石油化工裝置工藝管道設(shè)計(jì)的合理性分析

高暢宇

（神華工程技術(shù)有限公司安徽分公司，安徽合肥 230009）

石油化工裝置往往需要依托工藝管道完成運(yùn)輸、保管、換熱、加壓等任務(wù)。據(jù)此，設(shè)計(jì)人員在實(shí)際設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)注重其合理性，便于石油化工裝置工藝管道發(fā)揮出真正效用，也能為我國石化企業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展帶來重要助力。同時(shí)，還應(yīng)在具體設(shè)計(jì)過程中結(jié)合石油化工裝置的類型與操作條件制定合理的施工方案，由此為后續(xù)安裝作業(yè)提供重要保障，有助于提高石化企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

1 石油化工裝置工藝管道設(shè)計(jì)的影響因素

1.1 人為因素

石油化工裝置工藝管道的設(shè)計(jì)無論是管線布設(shè)還是材料選取以及后期安裝，都離不開人力的大力支持。一旦缺少高素養(yǎng)設(shè)計(jì)人員，將對石油化工裝置工藝管道設(shè)計(jì)的合理性帶來重大影響。據(jù)此，人為因素是整個(gè)工藝管道設(shè)計(jì)質(zhì)量的關(guān)鍵要素。由于石油化工裝置在石化企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，它往往用于儲運(yùn)石化物質(zhì)如乙烯、芳烴、硫磺等，一旦失去順暢且安全的工藝管道予以保護(hù)，將不利于石油化工裝置的正常使用。因此，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)下設(shè)計(jì)人員素質(zhì)予以培訓(xùn)，由此在人力協(xié)助下提升石油化工裝置工藝管道設(shè)計(jì)的合理性，避免出現(xiàn)人為失誤現(xiàn)象，引起嚴(yán)重的爆炸事故。

比如青島石化企業(yè)曾在2013年發(fā)生過嚴(yán)重的管道爆炸事故，其死亡人數(shù)多達(dá)62人。在此事故中主要是源于輸油工藝管道出現(xiàn)破裂現(xiàn)象，造成原油外泄，后經(jīng)查實(shí)，此事件被認(rèn)定為責(zé)任事故。所以，應(yīng)盡量削弱人力對工藝管道設(shè)計(jì)產(chǎn)生的負(fù)面影響。

1.2 管道材料

管道材料是保證工藝管道質(zhì)量的重要影響因素，也能提升其設(shè)計(jì)合理性的關(guān)鍵步驟。每種管道材質(zhì)都具有不一樣的性能，比如耐熱性、耐腐蝕性等。對此，應(yīng)根據(jù)工藝管道設(shè)計(jì)要求優(yōu)選管道材料。

某化工企業(yè)中鋼塑管使用的材料實(shí)則為超高分子量聚乙烯，它是一種混合式材料，其分子量均量為200萬以上，屬于熱塑性材料。不但有著較為突出的耐低溫性，而且自身潤滑性與抗壓性也是石化裝置中比較優(yōu)等的一種材料，尤其在低溫-268℃與高溫80℃環(huán)境里依舊保有穩(wěn)定性能。所以，管道材料的選擇是增加石油化工裝置工藝管道設(shè)計(jì)合理性的核心要素，應(yīng)予以重視。

1.3 組織管理

石油化工裝置工藝管道設(shè)計(jì)項(xiàng)目，雖然整個(gè)項(xiàng)目周期較短，但需要設(shè)計(jì)人員與施工人員之間具有良好的合作精神，一旦缺乏有效的組織管理，將無法在預(yù)期周期內(nèi)完成設(shè)計(jì)任務(wù)。此外，一旦因管理不到位而發(fā)生工期延長現(xiàn)象，勢必引起工作人員過快趕超工期現(xiàn)象，對管道施工質(zhì)量造成潛在危害。因此，在工藝管道設(shè)計(jì)過程中，需有針對性對其進(jìn)行管理，做好人員協(xié)調(diào)配合等，最終可提高石化企業(yè)項(xiàng)目建設(shè)水平。

1.4 管線布設(shè)

管道路線是石油化工裝置工藝管道設(shè)計(jì)不可忽略的重要因素。它還對工藝管道設(shè)計(jì)的規(guī)范性與安全性有著深遠(yuǎn)影響。同時(shí)，在合理的管線布設(shè)操作階段，能對石化介質(zhì)的泄漏風(fēng)險(xiǎn)起到一定的規(guī)避作用。據(jù)此，應(yīng)從管線布設(shè)合理性方面予以考慮，最大程度上保障石油化工裝置工藝管道的使用安全。

