汪 貞

(山東天力能源股份有限公司，山東 濟(jì)南 250010)

化工企業(yè)廠區(qū)布局按功能可劃分為罐區(qū)、裝卸站臺(tái)、生產(chǎn)裝置、倉(cāng)庫(kù)及輔助設(shè)施如鍋爐房、循環(huán)水站、中控室及配電室等，各裝置設(shè)施之間的工藝物料、公用工程及電氣、電信及自控橋架都需要外管廊來連接，外管廊作為各個(gè)裝置及設(shè)施的連接紐帶不可或缺，外管廊的設(shè)計(jì)對(duì)整個(gè)工廠設(shè)計(jì)及生產(chǎn)運(yùn)行至關(guān)重要。

1 外管廊整體規(guī)劃

1.1 總圖布局

管廊總體布局應(yīng)與化工企業(yè)總平面布置、豎向設(shè)計(jì)相結(jié)合，首先應(yīng)符合規(guī)范要求，其次要協(xié)調(diào)緊湊，美觀而節(jié)省投資。

管廊的基礎(chǔ)標(biāo)高應(yīng)根據(jù)總圖豎向布置綜合考慮，盡量根據(jù)地形分段考慮；一般情況下每段管廊都考慮坡度，實(shí)際設(shè)計(jì)中可根據(jù)蒸汽管線走向設(shè)置坡度方向，取值一般為2‰～5‰。

管架與建構(gòu)筑物間距及最小凈空要求應(yīng)遵循《工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50187、《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50160及《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016的有關(guān)規(guī)定。

管廊布局應(yīng)盡量做到照顧全面，走向簡(jiǎn)潔美觀；總圖基本確定后，外管廊布局應(yīng)盡快確定并避免后續(xù)大的改動(dòng)

1.2 外管廊構(gòu)造規(guī)劃

外管廊寬度、層數(shù)及標(biāo)高等應(yīng)分段考慮，根據(jù)所貼臨得裝置的進(jìn)出管線和橋架進(jìn)行衡量，形式可選混凝土結(jié)構(gòu)或鋼框架。盡快確定各裝置外管條件表并算出所需管廊層數(shù)及寬度，寬度還受上方是否有設(shè)備如空冷器的影響；一般新建工廠外管廊預(yù)留空間為20%～30%，管廊層高通常取1.2～2.4m，大型裝置通常可以取到2.5～3m。分段管廊相交大部分都要錯(cuò)層布置，錯(cuò)層高差以為0.6～1.2m，大型裝置最大可以到1.5m。

管廊形式可有L型、T型和U形式；管廊柱間跨距應(yīng)根據(jù)管道跨距決定，一般為6～9m，管廊末端及跨路管廊的跨度可以因地制宜，跨距較大時(shí)應(yīng)做桁架。

在規(guī)劃早期就應(yīng)確定固定架位置，這對(duì)后續(xù)配合結(jié)構(gòu)專業(yè)完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)至關(guān)重要，固定點(diǎn)的設(shè)置應(yīng)結(jié)合管廊布局，同時(shí)考慮補(bǔ)償器的補(bǔ)償量，如水平蒸汽直管道80m左右就要做固定架；兩個(gè)固定點(diǎn)之間應(yīng)使用補(bǔ)償器補(bǔ)償，如Π彎補(bǔ)償或使用膨脹節(jié)，膨脹節(jié)適用于高溫低壓大管徑管道，設(shè)計(jì)中應(yīng)充分利用管道橫豎變向自然補(bǔ)償或或Π彎補(bǔ)償，管廊上平行敷設(shè)熱管道的Π彎補(bǔ)償宜集中布置。

2 管道敷設(shè)與管架設(shè)置

外管廊管道布置一般遵循以下原則[1]:

(1)大直徑管道應(yīng)靠近管廊邊緣布置，小直徑管道、氣體管道、公用工程管道宜布置在管廊中間。

(2)工藝管道宜布置在管廊布置有設(shè)備的一側(cè)。

(3)需設(shè)置Π型補(bǔ)償器的高溫管道應(yīng)布置在靠近柱子側(cè)，且Π型補(bǔ)償器宜集中設(shè)置。

(4)低溫介質(zhì)管道和液化烴管道，不應(yīng)靠近熱管道布置，也不要布置在熱管道的正上方。

(5)多層管廊，一般工藝管道、腐蝕性介質(zhì)管道宜布置在下層；公用工程管道、泄壓總管、火炬干管及儀表、電氣橋架宜布置在上層。

(6)當(dāng)管道出裝置管廊與其它裝置相接時(shí)，向右拐的宜布置在右側(cè)，向左拐的的宜布置在左側(cè)。

(7)對(duì)于特殊管道如氧氣、可燃?xì)怏w等應(yīng)符合對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范。

管廊上管道間距應(yīng)合理，管道(或保溫外層)外壁之間間距不宜小于100mm，有位移的熱管道跟相鄰管道應(yīng)預(yù)留充分空間。蒸汽管道應(yīng)及時(shí)排除冷凝水，蒸汽主管的末端，上升立管的底部應(yīng)設(shè)集液包，沒有低點(diǎn)的水平蒸汽也宜在一定距離內(nèi)設(shè)集液包，集液包收集凝液并配合疏水閥回收至密閉系統(tǒng)，集液包的位置宜和管廊上Π形補(bǔ)償器形成的低點(diǎn)結(jié)合考慮。

進(jìn)出界區(qū)處的切斷閥門通常設(shè)置在外管廊上，為了便于檢修應(yīng)設(shè)置檢修平臺(tái)，寬度宜為600～800mm，并設(shè)直爬梯，其他需要檢修的位置也應(yīng)當(dāng)設(shè)置爬梯。

