張濤

摘 要：只有合理地設(shè)計(jì)石油化工管道，才能保證后期安裝管道工作的順利開展，并且石油運(yùn)輸過程所需要的費(fèi)用和石油化工管道安裝情況也有著重要的聯(lián)系，因此，應(yīng)當(dāng)確保合理設(shè)計(jì)石油化工管道，提升設(shè)計(jì)水平。

關(guān)鍵詞：石油化工;管道設(shè)計(jì);設(shè)計(jì)要點(diǎn)

化工工程對于我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及社會建設(shè)等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。由于其性質(zhì)的特殊性，在操作中會有一定的危險(xiǎn)，特別化學(xué)物質(zhì)處理方面，一旦操作不當(dāng)，就會造成泄漏，對操作人員甚至當(dāng)?shù)鼐用竦陌踩斐赏{。對于管道以及材料的優(yōu)化設(shè)計(jì)是化工工程建設(shè)的重要保障，因此對化工工程的管道優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，并對材料優(yōu)化提出建議。

1 影響石油化工管道設(shè)計(jì)效果的主要因素

1.1 密封效果

現(xiàn)階段我國石油化工企業(yè)主要采用的密封方法是管道法蘭密封盒閥門密封方式，這種密封方式對于管道因?yàn)楦g而出現(xiàn)泄漏的情況有著很強(qiáng)的預(yù)防效果。通常最終的密封效果直接受到所選法蘭密封材料結(jié)構(gòu)形式和剛度等影響。這也從一定程度上說明石油化工管道設(shè)計(jì)質(zhì)量受到實(shí)際密封效果的影響。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)可知，如果石油化工管道出現(xiàn)位移的情況，那么其安全性也就無從保障。當(dāng)前我國很多企業(yè)的石油化工管道都存在不同程度的泄漏問題，管道的質(zhì)量在閥門和法蘭泄漏量達(dá)到2/3的時(shí)候會出現(xiàn)嚴(yán)重的問題，可能出現(xiàn)難以預(yù)估的后果，可見，石油管道設(shè)計(jì)中影響密封性的主要因素就是閥門和法蘭。

1.2 物理損害

在實(shí)際使用過程中，受到溫度的影響，管道可能會出現(xiàn)一定的受損情況，這些損害是由于物理原因造成的。管道材料結(jié)構(gòu)受到低溫環(huán)境的影響脆性會增加，導(dǎo)致降低了其沖擊韌性，甚至可能出現(xiàn)管道斷裂的問題。管道材料受到高溫環(huán)境的影響，結(jié)構(gòu)可能會出現(xiàn)一定變化，容易出現(xiàn)脆化、蠕變失效等問題，內(nèi)部結(jié)構(gòu)甚至可能會惡化導(dǎo)致管道無法正常使用。此外，金屬材料在溫度周期不斷變化過程中會出現(xiàn)不同程度的損傷甚至斷裂，對石油化工管道安全性產(chǎn)生危害。

1.3 腐蝕問題

石油運(yùn)輸管道安全的另一影響因素是腐蝕問題。根據(jù)性質(zhì)的不同，腐蝕可以分為應(yīng)力腐蝕、局部腐蝕、大氣腐蝕、均勻腐蝕。不同管道因?yàn)椴牧虾退幁h(huán)境的不同其所遭受的腐蝕程度會不同，抗腐蝕程度也不同。石油化工管道需要較長時(shí)間的化學(xué)反應(yīng)才能出現(xiàn)腐蝕表象，環(huán)境是影響腐蝕情況的重要因素，很難有效地預(yù)防這種腐蝕變化，所以泄漏問題也難以得到全部解決。

2 石油化工管道的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 石油化工壓力管道應(yīng)力分析的設(shè)計(jì)要求

