石油化工裝置工藝管道設計探討

蘇國東張洋賈丙軒

(1．中海油山東化學工程有限責任公司，山東 濟南 250010)

(2．山東益通安裝有限公司，山東 濟南 250010)

石油化工裝置工藝管道設計探討

蘇國東1張洋1賈丙軒2

(1．中海油山東化學工程有限責任公司，山東 濟南 250010)

(2．山東益通安裝有限公司，山東 濟南 250010)

隨著當今社會資源消耗的不斷遞增，石油資源作為不可再生資源，對石油化工裝置的工藝管道設計提出更高要求，石油化工工藝管道的設計需考慮其材料性質(zhì)和特點。本文旨在對石油化工裝置工藝管道設計的影響因素和設計要點進行分析探討。

石油化工；工藝管道；設計分析

1 影響石油化工裝置工藝管道設計的因素

1.1 壓力管道設計

壓力管道是能夠承受內(nèi)壓和外壓的管道，其可用于管道的輸送、分配、混合、分離和排放等。壓力管道的組成和管道支撐零件種類繁多、數(shù)量大，安裝環(huán)節(jié)多，選擇復雜。所以壓力管道是影響石油化工裝置工藝管道設計的重要因素，在選擇不同壓力管道時需綜合考慮實際情況，在節(jié)省成本前提下保證質(zhì)量安全。

1.2 物理損傷

石油化工裝置的管道因為溫度變化會產(chǎn)生物理損傷，主要有高溫破壞和低溫脆斷等方面，其中高溫破壞主要表現(xiàn)在碳鋼回火破壞、墨化和蠕變等，低溫脆斷主要表現(xiàn)在當溫度較低時，鋼材沖擊韌性降低，導致管道的脆斷破壞。所以，石油化工裝置管道必須避免高溫和低溫交替，交變荷載轉(zhuǎn)化等現(xiàn)象導致的管道疲勞或斷裂等問題[1]。

1.3 管道材料和管道等級

石油化工裝置中的管道材料，需要具有耐高溫、高壓等性質(zhì)，常見的石油化工管道材料都是使用不同的管道材質(zhì)。由于不同石油具有不同的壓力，在實際管道設計中，管道設計的選擇不僅需要滿足石油裝置管道耐高溫及高壓的性質(zhì)，還要能夠抗其腐蝕性。按照不同環(huán)境下需要的材質(zhì)來選擇管道材料不僅可以滿足生產(chǎn)工藝要求還可以節(jié)省成本。

石油化工管道設計的過程中，管道材質(zhì)等級需要按照實際介質(zhì)壓力特性情況來選擇。設計人員對于石油化工管道等級的選擇，需要做到以下幾點：掌握物料的性質(zhì)以及工藝操作參數(shù)。特別對有毒的、易燃、易爆、存在腐蝕性介質(zhì)的，需要重點設計。石油化工管道配套的閥門、螺栓、法蘭以及墊片等也要根據(jù)不同壓力選擇其等級。

2 石油化工裝置工藝管道設計

2.1 管架的設計

石油化工裝置管道的支架結(jié)構(gòu)設計是管道系統(tǒng)設計的重要部分，管架系統(tǒng)可以支撐整個管道，也可以提高管道的穩(wěn)定性。管道設計必須滿足管道長期輸送介質(zhì)的穩(wěn)定性要求，確保管道系統(tǒng)安全輸送。一般的管道設計需結(jié)合彈簧架和支架的合理搭配，這樣的管道設計性價比較高，可以節(jié)省成本和管道不穩(wěn)定等現(xiàn)象產(chǎn)生。

2.2 裝置塔及立式容器設備的管道設計

石油化工裝置管道的塔和容器設計，需考慮其介質(zhì)形態(tài)和工藝原理。當氣體和液體相向而流時需要將調(diào)節(jié)閥裝在能接觸介質(zhì)的容器邊，這樣設計可以減少管道內(nèi)壓，也能減少裝置管道的震動現(xiàn)象。從設計原理角度出發(fā)，在汽堤塔和分餾塔之間設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置一個在回餾罐上部的調(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)閥之前達到管道設計規(guī)范的標準[2]。

2.3 裝置泵的管道設計

泵的管道設計需滿足其正常使用及檢修等要求的前提下，更要考慮熱膨脹對泵出入口的要求，來減小泵嘴處的應力現(xiàn)象。在滿足泵的管道設計要求下，盡量減少泵口處管道的長度。對于往復泵，因為脈動的存在，應盡量減少管道彎頭數(shù)量。管道布置時，離心泵需要有一側(cè)設計泵的檢修維修，往復泵預留空間進行活塞及拉桿拆卸和檢修，立式泵上方應有檢修空間。泵的吸入口有變徑時，使用頂平大小頭，避免泵嘴集氣對泵造成氣蝕，泵吸入口前有3DN直管段，減少對泵葉輪的影響。泵出入口管道合理設置承重支架和導向或者止推支架，減小泵嘴應力及力矩[3]。

2.4 管廊上官道的設計

管廊是沿著管道或設備外布置，形成走廊，可連通裝置內(nèi)的設備。管廊上管道的合理設計可以提高設備裝置的安全性，節(jié)省成本。大直徑重管道應布置在靠近管架柱子的位置或設計在管架柱子的上方，小直徑的輕管道布置在管架的中心部位。合理的設備平面布置是依據(jù)工藝流程在管廊兩側(cè)布置設備，因此應設計聯(lián)系管廊兩側(cè)的設備，管廊中間應設計公用工程管道。當設計為雙層管廊時，一般氣體管道、熱管道盡量布置在上方；液體的、冷的、液化烴、化學藥劑及其他有腐蝕性介質(zhì)的管道宜布置在下方。低溫冷凍管道、液化烴管道和其他應避免受熱的管道不宜布置在熱管道的上方或緊靠不保溫的熱管道。進出裝置的管道閥門宜布置在一層，并應在管道上方設置操作平臺[3]。

2.5 冷換設備的管道設計

石油化工裝置的冷換設備是由冷卻器、換熱器和冷凝冷卻器組成，是依據(jù)冷熱介質(zhì)在管道中傳熱達到交換效果。石油化工裝置的管道需考慮低壓、高壓交替作用因素，其換熱器需滿足相關規(guī)范，并設計在離維修通道近的地方。冷換設備在進出管道時需設計分斷閥，這樣可以利于有毒或可燃氣體的輸送，確保使用年限。對于頂餾到凝器的管線支管和主管需要垂直設計以避免流體不均勻現(xiàn)象出現(xiàn)。

3 結(jié)語

石油化工裝置工藝管道的設計作為復雜工程設計，其設計既要求設計人員有專業(yè)的理論知識，還要求有豐富的工程設計經(jīng)驗。設計時要綜合考慮管道的影響因素：管道的壓力、管道的物理損傷和管道材料及等級選擇，再結(jié)合管道裝置的設計原理來綜合設計。

[1]趙峰.石油化工裝置工藝管道設計的合理性探討[J].施工技術，2015.9.

[2]胡秀.石油化工裝置工藝管道設計探討[J].工藝與設備，2016.2.

[3]付艷波.淺談石油化工裝置工藝管道的設計[J].工藝控制，2016.5.