工艺装置管廊设计体会

李梦然

（天津渤化工程有限公司，天津300193）

工艺装置管廊是化工厂非常重要的装置，它集动力管道、化工物料管道、压力管道、仪表桥架、电力桥架于一体，既要考虑检修、维修空间，还要考虑管廊上操作阀门平台。随着我国和世界经济的日益增长，科技水平不断提高，对化工产品需求量将不断上升。企业生产不仅要重视产量、利润，更应关注安全生产、安全设施的配置[1]。

1 化工企业厂区管廊概述

化工企业厂区管廊分为厂区内动力管廊和工艺装置内工艺管廊。动力管廊是将各动力装置的管道引入到工艺装置管廊内或工艺装置内的管道通过动力管廊引到厂区污水处理站或火炬等装置。而工艺装置管廊是将原料输送给工艺装置或工艺装置之间内管道输送。动力管廊和工艺装置管廊区别见表1。

2 工艺装置管廊布置

以河北省沧州某化工项目为例，见图1。面对几十至上百根管道需要敷设在工艺装置管廊上，首先要把管道分类，将公用管道放在管廊第二层，原料管道、工艺输送管道放在第一层，最高层敷设仪表、电缆桥架。

公用管道根据八个装置同时需要总用量经计算后，确定每种管道管径，将保温的或热管道与常温管道分类排布，以此确定该层管廊宽度，该项目中管道分别为：2 种压力氮气、仪表空气、吹扫空气、蒸汽、蒸汽凝水、热水供回水、循环水供回水、冷冻水供回水、纯水、生产用水、生活用水、污水、火炬、天然气、氢气等管道。蒸汽、蒸汽凝水靠管廊柱子布置，便于做矩形补偿器，同时还要兼顾靠近用量大的用户。

表1

图1 工艺装置管廊布置示意图

工艺管道主要以靠近用量大的用户布置原则，对于压缩气体管道、真空管道、重力流管道尽量减少阻力、减少弯头。工艺管道主要来自工艺装置之间输送管道，装置相对位置尽量按工艺流程顺序布置，以便减少管道交叉。

管廊上有阀组、仪表计量等设施，需要设置检修平台或操作平台。有坡度要求的管道要注明，如火炬管道。

管廊宽度确定后，就是层高的确定。根据梁厚、该层管道最大直径及引入用户弯头高度确定层高，一般1.5～2m 范围。管廊最底层高度应满足《石油化工企业防火设计规范》和《化工装置设备布置设计工程规定》要求。

管廊柱网布置，一般6m 或12m 跨度，尽量与装置的柱网对齐，便于管道平行布置。穿过道路两侧要考虑固定支架。管架设计要考虑装置扩建或变更工艺路线的影响，预留30%富裕量，同时荷载也要考虑。管架布置在满足工艺条件的基础上还应满足《石油化工管架设计规范》和《石油化工企业厂区总平面布置设计规范》要求。

3 应用CAESARⅡ对管道柔性校对

由于管道内介质温度和环境空气温度对管壁的影响，引起管道的伸缩。为使管道在运行状态下保持稳定和安全，减少管道热胀冷缩所产生的应力，设计时应考虑管道热膨胀。

管道热膨胀的设计原则是：首先从管道布置上尽量考虑自然补偿，其次考虑管道安装时的预拉伸，在上述两个条件未能满足管道热补偿要求时，必须设计热补偿器[2～4]。

工艺装置管廊初步设计后，对工艺装置管廊中有以下情况的管道均要考虑管道柔性的校核：

1)管道的设计温度≤-50℃或≥100℃，均应为柔性计算的范围；2)对柔性计算的管道公称直径范围应按设计温度和管道布置的具体情况在工程设计时确定；3）室外环境温度影响的无隔热层长距离的管道；4)管道端点附加位移量大，不能用经验判断其柔性的管道；5)小支管与大管连接，且大管有位移并会影响柔性的判断时，小管应与大管道同时计算；6)对于与敏感机器、设备相连的高温、高压或循环当量数＞7000 等重要的以及工程设计有严格要求的管道，应采用计算机程序进行柔性计算；7)对有压力脉动的管道，决定支架间距时，应核算管道固有频率，防止管道产生共振。

计算及安全性评定准则：考虑管道不可预见情况的影响，应力负载率一般不超过80%，也可根据项目情况酌情考虑。

4 总结

管廊上的管道合理布置对整个工程顺利开车来说有非常重要的影响，工艺装置一半以上的管道都要经过管廊连接。因此，工艺管道布置设计必须符合管道及仪表流程图（PID）的设计，同时严格按照工艺专业提出的管道等级表和特殊件表选用管道组成件情况下，即应做到安全可靠、经济合理，并满足施工、操作、维修等方面的要求，又要遵循安全及环保的法规、对防火、防爆、安全防护、环保要求等条件进行检查，以便管道布置更能满足安全生产的要求，满足热胀冷缩所需的柔性。对于动设备的管道，还应注意控制管道的固有频率，避免产生共振。特别要重视，管道上荷载、生产运行产生的应力对管架造价影响很大。满足安全生产、满足工艺要求前提下，尽量减少工程投资，对管廊更充分、更合理设计有非常重要的意义。