煉油裝置中泵的管道、支架設(shè)計結(jié)構(gòu)與方法解析

饒世川

（天津辰鑫石化工程設(shè)計有限公司，天津 300350）

煉油裝置中泵的管道、支架設(shè)計結(jié)構(gòu)與方法解析

饒世川

（天津辰鑫石化工程設(shè)計有限公司，天津 300350）

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展與科技水平的提高，各行各業(yè)都迎來了新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，煉油產(chǎn)業(yè)是我國重要產(chǎn)業(yè)之一，對于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要的影響。隨著原油的不斷發(fā)現(xiàn)以及開采，對于原油的提煉工作就顯得尤為重要。我國煉油廠較多，但是各廠之間缺乏相應(yīng)的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，建設(shè)方法也存在一定的差異，為此對于煉油廠煉油裝置中泵的管道、支架設(shè)計結(jié)構(gòu)與方法進(jìn)行分析，旨在為相關(guān)從業(yè)人員提供參考意見。

煉油裝置；管道設(shè)計；支架設(shè)計

煉油廠通過煉油裝置（原油蒸餾、催化裂化、延遲焦化、催化重整、加氫裂化、加氫精制等）將開采的原油進(jìn)行加工，生產(chǎn)出成品油和化工產(chǎn)品（柴油、汽油、潤滑油、瀝青、乙烯、芳烴等）。泵作為液體升壓的主要手段，在各煉油裝置中廣泛使用，是裝置液體物料傳輸?shù)募~帶。由于泵在裝置中數(shù)量眾多，且泵及附屬管線隨著裝置大型化越來越大，使得泵及附屬管線的布置具有復(fù)雜化、密集化的趨勢。如果管線的布置沒有經(jīng)過科學(xué)合理的規(guī)劃，勢必會影響介質(zhì)的傳輸，降低生產(chǎn)效率，影響安全，為此有必要對煉油裝置中泵的管道、支架設(shè)計結(jié)構(gòu)與方法進(jìn)行分析。

1 泵與管的配置原則

在進(jìn)行泵與管的配置設(shè)計之前，需要對泵、管線、介質(zhì)、環(huán)境等進(jìn)行全面的分析。首先需進(jìn)行泵管道的選材，除材料自身性能外，還要結(jié)合介質(zhì)的特性以及溫度、壓力等影響因素，如是否為高溫泵、是否需要密閉等；其次要了解泵的結(jié)構(gòu)及工作流程，因為泵屬于回轉(zhuǎn)機(jī)械，是一種精密的機(jī)械，因此在進(jìn)行管道設(shè)計的時候需要充分考慮管嘴的受力和力矩；然后需要考慮的就是管道的應(yīng)力，在非工作狀態(tài)下與傳輸介質(zhì)的狀態(tài)下，其應(yīng)力變化是不一樣的，因此需要合理的設(shè)計吊架；最后就是泵管道上附屬配件的安裝，例如閥門、儀表、過濾器等，設(shè)計的時候需要考慮操作的簡便性、維修空間的大小等。

2 泵管道入口設(shè)計

管道設(shè)計需要參考《石油化工金屬管道布置設(shè)計規(guī)范》SH 3012—2011的規(guī)定，需盡量縮短管道長度，泵與設(shè)備之間彎頭數(shù)量應(yīng)盡量少，降低管道阻力損失，因此設(shè)計時候需要盡量減少彎頭的數(shù)量；同時設(shè)計時候還需要結(jié)合實際的環(huán)境，在泵和設(shè)備之間不要出現(xiàn)U型或n型的情況，管道標(biāo)高應(yīng)該逐漸降低。對于管道上的配件也要合理的設(shè)計，入口處應(yīng)使用閘閥等阻力較小的閥門，并且要盡量靠近入口嘴管；安裝過濾器的時候，需要保證后期檢修時候有抽出濾芯的空間；同時注意其高度，對于比較高的閥門需要設(shè)置移動操作平臺。

管道中途不得有氣袋，輸送液體水平管道的異徑管應(yīng)頂平安裝，輸送含固體介質(zhì)或漿液時，底平安裝；對于高溫吸入管道，需要進(jìn)行熱應(yīng)力計算；對于輸送含有固體顆粒的管道，可使分支管采用大坡度或 45°角連接[1]。