在進(jìn)行管道應(yīng)力分析設(shè)計(jì)時(shí)，需要注意管道布置的問題，為了提升應(yīng)力分析與設(shè)計(jì)的方便程度，工作人員可以調(diào)節(jié)管道空間走向與支架數(shù)量，選擇科學(xué)的支架形式進(jìn)行管道連接，盡可能避免管道熱脹冷縮出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。一旦管道柔性不夠，在推力過大時(shí)就可能使設(shè)備變形、管道支架移動，最終導(dǎo)致管道斷裂，所以要注重管道布置的合理性。另外，判斷管道柔性是否達(dá)標(biāo)，需要分析管道應(yīng)力及其作用力，具體可以從三方面入手進(jìn)行判斷。第一，在內(nèi)壓和外在作用下，管道會出現(xiàn)一次應(yīng)力，一次應(yīng)力應(yīng)該高于材料所需應(yīng)力，通常情況下，只需按照規(guī)定進(jìn)行管道選擇即可承受一次應(yīng)力。當(dāng)出現(xiàn)持續(xù)外在應(yīng)力時(shí)，管道也可憑借支吊架的作用抵擋受力。第二，管道熱脹冷縮時(shí)會出現(xiàn)二次應(yīng)力，此應(yīng)力應(yīng)該小于材料膨脹的許用應(yīng)力承受范圍內(nèi)，當(dāng)管道二次應(yīng)力超過范圍，而一次應(yīng)力小于管道所需應(yīng)力時(shí)，可以將一次用力加入許用應(yīng)力，達(dá)到提高許用應(yīng)力范圍的目的。第三，對于氣壓機(jī)、汽輪機(jī)等機(jī)械的管道而言，出口嘴上的管道推力與力矩在制造商提出的允許規(guī)定內(nèi)即可。

2.2 化工工程設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在化工工程設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，首先就是對設(shè)備進(jìn)行布置設(shè)計(jì)，這也是化工工程設(shè)備優(yōu)化設(shè)計(jì)的第一步，只有將管道以及各類設(shè)備按照自身屬性功能進(jìn)行完善布置后，才能開始接下來的一系列流程。在對化工設(shè)備管道進(jìn)行布置時(shí)，必須要考慮其與工藝設(shè)計(jì)本身的協(xié)調(diào)性，必須要按照工藝流程進(jìn)行布置，其次，化工設(shè)備的布置需要遵循不同功能對應(yīng)相對設(shè)備這一理念?；ぴO(shè)備分為主要設(shè)備和輔助設(shè)備兩種，在設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，需要對兩個(gè)種類的設(shè)備進(jìn)行科學(xué)化的放位設(shè)計(jì)，一般對于設(shè)備的擺放都是從通透程度，光線照射狀況等因素進(jìn)行考慮，并且在設(shè)備的使用中，要按照流程進(jìn)行科學(xué)規(guī)范操作，避免造成設(shè)備的損壞?；ぴO(shè)備在布置過程中，必須要充分考慮其位置的可操作性，爭取做到外觀的統(tǒng)一，這不僅是為了追求協(xié)調(diào)美觀，更是為了減少外觀因素對于實(shí)際操作造成的影響。在有些操作生產(chǎn)過程中，比如在對于泵的出口管進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，必須要做到出口管排列一致，管口對齊，只有這樣才能減少由于設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)導(dǎo)致的操作失誤，并且可以為操作人員提供一個(gè)好的操作環(huán)境。在對于化工工程設(shè)備的優(yōu)化環(huán)節(jié)中，以上幾點(diǎn)是基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)流程，在實(shí)際的操作過程中，可以根據(jù)操作所需對設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)的改變，達(dá)到減少操作失誤提高建設(shè)質(zhì)量的目的。

2.3 加熱爐轉(zhuǎn)油線

在設(shè)計(jì)加熱爐轉(zhuǎn)油線時(shí)，應(yīng)該考慮到減壓蒸餾裝置布置問題，塔前蒸發(fā)段直管應(yīng)該大于15m，各分支管需要對稱布置，這樣利于對轉(zhuǎn)油線進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算。在具體設(shè)計(jì)時(shí)，可以將爐出口前的爐管作為參考部分，之后將支架設(shè)置在圓筒爐的立管頂部，將導(dǎo)向管套設(shè)置在下部回彎頭處，這樣即便管道發(fā)生熱脹下移，也不會對上部連接管產(chǎn)生影響。頂部支架可以設(shè)置為承重支架，這樣可以提高活動范圍，活動范圍應(yīng)盡量保持在50mm 內(nèi)，這樣既可以提高管道柔性，也利于實(shí)際現(xiàn)場操作。在操作帶有再生或燒焦系統(tǒng)的轉(zhuǎn)油線時(shí)，需要結(jié)合管道自重與垂直方向位移問題進(jìn)行具體分析，尤其吊架設(shè)計(jì)方面，要先進(jìn)行條件計(jì)算，之后再核算管道柔性。

