工藝裝置管廊設計體會

李夢然

（天津渤化工程有限公司，天津300193）

工藝裝置管廊是化工廠非常重要的裝置，它集動力管道、化工物料管道、壓力管道、儀表橋架、電力橋架于一體，既要考慮檢修、維修空間，還要考慮管廊上操作閥門平臺。隨著我國和世界經濟的日益增長，科技水平不斷提高，對化工產品需求量將不斷上升。企業生產不僅要重視產量、利潤，更應關注安全生產、安全設施的配置[1]。

1 化工企業廠區管廊概述

化工企業廠區管廊分為廠區內動力管廊和工藝裝置內工藝管廊。動力管廊是將各動力裝置的管道引入到工藝裝置管廊內或工藝裝置內的管道通過動力管廊引到廠區污水處理站或火炬等裝置。而工藝裝置管廊是將原料輸送給工藝裝置或工藝裝置之間內管道輸送。動力管廊和工藝裝置管廊區別見表1。

2 工藝裝置管廊布置

以河北省滄州某化工項目為例，見圖1。面對幾十至上百根管道需要敷設在工藝裝置管廊上，首先要把管道分類，將公用管道放在管廊第二層，原料管道、工藝輸送管道放在第一層，最高層敷設儀表、電纜橋架。

公用管道根據八個裝置同時需要總用量經計算后，確定每種管道管徑，將保溫的或熱管道與常溫管道分類排布，以此確定該層管廊寬度，該項目中管道分別為：2 種壓力氮氣、儀表空氣、吹掃空氣、蒸汽、蒸汽凝水、熱水供回水、循環水供回水、冷凍水供回水、純水、生產用水、生活用水、污水、火炬、天然氣、氫氣等管道。蒸汽、蒸汽凝水靠管廊柱子布置，便于做矩形補償器，同時還要兼顧靠近用量大的用戶。

表1

圖1 工藝裝置管廊布置示意圖

工藝管道主要以靠近用量大的用戶布置原則，對于壓縮氣體管道、真空管道、重力流管道盡量減少阻力、減少彎頭。工藝管道主要來自工藝裝置之間輸送管道，裝置相對位置盡量按工藝流程順序布置，以便減少管道交叉。

管廊上有閥組、儀表計量等設施，需要設置檢修平臺或操作平臺。有坡度要求的管道要注明，如火炬管道。

管廊寬度確定后，就是層高的確定。根據梁厚、該層管道最大直徑及引入用戶彎頭高度確定層高，一般1.5～2m 范圍。管廊最底層高度應滿足《石油化工企業防火設計規范》和《化工裝置設備布置設計工程規定》要求。

管廊柱網布置，一般6m 或12m 跨度，盡量與裝置的柱網對齊，便于管道平行布置。穿過道路兩側要考慮固定支架。管架設計要考慮裝置擴建或變更工藝路線的影響，預留30%富裕量，同時荷載也要考慮。管架布置在滿足工藝條件的基礎上還應滿足《石油化工管架設計規范》和《石油化工企業廠區總平面布置設計規范》要求。

3 應用CAESARⅡ對管道柔性校對

由于管道內介質溫度和環境空氣溫度對管壁的影響，引起管道的伸縮。為使管道在運行狀態下保持穩定和安全，減少管道熱脹冷縮所產生的應力，設計時應考慮管道熱膨脹。

管道熱膨脹的設計原則是：首先從管道布置上盡量考慮自然補償，其次考慮管道安裝時的預拉伸，在上述兩個條件未能滿足管道熱補償要求時，必須設計熱補償器[2～4]。

工藝裝置管廊初步設計后，對工藝裝置管廊中有以下情況的管道均要考慮管道柔性的校核：

1)管道的設計溫度≤-50℃或≥100℃，均應為柔性計算的范圍；2)對柔性計算的管道公稱直徑范圍應按設計溫度和管道布置的具體情況在工程設計時確定；3）室外環境溫度影響的無隔熱層長距離的管道；4)管道端點附加位移量大，不能用經驗判斷其柔性的管道；5)小支管與大管連接，且大管有位移并會影響柔性的判斷時，小管應與大管道同時計算；6)對于與敏感機器、設備相連的高溫、高壓或循環當量數＞7000 等重要的以及工程設計有嚴格要求的管道，應采用計算機程序進行柔性計算；7)對有壓力脈動的管道，決定支架間距時，應核算管道固有頻率，防止管道產生共振。

計算及安全性評定準則：考慮管道不可預見情況的影響，應力負載率一般不超過80%，也可根據項目情況酌情考慮。

4 總結

管廊上的管道合理布置對整個工程順利開車來說有非常重要的影響，工藝裝置一半以上的管道都要經過管廊連接。因此，工藝管道布置設計必須符合管道及儀表流程圖（PID）的設計，同時嚴格按照工藝專業提出的管道等級表和特殊件表選用管道組成件情況下，即應做到安全可靠、經濟合理，并滿足施工、操作、維修等方面的要求，又要遵循安全及環保的法規、對防火、防爆、安全防護、環保要求等條件進行檢查，以便管道布置更能滿足安全生產的要求，滿足熱脹冷縮所需的柔性。對于動設備的管道，還應注意控制管道的固有頻率，避免產生共振。特別要重視，管道上荷載、生產運行產生的應力對管架造價影響很大。滿足安全生產、滿足工藝要求前提下，盡量減少工程投資，對管廊更充分、更合理設計有非常重要的意義。