石油化工装置工艺管道设计的合理性分析

高畅宇

（神华工程技术有限公司安徽分公司，安徽合肥 230009）

石油化工装置往往需要依托工艺管道完成运输、保管、换热、加压等任务。据此，设计人员在实际设计环节，应注重其合理性，便于石油化工装置工艺管道发挥出真正效用，也能为我国石化企业的高质量发展带来重要助力。同时，还应在具体设计过程中结合石油化工装置的类型与操作条件制定合理的施工方案，由此为后续安装作业提供重要保障，有助于提高石化企业经济效益。

1 石油化工装置工艺管道设计的影响因素

1.1 人为因素

石油化工装置工艺管道的设计无论是管线布设还是材料选取以及后期安装，都离不开人力的大力支持。一旦缺少高素养设计人员，将对石油化工装置工艺管道设计的合理性带来重大影响。据此，人为因素是整个工艺管道设计质量的关键要素。由于石油化工装置在石化企业生产活动中，它往往用于储运石化物质如乙烯、芳烃、硫磺等，一旦失去顺畅且安全的工艺管道予以保护，将不利于石油化工装置的正常使用。因此，应结合现下设计人员素质予以培训，由此在人力协助下提升石油化工装置工艺管道设计的合理性，避免出现人为失误现象，引起严重的爆炸事故。

比如青岛石化企业曾在2013年发生过严重的管道爆炸事故，其死亡人数多达62人。在此事故中主要是源于输油工艺管道出现破裂现象，造成原油外泄，后经查实，此事件被认定为责任事故。所以，应尽量削弱人力对工艺管道设计产生的负面影响。

1.2 管道材料

管道材料是保证工艺管道质量的重要影响因素，也能提升其设计合理性的关键步骤。每种管道材质都具有不一样的性能，比如耐热性、耐腐蚀性等。对此，应根据工艺管道设计要求优选管道材料。

某化工企业中钢塑管使用的材料实则为超高分子量聚乙烯，它是一种混合式材料，其分子量均量为200万以上，属于热塑性材料。不但有着较为突出的耐低温性，而且自身润滑性与抗压性也是石化装置中比较优等的一种材料，尤其在低温-268℃与高温80℃环境里依旧保有稳定性能。所以，管道材料的选择是增加石油化工装置工艺管道设计合理性的核心要素，应予以重视。

1.3 组织管理

石油化工装置工艺管道设计项目，虽然整个项目周期较短，但需要设计人员与施工人员之间具有良好的合作精神，一旦缺乏有效的组织管理，将无法在预期周期内完成设计任务。此外，一旦因管理不到位而发生工期延长现象，势必引起工作人员过快赶超工期现象，对管道施工质量造成潜在危害。因此，在工艺管道设计过程中，需有针对性对其进行管理，做好人员协调配合等，最终可提高石化企业项目建设水平。

1.4 管线布设

管道路线是石油化工装置工艺管道设计不可忽略的重要因素。它还对工艺管道设计的规范性与安全性有着深远影响。同时，在合理的管线布设操作阶段，能对石化介质的泄漏风险起到一定的规避作用。据此，应从管线布设合理性方面予以考虑，最大程度上保障石油化工装置工艺管道的使用安全。

2 石油化工装置工艺管道设计的原则

2.1 安全性

石油化工装置工艺管道主要作用是用于支持石化企业生产活动，但也应当遵循一定的安全性原则予以设计，否则极易引发危害性广泛的重大事故。除了上文所述内容外，工艺管道设计不安全，还将增加石油化工企业的投入成本，使其无法获得较高的经济效益。此外，在设计工艺管道时，还应考虑到其可实施性与复杂程度，以免过于繁杂增加设计人员的工作压力。

在为石化生产工艺提供通畅的管道时，可以气相进料法替代传统液相进料法，由此可避免工艺管道内部石化介质发生剧烈反应而降低其安全性。在减小其复杂度时，可尽量选用“单独作业”模式，防止多项功能寄托于同一工艺管道形成交叉干扰。只有保证石油化工装置工艺管道设计安全，才能展现出其实用价值。