2.4 加強(qiáng)對管道材料的重視

為保證管道使用的安全性，應(yīng)當(dāng)合理選擇施工材料。工作人員要重視材料的選取，充分考慮材料運(yùn)行的安全性和企業(yè)實(shí)際情況，從而保證管道使用安全的同時(shí)提高管道工程經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。在進(jìn)行管道材料選擇中，應(yīng)當(dāng)提高調(diào)研市場情況，對實(shí)際情況進(jìn)行充分了解，加強(qiáng)對不同材料的對比，選擇物美價(jià)廉的材料。這就需要工作人員按照規(guī)定的要求進(jìn)行操作，確保管道材料達(dá)到規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。在采購期間，工作人員要向廠家提供相應(yīng)的文件，了解管道材料具體信息，并對搜集來的材料進(jìn)行歸檔，這樣不但有利于后期對材料的復(fù)查，而且能夠?qū)艿涝O(shè)計(jì)提供參考依據(jù)。由于管道材料不同，使得使用性能有著較大差異，工作人員需按清單上的要求進(jìn)行采購，并對管道材料進(jìn)行歸類，這樣施工人員在對管道進(jìn)行安裝時(shí)更為便利，還能充分發(fā)揮管道材料的使用性能，進(jìn)而提高管道材料的安全性。

2.5 汽輪機(jī)與氣壓機(jī)進(jìn)出口連接管道

氣壓機(jī)這類高速轉(zhuǎn)動設(shè)備的管道連接要求較高，不僅需要預(yù)留機(jī)器膨脹裕度，還要盡量使部件位置緊湊。所以具體進(jìn)行管道布置設(shè)計(jì)時(shí)，要在管道滿足應(yīng)力設(shè)計(jì)需求的基礎(chǔ)上，達(dá)成出口嘴的允許受力要求?？梢栽诰嚯x出口嘴較近的位置放置固定支架，管道方向盡量與出口嘴的位移方向一致。例如出口嘴向下，可以在下方設(shè)置彈簧支架。同時(shí)要限制對嘴口的力矩與作用力，為了防止管道發(fā)生激烈震動和側(cè)向位移等問題，一定要和設(shè)置導(dǎo)向支架，并對支架的負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，盡量減少嘴口的受力程度。

2.6 化工工程管道優(yōu)化設(shè)計(jì)

化工管道對化工材料運(yùn)輸方面起著重要作用，所以也是化工工程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)研究對象之一。在對化工工程管道的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中，有以下幾點(diǎn)注意事項(xiàng)，第一，就是管道的安裝，在安裝過程中，需要提前進(jìn)行計(jì)算，規(guī)劃位置，對管道進(jìn)行合理布局，避免在安裝時(shí)出現(xiàn)問題，管道的安裝，首先要對管道后續(xù)維修檢查工作進(jìn)行考慮，所以管道布置需要有很大的操作空間，對管道進(jìn)行架空處理，可以使維修人員對管道進(jìn)行全方位的檢查，第二，在管道的布置過程中，需要對管道的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行考察，如耐腐蝕性耐久度等，并且注意管道與管道之間的距離，使管道在實(shí)際運(yùn)用階段發(fā)揮其應(yīng)有的效果。

3 結(jié)語

石油化工管道設(shè)計(jì)是石油化工裝置中的極其重要的組成部分。設(shè)計(jì)者在管道設(shè)計(jì)中要把安全問題放在首要位置上，要嚴(yán)格按照管道設(shè)計(jì)的相關(guān)要求，結(jié)合使用工況和自身的工作經(jīng)驗(yàn)，保證管道設(shè)計(jì)的安全合理，采取針對性的措施防止各個(gè)因素對管道的影響，確保管道成為石油、天然氣等化工產(chǎn)品的安全運(yùn)輸途徑。這樣才能有效減少生產(chǎn)安全事故的發(fā)生和安全威脅，降低設(shè)計(jì)成本及建設(shè)成本，才能不斷完善和提高自身的設(shè)計(jì)水平。

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