在緊靠泵吸入管道切斷閥的下游應(yīng)設(shè)置過濾器，并確保清掃時取出金屬網(wǎng)所需空間。端部和側(cè)面吸入的冷水泵，入口處應(yīng)有至少3倍管徑的直管段，防止液體進(jìn)入泵后產(chǎn)生偏流、漩渦流、氣阻，造成振動和噪聲影響泵的揚(yáng)程和功率。雙吸入泵應(yīng)有7倍以上管徑的直管段，以使泵軸兩側(cè)推力相等，葉輪平衡。如泵的制造廠家有要求，自身的泵能夠消除這些影響，也可按照廠商的具體要求設(shè)計[2]。

除了管道走向、直管段長短以及彎頭數(shù)量，閥門與過濾器的設(shè)置也至關(guān)重要。泵入口的閥門一般使用閘閥或其他阻力較小的閥門，應(yīng)盡可能的靠近泵的入口管嘴，切斷閥與管道尺寸在入口管道尺寸大于泵嘴大一級時兩者相等；而當(dāng)管道尺寸比泵嘴大二級以上時，切斷閥尺寸比管道尺寸小一級[3]。

對于操作狀態(tài)下易汽化的液體，還需要在泵入口管嘴與泵入口切斷閥之間設(shè)置一根返回入口側(cè)上游設(shè)備該介質(zhì)最高液位以上的氣相空間的平衡線，切在平衡線上設(shè)置切斷閥。

3 泵管道出口設(shè)計

泵出口管道對于泵工作性能沒有過大的影響，但是會對管系的壓降和熱應(yīng)力產(chǎn)生一定的影響，因此也需要引起重視。對于傳輸介質(zhì)含有固體顆粒的時候，出口的接管方式應(yīng)為小交角，并且要使用大曲率半徑的彎頭連接。出口應(yīng)有切斷閥，使用閘閥或者是阻力較小的閥門，切斷閥需要設(shè)計在按鈕操作面的同側(cè)，其直徑可以比管道內(nèi)徑小，但是要比管嘴直徑大，出口管道壓力損失低于入口管道，因此異徑管可在管嘴與止回閥之間安裝，沒有具體的位置要求。

泵出口與切斷閥之間需要有止回閥，其目的是為了避免倒流事故；并且如果泵出口是垂直向上的，還需要在止回閥的上方設(shè)置排液閥；離心泵與旋渦泵的出口也應(yīng)該設(shè)置止回閥，可以為旋啟式以及蝶式。對于多用途的切斷閥來說，其需要安裝在各個分支管上面；對于單用途切斷閥來說，其安裝位置應(yīng)該為泵出口的止回閥后面。對于有工藝要求的切斷閥必須要按照工藝要求來執(zhí)行，泵出入口閥門必須要并排錯開布置，保證其手輪間間距滿足一定的范圍，便于后期操作[4]。

另外，對于輸送溫度超過200℃且易凝介質(zhì)時，在泵出口應(yīng)設(shè)置跨過單向閥的暖泵線。對于進(jìn)出口壓差大于4.0MPa 的離心泵，應(yīng)在泵出口管道上設(shè)置串聯(lián)的雙切斷閥及雙止回閥，為了便于閥門的開啟，應(yīng)設(shè)置聯(lián)通線。當(dāng)離心泵可能在低于泵的最小流量下運行時，應(yīng)設(shè)置最小流量線，在最小流量線上設(shè)置限流孔板、止回閥或調(diào)節(jié)閥。

4 泵管道應(yīng)力分析

煉油裝置的運行環(huán)境比較惡劣，某些介質(zhì)具有高溫、高壓、可燃、易爆、有毒等性質(zhì)，因此要按照相關(guān)規(guī)定要求進(jìn)行設(shè)計。需要考慮管道的柔性需求，尤其是泵出口管線，在高溫高壓的情況其應(yīng)力會出現(xiàn)變化，因此要對其進(jìn)行分析，從而確定管線的走向。對于泵管嘴處的應(yīng)力情況，不能高于其允許的受力范圍，否則會降低泵的可靠性，出現(xiàn)泄漏事故。另外還要結(jié)合實際情況與生產(chǎn)企業(yè)的接口允許推力、力矩數(shù)據(jù)開展計算，使得應(yīng)力分析的結(jié)果更加科學(xué)合理。對于缺乏廠家數(shù)據(jù)的情況，可以按照API 610的規(guī)定來進(jìn)行受力分析。另外在設(shè)計的時候還需要注意物料的溫度，根據(jù)溫度來確定管道的形式。某些煉油廠會安裝一臺備用泵，因此在進(jìn)行熱應(yīng)力計算的時候就需要全面考慮，將備用泵的管道也計算在內(nèi)[5]。

