石油化工多層管廊管道布置的配管設計方案研究

魏思達

[廣州市城市管理質(zhì)量監(jiān)測與應急保障中心（廣州市燃氣事務中心），廣東廣州，51000]

多層管廊的配置方案較多，如果所用設備裝置較少，則可以采用一端式或直通式的管廊配管設計方案。而在所用設備較多的情況下，可以根據(jù)實際情況采取“Z”“T”“π”等形式的配管方案[1]。目前我國的管廊配管設計規(guī)定，管廊的一層和二層要布置工藝物料的管道，三層布置公用工程管道，四層則要布置火炬管道以及電氣和儀表電纜槽板[2]。石油化工多層管廊立體維度布置主要是長度、寬度、高度的三維立體參數(shù)設置，主要參考管道數(shù)量、裝置設備規(guī)格、管徑大小、相關(guān)儀器電纜橋架以及檢修通道的寬窄等因素決定，現(xiàn)對石油化工多層管廊管道布置的配管設計方案進行研究。

1 石油化工多層管廊立體維度布置

1.1 管廊長度

在設計管廊長度的過程中，應根據(jù)設備布置的間距情況、施工步驟和工藝順序以及分支管廊的寬度來確定主管廊的總體長度。如中石油廣東石化煉化一體化項目中，在綜合分析常減壓裝置和延遲焦化裝置的間距后，采取了長度為19km外管廊鋼結(jié)構(gòu)設計方案[3]。由15km煉油區(qū)外管廊和4km化工區(qū)外管廊組成，鋪設的工藝管線總長度將達803.4km。而管廊總長度也是對乙烯裝置裂解爐分支管線的跨距分析，在管道橫截面垂直荷載計算彎曲應力后，決定了管廊結(jié)構(gòu)的管架跨距，所以滿足這一跨距的基礎上可以分析出道路穿越管廊處跨距的平均長度，再用小管徑管道作為支撐力，則可以逐個計算分支管廊所需長度，最終通過在管廊上增加支撐力來提高管位的總體利用率。

1.2 管廊寬度

在設計管廊寬度的過程中，應綜合考量管道所需管徑，同時計算所需分支管道的數(shù)量，除了保留必要間距之外，還要綜合分析相關(guān)電器和儀表的電纜橋架所需寬度，預留10%～20%的操作通道，對后續(xù)管廊維護具有重要作用。如中石油級綠色石化產(chǎn)業(yè)基地項目中，乙烯裝置8臺裂解爐共1 456根爐管，管廊上水、電、氣、風、油等各種工業(yè)介質(zhì)一應俱全，那么在管廊的工藝管線、水線、氣線、風線及電纜橋架等方面的安裝過程，則必須預留出更大空間的檢查操作區(qū)域，否則將對后期維護產(chǎn)生嚴重干擾[4]。

電儀施工、工藝管線試壓等工作中，應集中資源重點推進乙烯、POX、芳烴、常減壓、延遲焦化、加氫裂化等關(guān)鍵主裝置的管廊寬度設計，必要時可將預留空間增加到30%，從而確保公用區(qū)、分餾區(qū)、壓縮機區(qū)等均具有足夠的操作檢修通道寬度。在綜合考量多種因素之后，該項目設計管廊寬度為11.5m，在主管廊寬度大于9m的位置取中心點增加支柱，從而增強管廊寬度設計的穩(wěn)固性。

