邵英

（浙江工程設(shè)計有限公司，浙江杭州310002）

化工項目廠區(qū)外管的設(shè)計淺析

邵英

（浙江工程設(shè)計有限公司，浙江杭州310002）

廠區(qū)外管設(shè)計是化工項目設(shè)計的重要組成部分。介紹了化工項目外管設(shè)計、外管道布置、外管架布置、外管架選擇、外管專業(yè)提結(jié)構(gòu)專業(yè)條件等方面的內(nèi)容，重點闡述了外管道布置、管道補償、外管架規(guī)格、管廊剖面圖、外管架結(jié)構(gòu)型式等設(shè)計工作要點，為外管設(shè)計人員提供參考。

化工項目；外管；設(shè)計

1 概述

化工項目廠區(qū)外管是化工項目設(shè)計工作的重要組成部分，主要適用于廠區(qū)架空敷設(shè)的工藝物料管道、公用工程管道、供熱管道等。廠區(qū)外管廊銜接著化工項目內(nèi)的所有相關(guān)裝置，是使上下游裝置及公用工程等相互貫通的主要節(jié)點，化工廠區(qū)內(nèi)生產(chǎn)所需的物料都可以通過管廊進行傳遞。廠區(qū)外管作為化工廠區(qū)內(nèi)特有的配套設(shè)施，為確保氣體、液體物料在各裝置之間、裝置與儲罐區(qū)之間便捷、高效地流動，起著極其重要的作用，被形容為化工廠區(qū)的“動脈”。

部分企業(yè)建設(shè)之初沒有規(guī)劃好廠區(qū)外管廊，隨意地敷設(shè)各種管道，造成廠區(qū)各種管道的設(shè)置雜亂無序，破壞了廠區(qū)的整體美觀，也為安全生產(chǎn)帶來諸多不利影響。

2 外管設(shè)計

在化工設(shè)計行業(yè)中，外管設(shè)計主要是指化工廠區(qū)內(nèi)外各個化工企業(yè)之間及化工企業(yè)內(nèi)部各生產(chǎn)裝置之間互相連接的外部工藝及供熱管道的設(shè)計。

外管設(shè)計的主要內(nèi)容有管道數(shù)據(jù)表、管道系統(tǒng)圖、外管道布置、外管架布置、外管架的選擇、外管提土建條件、外管道材料選擇等。

做好廠區(qū)外管設(shè)計，不僅可以滿足化工物料進行管道輸送的要求，而且可以節(jié)省投資，提高資金使用效率，還可以針對輸送物料具有易燃易爆、有毒有害、有腐蝕性的特點進行合理布局，為化工企業(yè)安全生產(chǎn)提供有力的保證。

3 外管道布置

3.1外管道布置的原則

在外管道布置設(shè)計時，通常以施工方便、節(jié)省投資、安全可靠為原則。具體來說就是：首先要根據(jù)管道輸送的介質(zhì)物料、管徑大小對管道進行分類布置；其次在外管架上要盡量做到采用均布荷載布置；再者還應(yīng)考慮儀表和電氣電纜橋架的布置。

3.2外管道布置注意事項

（1）大直徑管道、應(yīng)力較大的管道、容易產(chǎn)生振動的管道宜靠柱子布置；小直徑管道、氣體管道和公用物料管道宜布置在管廊的中間。

（2）需要熱補償?shù)墓艿酪瞬贾迷诠芾纫粋?cè)，便于集中設(shè)置“π”型補償器。

（3）介質(zhì)操作溫度等于或高于250℃的管道宜布置在管廊上層，布置在管廊下層時可布置在外側(cè)，但不應(yīng)與液化烴管道相鄰。

（4）蒸汽、裝置空氣、氮氣、儀表空氣等公用工程物料管道及工藝氣體管道（如火炬氣管道等）宜布置在管廊上層。

（5）液化烴管道、腐蝕性介質(zhì)管道以及需要經(jīng)常檢修的管道宜布置在管廊下層。

（6）低溫介質(zhì)管道、管徑大荷載重的管道宜布置在管廊下層；

（7）低溫介質(zhì)管道、液化烴管道和其他應(yīng)避受熱的管道不應(yīng)布置在熱介質(zhì)管道的正上方或與不保溫的熱介質(zhì)管道相鄰布置。