2 石油化工裝置工藝管道設(shè)計(jì)的原則

2.1 安全性

石油化工裝置工藝管道主要作用是用于支持石化企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，但也應(yīng)當(dāng)遵循一定的安全性原則予以設(shè)計(jì)，否則極易引發(fā)危害性廣泛的重大事故。除了上文所述內(nèi)容外，工藝管道設(shè)計(jì)不安全，還將增加石油化工企業(yè)的投入成本，使其無法獲得較高的經(jīng)濟(jì)效益。此外，在設(shè)計(jì)工藝管道時(shí)，還應(yīng)考慮到其可實(shí)施性與復(fù)雜程度，以免過于繁雜增加設(shè)計(jì)人員的工作壓力。

在為石化生產(chǎn)工藝提供通暢的管道時(shí)，可以氣相進(jìn)料法替代傳統(tǒng)液相進(jìn)料法，由此可避免工藝管道內(nèi)部石化介質(zhì)發(fā)生劇烈反應(yīng)而降低其安全性。在減小其復(fù)雜度時(shí)，可盡量選用“單獨(dú)作業(yè)”模式，防止多項(xiàng)功能寄托于同一工藝管道形成交叉干擾。只有保證石油化工裝置工藝管道設(shè)計(jì)安全，才能展現(xiàn)出其實(shí)用價(jià)值。

2.2 規(guī)范性

石油化工裝置工藝管道作為石油化工項(xiàng)目的重要部分，還需秉承著“規(guī)范性”原則予以設(shè)計(jì)。其中需要遵從工藝管道設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)制定可行性設(shè)計(jì)方案，包括在選取材料、確定工藝路線方面都應(yīng)當(dāng)設(shè)定專門的設(shè)計(jì)要求，否則將無法保證工藝管道具有良好性能。其中主要涵蓋天然氣凝液規(guī)范、管道連接規(guī)范、防火設(shè)計(jì)規(guī)范等。此外，在設(shè)計(jì)石油化工裝置工藝管道時(shí)，還需對儀表元件等輔助設(shè)施的設(shè)計(jì)進(jìn)行規(guī)范化處理。比如冷換設(shè)備工藝管道，應(yīng)為后續(xù)保養(yǎng)維修作業(yè)提供便捷通道，以免減少其使用年限。

2.3 合理性

工藝管道設(shè)計(jì)的合理性是保證石油化工裝置生產(chǎn)工藝順利操作的重要原則。其中既要保證材料選擇方面符合石化企業(yè)實(shí)際工況，又應(yīng)在組織協(xié)調(diào)方面考慮到突發(fā)事件的合理預(yù)警，以將工藝管道處于可控可管狀態(tài)下，避免工藝管道出現(xiàn)異?，F(xiàn)象影響石油化工裝置生產(chǎn)工藝的應(yīng)用效果。

3 石油化工裝置工藝管道設(shè)計(jì)的合理性策略

3.1 全面提高設(shè)計(jì)人員素質(zhì)

設(shè)計(jì)人員素質(zhì)的高低往往會對石油化工裝置工藝管道設(shè)計(jì)的合理性帶來重要影響，故而應(yīng)全面提高設(shè)計(jì)人員的職業(yè)素養(yǎng)，使其增加對設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)的重視度，由此在保證工藝管道設(shè)計(jì)安全的前提下實(shí)現(xiàn)合理設(shè)計(jì)。

具體方法如下：

（1）加強(qiáng)培訓(xùn)，設(shè)計(jì)培訓(xùn)是最直觀的提高設(shè)計(jì)人員綜合素質(zhì)的途徑。以往過于側(cè)重專業(yè)培訓(xùn)，而今可在增強(qiáng)設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)技能的基礎(chǔ)上培養(yǎng)其責(zé)任感與使命感，使其保持嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度面對工藝管道設(shè)計(jì)工作，由此降低人力因素對石化企業(yè)發(fā)展的負(fù)面影響。

2019年12月8 日，由中國石油和石化工程研究會主辦的為期五天的培訓(xùn)會，專門針對壓力管道的設(shè)計(jì)進(jìn)行了針對性指導(dǎo)，從材料等級劃分、應(yīng)力分析、壓力管道法律規(guī)范等部分予以講解，并搭配案例分析與圖文結(jié)合等方法為參訓(xùn)人員提供科學(xué)的指導(dǎo)，促使他們在后續(xù)各自企業(yè)工作環(huán)節(jié)能擁有突出表現(xiàn)。因此，加強(qiáng)培訓(xùn)是提升石油化工裝置工藝管道設(shè)計(jì)合理性的關(guān)鍵步驟，值得推廣。

（2）加強(qiáng)管理，為了促使設(shè)計(jì)人員素質(zhì)有所提高，還應(yīng)對其實(shí)施嚴(yán)格監(jiān)管，針對每一項(xiàng)操作工序設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)，并設(shè)立專門用于實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)人員與其他工作人員密切交流的反饋通道，以便在設(shè)計(jì)人員遇到設(shè)計(jì)難題時(shí)，能夠及時(shí)得到幫助，最終可對整個(gè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的工藝管道設(shè)計(jì)水準(zhǔn)起到促進(jìn)作用。

