石油化工生产装置工艺外管架的设计

刘海

摘 要：随着国家化工行业的发展和进步，外管架设计工作逐渐增多。管架设计中，必须考虑经济合理、材质要求、形式要求等要素，避免管架使用環节出现问题，以期满足生产装置需求，提高生产运行可靠性。本文针对化工生产装置工艺外管架的设计原则、分类等进行了总结，旨在为设计人员提供一定借鉴价值。

关键词：石油化工;生产装置;工艺操作;管架

近年来，国家化工建设行业得到了快速发展，各化工企业的生产规模、装置等不断扩大，相应的管道管架等工作随之增加。各大管道贯穿在设备之间，对生产装置的稳定运行提供了强有力的保障。考虑到外管道多为架空形式，必须及时进行支撑处理，多为支撑构筑物，一般可将其称为管架。设计方必须合理进行管架形式、材质的选择，设计成不同形式的管架，以期满足生产装置的可靠性。

1 管道布置及设计

管道一般需要进行架空处理，多采用管架支托管道完成。管道种类较多，包括物料管道、辅助物料管道、公用工程管道等。外观到受气温、内部介质温度等影响，易发生伸长、收缩的状况。从适应管道热胀冷缩角度出发，必须考虑管道变形的影响。为了适应变形位移的要素，管道支撑结构可进行下述分类：管道支座和管架顶部可自由活动的称为活动支座、管道支座和管道顶部焊接的为固定支座，其他设计原则分析如下。

首先，补偿节的布置处理。从降低造价、减少维护费用的角度出发，外管道需设置补偿节，补偿节一般是将管径一致的管道弯折成π型后制作所得。布置形式包括：水平、垂直布置两种。其次，外管道布置原则分析，设计环节中，必须及时对管道布置、排列等进行分析，一般热管道、小直径管道需放置在上层区域、冷管道、大直径管道应布置与下部区域。需定期检查、维修的管道布置在下层或外层区域，带阀门管道需置于方便处理的检修通道周边。再者，检修平台和检修通道的设置。当管道上布置了经常开启的阀门后，管架需在阀门处进行操作平台的设置，一般为800mm×800mm的操作平台较为合理，同时还要进行高直爬梯的设置，保证相关人员技术进行阀门操作处理。

2 外管架布置及设计

2.1 外管架的分类

首先，独立式管架，外管架作为支撑管道的主要构筑物，需承受管道水平、垂直方向的载荷。当管道数量较少时，一般采用T型管架，当管道直径大、数量多的情况下，建议采用π型管架。其次，梁式管架，纵梁式管架包括下述几大部分：纵梁、轻钢三角桁架、横梁、管架等几大部分。再者管廊，管廊一般是钢筋混凝土、钢结构两种形式，包括横梁、矩形桁架、桁架支撑、立柱支撑几大部分，属于大型装置，包括工厂管道敷设场所。管道一般具有宽度大、跨距大的特点，可选择是否进行检修通道的设计。管廊内部可进行电气、仪表等辅助设备的设计处理，需经用电缆桥架等进行电气、控制电缆的敷设。

此外，管架还可进行下述角度的分类，从管架材料上区分，包括砖、混凝土、钢筋混凝土、钢、钢筋与混凝土结合五大类;从管架受力角度出发进行分析，包括活动管架、固定管架两大类;从管道分布角度出发：包括多层、单层布置两种形式;从管架高度进行划分：包括管墩、低管架、高管架三类。

2.2 外管架的跨度和宽度

首先，独立式管架跨度多为6-8m，T字型梁的宽度一般为1.5m。其次纵梁式管架的跨度：一般为9、12、15m，梁与梁之间的宽度一般为1.5-2.5m。再者，管廊的跨度：一般为18、21、24，桁架与桁架之间的宽度一般为2.0-3.0m。

2.3 外管架高度和主要设备设施间距分析

外管道设置中，其与铁路轨顶、工厂主干道净空高度需满足大于5.5m、大于4.5m的要求;装置内管廊横梁与地面的净空高度需大于4m，管廊下部检修空间的设置中，通道高度需大于3m。此外，必须充分考虑管道专业和土建专业的配合。管道专业需向土建专业提供详细的管架设计条件：第一，管廊图上管道、管架的平面图、立面图、管道走向图等，图中需要包括管架位号、标高、位号、通道位置和尺寸大小等;第二，管道载荷计算中，需充分考虑管道质量、输送介质要求、保温或保冷要求等，还要针对平台重量、阀门重量、电缆桥架重量等进行核算;第三，加强固定管架水平推力、作用点、作用方向的合理设置;第四、管道壁最高温度、最低温度要求;第五，工程改扩建管架的特殊要求，包括设计余量等要素。

2.4 外管架设计注意事项

外管架的设计中，其注意事项分析如下：第一，外管架布置中，必须充分考虑单项建筑物的平面图、占地要求，管架一般需竖立于建筑物管沟位置区域;第二，外管架和建筑体的标高可能不一致，由于二者绝对标高不同，可能会导致外观到进入各建筑物内接口的标高不同，后续施工安装存在较大困难;第三，部分管道具有直径小的特点，设计中，必须考虑小直径管道的跨距，避免管架间距过小过密等引发的问题，必要时可进行管架间距的合理设置，小直径管道可经由大管道间的支撑来完成辅助处理;第四，外管架设计中，必须考虑管架立柱和构筑物之间的一致性，提高美观性、合理性;第五，外管架如果采用钢结构材料，需考虑钢构件涂漆颜色，保证其与周围颜色的协调一致。

3 结语

石油化工装置的工艺外管线、外管架布置中，必须考虑整体厂内整体需求，相关设计人员要加强化工区工艺外管道布置形式的合理控制，这对促进国内石油化工企业生产装置运行的安全性起到了促进作用。

参考文献：

[1]康宏伟.浅谈石油化工装置外管架结构条件[J].广州化工，2014，42（14）：174-176.

[2]单奕彬.石油化工厂区工艺外管道的设置[J].中国新产品新技术，2013（10）：130-131.