石油化工多層管廊管道布置的配管設(shè)計(jì)方案研究

魏思達(dá)

[廣州市城市管理質(zhì)量監(jiān)測(cè)與應(yīng)急保障中心（廣州市燃?xì)馐聞?wù)中心），廣東廣州，51000]

多層管廊的配置方案較多，如果所用設(shè)備裝置較少，則可以采用一端式或直通式的管廊配管設(shè)計(jì)方案。而在所用設(shè)備較多的情況下，可以根據(jù)實(shí)際情況采取“Z”“T”“π”等形式的配管方案[1]。目前我國(guó)的管廊配管設(shè)計(jì)規(guī)定，管廊的一層和二層要布置工藝物料的管道，三層布置公用工程管道，四層則要布置火炬管道以及電氣和儀表電纜槽板[2]。石油化工多層管廊立體維度布置主要是長(zhǎng)度、寬度、高度的三維立體參數(shù)設(shè)置，主要參考管道數(shù)量、裝置設(shè)備規(guī)格、管徑大小、相關(guān)儀器電纜橋架以及檢修通道的寬窄等因素決定，現(xiàn)對(duì)石油化工多層管廊管道布置的配管設(shè)計(jì)方案進(jìn)行研究。

1 石油化工多層管廊立體維度布置

1.1 管廊長(zhǎng)度

在設(shè)計(jì)管廊長(zhǎng)度的過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)設(shè)備布置的間距情況、施工步驟和工藝順序以及分支管廊的寬度來(lái)確定主管廊的總體長(zhǎng)度。如中石油廣東石化煉化一體化項(xiàng)目中，在綜合分析常減壓裝置和延遲焦化裝置的間距后，采取了長(zhǎng)度為19km外管廊鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案[3]。由15km煉油區(qū)外管廊和4km化工區(qū)外管廊組成，鋪設(shè)的工藝管線總長(zhǎng)度將達(dá)803.4km。而管廊總長(zhǎng)度也是對(duì)乙烯裝置裂解爐分支管線的跨距分析，在管道橫截面垂直荷載計(jì)算彎曲應(yīng)力后，決定了管廊結(jié)構(gòu)的管架跨距，所以滿足這一跨距的基礎(chǔ)上可以分析出道路穿越管廊處跨距的平均長(zhǎng)度，再用小管徑管道作為支撐力，則可以逐個(gè)計(jì)算分支管廊所需長(zhǎng)度，最終通過(guò)在管廊上增加支撐力來(lái)提高管位的總體利用率。

1.2 管廊寬度

在設(shè)計(jì)管廊寬度的過(guò)程中，應(yīng)綜合考量管道所需管徑，同時(shí)計(jì)算所需分支管道的數(shù)量，除了保留必要間距之外，還要綜合分析相關(guān)電器和儀表的電纜橋架所需寬度，預(yù)留10%～20%的操作通道，對(duì)后續(xù)管廊維護(hù)具有重要作用。如中石油級(jí)綠色石化產(chǎn)業(yè)基地項(xiàng)目中，乙烯裝置8臺(tái)裂解爐共1 456根爐管，管廊上水、電、氣、風(fēng)、油等各種工業(yè)介質(zhì)一應(yīng)俱全，那么在管廊的工藝管線、水線、氣線、風(fēng)線及電纜橋架等方面的安裝過(guò)程，則必須預(yù)留出更大空間的檢查操作區(qū)域，否則將對(duì)后期維護(hù)產(chǎn)生嚴(yán)重干擾[4]。

電儀施工、工藝管線試壓等工作中，應(yīng)集中資源重點(diǎn)推進(jìn)乙烯、POX、芳烴、常減壓、延遲焦化、加氫裂化等關(guān)鍵主裝置的管廊寬度設(shè)計(jì)，必要時(shí)可將預(yù)留空間增加到30%，從而確保公用區(qū)、分餾區(qū)、壓縮機(jī)區(qū)等均具有足夠的操作檢修通道寬度。在綜合考量多種因素之后，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)管廊寬度為11.5m，在主管廊寬度大于9m的位置取中心點(diǎn)增加支柱，從而增強(qiáng)管廊寬度設(shè)計(jì)的穩(wěn)固性。

