浅谈石油化工装置工艺管道设计原则

张昊慧

（上海中珏石油化工工程有限公司, 上海 201100）

一、石油化工装置工艺管道的材料选择原则

石油化工工艺介质比较特殊，具有易燃易爆有毒易腐蚀等特性。经常会有高温高压，低温等复杂工况。管材的质量对管道运行的安全性及稳定性有极大影响。故石油化工管道选材要：1基于介质特性选择。介质特性指的是选用的材料要保证无毒，易燃性易爆性差，抗腐蚀性好。2满足安全防护需要，要选择符合科学的传输介质要求的材料，要保证石油化工管道的温度，压力等参数符合相关行业规范，满足实际使用寿命年限与日常维护需求。3材料的物理特性，化学特性，力学特性，机械特性和焊接特性要符合相关要求。4基于成本要求选择。管道材料的设计应符合经济性，有充足的货源，保证采购的顺利进行。

二、石油化工装置工艺管道布置原则

石油化工装置工艺管道可大致分为：管廊配管设计；敷塔管线设计；容器配管设计；加热炉配管设计；冷换设备配管设计；压缩机配管设计；泵配管设计等。下面仅以管廊，泵，塔的配管设计为例。

（一）管廊的管道布置

装置内的管道多数采用架空铺设，因此每条管道都需要支撑，为保证所有管道能长期安全运行，方便施工和检修，这些架空管道需要成组敷设，其支撑构架，称为管廊。在设计上，管廊上进出装置的管道标高和方位要与相邻装置或全厂性管廊协调；对于分期设计的装置，管道布置应符合分期设计的要求；全厂性管廊应留有10%-30%的裕量并考虑载荷；以”大靠外，小居中”为大原则，将大直径管道靠管廊柱子布置，小直径，气体管道，公用工程管道布置在管廊中间；需要热补偿的管道尽量布置在管廊一侧，有利于集中设置π型补偿器；以”高温上,低温下”为大原则，将高温管道(介质温度大于等于250℃)易布置在上层，低温介质管道布置在下层。合理规划设计管廊管道布置，既能节省空间，也能方便操作。

图一：集中π弯

（二）泵的管道布置

在保证工艺PID要求的前提下，优化泵进出口管线。机泵属于高速运转机器，管嘴受力敏感，一旦受到外力会发生变形，产生震动和噪音，严重的会引起轴承的烧毁和损坏。故泵的进出口管线对管口的作用力和力矩应符合制造厂或APIStd610的要求。泵的配管应量减少管道长度，减少弯头数量，以达到减少压力损失，防止汽蚀发生的目的。泵的入口管线不能出现气袋，防止发生汽蚀，因此在布置上尽量做到步步低入泵。对于热油泵，进出口应具有足够的柔性以吸收热涨。对于双吸式离心泵，为保证泵轴两侧的推力相等，叶轮平衡，入口易留有3-5倍DN的直管段。对于水平吸入的离心泵，当进口管径有变径时，机泵前端水平管段变径的大小头宜采用顶平的安装形式，并留出3-5倍DN的直管段，低点设置放净，但对于含有固体颗粒的介质或浆液时，大小头应选择底平安装。泵出口的异径管应靠近泵出口。泵的管道设计还要满足泵检修及支撑的要求。

图二：双吸泵进出口管线图

图三：水平吸入离心泵进出口管线图

（三）敷塔管道布置

塔是用于气相和液相间或液相和液相间的传质和传热的设备，是石油化工装置中广泛应用的设备。敷塔管线设计原则：①应满足工艺管道及仪表流程图②将塔周围分为”操作区及管道区”，管道不得四周均布，且管道区一般不设置平台，人孔，仪表，阀门宜布置在操作区。③管道规划原则’宜上自下，宜大后小”，从塔顶部至底部进行规划，先规划大直径及特殊要求的管道，再布置塔底及小直径的管道。塔顶至冷换设备的管道宜步步低，不得出现”液袋”。塔顶为两级冷凝时，管道布置应使冷凝液逐级自流，油气总管与冷凝器入口分支管应对称布置，达到均流的效果。塔侧面的管线有阀门时宜直接和设备管嘴连接，减少阀门关闭后的积液。若有多个进料出料口时，管道设计应考虑柔性。塔底操作温度一般比较高，布置塔底管道时，管道柔性应满足有关标准或规范的要求。

图四：某塔配管俯视图及侧视图

三、管道支吊架选用及设置

支吊架是管道设计的重要组成部分，合理，正确的支吊架选择，是装置安全正常运行的保证。管道支吊架应在管道的允许跨距内设置。支吊架的种类多种多样，按其功能可分为：1承重管道荷载(刚性支吊架，滑动支吊架，滚动支吊架，可变弹簧支吊架，恒力弹簧支吊架)；2限制管道位移(固定支架，限位支架，导向支架)；3控制管道震动(减振装置，阻尼装置)。

举例说明：沿塔和容器敷设的管道一般支架生根在设备外壁，从塔，容器顶部出来的管道或侧线进出口的管道，应在靠近管嘴处的第一个支架位置设为承重支架，若载荷不够，可再设置一个弹簧支吊架。承重支架之后，按照导向间距设置导向支架。但应注意。最后一个导向支架距管道拐弯处至少为1/3H(H为垂直管道的导向支架间最大间距)。

表一：垂直管道的导向支架间最大间距H

结语

石油化工管道的设计水平直接关系到装置的安全运行及经济效益。管道设计的技术性和工作量大，前期严谨，合理的设计可以减少现场施工的更改，加快项目进度。要求设计人员不但要掌握设计规范，设计技巧也要理论和实际相结合，全方位考虑影响因素和注意事项，制定相对科学，合理，利于操作的设计方案。