魏思達

[廣州市城市管理質(zhì)量監(jiān)測與應急保障中心（廣州市燃氣事務中心），廣東廣州，51000]

多層管廊的配置方案較多，如果所用設(shè)備裝置較少，則可以采用一端式或直通式的管廊配管設(shè)計方案。而在所用設(shè)備較多的情況下，可以根據(jù)實際情況采取“Z”“T”“π”等形式的配管方案[1]。目前我國的管廊配管設(shè)計規(guī)定，管廊的一層和二層要布置工藝物料的管道，三層布置公用工程管道，四層則要布置火炬管道以及電氣和儀表電纜槽板[2]。石油化工多層管廊立體維度布置主要是長度、寬度、高度的三維立體參數(shù)設(shè)置，主要參考管道數(shù)量、裝置設(shè)備規(guī)格、管徑大小、相關(guān)儀器電纜橋架以及檢修通道的寬窄等因素決定，現(xiàn)對石油化工多層管廊管道布置的配管設(shè)計方案進行研究。

1 石油化工多層管廊立體維度布置

1.1 管廊長度

在設(shè)計管廊長度的過程中，應根據(jù)設(shè)備布置的間距情況、施工步驟和工藝順序以及分支管廊的寬度來確定主管廊的總體長度。如中石油廣東石化煉化一體化項目中，在綜合分析常減壓裝置和延遲焦化裝置的間距后，采取了長度為19km外管廊鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計方案[3]。由15km煉油區(qū)外管廊和4km化工區(qū)外管廊組成，鋪設(shè)的工藝管線總長度將達803.4km。而管廊總長度也是對乙烯裝置裂解爐分支管線的跨距分析，在管道橫截面垂直荷載計算彎曲應力后，決定了管廊結(jié)構(gòu)的管架跨距，所以滿足這一跨距的基礎(chǔ)上可以分析出道路穿越管廊處跨距的平均長度，再用小管徑管道作為支撐力，則可以逐個計算分支管廊所需長度，最終通過在管廊上增加支撐力來提高管位的總體利用率。

1.2 管廊寬度

在設(shè)計管廊寬度的過程中，應綜合考量管道所需管徑，同時計算所需分支管道的數(shù)量，除了保留必要間距之外，還要綜合分析相關(guān)電器和儀表的電纜橋架所需寬度，預留10%～20%的操作通道，對后續(xù)管廊維護具有重要作用。如中石油級綠色石化產(chǎn)業(yè)基地項目中，乙烯裝置8臺裂解爐共1 456根爐管，管廊上水、電、氣、風、油等各種工業(yè)介質(zhì)一應俱全，那么在管廊的工藝管線、水線、氣線、風線及電纜橋架等方面的安裝過程，則必須預留出更大空間的檢查操作區(qū)域，否則將對后期維護產(chǎn)生嚴重干擾[4]。

電儀施工、工藝管線試壓等工作中，應集中資源重點推進乙烯、POX、芳烴、常減壓、延遲焦化、加氫裂化等關(guān)鍵主裝置的管廊寬度設(shè)計，必要時可將預留空間增加到30%，從而確保公用區(qū)、分餾區(qū)、壓縮機區(qū)等均具有足夠的操作檢修通道寬度。在綜合考量多種因素之后，該項目設(shè)計管廊寬度為11.5m，在主管廊寬度大于9m的位置取中心點增加支柱，從而增強管廊寬度設(shè)計的穩(wěn)固性。

