李 瑕

(中石化寧波工程有限公司，浙江 寧波 315103)

石化裝置內(nèi)管廊布置及設(shè)計淺析

李 瑕*

(中石化寧波工程有限公司，浙江 寧波 315103)

結(jié)合某甲醇裝置內(nèi)管廊設(shè)計實際經(jīng)驗，從內(nèi)管廊布置的形式、設(shè)計參數(shù)、注意事項等方面進(jìn)行分析和總結(jié)。

內(nèi)管廊布置 ； 設(shè)計參數(shù)；石化裝置

在石化裝置中很多管道被集中在一起，沿著裝置設(shè)備進(jìn)行布置，從而形成和走廊類似的樣子，即管道走廊，簡稱為管廊。管廊設(shè)計的是否合理直接關(guān)系到裝置施工、操作、維修和投資等方面，本文結(jié)合工程實踐對石化裝置中內(nèi)管廊的布置及其設(shè)計進(jìn)行淺析，望對今后的工作有所借鑒。

1 甲醇裝置內(nèi)管廊概述及特點

該甲醇裝置工藝由DPT設(shè)計，采用天然氣生產(chǎn)精甲醇，日產(chǎn)量為2590噸。其工藝單元主要有原料氣脫硫、合成氣制備、甲醇合成、甲醇精餾及蒸汽系統(tǒng)等。該甲醇裝置位于廠區(qū)中心，布置在南北長127米，東西寬162米，總占地面積約20574米2的區(qū)域內(nèi)。在該裝置內(nèi)管廊上敷設(shè)的管道主要有蒸汽管網(wǎng)及冷凝液系統(tǒng)管道(主要特點是管徑大、溫度高，很多都是DN500以上、400℃以上的管道)、燃料氣管道(包括天然氣、轉(zhuǎn)化氣、合成氣等高溫高壓大管徑管道)、甲醇介質(zhì)管道(主要特點是易燃易爆，火災(zāi)危險大)以及公用工程管道。這些管道中，70%的都是應(yīng)力管線，而且管徑大，溫度高。因此在其管廊布置時，要重點考慮管線應(yīng)力要求、管廊寬度、層高、荷載等要素，使其管廊整體布置不僅滿足裝置要求，還要滿足其經(jīng)濟(jì)合理、維修方便、整齊美觀等要求。

2 管廊布置形式

管廊布置形式應(yīng)由其經(jīng)濟(jì)性、操作、檢維修、占地大小等各種因素來決定，其形式有一端式、“L”型、“T”型、“U“型以及其幾種形式的組合，但各種形式也都由其裝置特點來決定。

該甲醇裝置中，根據(jù)其工藝流程及占地情況，管廊采用“U”型與直通式相結(jié)合的布置形式，如圖1。在轉(zhuǎn)化單元右側(cè)采用了直通式管廊，其工藝和公用工程管道從兩側(cè)進(jìn)出。在裝置中心則采用了”U“型管廊，其余各工藝單元則根據(jù)占地面積順流程布置在管廊的一側(cè)，使得整體布局既方便操作維修，又整齊美觀。

圖1 某甲醇裝置組合形管廊示意圖

其中一端式和直通式是管廊的基本形狀，其它L型、T型、U型等形狀較復(fù)雜的管廊，可看成是幾個基本形狀的組合，這些管廊的形狀雖然分別適應(yīng)不同程度的大型裝置或者聯(lián)合裝置的需要，但并不是一成不變的，只是基本形狀不改變而已。

3 管廊設(shè)計參數(shù)

3.1 管廊結(jié)構(gòu)材料

管廊的結(jié)構(gòu)材料一般采用鋼筋混凝土柱子架鋼梁或者全部鋼結(jié)構(gòu)的材質(zhì)。某甲醇裝置采用了全部鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)的管廊，這是由于鋼筋混凝土柱子橫截面大而導(dǎo)致占地大，且不美觀，設(shè)計過程中對于管道設(shè)置支架也不方便，而鋼結(jié)構(gòu)則易于工廠加工、安裝速度快、構(gòu)件斷面較小，因此全鋼結(jié)構(gòu)材質(zhì)的管廊越來越被廣泛使用。

