石油化工装置管廊上管道设计的要点分析

石油化工装置管廊上管道设计的要点分析

张文秀

天津辰力工程设计有限公司天津300400

摘要：石油化工产业在当前经济的发展过程中扮演着重要的角色，并且影响着各行各业的发展，由于其具有非常重要的地位，必须保证其工作的质量。石油化工装置管廊作为石油化工产业的特殊的设备，在所有石油化工的设备中占有举足轻重的地位。主要结合其设计的要求，对其设计的要点进行分析。

关键词：石油化工装置管道支吊架设计

引言:管廊是石化装置的重要组成部分，它是连接装置内部各部分区间的重要纽带。随着石化装置的大型化，装置内的管廊设计也越来越复杂。管廊上管道设计的好坏影响整个装置的管道布置。因此，管廊布置需要详细规划、加强协调、做到经济合理、减少费用。通常，管廊上敷设工艺管道、公用工程管道、仪表槽架等，为了充分利用空间，管廊上下也可以布置泵、换热器和空冷设备等小型装置。

1管廊的布置

管廊的布置与设备的平面布置息息相关，其具体走向和形式应根据装置平面布置的特点来确定。管廊的布置应遵循以下原则：

1）管廊应处于易于与各类主要设备联系的位置上。要考虑能使多数管线布置合理，少绕行，以减少管线长度。典型的位置是在两排设备的中间或一排设备的旁侧。

2）布置管廊要综合考虑道路、消防的需要，以及地下管道与电缆布置和临近建、构筑物等情况，并避开大、中型设备的检修场地。

3）管廊上可以布置空冷器及仪表和电气电缆槽等，下部可以布置泵等设备。

4）管廊上设有阀门，需要操作或检修时，应设置人形走道或局部操作平台。

管廊布置时，对于小型装置，通常采用盲肠式或者直通式管廊；对于大型装置，可采用L形、T形和п形等形式的管廊；对于大型联合装置，一般采用主管廊、支管廊组合的结构形式。如图1所示。

图1管廊的布置形式

某大型石化装置占地为240×160m，装置内布置有锅炉水给料机处理、燃料输送系统、辅助锅炉、超高压蒸汽过热炉、燃气轮机及余热锅炉、蒸汽轮机等单元主项。装置管廊设计汇总充分考虑防火防爆、安全消防以及设备安装、操作及检修等要求，采用T形和L形相组合的方式，将各单元串接为一体，并设置了两个管廊接口与外管廊衔接，从而最大可能的顺应工艺流程，减少了管道绕行，保证布置的紧凑与经济合理。

2管道支吊架的选用原则和要点

2.1管道支吊架的选用原则

在石油化工管道支吊架的选用时，应注意很多方面的原则问题，本文简要分析以下几个原则问题：

1.选用的时候，应从以下条件是否适用进行选择：承受的荷载大小及方向、工作温度、管道位移、是否保冷或者保温、管道的材质等。

2.对于一些热胀量过大的管道架空敷设而言，应选择加长管托的方式，这样可以有效避免管托掉落。

3.设计中，应尽量选择标准的管吊、管托及管卡，如果出现了以下情况，一般则可以采用特殊模式的管吊与管托：1）输送冷冻介质；2）架空敷设但是不易施工焊接；3）在生产使用中需要进行拆卸检修；4）材质为合金钢；5）材质为碳素钢且内部介质温度高达400度以上。

4.为了保障管道只沿着轴向位移运行，阻止其横向位移过大或者荷载冲击过大，如出现了以下情况则需设置一定的导向管托：1）为了防止大型振动产生横向位移的管道；2）横向位移过大可能会影响临近管道的管道；3）安全阀出口采用的是高速放空模式的管道与可能产生振动的两相流管道；4）防止活接头及法兰泄漏且不会产生大型横向位移的管道。

2.2石油化工管廊设计的要点

管廊在进出装置处通常集中设置较多的阀门，为方便操作应设置操作平台，平台位于管道的上方。对于双层管廊，为方便布置，在装置边界处尽可能将双层合并成单层，必要时沿管廊走向设置操作检修通道。有孔板的管道应布置在管廊上方靠近走台处或靠近管架的柱、梁，方便设置平台和梯子。

