石油化工裝置工藝管道設(shè)計(jì)探討

胡　秀

石油化工裝置工藝管道設(shè)計(jì)探討

胡秀

（中國天辰工程有限公司上海分公司，上海 200233）

石油化工裝置中最關(guān)鍵的步驟之一就是工藝管道設(shè)計(jì)的優(yōu)越性和合理性，其貫穿于整個(gè)石油化工廠的工作環(huán)節(jié)。但是從目前的石油管道布置和設(shè)計(jì)水平來看，既要把合理、降低成本的因素融進(jìn)工藝管道的設(shè)計(jì)中，又要考慮管道的安全性能，這無疑是現(xiàn)實(shí)一大的難題。因此，通過對(duì)化工裝置的塔、容器、管道布置等圖紙的研究設(shè)計(jì)，結(jié)合現(xiàn)有的管道材料和工藝設(shè)計(jì)技術(shù)，探討管道及其支架的設(shè)計(jì)（主要是化工裝置中冷換交替設(shè)備的工藝管道設(shè)計(jì)）數(shù)據(jù)和問題，為解決現(xiàn)有的工藝管道鋪設(shè)的難題略盡綿薄之力。

石油化工；裝置優(yōu)化；工藝管道；設(shè)計(jì)與鋪設(shè)

石油化工裝置主要是用于液體材料的輸送，這就奠定了其管道的設(shè)計(jì)和優(yōu)化具有重要作用的基石，且其化工裝置的管道設(shè)計(jì)是一項(xiàng)龐大的設(shè)計(jì)工程，不僅對(duì)設(shè)計(jì)和鋪設(shè)管道的作業(yè)人員的專業(yè)素養(yǎng)有很高的要求，對(duì)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新也有更高的標(biāo)準(zhǔn)。在石油化工廠，管道設(shè)計(jì)人員能夠因地制宜，設(shè)計(jì)出既安全又合理、美觀的工藝管道，是石油化工裝置正常運(yùn)行和安全生產(chǎn)的重要保障，但是，受管道設(shè)計(jì)思路和復(fù)雜的地形環(huán)境等條件的制約，石油化工裝置的管道設(shè)計(jì)遇到了極大的瓶頸。因此，本文對(duì)石油化工的裝置中管道的設(shè)計(jì)影響因素、材料運(yùn)用等方面進(jìn)行分析，以便于能夠積極地促進(jìn)其管道的美觀、合理、安全的工藝性設(shè)計(jì)優(yōu)化，進(jìn)而確保石油化工企業(yè)安全、穩(wěn)定地生產(chǎn)。

1　石油化工裝置管道設(shè)計(jì)的影響因素

管道是石油化工裝置正常、安全運(yùn)作的重要設(shè)施，其安全性能受到地理環(huán)境、密封效果、材料等因素的影響。如果沒有按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行管道的設(shè)計(jì)，將會(huì)出現(xiàn)腐蝕損壞、機(jī)械破壞、密封失效、化工裝置不能正常運(yùn)行等現(xiàn)象。因此，在對(duì)其管道的設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮把地質(zhì)、材料、密封效果等因素融入進(jìn)去，才會(huì)更大程度滿足化工裝置的安全保障要求。

1.1物理損傷

石油化工裝置的管道極易出現(xiàn)物理損傷，主要表現(xiàn)在高溫破壞和低溫脆性斷裂兩方面，其中高溫破壞是管道材料在高溫的條件下，其性能發(fā)生惡性變化（如碳相鋼或碳鋼回火脆化、石墨化或者是蠕變失效等）；在低溫條件下，由于管道材料的溫度比其脆性轉(zhuǎn)化時(shí)的溫度要低，就造成了其沖擊韌性降低，進(jìn)而導(dǎo)致了管道的脆性斷裂。因此，在使用金屬性質(zhì)的管道時(shí)，需要避免由于溫度周期、交變荷載的不規(guī)則變化而導(dǎo)致的金屬管道出現(xiàn)疲勞而變形或斷裂等問題。

1.2地質(zhì)環(huán)境的影響

由于石油化工裝置管道的鋪設(shè)環(huán)境較為復(fù)雜，受到環(huán)境中由各種介質(zhì)帶來的化學(xué)反應(yīng)的影響較大，其經(jīng)常會(huì)給管道帶來惡性破壞，如出現(xiàn)均勻腐蝕、應(yīng)力腐蝕、大氣腐蝕或局部腐蝕等現(xiàn)象。同時(shí)，不同的管道由于其埋藏處的地質(zhì)條件相對(duì)于正常地表更加復(fù)雜且變化多端，且管道材料自身也有局限性造成了其被介質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)所影響的程度、范圍也各有不同，也更加難以控制。