（8）儀表和電氣電纜橋架宜布置在管廊上層，橋架的附近和正下方不應(yīng)有熱影響的管道[1]。

（9）敷設(shè)易燃、可燃液體和液化石油氣及氣體管道的全廠性大型管架，宜避開火災(zāi)危險性較大的和腐蝕性較強的生產(chǎn)、貯存和裝卸設(shè)施以及有明火作業(yè)的設(shè)施。宜減少與鐵路交叉[2]。

（10）強氧化性物料管道與可燃氣體、可燃液體管道共架敷設(shè)時，強氧化性物料管道不宜敷設(shè)在可燃氣體、可燃液體管道的正上方或正下方。采用平行敷設(shè)時，兩類管道之間宜有不燃物料管道隔開，如公用工程管道等。

（11）非金屬管道應(yīng)盡量集中布置在外管架一側(cè)，這樣可以通過局部做密集次梁的方法滿足管道的小跨距要求。

3.3管道補償和管道支座

為了避免外管道因熱脹冷縮導(dǎo)致管道支座位移量過大滑落管架橫梁，使管道失去支撐，需要對外管道進行應(yīng)力分析及補償設(shè)計。外管道設(shè)計應(yīng)力分析時，對管道的熱補償首先采用自然補償，其次采用“π”型補償器進行補償?！唉小毙脱a償器按其布置方式可分為兩種，即水平補償和立體補償?！唉小毙脱a償器安裝時，補償器兩端須設(shè)置固定支座。為防止管道橫向位移過大，應(yīng)在“π”型補償器兩側(cè)設(shè)置導(dǎo)向支座。導(dǎo)向支座距“π”型補償器彎頭的距離宜為管道公稱直徑的32～40倍[1]。蒸汽管道“π”型補償器立體補償示意圖見圖1。

圖1 蒸汽管道“π”型補償器立體補償示意圖

4 外管架布置

4.1外管架布置的原則

外管架布置設(shè)計時，應(yīng)依據(jù)擬建項目全廠總平面布置圖和分期建設(shè)規(guī)劃，在滿足工藝物料走向和管道布置設(shè)計要求的前提下，盡可能地縮短外部管道輸送距離，進而達到節(jié)省工程投資、管道運行費用和維護費用的效能。同時還應(yīng)考慮到裝置設(shè)備吊裝、維修通道，室外地下管網(wǎng)，廠區(qū)道路、消防通道、安全疏散通道、生產(chǎn)裝置事故安全泄放等因素的影響。

外管廊布置應(yīng)以一端式和直通式為主，同時根據(jù)需要采用L形、T形、U形及組合管廊。外管廊布置時不應(yīng)從三面或四面環(huán)繞生產(chǎn)裝置。外管架布置示意圖見圖2所示。

圖2 外管架布置示意圖

4.2外管架的寬度和跨距

（1）外管架的寬度主要取決于敷設(shè)在管架上管道的數(shù)量、管徑的大小、管道之間的安全距離、維護操作空間、檢修通道以及需要敷設(shè)的電纜橋架寬度。同時，應(yīng)結(jié)合所在建設(shè)用地的總平面布置和區(qū)域內(nèi)的發(fā)展情況，確定分期建設(shè)項目管廊的預(yù)留方式和預(yù)留比例，以滿足分期建設(shè)時的管廊需要。

外管廊的預(yù)留方式有兩種：第一種是在新建管架上直接預(yù)留分期建設(shè)管道的敷設(shè)位置和荷載，第二種是在新建管架旁邊預(yù)留后續(xù)建設(shè)項目的管廊通道。

通常情況，全廠性管廊應(yīng)預(yù)留有20%～30%擴建的裕量，并考慮其荷載[2]。

管架橫梁長度小于或等于1.8 m時，一般采用單柱管架；管架橫梁長度等于或大于2.0 m時，一般采用雙柱管架；雙柱管架柱間寬度一般不宜大于10.0 m，當(dāng)管廊寬度大于12.0 m時，應(yīng)采用三柱或多柱型式[2]。

（2）外管架的跨距是由敷設(shè)在其上的管道因垂直載荷所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力和撓度決定的，其取決于管材的強度、管子截面剛度、外荷載的大小、管道敷設(shè)的坡度以及管道的許用撓度。外管架的跨距確定時，敷設(shè)在外管架上的管道許用撓度宜控制在38 mm之內(nèi)[3]。當(dāng)管道撓度超過允許值時，應(yīng)采用增加管架次梁的方法來增加管道支撐。