1.3 管廊高度

管廊高度設(shè)計取決于分支管線的設(shè)置方案，應綜合考量吊裝作業(yè)的施工難度，也要確保預留出足夠的檢修通道。如揭陽濱海新區(qū)的廣東石化煉化一體化項目中，因三聯(lián)合裝置中的催化裂化裝置油氣大管線吊裝高度超過10m，所以在管線連接反應沉降器頂和分餾塔底入口，直接吊裝作業(yè)設(shè)計高度跨距達增加到40m，將管徑設(shè)計為1.6m。吊裝作業(yè)跨越再生器等高層設(shè)備，在狹窄空間內(nèi)實現(xiàn)了大管線與設(shè)備本體的精準對接。管廊高度設(shè)計與現(xiàn)場實際周密論證，制定了兩段吊裝方案，使用400t履帶吊車、108m的吊桿，歷時48h完成二段管線對接。雖然外廊高度超過常規(guī)作業(yè)，但是總體設(shè)計方案符合施工標準，所以吊裝方案的實施難度隨之降低。因為主管廊上管線的管徑可以控制在DN200～300范圍之內(nèi)，所以垂直高差可以縮小到1.6m以內(nèi)，通過45°彎頭和90°彎頭的錯層排列，可以最大限度地縮小凈空落差，故而裝置內(nèi)兩處道路可以直接穿越主管廊，并在第二層管廊上梁體懸吊借力，使得火炬氣管線以超過3%的坡度向分液罐傾斜，便于接入主管線，并確保公用管線預留出檢修通道。

2 石油化工多層管廊管道布置的設(shè)計因素

2.1 物料因素

石油化工管道配管輸送腐蝕性物料時，通常需要布置在平行管道外側(cè)或下放。有毒、易爆、易燃的物料管道，必須遠離人員聚集區(qū)域，同時布置安全閥、阻火器、防爆膜等配套施工方案[5]。冷熱管道應盡量分開布置，如必須在同一支線管道內(nèi)布置，可以采用冷管在下熱管在上的設(shè)計方案，但是必須確保兩條管線大于0.5m的安全距離。如采取交叉排列的設(shè)計方案，需要規(guī)范保溫層厚度，同時將安全間距控制在0.25m以上。少數(shù)分支管道敷設(shè)坡度時，應以物料流動方向為主要設(shè)計方案，坡度應控制在1/100～5/1 000。輸送大黏度物料的管道中，則需要將坡度提高到3/100。少數(shù)物料含固體結(jié)晶成分，則需要將管道坡度提升到5/100以上。

在設(shè)計長距離管道和蒸汽類管道時，應在管道源頭加裝帶疏水器的放水口及膨脹器。為了確保管道運行安全性，必要時需要在輸送高壓蒸汽的管道內(nèi)安裝低壓蒸氣系統(tǒng)。如有必要，還需增加減壓閥和安全閥。少數(shù)管道存在水錘和侵蝕問題，需要合理控制安裝管道的直徑。根據(jù)應力指標合理布置管道，也可以在主要位置設(shè)計“π”形管補償器，同時安裝推力補償器，將相關(guān)設(shè)備連接到蒸汽管道內(nèi)，可以有效避免水錘和侵蝕現(xiàn)象。除此之外，真空管道需要盡量縮短，同時減少管道內(nèi)的曲折環(huán)節(jié)，從而最大限度提高真空度。避免使用截止閥，從而降低阻力并提高分支管道使用效率。

2.2 施工操作及維修因素

布置多層管廊管道，必須綜合考量管道的承載力，必要時可以在并行管道外側(cè)增加分支管線。引支管時，氣體管應從主管線上方引出，而液體管道則需從下方引出。所有管道應盡量采取集中架空的布置方案，盡量減少曲折路線，以直達輸送位置為統(tǒng)一設(shè)計原則。而施工作業(yè)中，也要盡量繞行設(shè)備、閥門、管件等主要施工位置，盡量與吊車作業(yè)時間錯峰，旁支管線需預留2.2m以上的空間，從而避免管道安裝受到外部施工環(huán)境干擾。管道應避免出現(xiàn)“氣袋”“口袋”“盲腸”等常見施工故障，集氣系統(tǒng)應盡量布置在便于蒸汽向上方排放的最高點。如采取混凝土加固施工，則可以將分支管道延墻體安裝，秉承便于維修的基本設(shè)計原則，管道應與墻面保持微小間距，進而容納閥門、管件等輔助設(shè)備。管路布置滿足正常生產(chǎn)要求之外，還需綜合考量開工、停工、故障處理等方面的具體要求。開停工期間，應合理分配支線管道的開停時間，開工裝料和停工時排料時應啟用旁路管道，從而適應管路操作變化，避免繁瑣施工，提高管道施工效率。