1.3 管廊高度

管廊高度設(shè)計(jì)取決于分支管線的設(shè)置方案，應(yīng)綜合考量吊裝作業(yè)的施工難度，也要確保預(yù)留出足夠的檢修通道。如揭陽(yáng)濱海新區(qū)的廣東石化煉化一體化項(xiàng)目中，因三聯(lián)合裝置中的催化裂化裝置油氣大管線吊裝高度超過(guò)10m，所以在管線連接反應(yīng)沉降器頂和分餾塔底入口，直接吊裝作業(yè)設(shè)計(jì)高度跨距達(dá)增加到40m，將管徑設(shè)計(jì)為1.6m。吊裝作業(yè)跨越再生器等高層設(shè)備，在狹窄空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)了大管線與設(shè)備本體的精準(zhǔn)對(duì)接。管廊高度設(shè)計(jì)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際周密論證，制定了兩段吊裝方案，使用400t履帶吊車(chē)、108m的吊桿，歷時(shí)48h完成二段管線對(duì)接。雖然外廊高度超過(guò)常規(guī)作業(yè)，但是總體設(shè)計(jì)方案符合施工標(biāo)準(zhǔn)，所以吊裝方案的實(shí)施難度隨之降低。因?yàn)橹鞴芾壬瞎芫€的管徑可以控制在DN200～300范圍之內(nèi)，所以垂直高差可以縮小到1.6m以內(nèi)，通過(guò)45°彎頭和90°彎頭的錯(cuò)層排列，可以最大限度地縮小凈空落差，故而裝置內(nèi)兩處道路可以直接穿越主管廊，并在第二層管廊上梁體懸吊借力，使得火炬氣管線以超過(guò)3%的坡度向分液罐傾斜，便于接入主管線，并確保公用管線預(yù)留出檢修通道。

2 石油化工多層管廊管道布置的設(shè)計(jì)因素

2.1 物料因素

石油化工管道配管輸送腐蝕性物料時(shí)，通常需要布置在平行管道外側(cè)或下放。有毒、易爆、易燃的物料管道，必須遠(yuǎn)離人員聚集區(qū)域，同時(shí)布置安全閥、阻火器、防爆膜等配套施工方案[5]。冷熱管道應(yīng)盡量分開(kāi)布置，如必須在同一支線管道內(nèi)布置，可以采用冷管在下熱管在上的設(shè)計(jì)方案，但是必須確保兩條管線大于0.5m的安全距離。如采取交叉排列的設(shè)計(jì)方案，需要規(guī)范保溫層厚度，同時(shí)將安全間距控制在0.25m以上。少數(shù)分支管道敷設(shè)坡度時(shí)，應(yīng)以物料流動(dòng)方向?yàn)橹饕O(shè)計(jì)方案，坡度應(yīng)控制在1/100～5/1 000。輸送大黏度物料的管道中，則需要將坡度提高到3/100。少數(shù)物料含固體結(jié)晶成分，則需要將管道坡度提升到5/100以上。

在設(shè)計(jì)長(zhǎng)距離管道和蒸汽類(lèi)管道時(shí)，應(yīng)在管道源頭加裝帶疏水器的放水口及膨脹器。為了確保管道運(yùn)行安全性，必要時(shí)需要在輸送高壓蒸汽的管道內(nèi)安裝低壓蒸氣系統(tǒng)。如有必要，還需增加減壓閥和安全閥。少數(shù)管道存在水錘和侵蝕問(wèn)題，需要合理控制安裝管道的直徑。根據(jù)應(yīng)力指標(biāo)合理布置管道，也可以在主要位置設(shè)計(jì)“π”形管補(bǔ)償器，同時(shí)安裝推力補(bǔ)償器，將相關(guān)設(shè)備連接到蒸汽管道內(nèi)，可以有效避免水錘和侵蝕現(xiàn)象。除此之外，真空管道需要盡量縮短，同時(shí)減少管道內(nèi)的曲折環(huán)節(jié)，從而最大限度提高真空度。避免使用截止閥，從而降低阻力并提高分支管道使用效率。