通常，獨立式管架跨距以4 m為宜；縱梁式管架跨距一般為6～12 m；桁架式管架跨距一般為16～24 m[2]。

4.3外管架的高度

外管廊高度通常是由管廊的凈空高度和多層管廊間的層間距決定的。

（1）管廊的凈空高度，應(yīng)滿足下列要求：a.跨越電力機車的鐵路不低于6.6 m（軌頂以上），跨越鐵路不低于6.0 m（軌頂以上）；b.跨越廠區(qū)道路不低于5.0 m；c.跨越人行過道不低于2.2 m[4]。

（2）多層管廊的層間距取決于管道管徑大小和管架結(jié)構(gòu)型式，上下層的間距宜為1.2～2.4 m；對于大型裝置上下層的間距可為2.5～3.0 m。當(dāng)管廊改變方向或兩管廊成直角相交時，管廊宜錯層布置，錯層的高度宜為0.6～1.2 m；對于大型裝置可為1.25～1.5 m[1]。

4.4外管架的坡度

外管架的坡度一般為0.2%～0.5%，無特殊需要時也可無坡度[2]。外管架起止點之間的坡度一般以外管道內(nèi)物料能夠排凈為原則。即確定管架坡度時，應(yīng)注意避免外管道與廠區(qū)各裝置管道的連接處出現(xiàn)“氣袋”或“液袋”。

4.5外管架上電纜橋架的布置

電纜橋架應(yīng)布置在管架的頂層或外側(cè)，同時考慮到電纜及電纜橋架的施工及安裝方便，以及電纜使用過程中的散熱影響，電纜橋架重疊層數(shù)不應(yīng)大于3層，且每層橋架之間的凈距不能小于400 mm。儀表電纜與電氣電纜平行敷設(shè)的最小允許距離在600～1200 mm之間[5]。

4.6外管廊上管道靜電接地管架的設(shè)置

在管廊設(shè)計時應(yīng)設(shè)置靜電接地管架，用于消除管道中所產(chǎn)生的靜電。靜電接地管架的具體位置一般是設(shè)置在管道進出各裝置區(qū)處、不同爆炸危險環(huán)境的邊界、管道轉(zhuǎn)彎點、分岔點以及每間隔80～100 m直管段處[6]。

4.7操作檢修通道（平臺）、樓梯、安全繩掛鉤的設(shè)置

在有需要時，可以沿管廊走向設(shè)置操作檢修通道（平臺），并在管廊每間隔50 m處設(shè)置直爬梯。另外在管架縱梁上或操作檢修通道旁每間隔6 m需設(shè)置安全繩掛鉤，便于在巡檢、檢修過程中系安全帶用，以確保人員的安全。

4.8廠區(qū)外管架設(shè)計案例管廊剖視圖

示意如圖3：

圖3 管廊剖視圖

5 外管架的選擇

5.1外管架的結(jié)構(gòu)型式

外管架的結(jié)構(gòu)型式分為獨立式管架、縱梁式管架和管廊三種。

5.1.1 獨立式管架

外管道較少時，可采用獨立式T字型管架；當(dāng)管道較多時，采用雙柱式Π字型管架。

5.1.2 縱梁式管架

縱梁式管架是縱梁或輕鋼三角形桁架、橫梁和管架組合而成的構(gòu)筑物。

5.1.3 管廊

管廊是由鋼筋混凝土或鋼結(jié)構(gòu)的橫梁、矩形桁架、桁架支撐、管架立柱及立柱支撐等組合而成的構(gòu)筑物，是化工廠區(qū)外管設(shè)計常用的形式。管廊的寬度大、跨距長，可設(shè)置可通行或不可通行的檢修通道，管廊內(nèi)還可設(shè)置儀表和電氣電纜橋架。

5.2外管架的分類

5.2.1 按管架材料

可分為鋼筋混凝土、鋼、鋼與鋼筋混凝土組合式管架等。

5.2.2 按連接結(jié)構(gòu)型式

可為獨立式、縱梁式、桁架式等。

5.2.3 按管架凈空高度

分為高管架（凈空高度≥4.5 m）、中管架（凈空高度2.5～3.5 m）、低管架（凈空高度1～1.5 m）和管墩或管枕等（凈空高度約500 mm）。

5.2.4 按管架寬度

可分為小型管架（寬度<3 m）和大型管架（寬度≥3 m）[2]。

5.3外管架的選材

外管架采用的材料類型有：鋼結(jié)構(gòu)管架、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)管架、鋼結(jié)構(gòu)梁和鋼筋混凝土柱復(fù)合組成的混合結(jié)構(gòu)管架。