3.2 管廊寬度

(1)管廊的寬度不僅取決于管廊上管道數(shù)量的多少和管徑的大小，還取決于管廊上面和下面布置設(shè)備的情況。該甲醇裝置內(nèi)管廊上面布置有兩臺空冷器，下面布置有12臺離心泵，故其管廊寬度要與空冷器的柱子間距相同(空冷器柱子間距為12米)，以便于空冷器的布置與受力。另外，還要考慮泵的操作和檢修通道的寬度。

(2)在基礎(chǔ)設(shè)計階段，根據(jù)工藝提供的工藝管道及儀表流程圖(簡稱PID)繪制出整個裝置的管道走向系統(tǒng)圖，由管道走向系統(tǒng)圖可以確定管廊上管道數(shù)量和管徑的大小，并選擇其中管道最大密度處計算該處管間距的總和，得出所需要的管廊寬度。此時還應(yīng)考慮留出10%～20%的增添管道的余量，以作擴(kuò)建、改建之用。最終確定該甲醇裝置管廊所需寬度為12米。由于12米已超過了管廊柱子的跨度，影響柱子受力，采取了在中間6米處新加一排支柱，形成三柱式管廊。

(3)由于整個管廊的管道布置密度并不相同，通常在首尾段管道數(shù)量較少，此時可以減少首尾段的管廊寬度或者減少層數(shù)。

3.3 管廊高度

(1)根據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范》的規(guī)定，管道及其桁架跨越廠內(nèi)鐵路線的凈空高度不應(yīng)小于5.5米，跨越廠內(nèi)道路的凈空高度不應(yīng)小于5米。管廊下的檢修通道高度不低于3米。當(dāng)管廊有桁架結(jié)構(gòu)時要按照桁架底部標(biāo)高計算。該甲醇項目中，裝置主管廊與外管廊銜接時橫跨工廠道路，設(shè)計時在此處設(shè)置了15米寬的桁架，桁架底部標(biāo)高為8米，見圖2所示。

圖2 某甲醇裝置管廊桁架示意圖

(2)為有效利用管廊空間，多在管廊下布置泵，考慮到泵的檢修和維護(hù)，至少需要3.5米的空間。若管廊下還布置換熱器時，應(yīng)考慮換熱器的安裝高度及其上方配管所需的空間。而在該項目中，由圖1可看出，裝置主管廊下布置有多臺泵設(shè)備，但同時該主管廊還橫穿裝置道路，將裝置主管廊的底部標(biāo)高確定為5.5米，見圖2所示。

(3)當(dāng)管廊采用雙層或多層時，上下層間距需根據(jù)裝置規(guī)模和管廊上最大管道的直徑來確定，一般2.4米為宜且不小于1.2米。該甲醇裝置管廊上多為DN500以上的大直徑管道，而層間距的設(shè)置必須保證這些大直徑管道能夠順利通過管廊，因此最終將管廊層間距調(diào)整為2.5米，該管廊的層標(biāo)高分別為5.5米、8米、10.5米、15.5米，最后兩層管廊標(biāo)高增大主要是由于火炬管道放置在了12米的標(biāo)高上(為滿足安全閥排出口能夠順流向火炬總管的頂部)。