1.3 管廊高度

管廊高度設計取決于分支管線的設置方案，應綜合考量吊裝作業(yè)的施工難度，也要確保預留出足夠的檢修通道。如揭陽濱海新區(qū)的廣東石化煉化一體化項目中，因三聯(lián)合裝置中的催化裂化裝置油氣大管線吊裝高度超過10m，所以在管線連接反應沉降器頂和分餾塔底入口，直接吊裝作業(yè)設計高度跨距達增加到40m，將管徑設計為1.6m。吊裝作業(yè)跨越再生器等高層設備，在狹窄空間內(nèi)實現(xiàn)了大管線與設備本體的精準對接。管廊高度設計與現(xiàn)場實際周密論證，制定了兩段吊裝方案，使用400t履帶吊車、108m的吊桿，歷時48h完成二段管線對接。雖然外廊高度超過常規(guī)作業(yè)，但是總體設計方案符合施工標準，所以吊裝方案的實施難度隨之降低。因為主管廊上管線的管徑可以控制在DN200～300范圍之內(nèi)，所以垂直高差可以縮小到1.6m以內(nèi)，通過45°彎頭和90°彎頭的錯層排列，可以最大限度地縮小凈空落差，故而裝置內(nèi)兩處道路可以直接穿越主管廊，并在第二層管廊上梁體懸吊借力，使得火炬氣管線以超過3%的坡度向分液罐傾斜，便于接入主管線，并確保公用管線預留出檢修通道。

2 石油化工多層管廊管道布置的設計因素

2.1 物料因素

石油化工管道配管輸送腐蝕性物料時，通常需要布置在平行管道外側(cè)或下放。有毒、易爆、易燃的物料管道，必須遠離人員聚集區(qū)域，同時布置安全閥、阻火器、防爆膜等配套施工方案[5]。冷熱管道應盡量分開布置，如必須在同一支線管道內(nèi)布置，可以采用冷管在下熱管在上的設計方案，但是必須確保兩條管線大于0.5m的安全距離。如采取交叉排列的設計方案，需要規(guī)范保溫層厚度，同時將安全間距控制在0.25m以上。少數(shù)分支管道敷設坡度時，應以物料流動方向為主要設計方案，坡度應控制在1/100～5/1 000。輸送大黏度物料的管道中，則需要將坡度提高到3/100。少數(shù)物料含固體結(jié)晶成分，則需要將管道坡度提升到5/100以上。

在設計長距離管道和蒸汽類管道時，應在管道源頭加裝帶疏水器的放水口及膨脹器。為了確保管道運行安全性，必要時需要在輸送高壓蒸汽的管道內(nèi)安裝低壓蒸氣系統(tǒng)。如有必要，還需增加減壓閥和安全閥。少數(shù)管道存在水錘和侵蝕問題，需要合理控制安裝管道的直徑。根據(jù)應力指標合理布置管道，也可以在主要位置設計“π”形管補償器，同時安裝推力補償器，將相關(guān)設備連接到蒸汽管道內(nèi)，可以有效避免水錘和侵蝕現(xiàn)象。除此之外，真空管道需要盡量縮短，同時減少管道內(nèi)的曲折環(huán)節(jié)，從而最大限度提高真空度。避免使用截止閥，從而降低阻力并提高分支管道使用效率。

2.2 施工操作及維修因素

布置多層管廊管道，必須綜合考量管道的承載力，必要時可以在并行管道外側(cè)增加分支管線。引支管時，氣體管應從主管線上方引出，而液體管道則需從下方引出。所有管道應盡量采取集中架空的布置方案，盡量減少曲折路線，以直達輸送位置為統(tǒng)一設計原則。而施工作業(yè)中，也要盡量繞行設備、閥門、管件等主要施工位置，盡量與吊車作業(yè)時間錯峰，旁支管線需預留2.2m以上的空間，從而避免管道安裝受到外部施工環(huán)境干擾。管道應避免出現(xiàn)“氣袋”“口袋”“盲腸”等常見施工故障，集氣系統(tǒng)應盡量布置在便于蒸汽向上方排放的最高點。如采取混凝土加固施工，則可以將分支管道延墻體安裝，秉承便于維修的基本設計原則，管道應與墻面保持微小間距，進而容納閥門、管件等輔助設備。管路布置滿足正常生產(chǎn)要求之外，還需綜合考量開工、停工、故障處理等方面的具體要求。開停工期間，應合理分配支線管道的開停時間，開工裝料和停工時排料時應啟用旁路管道，從而適應管路操作變化，避免繁瑣施工，提高管道施工效率。