（3）創(chuàng)新設(shè)計(jì)方法，新型設(shè)計(jì)方法的應(yīng)用也可規(guī)避人力因素的重大風(fēng)險(xiǎn)。由于石油化工裝置工藝管道設(shè)計(jì)項(xiàng)目“工期緊、任務(wù)多”。所以，在其承受過大工作壓力時(shí)，也會受個(gè)人心理素質(zhì)的干擾而出現(xiàn)工作失誤。據(jù)此，可結(jié)合新技術(shù)積極選用高新設(shè)計(jì)方法，由此提升設(shè)計(jì)質(zhì)量。

常用的PDMS 軟件，它可利用三維建模思想對工藝管道的設(shè)計(jì)流程給出明確的指引方向，這樣可避免設(shè)計(jì)人員發(fā)生盲目設(shè)計(jì)問題，從而改善工藝管道設(shè)計(jì)現(xiàn)狀。

3.2 合理選擇工藝管道材料

石油化工裝置工藝管道設(shè)計(jì)過程中，還需選擇適合的材料，并注重材料與生產(chǎn)工藝的匹配度。比如在工藝管道中的壓力處于不固定狀態(tài)時(shí)，其選擇的管道材料理應(yīng)以耐壓性較強(qiáng)類材料為主，其中使用的螺栓等輔助設(shè)施也同樣要求具有良好的承壓性，以免出現(xiàn)超壓現(xiàn)象引發(fā)爆炸事故。同時(shí)，管道材料的合理選擇還應(yīng)考慮其溫度、腐蝕性等多項(xiàng)因素的影響，為石油化工裝置的穩(wěn)定運(yùn)行提供重要保障。一般而言，材料的選擇需與壓力等級持平，并對石化裝置生產(chǎn)工藝進(jìn)行細(xì)致分析，判斷工藝管道材質(zhì)是否能保證生產(chǎn)工藝的順利應(yīng)用，最終為石化企業(yè)的高效發(fā)展創(chuàng)造便捷條件。

比如在低溫-45℃到-100℃的環(huán)境里，應(yīng)以低溫?zé)o縫鋼管為主，以為石化企業(yè)冷軋作業(yè)提供依托。而在10MPa 到32MPa 壓強(qiáng)下的壓力管道中可參照正火、退火的生產(chǎn)方式選擇無縫鋼管。同時(shí)，還需結(jié)合石油化工企業(yè)的投入成本選擇合金鋼、非金屬、碳鋼等材質(zhì)的管道類型，并做好市場調(diào)研工作，從實(shí)用性能與經(jīng)濟(jì)性角度選取適合的管道材料。

3.3 加強(qiáng)吹掃組織性設(shè)計(jì)

在石油化工裝置工藝管道設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，既要注重人員組織之間的協(xié)調(diào)性，又要在吹掃過程中強(qiáng)化其組織性，包括設(shè)置吹掃線等，以免工藝管道在設(shè)計(jì)后缺乏一定的生產(chǎn)工藝可實(shí)施性。其中，在人員組織方面，可在設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)之間設(shè)置有效的溝通渠道，包括建立微信群、開發(fā)互聯(lián)網(wǎng)共享平臺等，以便隨時(shí)保持密切交流，對設(shè)計(jì)工作中有關(guān)工藝管道設(shè)計(jì)的不合理之處提出自己見解，待討論驗(yàn)證后予以改進(jìn)。

至于吹掃組織性發(fā)展方面，它主要是為了增加工藝管道潔凈度。具體的評估標(biāo)準(zhǔn)是利用采樣法對工藝管道中的石化介質(zhì)予以提取，并朝著工藝管道45°方向進(jìn)行采樣。同時(shí)，還應(yīng)做好試壓工作，以在知曉工藝管道可承載壓力后確定其實(shí)用性。通?？山柚簤涸囼?yàn)選取1km 左右的工藝管道，運(yùn)用壓力表對其進(jìn)行壓力的測定，其試驗(yàn)溫度不宜高于5℃，壓力表至少應(yīng)有兩塊，并選擇1.52倍待測壓力的壓力表，在準(zhǔn)確記錄后判斷工藝管道不存在危險(xiǎn)隱患時(shí)，可進(jìn)入到吹掃工序中。工作人員常依靠的吹掃物質(zhì)包含水蒸氣與干燥空氣，利用吹掃裝置對石油化工裝置進(jìn)行“吹風(fēng)”，其空氣吹掃速度應(yīng)高于每秒20m、水蒸氣吹掃速度宜超過每秒30m，由此觀察工藝管道的流暢性。當(dāng)完成吹掃任務(wù)后需關(guān)閉止回閥，降低倒流現(xiàn)象的發(fā)生率。

