浅谈地下管道布置及其注意事项

浅谈地下管道布置及其注意事项

张米斯

配管室

摘要：针对安庆100万吨/年催化柴油加氢转化（RLG）装置地下污油（废胺液）管道，阐述了地下管道直接埋地时的设计规范以及设计过程中的注意事项，如地下管道走向及埋深的确定、如何提地坑资料、地上污油（废胺液）管道的布置，以及地下管道建模中的注意事项，并给出解决方案。

关键词：地下污油（废胺液）管道；走向；埋深；地下管道建模

1 管道敷设方式

管道敷设方式主要可以分为：地面以上和地面以下两种。而地下敷设又可以分为直接埋地敷设和管沟敷设[1]。

1.1地上管道敷设

架空敷设是石油化工装置管道敷设的主要方式，地上管道敷设通常可以认为即是这种方式。只要可能，都应尽量采用这种方式敷设管道，它具有便于施工、操作、检查、维修、较为经济的特点[1]。

1.2埋地敷设

其优点是利用了地下空间、不需要特别的支承措施；缺点是管道易腐蚀；检查和维修困难；在车行道处要进行特别处理来保证管道能承受大的荷载；对于易凝油品，一旦油品在管内凝固，将很难处理；隔热管道在地下很难保持良好的隔热功能；又由于它不需要支撑，对于温度较高的管道无法设置固定点，从而使得管道柔性较差[1]。

1.3管沟敷设

其优点也是利用了地下空间，提供了较方便的检查维修条件；还可敷设有隔热层的高温、易凝介质和腐蚀性介质的管道；缺点是费用高，占地面积大，与其他埋地管道交叉时有一定困难，需设排水点，易积聚或串入油气增加不安全因素，易积聚污物清理困难等[1]。

由于安庆100万吨/年催化柴油加氢转化（RLG）装置布置在安庆石化的老装置区内，该区域的其他装置从前并未设置过管沟，同时现场也不适宜进行大型的地下施工工作，因此，此项目业主选用地下管道直接埋地敷设。

2 确定地下管道走向及埋深

对于石化炼油工厂，涉及密闭排放管道的主要排放点有：管道及调节阀组的低点、机泵、换热器、卧罐液包及其他反应容器。为了让污油（废胺液）能够自流到污油罐（废胺液罐），也为了更大程度的利用地下空间，让整个装置布置显得美观整齐，因此一般都将临近几个点地面以上的污油（废胺液）管道尽量贴着地面布置，经集合管合并后接入地下，在地下将各分支集合后，按照一定坡度依靠自身重力流向污油罐（废胺液罐）以便于回收废液。

2.1 地下管道走向

要确定地下污油线（废胺液线）的走向，首先要明确排放点有哪些，即，有哪些地方需要密闭排放。这就需要根据工艺流程依次捋出标有“丁字头”(丁字头外形如图1所示)的地方，并在装置平面布置图上标示出位置；将所有的“丁字头”标示出来之后，根据他们的所在位置，按照“距离最优”的原则规划地下污油（废胺液）管道的总管走向，照顾到每一个“丁字头”，规划出的地下线总管大致走向如图2所示，详细走向根据后续实际情况可作相应调整。

图1 丁字头示意图

图2 地下线总管大致走向（图中红线）

2.2 地下管道埋深

直接埋地管道充分利用了地下空间，且在满足埋地管道距离地面的最小距离要求之外，可以给给排水等其他专业留出较大的空间来布置相关埋地管道。地下污油管道通常在端头设置有蒸汽吹扫，考虑到吹扫工况在布置管道的时候，应充分考虑管道柔性，可以通过增加π弯或者弯头来达到增强柔性的目的。如图3所示。

图3  安庆100万吨/年催化柴油加氢转化（RLG）装置地下污油线及废胺液线总管走向示意图

装置内埋地管道的埋设深度应根据最大冻土深度、地下水位和管道不受损坏等原则确定，管道的埋设深度宜符合下列规定[3]：

1、在没有混凝土铺砌的区域内，管道的管顶距地面不宜小于0.5m。

2、在室外或室内铺砌了混凝土的区域内，管道的管顶距地面不宜小于0.3m。

3、机械车辆的通行区域，管道的管顶距车行道路路面不宜小于0.7m或者采用套管保护。套管管顶距地表不小于0.3m。套管的直径宜比被保护管大二级。

    根据以上规定，可以确定出地下污油（废胺液）管道距离污油罐（废胺液罐）最远端的埋深，然后根据地下污油（废胺液）线总管的最远端与污油罐（废胺液罐）的间距以及地下管道的坡度（本项目坡度是3‰）测算出污油罐（废胺液罐）的埋深。通过以上方法，本装置最终确定的地下污油罐标高为EL-1700，地下废胺液罐标高为EL-1400。