2.2 施工操作及維修因素

布置多層管廊管道，必須綜合考量管道的承載力，必要時(shí)可以在并行管道外側(cè)增加分支管線。引支管時(shí)，氣體管應(yīng)從主管線上方引出，而液體管道則需從下方引出。所有管道應(yīng)盡量采取集中架空的布置方案，盡量減少曲折路線，以直達(dá)輸送位置為統(tǒng)一設(shè)計(jì)原則。而施工作業(yè)中，也要盡量繞行設(shè)備、閥門(mén)、管件等主要施工位置，盡量與吊車(chē)作業(yè)時(shí)間錯(cuò)峰，旁支管線需預(yù)留2.2m以上的空間，從而避免管道安裝受到外部施工環(huán)境干擾。管道應(yīng)避免出現(xiàn)“氣袋”“口袋”“盲腸”等常見(jiàn)施工故障，集氣系統(tǒng)應(yīng)盡量布置在便于蒸汽向上方排放的最高點(diǎn)。如采取混凝土加固施工，則可以將分支管道延墻體安裝，秉承便于維修的基本設(shè)計(jì)原則，管道應(yīng)與墻面保持微小間距，進(jìn)而容納閥門(mén)、管件等輔助設(shè)備。管路布置滿足正常生產(chǎn)要求之外，還需綜合考量開(kāi)工、停工、故障處理等方面的具體要求。開(kāi)停工期間，應(yīng)合理分配支線管道的開(kāi)停時(shí)間，開(kāi)工裝料和停工時(shí)排料時(shí)應(yīng)啟用旁路管道，從而適應(yīng)管路操作變化，避免繁瑣施工，提高管道施工效率。

2.3 安全生產(chǎn)及其他因素

閥門(mén)必須布置在便于操作的管道位置，尤其操作頻繁的閥門(mén)需要布置在管道明顯位置，按照使用頻率排列閥門(mén)的順序，可以避免管道檢修時(shí)的不必要工作量。同時(shí)安全閥門(mén)連接在管道上的位置不同，起到了安全保障功能也略有差異。建議拉大各處安全閥門(mén)的實(shí)際間距，同時(shí)涂刷不同顏色，提示檢修維護(hù)人員閥門(mén)對(duì)應(yīng)管道的輸送情況，避免出現(xiàn)引發(fā)重大事故的閥門(mén)安全問(wèn)題[6]。在管道通過(guò)道路或有負(fù)荷地區(qū)時(shí)，必須增加相應(yīng)的保護(hù)措施，從而避免管道外露造成泄漏風(fēng)險(xiǎn)。如果選用支架來(lái)支撐多層管道，則必須精準(zhǔn)計(jì)算管道和閥門(mén)的總體重量，尤其需要參考非金屬材料設(shè)備、制設(shè)備、硅鐵泵等方面產(chǎn)生的額外重量，確保支架具有足夠的支撐力，達(dá)到多層管道安全運(yùn)行的實(shí)際建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。

除此之外，如果兩組設(shè)備的間距較近，那么在架設(shè)多層管道時(shí)則不能采取直連方案，有時(shí)也會(huì)因?yàn)閴|片配準(zhǔn)難度高，導(dǎo)致多層管道連接出現(xiàn)松動(dòng)問(wèn)題。如果設(shè)備未與建筑物固定，或者有波形伸縮情況，多層管道可以采取直連方案，此外建議采取90°彎接或者45°斜接。管道通過(guò)外墻體時(shí)需要加安裝大直徑管套，而且需要高出支架頂層一段距離，抬高管道最高架設(shè)平臺(tái)表面50mm即可。

