，可進入到吹掃工序中。工作人員常依靠的吹掃物質包含水蒸氣與干燥空氣，利用吹掃裝置對石油化工裝置進行“吹風”，其空氣吹掃速度應高于每秒20m、水蒸氣吹掃速度宜超過每秒30m，由此觀察工藝管道的流暢性。當完成吹掃任務后需關閉止回閥，降低倒流現象的發生率。

3.4 注重管線布設合理性

3.4.1 塔與容器

工藝管道管線的布設效果直接關乎著工藝管道設計水準。因此，應合理設置工藝管道路線。工藝管道設計中包含解吸塔、吸收塔、精餾塔、分餾塔等，其中在塔頂、塔口等部分予以設計時，設計人員需對其管道布設路線予以確定。

比如針對分餾塔，要想實現分餾塔管線的合理性設計，可增設“控壓裝置”，并利用調節閥控制分流量，以便分餾塔中的流體介質能夠保持穩定分布，避免劇烈振動引發危險。另外，還應在塔的不同結構設置專門的設計規劃，由此提高整個石油化工塔管線布設的合理性。以塔頂設計為例，其排放通道處不宜存在相鄰裝置，并保持至少8m 的高度差，也可直接將其建于高于建筑物3m 處的屋頂，保證工藝管道管線設計的合理性。

3.4.2 管道閥門

管道閥門的設計也是工藝管道設計合理性的重要因素。同時，它也是支持采樣操作與吹掃作業的根本保障。因此，需結合石油化工裝置的投產要求合理布設管道閥門管線，以免工藝管道無法支撐生產工藝而出現裝置運轉不穩等問題。作為承壓部件，管道閥門對于工藝管道內部溫度與壓力的驟變有著一定的協調作用。

同時，管道閥門還設有固定與活動、開閉三種類型的密封面，在開啟高溫閥時可保證工藝管道內部溫度不會突然發生升溫現象降低管道安全性。在閥門路線設計階段，設計人員應對工藝管道上布置的每一種管道閥門產生全方位了解，包括其性能、運行原理等，以達到最優化路線設計目的。此外，設計人員還應具有一定的柔性設計理念，包括選取“短距離”“損耗小”的路線等，并搭配適合的承重支架等輔助元件，這樣既可幫助石化企業節約相應的經濟成本，又能避免工藝管道出現大量壓力或溫度損失等狀況，降低其使用效率。

3.4.3 冷換設備

冷換設備作為石油化工裝置中的重要部分，在設計期間，不但要優選適合的設備類型，而且還應在設計布設路線時注重其合理性。目前，市場上出現的一款螺紋管換熱器，相比以往換熱器，其K值上調了0.5倍，并且壓力降低概率也上升了1.5倍，故而具有突出性能。在具體設計期間，冷換區調節閥隔熱層外壁厚度不宜低于100mm，其排液口最小公稱直徑應按照表1標準予以設計。為了增強維修工作的便捷性，還需設置寬度適中的維修通道，由此提升工藝管道設計的合理性，也能由此確保冷換設備擁有規范的操作路線。

表1 管道排液口設計標準

冷換設備布設路線的設計還需要考慮到石油化工裝置的使用年限，由此減小石油化工裝置操作事故的發生率。在空冷器管道間隔上，其主管、分管應保持垂直狀態，并根據石化企業的具體生產需求合理安裝冷凝器，由此促進冷換設備的穩定運行。

4 結束語

綜上所述，石油化工裝置工藝管道設計的合理性，是決定石化企業生產效率的關鍵因素，故而應予以重視，并從設計人員素質、工藝管道材料、吹掃裝置設計、管線布設等方面著手，由此對石油化工裝置工藝管道設計合理性的提升提供重要依據，也能為石化企業日常生產活動的開展創造有利條件，進而在最大化保障生產安全的基礎上實現石化企業的可持續發展。