部分管線尤其是兩相流管線應(yīng)有坡度，方向宜與介質(zhì)流向一致，通?？梢越柚芾绕露?，當(dāng)管廊沒有坡度時(shí)，應(yīng)考慮使用管道支架進(jìn)行調(diào)整。導(dǎo)向架設(shè)置不能影響管道的自然補(bǔ)償，且不宜超過管道最大導(dǎo)向間距。滑動(dòng)架如果摩擦力過大，應(yīng)采用聚四氟乙烯墊板或者石墨板。

保溫管道支架需要設(shè)置管托，保溫厚度大于80mm時(shí)，高度不宜小于100mm，管托長(zhǎng)度受管道滑動(dòng)位移影響，應(yīng)有防止管托在運(yùn)行時(shí)懸空的措施，如使用加長(zhǎng)管托和偏裝。合金鋼和不銹鋼材質(zhì)管道以及介質(zhì)溫度高于400℃的管道不宜采用焊接型管托。

3 外管廊荷載計(jì)算

管廊管道布置基本確定后，應(yīng)計(jì)算每層管廊垂直荷載及推力并由結(jié)構(gòu)人員完成梁柱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

3.1 管道垂直荷載

垂直荷載可簡(jiǎn)化為單位長(zhǎng)度均布荷載計(jì)算，并考慮大的集中荷載。單位長(zhǎng)度荷載包括管子、管件、閥門、管內(nèi)流體及隔熱層的重力。同時(shí)考慮荷載有檢修平臺(tái)、電氣儀表橋架及放置于管架上的設(shè)備的重量，其他情況包括風(fēng)荷載、雪荷載及地震荷載應(yīng)適當(dāng)考慮。

管道單位長(zhǎng)度均布荷載可由下式計(jì)算[2]：

q:單位長(zhǎng)度管道基本荷載，N/m； qp：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度管道自重荷載，N/m；qI:單位長(zhǎng)度管內(nèi)介質(zhì)荷載，N/m；qL：?jiǎn)挝婚L(zhǎng)度管外隔熱或隔聲結(jié)構(gòu)荷載，N/m；D1：管內(nèi)徑，m；D2：管外徑，m； ρp、ρL、ρI：對(duì)應(yīng)的密度；g：重力加速度，m/s2。

管內(nèi)輸送可凝氣體時(shí)，其介質(zhì)重量應(yīng)按管內(nèi)冷凝液的實(shí)際重量計(jì)算；水平管道的冷凝液重量的估算可符合下列規(guī)定：

(1) 管道公稱直徑小于100mm時(shí)，冷凝液可取滿管液重的50%。

(2) 管道公稱直徑為100mm～500mm時(shí)，冷凝液可取滿管液重的15%。

(3) 管道公稱直徑大于500mm 時(shí)，冷凝液可取滿管液重的10%。

另外很重要的是對(duì)于需要進(jìn)行水壓試驗(yàn)的氣體和蒸汽管道，尤其是大管道，試壓時(shí)充水重也要考慮，多管同架平行敷設(shè)時(shí)，管道的試壓通常是逐根進(jìn)行的，所以，一般情況只要加一根最大管徑的管道充滿水的重量。

計(jì)算出單位長(zhǎng)度荷載，根據(jù)跨距可計(jì)算出每個(gè)主梁上的重力荷載；以上計(jì)算過程可以做成表格或者小程序，根據(jù)需要填寫相應(yīng)數(shù)據(jù)，方便計(jì)算。

3.2 水平推力的計(jì)算

管廊上水平推力主要有以下幾個(gè)方面：

(1)管道熱脹冷縮時(shí)滑動(dòng)管托跟管架相對(duì)滑動(dòng)產(chǎn)生的摩擦力；

(2)Π形補(bǔ)償器的彈性力及內(nèi)壓不平衡型膨脹節(jié)對(duì)固定點(diǎn)推力及膨脹節(jié)彈性力；

(3)風(fēng)力強(qiáng)勁地區(qū)側(cè)風(fēng)對(duì)管道施加的力。

為了簡(jiǎn)化計(jì)算，通常采用垂直荷載乘以摩擦系數(shù)來計(jì)算滑動(dòng)支架摩擦力，如果熱管較少計(jì)算結(jié)果未免保守，根據(jù)熱管占比乘一牽制系數(shù)，牽制系數(shù)可參考規(guī)范 《石油化工管道支吊架設(shè)計(jì)規(guī)范》SH/T3073-2016。 固定支架水平荷載包括補(bǔ)償器的彈性力、管道自補(bǔ)償?shù)膹椥粤?、滑?dòng)支架的摩擦力以及由內(nèi)壓產(chǎn)生的管道補(bǔ)償器不平衡力等。目前可以通過應(yīng)力分析軟件CaesarⅡ和AutoPSA等方便計(jì)算每個(gè)固定點(diǎn)的荷載，同時(shí)可以方便計(jì)算出管道側(cè)向位移，為導(dǎo)向架設(shè)置提供依據(jù)，軟件中管架摩擦系數(shù)的設(shè)置是必要的。

4 結(jié)語(yǔ)

外管廊是化工企業(yè)各裝置間的重要紐帶，也是企業(yè)的形象工程。管廊設(shè)計(jì)要符合設(shè)計(jì)規(guī)范，又要講究美觀；設(shè)計(jì)過程要注重細(xì)節(jié)，并且利用經(jīng)驗(yàn)，做到本質(zhì)安全；做好外管廊設(shè)計(jì)對(duì)整體工廠設(shè)計(jì)及生產(chǎn)運(yùn)行都有重要意義。