3 石油化工多層管廊管道布置的配管設(shè)計(jì)方案

在布置管廊的配管設(shè)計(jì)方案時(shí)，應(yīng)當(dāng)將管廊裝置規(guī)劃在聯(lián)系主要設(shè)備的關(guān)鍵位置上，且宜平行于裝置的長(zhǎng)邊，通過(guò)盡量縮短管廊長(zhǎng)度來(lái)控制提高傳輸銷(xiāo)量，有效利用管廊內(nèi)的空間結(jié)構(gòu)，滿足管廊與外界連結(jié)的便捷性，提高管廊的使用效率和檢修便捷性，同時(shí)滿足電纜溝、地下管道、建筑物等間距要求，避開(kāi)設(shè)備檢修場(chǎng)地，達(dá)到合理運(yùn)用管廊空間的最佳效果。在具體的布置方案中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注帶閥組管道、火炬氣管道、熱脹量管道、橋架附近管道，以及檢修操作梯平臺(tái)等方面的布置方案。

3.1 帶閥組管道布置方案

帶閥組管道要求具有一定的自控性能，在進(jìn)出界區(qū)管線上，流量計(jì)閥組可以對(duì)管道內(nèi)運(yùn)輸情況進(jìn)行初步判斷，而在分餾區(qū)各塔、儲(chǔ)罐、換熱器、泵之間增加節(jié)流裝置，也需要充分考慮調(diào)節(jié)閥組是否夠用。尤其閥組應(yīng)設(shè)置在管廊距離地面較近的位置上，從而便于檢修維護(hù)人員的現(xiàn)場(chǎng)操作。可以在多層管廊中將部分閥組布置在中間柱兩側(cè)，那么檢修泵的區(qū)域則可以預(yù)留出足夠空間，在管廊外部進(jìn)行檢修也會(huì)規(guī)避空間通道障礙。在計(jì)算管線承載的應(yīng)力時(shí)，也需要充分核算調(diào)節(jié)閥組是否能夠形成自然補(bǔ)償。若管線數(shù)量較大，合理安排錯(cuò)綜復(fù)雜的管道環(huán)境則顯得格外重要。

3.2 火炬氣管道布置方案

火炬氣管道管直徑較大，而且需要以一定坡度連接液罐，所以在設(shè)計(jì)低壓和高壓火炬氣管道位置時(shí)，需要將其安置在分液罐區(qū)域，中間位置可以設(shè)計(jì)π彎管線，從而在分餾區(qū)和主管廊之間架構(gòu)安全梁作為支撐，火炬氣管線進(jìn)出內(nèi)外管廊時(shí)通過(guò)π彎中間部分，符合管廊應(yīng)力設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，火炬氣從分液罐進(jìn)入管廊后再?gòu)腪型管道通過(guò)，可以對(duì)其設(shè)置單獨(dú)的操作界區(qū)閥門(mén)，從而為后期檢修提供便捷。

3.3 熱脹量管道布置方案

在布置長(zhǎng)距離的高溫蒸汽管道時(shí)，必須充分考慮熱膨脹對(duì)管道吸收自然補(bǔ)償?shù)淖饔谩ＭǔＧ闆r下，在π彎管線可以設(shè)置在隔段的管道附近，上層側(cè)梁可以作為支撐π彎應(yīng)力結(jié)構(gòu)，在壓力溫度存在一定區(qū)別的蒸汽管道內(nèi)，π彎管線應(yīng)盡量采取集中布置方案，從而在管廊外側(cè)設(shè)定管徑大和溫度高的部分管道，內(nèi)側(cè)則可以利用剩余空間來(lái)布置溫度較低和管徑較小的管道，有效利用多層管廊的空間效益，實(shí)現(xiàn)對(duì)π彎功能的傳輸價(jià)值最大化。除蒸汽管道之外，在多層管廊中還有很多高溫管道，在布置這些管道時(shí)也要充分考慮利用高度落差來(lái)形成自然補(bǔ)償。在熱位移較大的情況下，應(yīng)設(shè)置管托長(zhǎng)度較大的管線，以此作為緩解熱膨脹疏導(dǎo)功能，避免管道因膨脹系數(shù)增加而出現(xiàn)管托脫離橫梁的問(wèn)題出現(xiàn)。

