关于石油化工装置工艺管道设计的探讨

李器

【摘要】在石油化工装置中，管道设计是主体专业，管道设计的依据与管道设计的内容基本相同，怎么样才能设计出既安全又合理的布置是现在石油化工装置面对的一大难题。本文通过对管道材料和分级、塔的管线设计、泵的管线设计、冷换设备的管线设计四个方面进行分析与阐述，对石油化工装置工艺管道设计进行了探讨，将其中需要注意的事项进行明确的提出，希望能为工艺管道的设计提供一些帮助。

【关键词】石油化工 管道 工艺设计

1 管道材料和分级

因高压系统和低压系统的压力和温度存在着较大的差异，所以在连接两个系统时，应该依照低压关闭时管路等级划分的界限进行分界点的划分，通常情况下，设计中的P&ID会将界限进行明确的划分。在特殊情况中，要根据当时的实际情况进行适当的改变，划分出正确的分界点和分界线。

1.1 压力等级不同，材质不同

2 塔的管线设计

2.1 分馏塔与汽提塔之间的管线布置

在设计塔和容器的管线时，应该结合工艺原理和介质相态的特殊要求进行合理的布置与设计。在合理布置过程中，要将分馏塔、汽提塔以及回流罐之间的管线的布置进行重点的注意。在一般情况下，汽提塔和分馏塔之间会设置一个调节阀组，且调节阀组的位置靠近于汽提塔，保证调节阀前有一段液柱，其高度应满足工艺提出的要求。

2.2 热旁路设置

当通过热旁路对分馏塔的塔顶压力进行控制时，热旁路应保温、尽量短，防止袋形的出现避免积液，并且在回馏罐的上部进行调节阀的设置。冷却器应不高于回流罐。3 泵的管线设计

3.1 泵入口偏心异径管的使用

合理设计泵吸入管道主要为保障泵工作的顺利运行。当泵入口管系统的管径发生变化时，泵入口变径管的安装应使气体不在变径处集聚，避免因安装不当而产生汽蚀。泵的水平入口管变径应选用偏心异径管，在安装偏心异径管时，通常采用顶平安装法，并且应在低点加排液阀。

3.2 泵入口直管段的设置

当液体进入泵嘴时，如有偏流、旋涡流时会破坏液体在叶轮内的流动平衡，改变泵的扬程，同时也会出现气阻，从而使泵性能变差，寿命缩短。在管道设计中通过在泵入口前增加直管段来减小对泵的影响。对于不同形式的泵对于吸入口前直管要求也有些不同。对于侧向吸入的泵来说，吸入口前直管段长度大于三倍管径的直管段。对于双吸离心泵，为了避免双向吸入引起水平离心泵的汽蚀，双吸入口要对称布置。当吸入口管道与泵轴平行时，泵吸入口前应设置七倍管径的直管段；当吸入口管线与泵轴垂直时，弯头、大小头及阀门可以视作直管段。

3.3 管道柔性

泵属于回转机械，当管嘴受到管道的推力作用时，转轴的定位就会发生偏移的现象，所以在设计管道时，应该将泵嘴的受力作用进行严格的控制，保证泵嘴的作用力在允许的范围之内。在管道设计中可通过如下方法以减少管道作用在泵管嘴的应力和力矩：

（1）对管道走向进行合理的布置以增加管道柔性；

（2）除承重的支吊架之外合理设置导向支架和止推。

管道最短、压力损失最小的为理想形态，但是在热介质的管道中，热应力分析有问题。增加弯头和改变管线走向，增加了管线柔性，同时管道压损和投资增加。为了保证重要泵及高温泵的正常运行、管道布置的合理性及降低成本，根据管道走向和操作条件进行应力分析优化管道走向、设置合适支架十分必要。

4 冷换设备的管线设计

对于其他工艺设备而言，冷换设备管线的布置工艺相对的简单。换热器的管道设计应符合PID的要求，同时考虑管线的柔性和经济性。大直径和合金钢不锈钢管线优先考虑管线尽量最短，弯头最少。冷换设备检修和操作空间、管道热应力这两个方面应该加强注意。

4.1 设备检修和操作空间

管壳式换热不论是否成排集中布置，还是单独布置，其管道布置的要点是不妨碍管箱端抽出管束的空间，同时也不妨碍管箱和壳程头盖法兰侧面的拆卸空间。换热器的管道布置应方便操作和维修，并且不妨碍操作和检修通道的通行。带有阀门和调节阀组的管道应靠近换热器的操作通道，且调节阀组宜与设备平行布置。换热器周围管道上的温度计，阀门等管件应布置在靠近通道，便于操作和观察的位置，并且距换热器的设备法兰、筒体有足够的距离。

4.2 管道热应力

通常情况下，换热器的固定点设置在管箱端，与封头端管嘴连接的管道都应该对换热器因热涨而产生的位移进行全面的考虑。冷换设备的管线不应使管嘴承受过大的管系重量和热涨力。存在高温管道时，管线形状应有足够的热补偿能力，通过设置固定支架和合适的导向支架，不得将反作用力集中在管嘴上。

5 总结

石油化工装置工艺管道设计是一项非常复杂的工程设计，不仅仅要求设计人员掌握常识性规范性的技术知识，还要对设计人员的设计理念提出较高的要求。设计人员在工艺管道的设计中，应该将生产要求、工艺意图等进行仔细具体的分析，将工艺管道设计的理论知识与自己的实践经验相结合，保证石油化工装置工艺管理设计的科学性和合理性。在设计的过程中，若出现了意外情况，应该具体问题具体分析，在理论的支持下进行适当的改变，将自己的设计水平以及设计技术进行提高与完善

参考文献

[1] 田卉.石油化工装置工艺管道设计探讨[J].化学工程与装备，2008，（3）：78-82

[2] 葛妍.关于石油化工装置设计与安全探讨[J].中国石油和化工标准与质量，2012，32（2）：262

[3] 尹伊君.有关石油化工装置的管道设计与工艺探讨[J].中国石油和化工标准与质量，2012，33（9）：93

[4] 陈让曲.石油化工装置的安全设计[J].炼油技术与工程，2003，33（2）：57-62

[5] 蔡尔辅.石油化工管线设计[J].化学工业出版社，2003，33（2）：57-62