（1）鋼結(jié)構(gòu)管架：易于施工，結(jié)構(gòu)簡單，連接方便，缺點是易被腐蝕，維護費用高，當(dāng)維護不到位時會對管架安全性能帶來隱患。

（2）鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)管架：抗腐蝕性較強，承載力高，易于維護，缺點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工工序多，工期長，外觀笨重，無法二次利用。

（3）鋼結(jié)構(gòu)梁和鋼筋混凝土柱復(fù)合組成的混合結(jié)構(gòu)管架：采用鋼筋混凝土柱和鋼梁、鋼桁架的組合型式。特點是其主要支承構(gòu)件鋼筋混凝土柱受力和防腐蝕性能好；其管架縱梁采用鋼梁、鋼桁架較鋼筋混凝土梁、桁架自重輕，結(jié)構(gòu)輕巧、施工方便。因此，鋼結(jié)構(gòu)梁式鋼筋混凝土柱管架在化工項目中被廣泛的應(yīng)用。

6 外管專業(yè)提結(jié)構(gòu)專業(yè)條件

外管專業(yè)向結(jié)構(gòu)專業(yè)提供外管架設(shè)計條件和要求，包括：

（1）管架平面布置圖、管架立面布置圖、管架剖面圖，圖中要表示出擬建管架的種類及型式、管架位號、標(biāo)高、固定管架位號、靜電接地管架、檢修通道、平臺爬梯的位置和尺寸。

（2）管道荷載，含管道重量、輸送介質(zhì)重量、保溫重量、試驗介質(zhì)的重量、管道內(nèi)沉積物的重量及平臺、通道的活荷載、電氣、儀表電纜橋架的重量等。

（3）固定管架的水平推力、作用點及方向。

（4）考慮裝置日后擴大生產(chǎn)能力所預(yù)留的設(shè)計裕量，外管架一般應(yīng)預(yù)留20%～30%的設(shè)計裕量，設(shè)計時應(yīng)避免該部分設(shè)計荷載遺漏。

7 結(jié)語

化工項目廠區(qū)外管設(shè)計不僅要做到美觀，大方，還要做到合理、節(jié)約，更要保證安全、可靠。外管架布置應(yīng)有一定的靈活性，預(yù)留有發(fā)展余量，以適應(yīng)廠區(qū)分期建設(shè)和企業(yè)不斷發(fā)展變化的要求，保證化工項目規(guī)劃的實施。

[1]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局特種設(shè)備安全監(jiān)察局，全國壓力管道設(shè)計審批人員培訓(xùn)教材（第二版）[M].北京：中國石化出版社，2012：168-169，180，189，195，202，233.

[2]HG/T 20546-2009，化工裝置設(shè)備布置設(shè)計規(guī)定[S].

[3]HG/T 20645-1998，化工裝置管道機械設(shè)計規(guī)定[S].

[4]GB 50316-2000，工業(yè)金屬管道設(shè)計規(guī)范（2008年）[S].

[5]HG/T 20512-2014，儀表配管配線設(shè)計規(guī)范[S].

[6]HG/T 20675-1990，化工企業(yè)靜電接地設(shè)計規(guī)程[S].

Analysis on the Design of the External Piping in Plant Area of Chemical Project

SHAO Ying
（Zhejiang Engineering Design Co.，Ltd.，Hangzhou，Zhejiang 310002，China）

The design of the external piping of the plant is an important part of the design of the chemical project.This paper introduced the design of the external piping,the arrangement of the external pipeline,the layout of the external piping rack,the selection of the external piping rack and the structural conditions of the external piping.The paper focuses on the arrangement of the external pipeline,the compensation of the pipeline,the specifications of the external piping,the profile of the pipeline corridor，the structure of the external piping frame and other design work points,providing a design reference for the external piping designers.

chemicalproject；external piping；design

1006-4184（2017）5-0039-05

2017-03-21

邵英(1963-)，女，重慶人，注冊化工工程師，大專，從事化工工藝及供熱管道設(shè)計工作。E-mail：hzshy1234@163.com。