2.3 安全生產(chǎn)及其他因素

閥門必須布置在便于操作的管道位置，尤其操作頻繁的閥門需要布置在管道明顯位置，按照使用頻率排列閥門的順序，可以避免管道檢修時的不必要工作量。同時安全閥門連接在管道上的位置不同，起到了安全保障功能也略有差異。建議拉大各處安全閥門的實際間距，同時涂刷不同顏色，提示檢修維護人員閥門對應管道的輸送情況，避免出現(xiàn)引發(fā)重大事故的閥門安全問題[6]。在管道通過道路或有負荷地區(qū)時，必須增加相應的保護措施，從而避免管道外露造成泄漏風險。如果選用支架來支撐多層管道，則必須精準計算管道和閥門的總體重量，尤其需要參考非金屬材料設(shè)備、制設(shè)備、硅鐵泵等方面產(chǎn)生的額外重量，確保支架具有足夠的支撐力，達到多層管道安全運行的實際建設(shè)標準。

除此之外，如果兩組設(shè)備的間距較近，那么在架設(shè)多層管道時則不能采取直連方案，有時也會因為墊片配準難度高，導致多層管道連接出現(xiàn)松動問題。如果設(shè)備未與建筑物固定，或者有波形伸縮情況，多層管道可以采取直連方案，此外建議采取90°彎接或者45°斜接。管道通過外墻體時需要加安裝大直徑管套，而且需要高出支架頂層一段距離，抬高管道最高架設(shè)平臺表面50mm即可。

3 石油化工多層管廊管道布置的配管設(shè)計方案

在布置管廊的配管設(shè)計方案時，應當將管廊裝置規(guī)劃在聯(lián)系主要設(shè)備的關(guān)鍵位置上，且宜平行于裝置的長邊，通過盡量縮短管廊長度來控制提高傳輸銷量，有效利用管廊內(nèi)的空間結(jié)構(gòu)，滿足管廊與外界連結(jié)的便捷性，提高管廊的使用效率和檢修便捷性，同時滿足電纜溝、地下管道、建筑物等間距要求，避開設(shè)備檢修場地，達到合理運用管廊空間的最佳效果。在具體的布置方案中，應重點關(guān)注帶閥組管道、火炬氣管道、熱脹量管道、橋架附近管道，以及檢修操作梯平臺等方面的布置方案。

3.1 帶閥組管道布置方案

帶閥組管道要求具有一定的自控性能，在進出界區(qū)管線上，流量計閥組可以對管道內(nèi)運輸情況進行初步判斷，而在分餾區(qū)各塔、儲罐、換熱器、泵之間增加節(jié)流裝置，也需要充分考慮調(diào)節(jié)閥組是否夠用。尤其閥組應設(shè)置在管廊距離地面較近的位置上，從而便于檢修維護人員的現(xiàn)場操作。可以在多層管廊中將部分閥組布置在中間柱兩側(cè)，那么檢修泵的區(qū)域則可以預留出足夠空間，在管廊外部進行檢修也會規(guī)避空間通道障礙。在計算管線承載的應力時，也需要充分核算調(diào)節(jié)閥組是否能夠形成自然補償。若管線數(shù)量較大，合理安排錯綜復雜的管道環(huán)境則顯得格外重要。

3.2 火炬氣管道布置方案

火炬氣管道管直徑較大，而且需要以一定坡度連接液罐，所以在設(shè)計低壓和高壓火炬氣管道位置時，需要將其安置在分液罐區(qū)域，中間位置可以設(shè)計π彎管線，從而在分餾區(qū)和主管廊之間架構(gòu)安全梁作為支撐，火炬氣管線進出內(nèi)外管廊時通過π彎中間部分，符合管廊應力設(shè)計標準，火炬氣從分液罐進入管廊后再從Z型管道通過，可以對其設(shè)置單獨的操作界區(qū)閥門，從而為后期檢修提供便捷。