(4)若管廊改變方向或者兩管廊垂直相交，其高度差一般為0.75米～1.05米為宜，但同時也必須滿足最大直徑管道改變走向時所需空間。

3.4 管廊跨度

管廊的柱距是由敷設(shè)在其上的管道因垂直荷載所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力和撓度所決定的，其跨度一般為6～9米。同時還要在管廊柱間距間布置次梁，以解決鋪設(shè)在管廊上的小管道因垂直荷載產(chǎn)生的彎曲和撓度。次梁跨距的大小由敷設(shè)在其上的最小管道的允許跨度所確定的。一般管廊上管道允許的最小管徑為DN40或DN50(不同項目其統(tǒng)一規(guī)定要求不同)，而這類管線最大允許跨距在3～4米之間，因此通常情況下次梁跨距取3米。若由于特殊原因部分次梁跨距不能滿足3米，在滿足小直徑管道跨距的情況下可以與土建專業(yè)協(xié)商更改其跨距，滿足設(shè)計要求。該甲醇項目中，經(jīng)土建專業(yè)核算，管廊柱距取6米，在橫穿主裝置道路時，由于道路寬度為6米，因此局部橫穿道路的柱距取為9米。該項目統(tǒng)一規(guī)定要求管廊上敷設(shè)的管道最小口徑為DN40，同時又由于該管廊上大口徑管道較多，荷載較大，最終管廊按照“米”字形布置，在3米處均設(shè)置了次梁(在滿足管道跨距的條件下，局部與大口徑管道相碰撞的次梁進(jìn)行了調(diào)整)，加強(qiáng)管廊穩(wěn)定性，如圖3所示。

另外，在設(shè)計管廊時，由于頂部裝有兩臺鼓風(fēng)式空冷器，長度為96米，寬度與主管廊間距相同，因此在標(biāo)高22.5米處設(shè)置了空冷器的檢修平臺。根據(jù)《石油化工工藝裝置布置設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，設(shè)備構(gòu)架或平臺的相鄰安全疏散通道之間的距離不應(yīng)大于50米，由此設(shè)計時管廊上考慮了4個直爬梯，以滿足設(shè)計規(guī)定要求。

圖3 某甲醇項目柱距與次梁設(shè)置示意圖

4 注意事項

在管廊設(shè)計中，部分管線需設(shè)置固定支架，保證管道在三個軸線方向上不允許有線位移和角位移，此處的支撐梁一般受力很大，為增強(qiáng)其牢固性，土建專業(yè)均會在縱梁上設(shè)置斜撐。常見的斜撐一般有“人”字型和“V”字型兩種型式，當(dāng)土建專業(yè)根據(jù)荷載條件返回管廊結(jié)構(gòu)后，配管專業(yè)人員需要特別注意管廊斜撐與管線是否發(fā)生碰撞，若有碰撞的問題則調(diào)整管道或者與土建專業(yè)協(xié)商修改斜撐型式。

另外，由于管廊大多數(shù)管線都是通過支架敷設(shè)在管廊梁上，而支架的高度一般在100～250mm之間，界區(qū)口處管廊設(shè)置時要尤其注意大口徑管道在平臺上其閥門法蘭是否能夠正常安裝，避免發(fā)生法蘭與平臺相撞的情況。

5 結(jié)束語

綜上所述，裝置內(nèi)管廊的設(shè)計不僅要考慮符合工藝流程、設(shè)計規(guī)范、操作方便，還要最大限度地滿足用戶的要求，而且也應(yīng)為將來的改擴(kuò)建留有一定的余地和空間。因此其布置合理性不僅關(guān)系到裝置布局的整齊美觀和經(jīng)濟(jì)合理，還關(guān)系到裝置的安全生產(chǎn)、操作和維修的方便，是裝置設(shè)計的重要環(huán)節(jié)之一。

[1]中國石油化工集團(tuán)公司.GB 50160-2008 石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范[S]〗.北京：中國計劃出版社，2009.

[2] 中國石油化工集團(tuán)公司配管設(shè)計技術(shù)中心站.SH3011-2011 石油化工工藝裝置布置設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國石化出版社，2011.

(本文文獻(xiàn)格式：李 瑕.石化裝置內(nèi)管廊布置及設(shè)計淺析[J].山東化工，2016，45(12)：151-153.)

2016-04-25

李 瑕，工程師，2006年畢業(yè)于中國石油大學(xué)(華東)過程裝備與控制工程專業(yè)。主要從事設(shè)備布置和管道布置工作，

TQ055.8

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1008-021X(2016)12-0151-03