个别大直径管道进入管廊如改变标高有困难可平拐进入，并将该管道布置在管廊的边缘；敷设在管廊上的管道改变管径时应采用偏心大小头，保持管底标高不变。管廊上布置有坡度的管道时，可通过调整管托高度或在管托下加型钢或钢板垫枕的方法来实现。对于放空气体总管（或去火炬总管）宜布置在管廊柱子的上方，便于调整标高。

当管廊下方布置有泵，且泵的进出口管嘴在管廊内，双层管廊的下层应留有供管道上下穿越所需的间隙。沿管廊两侧柱子的外侧，通常设置调节阀组、公用工程站，以及取样冷却器、过滤器、热水回收站、蒸汽疏水阀组等小型设备。在布置管廊的管道时，要同仪表专业和电气专业协商为仪表和电缆槽架留好位置。

3管道支吊架应力分析

3.1管道承重分析

石油化工中管道支吊架的设计目的在于承受管道的外载及自重，从而避免过度挠度的产生，将应力控制在规定范围之内。衡量管系运行是否安全，其标准之一是一次应力的大小，而应力大小一般可以通过支吊架的设置来进行调整。应正确选用合适的支吊架，并且应调整与改善管系的应力分布状态，才能使得管系在变形时能正常运行。

3.2消除管道在布置不当时导致的荷载转移

在石油化工装置管道支吊架设计中，管道支吊架在应力分析及柔性设计上都有着特殊的意义。一般情况下需要符合一次应力/挠度的需求，主要采用的方式是增加管道支吊架的数量，以此减少管道受力；但是，我们若从二次应力来考虑，为了降低二次应力的影响，则需要减少管道支吊架的数量，从而保障管系可以自由形变，以此缓解二次应力/热推力的影响。由此可见，在一次应力与二次应力之间，产生了一定的矛盾，这就需要我们在具体的应力分析及设计中，应合理抉择管道支吊架的数量。

4管道支吊架位置确定

我们在具体的石油化工管道支吊架的设计中，应充分考虑安全可靠、经济适用及美观大方的原则，因此就必须保证支吊架及其基础分类在计算上的准确、布置上满足相关的工艺需求，还要科学合理确定管道支吊架的位置。必须保证其在允许的跨度范围之内，尤其是注意水平管道承重之间的距离不能超过管道所允许的范围，这样才能控制挠度不会超过限度。连续敷设的管道，其允许跨距主要采用三跨连续梁承受均匀分布荷载的方式来计算，并且要按照强度条件来检验，最后取其中最小的值为准。当然，除了需要满足上述需求之外，还应充分考虑以下几个方面的问题：

1.某些管道中有阀门，对于小型管道设备等载荷十分集中的管道而言，应设置在集中荷载的附近。

2.在管系两端，当管道和设备相连，那么应尽量将其设置在靠近设备的管嘴处，这样可以有效减少受力。

3.某些管系中如果有垂直管段，就应在垂直管段的上部或者下部设置相关的承重支架，一旦其垂直管段较长，还需要在中间设置一定的导向架。

4.在设计中，应尽可能利用周边建筑物的梁柱支架来进行基础构建结构，但不能让梁柱产生变形与弯曲。

结语:

石油化工管道支吊架的正确设计与布置属于一项十分重要的工程，因此必须高度重视，不仅应保障其在选择类型时要合理恰当，在布置中也应合理科学，同时还要保障其受力在相关的规范之内，尽量做到合理经济且实用。

参考文献:

[1]万朝婵.石化装置管廊的配管设计[J].广州化工，2013,41（23）:128-132.

[2]张德姜，王怀义，刘绍叶.石油化工装置工艺管道安装设计手册[M].北京:中国石化出版社，2009:169-172.

[3]郝佳.大型石化装置多层管廊的配管设计[J]石油化工设计，2011,28（3）:38-39.