3.3 熱脹量管道布置方案

在布置長距離的高溫蒸汽管道時，必須充分考慮熱膨脹對管道吸收自然補償?shù)淖饔?。通常情況下，在π彎管線可以設(shè)置在隔段的管道附近，上層側(cè)梁可以作為支撐π彎應力結(jié)構(gòu)，在壓力溫度存在一定區(qū)別的蒸汽管道內(nèi)，π彎管線應盡量采取集中布置方案，從而在管廊外側(cè)設(shè)定管徑大和溫度高的部分管道，內(nèi)側(cè)則可以利用剩余空間來布置溫度較低和管徑較小的管道，有效利用多層管廊的空間效益，實現(xiàn)對π彎功能的傳輸價值最大化。除蒸汽管道之外，在多層管廊中還有很多高溫管道，在布置這些管道時也要充分考慮利用高度落差來形成自然補償。在熱位移較大的情況下，應設(shè)置管托長度較大的管線，以此作為緩解熱膨脹疏導功能，避免管道因膨脹系數(shù)增加而出現(xiàn)管托脫離橫梁的問題出現(xiàn)。

3.4 橋架附近管道布置方案

電氣電纜橋架和儀表可以布置在主管道附近，檢修通道兩側(cè)適合布置檢查口，用于后續(xù)主管廊對外側(cè)管道情況進行探測。在部分多層管廊布置方案中，由于南側(cè)的檢修比例較少，所以經(jīng)常將電氣儀表向界區(qū)方向移動，電纜橋架截至界區(qū)前四跨的情況下僅設(shè)置一層的布置方案即可。這樣的布置方案可以滿足火炬氣出口管線的檢查需要，同時布置空間的安全性更高，不會對后續(xù)檢查維修造成干擾。除此之外，界區(qū)平臺設(shè)置在主管廊區(qū)與各分支管廊的橋架位置時，電纜橋架可以從主管廊頂部穿過，再引向地面泵位置，從而為配管方案預留出足夠空間，避免與各分區(qū)連接管道之間發(fā)生危險性較高的碰撞。

3.5 檢修操作梯平臺布置方案

檢修操作梯平臺布置方案，主要是在管廊外每50m位置增加一段對稱通道，每段通道不超過25m，通過架設(shè)聯(lián)通在電氣儀表橋架區(qū)域上的檢查口，從而為檢修多層管廊的儀表運行情況提供足夠空間。檢修通道連結(jié)在公共管線的閥門操作平臺上，各區(qū)域管線在交叉和層疊位置，均可觀察到具體的運行情況，所以即便是分餾區(qū)連結(jié)管道較多，檢查時也可以通過檢修操作梯平臺避開主要的管道密集區(qū)，為后續(xù)檢修管道提供便捷。

除此之外，界區(qū)梯搭設(shè)平臺時，應根據(jù)閥門立裝位置的情況來設(shè)置。如果管線在每層梁上的標高已經(jīng)超過了樓梯間距離，那么排污收集管線和蒸汽吹掃管線則需要盡量錯層布置?？梢栽诳缙脚_每層平臺上設(shè)置管線穿過處的開洞支架，唯有如此才能在多層管廊交叉作業(yè)的情況下，滿足跨平臺檢修觀察的空間需要，聯(lián)通平臺之間的斜梯便可以將檢修人員直接送達關(guān)鍵位置，完成針對多層管廊的內(nèi)部管道檢修工作。

4 結(jié)束語

石油化工多層管廊立體維度布置中，應充分考慮管廊長度、管廊寬度、管廊高度等影響空間利用率的各種因素。布置多層管廊時，管道布置的設(shè)計因素也對設(shè)計方案產(chǎn)生不同程度的影響，主要是物料因素、施工操作及維修因素、安全生產(chǎn)及其他因素，控制好這些因素可以提高多層管廊管道布置的合理性與科學性。在具體的布置方案中，應重點關(guān)注帶閥組管道、火炬氣管道、熱脹量管道、橋架附近管道，以及檢修操作梯平臺等方面的布置方案，從而提高多層管廊管道布置方案的優(yōu)越性，為后續(xù)檢修維護帶來便捷性，為石油化工生產(chǎn)運輸提供安全性。