3.4 注重管線布設(shè)合理性

3.4.1 塔與容器

工藝管道管線的布設(shè)效果直接關(guān)乎著工藝管道設(shè)計(jì)水準(zhǔn)。因此，應(yīng)合理設(shè)置工藝管道路線。工藝管道設(shè)計(jì)中包含解吸塔、吸收塔、精餾塔、分餾塔等，其中在塔頂、塔口等部分予以設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員需對其管道布設(shè)路線予以確定。

比如針對分餾塔，要想實(shí)現(xiàn)分餾塔管線的合理性設(shè)計(jì)，可增設(shè)“控壓裝置”，并利用調(diào)節(jié)閥控制分流量，以便分餾塔中的流體介質(zhì)能夠保持穩(wěn)定分布，避免劇烈振動(dòng)引發(fā)危險(xiǎn)。另外，還應(yīng)在塔的不同結(jié)構(gòu)設(shè)置專門的設(shè)計(jì)規(guī)劃，由此提高整個(gè)石油化工塔管線布設(shè)的合理性。以塔頂設(shè)計(jì)為例，其排放通道處不宜存在相鄰裝置，并保持至少8m 的高度差，也可直接將其建于高于建筑物3m 處的屋頂，保證工藝管道管線設(shè)計(jì)的合理性。

3.4.2 管道閥門

管道閥門的設(shè)計(jì)也是工藝管道設(shè)計(jì)合理性的重要因素。同時(shí)，它也是支持采樣操作與吹掃作業(yè)的根本保障。因此，需結(jié)合石油化工裝置的投產(chǎn)要求合理布設(shè)管道閥門管線，以免工藝管道無法支撐生產(chǎn)工藝而出現(xiàn)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)等問題。作為承壓部件，管道閥門對于工藝管道內(nèi)部溫度與壓力的驟變有著一定的協(xié)調(diào)作用。

同時(shí)，管道閥門還設(shè)有固定與活動(dòng)、開閉三種類型的密封面，在開啟高溫閥時(shí)可保證工藝管道內(nèi)部溫度不會突然發(fā)生升溫現(xiàn)象降低管道安全性。在閥門路線設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員應(yīng)對工藝管道上布置的每一種管道閥門產(chǎn)生全方位了解，包括其性能、運(yùn)行原理等，以達(dá)到最優(yōu)化路線設(shè)計(jì)目的。此外，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)具有一定的柔性設(shè)計(jì)理念，包括選取“短距離”“損耗小”的路線等，并搭配適合的承重支架等輔助元件，這樣既可幫助石化企業(yè)節(jié)約相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)成本，又能避免工藝管道出現(xiàn)大量壓力或溫度損失等狀況，降低其使用效率。

3.4.3 冷換設(shè)備

冷換設(shè)備作為石油化工裝置中的重要部分，在設(shè)計(jì)期間，不但要優(yōu)選適合的設(shè)備類型，而且還應(yīng)在設(shè)計(jì)布設(shè)路線時(shí)注重其合理性。目前，市場上出現(xiàn)的一款螺紋管換熱器，相比以往換熱器，其K值上調(diào)了0.5倍，并且壓力降低概率也上升了1.5倍，故而具有突出性能。在具體設(shè)計(jì)期間，冷換區(qū)調(diào)節(jié)閥隔熱層外壁厚度不宜低于100mm，其排液口最小公稱直徑應(yīng)按照表1標(biāo)準(zhǔn)予以設(shè)計(jì)。為了增強(qiáng)維修工作的便捷性，還需設(shè)置寬度適中的維修通道，由此提升工藝管道設(shè)計(jì)的合理性，也能由此確保冷換設(shè)備擁有規(guī)范的操作路線。

表1 管道排液口設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

冷換設(shè)備布設(shè)路線的設(shè)計(jì)還需要考慮到石油化工裝置的使用年限，由此減小石油化工裝置操作事故的發(fā)生率。在空冷器管道間隔上，其主管、分管應(yīng)保持垂直狀態(tài)，并根據(jù)石化企業(yè)的具體生產(chǎn)需求合理安裝冷凝器，由此促進(jìn)冷換設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)束語

綜上所述，石油化工裝置工藝管道設(shè)計(jì)的合理性，是決定石化企業(yè)生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素，故而應(yīng)予以重視，并從設(shè)計(jì)人員素質(zhì)、工藝管道材料、吹掃裝置設(shè)計(jì)、管線布設(shè)等方面著手，由此對石油化工裝置工藝管道設(shè)計(jì)合理性的提升提供重要依據(jù)，也能為石化企業(yè)日常生產(chǎn)活動(dòng)的開展創(chuàng)造有利條件，進(jìn)而在最大化保障生產(chǎn)安全的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)石化企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。