5 泵管道支吊架設(shè)計

除了自身的重力之外，管道還會受到許多外力的影響，因此要進(jìn)行相應(yīng)的防固措施，做好支架、吊架，管道支架的常見形式有滑動型、固定型、止推型、可調(diào)型、彈簧型等，如圖1所示。

圖1 常見管道支架形式

對于成排布置的泵來說，不能將其支吊在其他的管道上面，需要在出入口上方架設(shè)一道鋼梁，將其吊在鋼梁上面。如果管道有振動情況，還需要設(shè)置減振支架，避免管道出現(xiàn)損壞；對于安裝精度要求比較高的，需要在泵出入口設(shè)置調(diào)支架，便于安裝時候進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時還能降低安裝誤差引起的附加應(yīng)力。對于有垂直冷、熱位移的管道，可以使用彈簧支吊架，對于降低泵口作用力具有一定的作用。對于大型泵的高溫出入口管道來說，其對于受力有特殊要求，因此要安裝支架降低泵口的受力情況，使約束點和泵口之間的相對熱伸縮量達(dá)到最小[6]。

對于有位置需求的管道，可以安裝導(dǎo)向支架或者限位支架，導(dǎo)向支架的作用是讓管道沿著某一特定的方向移動，限位支架與其剛好相反，其作用是限制管道在某一方向上的位移，二者都能降低垂直于泵軸線方向的作用力。如果泵出口的管嘴是豎直向上的，那么需要在泵的基礎(chǔ)之從下到上來安裝支架，或者是在管嘴的正上方從上到下安裝吊架。另外為了避免往復(fù)泵管道的脈動影響，管道與支架間的距離應(yīng)盡可能地降到最低，并使用固定支架或者是彈簧支架，盡量降低吊架的使用率。

6 結(jié)束語

煉油廠對于國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展具有重要的推動作用，泵是煉油裝置物料傳輸?shù)臉屑~，相關(guān)工作人員要結(jié)合實際的情況，做好泵的管道設(shè)計，在保證滿足工藝需求的前提下追求經(jīng)濟(jì)性和安全性，保證建設(shè)后管線能夠長期平穩(wěn)的運行。

[1] 于 燕， 郭 帥 . 煉 油 裝 置 中 泵 的 管 道 及 支 架 設(shè) 計 [J]. 化 工 設(shè) 計，2015，（06）：29-31+1.

[2] 崔松 波 .煉油 裝置 中泵的管道及支架設(shè)計要 點分 析 [J].石化技術(shù)，2017，（02）：35.

[3] 陳世彬 .管道內(nèi)表面自適應(yīng)珩磨光整加工裝置的設(shè)計與研究 [D].太原 ：太原理工大學(xué)，2016.

[4] 汪強(qiáng) .冷彎薄壁輕鋼結(jié)構(gòu)住宅與太陽能供熱系統(tǒng)一體化研究 [D].合肥 ：安徽建筑大學(xué)，2016.

[5] 高濱，臧紅斌 .催化裂化裝置兩器并列式布置的反應(yīng)油氣管道設(shè)計[J].山東化工，2015，（10）：125-129.

[6] 白旭峰，孟昭輝，劉洪波，等 .隧道內(nèi)大水平推力熱力管道固定支架設(shè)計研究 [J].煤氣與熱力，2015，（05）：4-9.

Analysis on the Structure and Method of Pipeline and Bracket for Pump in Refinery

Rao Shi-chuan

With the development of economy and the improvement of science and technology level，all walks of life have ushered in new opportunities and challenges.The oil ref i ning industry is one of the important industries in China and has an important inf l uence on China’s economic development.With the continuous discovery of crude oil and mining，for the extraction of crude oil is particularly important.China's ref i neries are more，but there is a lack of corresponding unif i ed standards between the factories，there are some differences in the construction methods，for the ref i nery ref i nery pump pipeline，stent design structure and methods to analyze Practitioners to provide reference.

oil ref i ning device ；pipe design ；bracket design

TE96

：A

：1003–6490（2017）07–0105–02

2017–05–24

饒世川（1983—），男，四川南充人，工程師，主要研究方向為煉油裝置工藝管道。