2　管道材料的等級(jí)分解

由于石油化工裝置長(zhǎng)期處于低壓系統(tǒng)、高壓系統(tǒng)，在溫度和壓力上有著顯著的差異，這就要求在進(jìn)行管道的設(shè)計(jì)與鋪設(shè)時(shí)需要按照低壓關(guān)閉管路的等級(jí)來劃分分界點(diǎn)。同時(shí)還需要考慮到突發(fā)、日常情況對(duì)于管道的特殊和日常要求，例如在特殊情況的時(shí)候，其分界點(diǎn)和界線的劃分需要按照突發(fā)的實(shí)際情況進(jìn)行劃分，而日常條件下，則按照P&ID的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行節(jié)限的劃分。一般情況下，管道材料的等級(jí)可以分解為兩類：

材質(zhì)與壓力等級(jí)都不同時(shí)，門閥和螺栓選擇高材質(zhì)，法蘭、墊片都可以選用低材質(zhì)；

1）壓力的等級(jí)一致、材質(zhì)不同時(shí)，螺栓、門閥、墊片、法蘭都可以選用高壓材質(zhì)。

2）材質(zhì)一致但是壓力等級(jí)不一致，螺栓、門閥就選擇B類型的高壓等級(jí)，法蘭和墊片選用A型的高壓等級(jí)。

3　管道設(shè)計(jì)與工藝零部件的布置

3.1塔和容器的管道設(shè)計(jì)

對(duì)于石油化工裝置中的容器、塔的管道設(shè)計(jì)，重點(diǎn)應(yīng)注意其相關(guān)的介質(zhì)形態(tài)及其工藝原理。例如，對(duì)其介質(zhì)形態(tài)的分析、氣液兩相流的布置時(shí)，把調(diào)節(jié)閥安置在能夠接受介質(zhì)的容器這一邊，這樣不僅能夠減少管道內(nèi)部的壓力，還能有效地減少化工裝置使用過程中管道的振動(dòng)。從工藝原理上看，在汽堤塔和分餾塔之間設(shè)置一組靠近汽堤塔的調(diào)節(jié)閥組，而回餾罐和分餾塔之間設(shè)置一個(gè)在回餾罐上部的調(diào)節(jié)閥，分餾塔內(nèi)部的塔頂壓力采用無袋形且線路短的熱旁路來控制，以便于液柱在調(diào)節(jié)閥之前達(dá)到管道設(shè)計(jì)規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。

3.2閥門的管道布置

在石油化工裝置的工藝管道設(shè)計(jì)時(shí)，閥門管道的設(shè)計(jì)可以將自動(dòng)感應(yīng)、智能控制技術(shù)運(yùn)用進(jìn)去，采用采樣點(diǎn)（采樣必須要有代表性，即在管道敷設(shè)條件最惡劣、最復(fù)雜的線路段進(jìn)行管道使用材料、鋪陳方案的選擇，然后以此為代表，進(jìn)行小差別地鋪設(shè)其他線路）等方式，最后用蒸汽吹掃的方式進(jìn)行管道清理。這樣不僅能夠在單個(gè)的分支管出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象時(shí)及時(shí)關(guān)閉，還不影響蒸汽總管和其他分支管的正常運(yùn)行。

3.3管道支架的設(shè)計(jì)

對(duì)于石油化工裝置管道的設(shè)計(jì)，要想達(dá)到工藝、美觀、成本低等要求，不僅可以順著管道的線路進(jìn)行敷設(shè)，適當(dāng)?shù)販p少彈簧架，還可以極大程度地減少管道與支架之間的相對(duì)位移。例如，從成本上考慮，彈簧架較于一般的支架來說，要貴很多且作業(yè)時(shí)出現(xiàn)失效的頻率更高，如果大量采用彈簧架甚至用彈簧架來替代一般支架，不僅初設(shè)時(shí)的成本會(huì)增加，在日常作業(yè)過程中的維護(hù)費(fèi)用也會(huì)相應(yīng)地增加。將彈簧架與一般支架合理地搭配，不僅可以使化工作業(yè)的管道運(yùn)行更具有性價(jià)比，而且還能夠極大限度地合理安排小管與彈簧架之間的相對(duì)位移，減少因小管鋼性大而造成的管道振動(dòng)的現(xiàn)象。