3地下罐土建地坑设计原则

    地下罐是放置在地面以下的，需要土建专业做一个混凝土地坑用于放置地下罐。从安全角度考虑，对于轻污油介质而言，地坑需要填沙充满。地坑池壁的顶面应高出地面100mm，以防止雨水渗入。地坑表面可根据不同需求，采用盖板盖在池壁上或水泥铺平均可。在地坑一角应设置直梯，以便检维修时使用；另外还应设置集液坑。由于地下管道需穿过地坑墙壁，因此在地坑的墙壁上还应提管道穿洞资料，套管大小一般大于地下管道的管径两级即可[2]。提出的地坑资料如图4所示。

图4 提给土建专业的地坑资料

4地下管道布置原则

埋地管道上如有阀门应设阀门井。阀门井应有操作与检修的空间，阀门井壁顶面应高出地面0.1m，且应设置盖板，管道距井底的净空高度不应小于0.2m，阀门井内部应设置排水设施。管沟内管道的净距不应小于80mm，法兰外缘与相邻管道的净距不得小于50mm

[3]。直埋敷设方式的管道净距参考管沟敷设时的管道净距要求，不应小于80mm，法兰外缘与相邻管道的净距不得小于50mm。

    同时，考虑到现场地下管道施工安装容易出现误差，在设计时就应予以充分考虑，避免在现场装配管道时出现地下管道与地下罐管嘴无法对接的情况。为了避免这一情况的产生，本装置地下管道主管设计时在临近地下罐入口处设置了两个斜45°弯头及一段直管段，以确保地下污油总管高度高于地下罐入口管嘴，保证污油自流进入地下污油罐。如图5所示。

图5 地下罐出口处直管用两个45°弯头改变走向

除此之外，由于污油线和废胺液线在地面以下并行敷设，还必须避免各分支管道的交叉碰撞。宜在污油（废胺液）总管上接出一个竖直向上或是斜45°向上的三通，并留出100～150mm的直管段再接分支管道，如图6所示。

图6 并行敷设管道交叉示意图

    最后，在接距离地下罐最远处的一个丁字头时，为了防止污油（废胺液）的积聚、产生盲端，要避免使用管帽收尾，应当采用弯头直接接入丁字头，如图7所示。

图7 地下管道尾端（按流向看是始端）连接情况

5地下管道建模时的注意事项

由于地下管道总管是按照一定的坡度（3‰）敷设的，本身具有角度，因此，其上接出的三通也不是正方向的。

图8 地下管道主管上的分支管道

在图8所示情况中，由于主管（标红）是按照3‰的坡度向上坡的，即斜0.172°（arctan0.003）向上，其上加的三通是与“斜0.172°向上”这一角度垂直的，而非竖直向上，这样加上管件之后，会导致抽出的单管图图面上显示出此分支的角度，如图9所示。

图9 倾斜角度下的单管图

但实际上，我们是希望此分支是竖直向上的，忽略微小的角度误差。那么，在建模时需要进行一项额外的操作：将分支的尾部（与三通相连的部位）定义为竖直向上。即是说，接出的分支是竖直向下与三通连接的，这样一来，就能保证抽出的单管图上各分支都是正方向的，避免出现单管图图面不干净的情况。

6地面以上污油（废胺液）管道布置原则

对于地面上布置的调节阀组密闭排放，应尽量做到以下几点：

2.1.1带有密闭排放的调节阀组及部分操作阀组在满足工艺安装要求之外宜尽量靠近地下污油（废胺液）管道附近布置。且密闭排放管道距地面的净空高度不应小于150mm。2.1.2为了方便密闭排放管道的合并，按照密闭排放的介质种类，管廊下方的调节阀组宜集中布置在管廊柱子内外侧。且合并后的集合管宜紧靠柱子基础设置，以最大可能利用空间，给阀门操作区域留出尽可能多的空间。

2.1.3集合管的设置还应考虑通行问题。如果妨碍通行，应考虑将集合管分段分区域设置。

2.1.4泵污油管道的布置，应根据污油（废胺液）总管的位置决定是分别进入污油（废胺液）总管还是集中合并以后进入污油（废胺液）总管[1]。

7小结

综上所述，随着装置的大型化和石油石化企业环保要求的日趋严格，优化密闭排放的污油管道布置显得尤为重要，不管是地面布置优化再到地下布置优化，必须合理规划才能有效的节约成本，降低投资。在地下管道的设计中，除了要严格按照石油化工装置的相关设计规范、国家标准执行以外，还要结合施工、安装、操作、检修、维修等多方面因素综合考虑，将其体现到我们的设计中来。同时，也需要在三维建模的过程中注意细节，减少不必要的误差。

参考资料：

[1] 张德姜，王怀义，刘绍叶. 石油化工装置工艺管道设计手册.第一篇，设计与计算.第四版.北京：中国石化出版社，2009

[2] 张琳瑄. 配管埋地污油管线设计[J]. 石油化工设计, 2010, 3(27): 40-41

[3] SH3012-2011 《石油化工金属管道布置设计规范》