3.4 橋架附近管道布置方案

電氣電纜橋架和儀表可以布置在主管道附近，檢修通道兩側(cè)適合布置檢查口，用于后續(xù)主管廊對(duì)外側(cè)管道情況進(jìn)行探測(cè)。在部分多層管廊布置方案中，由于南側(cè)的檢修比例較少，所以經(jīng)常將電氣儀表向界區(qū)方向移動(dòng)，電纜橋架截至界區(qū)前四跨的情況下僅設(shè)置一層的布置方案即可。這樣的布置方案可以滿足火炬氣出口管線的檢查需要，同時(shí)布置空間的安全性更高，不會(huì)對(duì)后續(xù)檢查維修造成干擾。除此之外，界區(qū)平臺(tái)設(shè)置在主管廊區(qū)與各分支管廊的橋架位置時(shí)，電纜橋架可以從主管廊頂部穿過(guò)，再引向地面泵位置，從而為配管方案預(yù)留出足夠空間，避免與各分區(qū)連接管道之間發(fā)生危險(xiǎn)性較高的碰撞。

3.5 檢修操作梯平臺(tái)布置方案

檢修操作梯平臺(tái)布置方案，主要是在管廊外每50m位置增加一段對(duì)稱通道，每段通道不超過(guò)25m，通過(guò)架設(shè)聯(lián)通在電氣儀表橋架區(qū)域上的檢查口，從而為檢修多層管廊的儀表運(yùn)行情況提供足夠空間。檢修通道連結(jié)在公共管線的閥門(mén)操作平臺(tái)上，各區(qū)域管線在交叉和層疊位置，均可觀察到具體的運(yùn)行情況，所以即便是分餾區(qū)連結(jié)管道較多，檢查時(shí)也可以通過(guò)檢修操作梯平臺(tái)避開(kāi)主要的管道密集區(qū)，為后續(xù)檢修管道提供便捷。

除此之外，界區(qū)梯搭設(shè)平臺(tái)時(shí)，應(yīng)根據(jù)閥門(mén)立裝位置的情況來(lái)設(shè)置。如果管線在每層梁上的標(biāo)高已經(jīng)超過(guò)了樓梯間距離，那么排污收集管線和蒸汽吹掃管線則需要盡量錯(cuò)層布置。可以在跨平臺(tái)每層平臺(tái)上設(shè)置管線穿過(guò)處的開(kāi)洞支架，唯有如此才能在多層管廊交叉作業(yè)的情況下，滿足跨平臺(tái)檢修觀察的空間需要，聯(lián)通平臺(tái)之間的斜梯便可以將檢修人員直接送達(dá)關(guān)鍵位置，完成針對(duì)多層管廊的內(nèi)部管道檢修工作。

4 結(jié)束語(yǔ)

石油化工多層管廊立體維度布置中，應(yīng)充分考慮管廊長(zhǎng)度、管廊寬度、管廊高度等影響空間利用率的各種因素。布置多層管廊時(shí)，管道布置的設(shè)計(jì)因素也對(duì)設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生不同程度的影響，主要是物料因素、施工操作及維修因素、安全生產(chǎn)及其他因素，控制好這些因素可以提高多層管廊管道布置的合理性與科學(xué)性。在具體的布置方案中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注帶閥組管道、火炬氣管道、熱脹量管道、橋架附近管道，以及檢修操作梯平臺(tái)等方面的布置方案，從而提高多層管廊管道布置方案的優(yōu)越性，為后續(xù)檢修維護(hù)帶來(lái)便捷性，為石油化工生產(chǎn)運(yùn)輸提供安全性。