2.2 规范性

石油化工装置工艺管道作为石油化工项目的重要部分，还需秉承着“规范性”原则予以设计。其中需要遵从工艺管道设计标准制定可行性设计方案，包括在选取材料、确定工艺路线方面都应当设定专门的设计要求，否则将无法保证工艺管道具有良好性能。其中主要涵盖天然气凝液规范、管道连接规范、防火设计规范等。此外，在设计石油化工装置工艺管道时，还需对仪表元件等辅助设施的设计进行规范化处理。比如冷换设备工艺管道，应为后续保养维修作业提供便捷通道，以免减少其使用年限。

2.3 合理性

工艺管道设计的合理性是保证石油化工装置生产工艺顺利操作的重要原则。其中既要保证材料选择方面符合石化企业实际工况，又应在组织协调方面考虑到突发事件的合理预警，以将工艺管道处于可控可管状态下，避免工艺管道出现异常现象影响石油化工装置生产工艺的应用效果。

3 石油化工装置工艺管道设计的合理性策略

3.1 全面提高设计人员素质

设计人员素质的高低往往会对石油化工装置工艺管道设计的合理性带来重要影响，故而应全面提高设计人员的职业素养，使其增加对设计细节的重视度，由此在保证工艺管道设计安全的前提下实现合理设计。

具体方法如下：

（1）加强培训，设计培训是最直观的提高设计人员综合素质的途径。以往过于侧重专业培训，而今可在增强设计人员设计技能的基础上培养其责任感与使命感，使其保持严谨的态度面对工艺管道设计工作，由此降低人力因素对石化企业发展的负面影响。

2019年12月8 日，由中国石油和石化工程研究会主办的为期五天的培训会，专门针对压力管道的设计进行了针对性指导，从材料等级划分、应力分析、压力管道法律规范等部分予以讲解，并搭配案例分析与图文结合等方法为参训人员提供科学的指导，促使他们在后续各自企业工作环节能拥有突出表现。因此，加强培训是提升石油化工装置工艺管道设计合理性的关键步骤，值得推广。

（2）加强管理，为了促使设计人员素质有所提高，还应对其实施严格监管，针对每一项操作工序设置标准，并设立专门用于实现设计人员与其他工作人员密切交流的反馈通道，以便在设计人员遇到设计难题时，能够及时得到帮助，最终可对整个设计团队的工艺管道设计水准起到促进作用。

（3）创新设计方法，新型设计方法的应用也可规避人力因素的重大风险。由于石油化工装置工艺管道设计项目“工期紧、任务多”。所以，在其承受过大工作压力时，也会受个人心理素质的干扰而出现工作失误。据此，可结合新技术积极选用高新设计方法，由此提升设计质量。

常用的PDMS 软件，它可利用三维建模思想对工艺管道的设计流程给出明确的指引方向，这样可避免设计人员发生盲目设计问题，从而改善工艺管道设计现状。

3.2 合理选择工艺管道材料

石油化工装置工艺管道设计过程中，还需选择适合的材料，并注重材料与生产工艺的匹配度。比如在工艺管道中的压力处于不固定状态时，其选择的管道材料理应以耐压性较强类材料为主，其中使用的螺栓等辅助设施也同样要求具有良好的承压性，以免出现超压现象引发爆炸事故。同时，管道材料的合理选择还应考虑其温度、腐蚀性等多项因素的影响，为石油化工装置的稳定运行提供重要保障。一般而言，材料的选择需与压力等级持平，并对石化装置生产工艺进行细致分析，判断工艺管道材质是否能保证生产工艺的顺利应用，最终为石化企业的高效发展创造便捷条件。

比如在低温-45℃到-100℃的环境里，应以低温无缝钢管为主，以为石化企业冷轧作业提供依托。而在10MPa 到32MPa 压强下的压力管道中可参照正火、退火的生产方式选择无缝钢管。同时，还需结合石油化工企业的投入成本选择合金钢、非金属、碳钢等材质的管道类型，并做好市场调研工作，从实用性能与经济性角度选取适合的管道材料。

3.3 加强吹扫组织性设计

在石油化工装置工艺管道设计环节，既要注重人员组织之间的协调性，又要在吹扫过程中强化其组织性，包括设置吹扫线等，以免工艺管道在设计后缺乏一定的生产工艺可实施性。其中，在人员组织方面，可在设计团队之间设置有效的沟通渠道，包括建立微信群、开发互联网共享平台等，以便随时保持密切交流，对设计工作中有关工艺管道设计的不合理之处提出自己见解，待讨论验证后予以改进。