3.4管道中儀表元件的設(shè)計(jì)與選擇

儀表元件對(duì)于石油化工裝置的管道來說具有重要的作用，嚴(yán)重影響到管道的準(zhǔn)確性和安全性。因此在進(jìn)行管道元件的布置和設(shè)計(jì)中，不僅需要嚴(yán)格地按照管道設(shè)計(jì)常規(guī)安裝規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，還需要將儀表在同一管道不同位置對(duì)其產(chǎn)生的影響考慮進(jìn)去。例如，抽取重沸器中的液體（一般為飽和液體）為樣本，如果管道內(nèi)出現(xiàn)了壓降的情境，液體會(huì)出現(xiàn)閃蒸而形成兩相流，這就需要將孔板和法蘭設(shè)計(jì)在管道的軸向應(yīng)力最小處，減少在孔板與閥門之間的U形現(xiàn)象。

3.5冷換設(shè)備的管道設(shè)計(jì)

冷換設(shè)備是冷卻器、換熱器、冷凝冷卻器的統(tǒng)稱，主要是在壓力和溫度都比較高的條件下，依賴于熱、冷介質(zhì)在導(dǎo)管中傳熱，進(jìn)而達(dá)到熱交換的目的。在石油化工裝置的管道設(shè)計(jì)中，考慮到其化工作業(yè)是在低壓、高壓系統(tǒng)交替環(huán)境下作業(yè)的因素，其換熱器管道的設(shè)計(jì)在考慮管道的柔性時(shí)還需要滿足P&ID的要求，同時(shí)依據(jù)換熱器的特性，其零部件、元件（如閥門、溫度計(jì)等）都應(yīng)該設(shè)計(jì)在靠近維修通道處；而在設(shè)計(jì)設(shè)備進(jìn)出裝置的管道時(shí)，應(yīng)該在分界處設(shè)置好斷閥，并在裝置的一側(cè)設(shè)計(jì)的“8”形的盲板與另一側(cè)設(shè)計(jì)的“S”形孔板相連通，以便于有毒或可燃?xì)怏w的輸送，進(jìn)而保障管道的使用壽命，同時(shí)還能減少作業(yè)人員的操作失誤。同時(shí)空冷器入口的總管和支管連接時(shí)裝置50mm的間隙，在原管處接入放凝器（特別是在寒冷地區(qū)的冷凝器，需要在水管上安置放空閥、旁通閥和防積水裝置，以便于保證輸送管道的干燥），以便于能均勻分配凝液；而從頂餾出線到冷凝器的管線則因其是汽液兩相流而需要對(duì)稱布置，其中支管和主管需要垂直布置，以便于能夠有效地防止流體不均勻。

4　結(jié)束語

石油化工裝置的管道設(shè)計(jì)所考慮的因素有很多，雖然探討了裝置管道的各個(gè)零部件、儀表元件、設(shè)備等位置和形狀的設(shè)計(jì)，但是具體細(xì)節(jié)還需要不斷地完善。隨著中國快速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)所帶動(dòng)的石油及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)（石油化工等）的快速發(fā)展，對(duì)石油化工裝置的工藝性管道的設(shè)計(jì)提出了更為嚴(yán)格的要求，不斷地鞭策著管道設(shè)計(jì)的優(yōu)化和創(chuàng)新，提高美觀和實(shí)用性，安全性與合理性的增強(qiáng)。這樣不僅能夠保障石油化工作業(yè)的穩(wěn)定、安全生產(chǎn)，還能節(jié)省生產(chǎn)成本，促進(jìn)石油工業(yè)的可持續(xù)、循環(huán)綠色發(fā)展。

［1］ 葛妍.關(guān)于石油化工裝置設(shè)計(jì)與安全探討.［J］.中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2012，（9）：52.

［2］ 朱杰.石油化工裝置工藝管道設(shè)計(jì)探討［J］.化工管理，2016，（16）：32.

［3］ 王郁.石油化工裝置工藝管道設(shè)計(jì)探討［J］.城市建設(shè)理論研究（電子版），2015，（9）：12.

［4］ 張志威.石油化工裝置工藝管道設(shè)計(jì)的合理性探討［J］.當(dāng)代化工，2014，（4）.

Petrochemical Plant Process Piping Design

Hu Xiu

One of the petrochemical industry is the most critical step is to process piping design superior rationality，its petrochemical plants throughout the work session.But according to the current oil pipeline layout and design level，should not only reasonable，cost reduction factors into the process pipe into its design，safety performance and take into account the improvement of the pipeline，this is a real big problem.Thus，by means of chemical towers，vessels，piping and other drawings study design，combined with its existing pipeline materials and process design technology to explore the design of piping and brackets（mainly in the cold by chemical change alternately equipment process piping design）data and problems in order to solve the existing process pipe laying problem a little humble.

petrochemical plant piping design and optimize the process laying

TE682

A

1003-6490（2016）06-0089-02

2016-06-11

胡秀（1981—），男，江蘇昆山人，助理工程師，主要從事石油化工工藝管道方面的工作。