2.3 安全生產(chǎn)及其他因素

閥門必須布置在便于操作的管道位置，尤其操作頻繁的閥門需要布置在管道明顯位置，按照使用頻率排列閥門的順序，可以避免管道檢修時的不必要工作量。同時安全閥門連接在管道上的位置不同，起到了安全保障功能也略有差異。建議拉大各處安全閥門的實際間距，同時涂刷不同顏色，提示檢修維護人員閥門對應管道的輸送情況，避免出現(xiàn)引發(fā)重大事故的閥門安全問題[6]。在管道通過道路或有負荷地區(qū)時，必須增加相應的保護措施，從而避免管道外露造成泄漏風險。如果選用支架來支撐多層管道，則必須精準計算管道和閥門的總體重量，尤其需要參考非金屬材料設備、制設備、硅鐵泵等方面產(chǎn)生的額外重量，確保支架具有足夠的支撐力，達到多層管道安全運行的實際建設標準。

除此之外，如果兩組設備的間距較近，那么在架設多層管道時則不能采取直連方案，有時也會因為墊片配準難度高，導致多層管道連接出現(xiàn)松動問題。如果設備未與建筑物固定，或者有波形伸縮情況，多層管道可以采取直連方案，此外建議采取90°彎接或者45°斜接。管道通過外墻體時需要加安裝大直徑管套，而且需要高出支架頂層一段距離，抬高管道最高架設平臺表面50mm即可。

3 石油化工多層管廊管道布置的配管設計方案

在布置管廊的配管設計方案時，應當將管廊裝置規(guī)劃在聯(lián)系主要設備的關(guān)鍵位置上，且宜平行于裝置的長邊，通過盡量縮短管廊長度來控制提高傳輸銷量，有效利用管廊內(nèi)的空間結(jié)構(gòu)，滿足管廊與外界連結(jié)的便捷性，提高管廊的使用效率和檢修便捷性，同時滿足電纜溝、地下管道、建筑物等間距要求，避開設備檢修場地，達到合理運用管廊空間的最佳效果。在具體的布置方案中，應重點關(guān)注帶閥組管道、火炬氣管道、熱脹量管道、橋架附近管道，以及檢修操作梯平臺等方面的布置方案。

3.1 帶閥組管道布置方案

帶閥組管道要求具有一定的自控性能，在進出界區(qū)管線上，流量計閥組可以對管道內(nèi)運輸情況進行初步判斷，而在分餾區(qū)各塔、儲罐、換熱器、泵之間增加節(jié)流裝置，也需要充分考慮調(diào)節(jié)閥組是否夠用。尤其閥組應設置在管廊距離地面較近的位置上，從而便于檢修維護人員的現(xiàn)場操作?？梢栽诙鄬庸芾戎袑⒉糠珠y組布置在中間柱兩側(cè)，那么檢修泵的區(qū)域則可以預留出足夠空間，在管廊外部進行檢修也會規(guī)避空間通道障礙。在計算管線承載的應力時，也需要充分核算調(diào)節(jié)閥組是否能夠形成自然補償。若管線數(shù)量較大，合理安排錯綜復雜的管道環(huán)境則顯得格外重要。

3.2 火炬氣管道布置方案

火炬氣管道管直徑較大，而且需要以一定坡度連接液罐，所以在設計低壓和高壓火炬氣管道位置時，需要將其安置在分液罐區(qū)域，中間位置可以設計π彎管線，從而在分餾區(qū)和主管廊之間架構(gòu)安全梁作為支撐，火炬氣管線進出內(nèi)外管廊時通過π彎中間部分，符合管廊應力設計標準，火炬氣從分液罐進入管廊后再從Z型管道通過，可以對其設置單獨的操作界區(qū)閥門，從而為后期檢修提供便捷。