至于吹扫组织性发展方面，它主要是为了增加工艺管道洁净度。具体的评估标准是利用采样法对工艺管道中的石化介质予以提取，并朝着工艺管道45°方向进行采样。同时，还应做好试压工作，以在知晓工艺管道可承载压力后确定其实用性。通常可借助液压试验选取1km 左右的工艺管道，运用压力表对其进行压力的测定，其试验温度不宜高于5℃，压力表至少应有两块，并选择1.52倍待测压力的压力表，在准确记录后判断工艺管道不存在危险隐患时，可进入到吹扫工序中。工作人员常依靠的吹扫物质包含水蒸气与干燥空气，利用吹扫装置对石油化工装置进行“吹风”，其空气吹扫速度应高于每秒20m、水蒸气吹扫速度宜超过每秒30m，由此观察工艺管道的流畅性。当完成吹扫任务后需关闭止回阀，降低倒流现象的发生率。

3.4 注重管线布设合理性

3.4.1 塔与容器

工艺管道管线的布设效果直接关乎着工艺管道设计水准。因此，应合理设置工艺管道路线。工艺管道设计中包含解吸塔、吸收塔、精馏塔、分馏塔等，其中在塔顶、塔口等部分予以设计时，设计人员需对其管道布设路线予以确定。

比如针对分馏塔，要想实现分馏塔管线的合理性设计，可增设“控压装置”，并利用调节阀控制分流量，以便分馏塔中的流体介质能够保持稳定分布，避免剧烈振动引发危险。另外，还应在塔的不同结构设置专门的设计规划，由此提高整个石油化工塔管线布设的合理性。以塔顶设计为例，其排放通道处不宜存在相邻装置，并保持至少8m 的高度差，也可直接将其建于高于建筑物3m 处的屋顶，保证工艺管道管线设计的合理性。

3.4.2 管道阀门

管道阀门的设计也是工艺管道设计合理性的重要因素。同时，它也是支持采样操作与吹扫作业的根本保障。因此，需结合石油化工装置的投产要求合理布设管道阀门管线，以免工艺管道无法支撑生产工艺而出现装置运转不稳等问题。作为承压部件，管道阀门对于工艺管道内部温度与压力的骤变有着一定的协调作用。

同时，管道阀门还设有固定与活动、开闭三种类型的密封面，在开启高温阀时可保证工艺管道内部温度不会突然发生升温现象降低管道安全性。在阀门路线设计阶段，设计人员应对工艺管道上布置的每一种管道阀门产生全方位了解，包括其性能、运行原理等，以达到最优化路线设计目的。此外，设计人员还应具有一定的柔性设计理念，包括选取“短距离”“损耗小”的路线等，并搭配适合的承重支架等辅助元件，这样既可帮助石化企业节约相应的经济成本，又能避免工艺管道出现大量压力或温度损失等状况，降低其使用效率。

3.4.3 冷换设备

冷换设备作为石油化工装置中的重要部分，在设计期间，不但要优选适合的设备类型，而且还应在设计布设路线时注重其合理性。目前，市场上出现的一款螺纹管换热器，相比以往换热器，其K值上调了0.5倍，并且压力降低概率也上升了1.5倍，故而具有突出性能。在具体设计期间，冷换区调节阀隔热层外壁厚度不宜低于100mm，其排液口最小公称直径应按照表1标准予以设计。为了增强维修工作的便捷性，还需设置宽度适中的维修通道，由此提升工艺管道设计的合理性，也能由此确保冷换设备拥有规范的操作路线。

表1 管道排液口设计标准

冷换设备布设路线的设计还需要考虑到石油化工装置的使用年限，由此减小石油化工装置操作事故的发生率。在空冷器管道间隔上，其主管、分管应保持垂直状态，并根据石化企业的具体生产需求合理安装冷凝器，由此促进冷换设备的稳定运行。

4 结束语

综上所述，石油化工装置工艺管道设计的合理性，是决定石化企业生产效率的关键因素，故而应予以重视，并从设计人员素质、工艺管道材料、吹扫装置设计、管线布设等方面着手，由此对石油化工装置工艺管道设计合理性的提升提供重要依据，也能为石化企业日常生产活动的开展创造有利条件，进而在最大化保障生产安全的基础上实现石化企业的可持续发展。