3.3 熱脹量管道布置方案

在布置長距離的高溫蒸汽管道時，必須充分考慮熱膨脹對管道吸收自然補償?shù)淖饔?。通常情況下，在π彎管線可以設置在隔段的管道附近，上層側(cè)梁可以作為支撐π彎應力結(jié)構(gòu)，在壓力溫度存在一定區(qū)別的蒸汽管道內(nèi)，π彎管線應盡量采取集中布置方案，從而在管廊外側(cè)設定管徑大和溫度高的部分管道，內(nèi)側(cè)則可以利用剩余空間來布置溫度較低和管徑較小的管道，有效利用多層管廊的空間效益，實現(xiàn)對π彎功能的傳輸價值最大化。除蒸汽管道之外，在多層管廊中還有很多高溫管道，在布置這些管道時也要充分考慮利用高度落差來形成自然補償。在熱位移較大的情況下，應設置管托長度較大的管線，以此作為緩解熱膨脹疏導功能，避免管道因膨脹系數(shù)增加而出現(xiàn)管托脫離橫梁的問題出現(xiàn)。

3.4 橋架附近管道布置方案

電氣電纜橋架和儀表可以布置在主管道附近，檢修通道兩側(cè)適合布置檢查口，用于后續(xù)主管廊對外側(cè)管道情況進行探測。在部分多層管廊布置方案中，由于南側(cè)的檢修比例較少，所以經(jīng)常將電氣儀表向界區(qū)方向移動，電纜橋架截至界區(qū)前四跨的情況下僅設置一層的布置方案即可。這樣的布置方案可以滿足火炬氣出口管線的檢查需要，同時布置空間的安全性更高，不會對后續(xù)檢查維修造成干擾。除此之外，界區(qū)平臺設置在主管廊區(qū)與各分支管廊的橋架位置時，電纜橋架可以從主管廊頂部穿過，再引向地面泵位置，從而為配管方案預留出足夠空間，避免與各分區(qū)連接管道之間發(fā)生危險性較高的碰撞。

3.5 檢修操作梯平臺布置方案

檢修操作梯平臺布置方案，主要是在管廊外每50m位置增加一段對稱通道，每段通道不超過25m，通過架設聯(lián)通在電氣儀表橋架區(qū)域上的檢查口，從而為檢修多層管廊的儀表運行情況提供足夠空間。檢修通道連結(jié)在公共管線的閥門操作平臺上，各區(qū)域管線在交叉和層疊位置，均可觀察到具體的運行情況，所以即便是分餾區(qū)連結(jié)管道較多，檢查時也可以通過檢修操作梯平臺避開主要的管道密集區(qū)，為后續(xù)檢修管道提供便捷。

除此之外，界區(qū)梯搭設平臺時，應根據(jù)閥門立裝位置的情況來設置。如果管線在每層梁上的標高已經(jīng)超過了樓梯間距離，那么排污收集管線和蒸汽吹掃管線則需要盡量錯層布置?？梢栽诳缙脚_每層平臺上設置管線穿過處的開洞支架，唯有如此才能在多層管廊交叉作業(yè)的情況下，滿足跨平臺檢修觀察的空間需要，聯(lián)通平臺之間的斜梯便可以將檢修人員直接送達關(guān)鍵位置，完成針對多層管廊的內(nèi)部管道檢修工作。

4 結(jié)束語

石油化工多層管廊立體維度布置中，應充分考慮管廊長度、管廊寬度、管廊高度等影響空間利用率的各種因素。布置多層管廊時，管道布置的設計因素也對設計方案產(chǎn)生不同程度的影響，主要是物料因素、施工操作及維修因素、安全生產(chǎn)及其他因素，控制好這些因素可以提高多層管廊管道布置的合理性與科學性。在具體的布置方案中，應重點關(guān)注帶閥組管道、火炬氣管道、熱脹量管道、橋架附近管道，以及檢修操作梯平臺等方面的布置方案，從而提高多層管廊管道布置方案的優(yōu)越性，為后續(xù)檢修維護帶來便捷性，為石油化工生產(chǎn)運輸提供安全性。