石油化工管道设计注意事项_张健.pdf

石油工程化 工 设 计 通 讯Petroleum EngineeringChemical Engineering Design Communications28 第49卷第4期2023年4月石油化工产业的发展很大程度依靠化工装置的设计改进，因为石油化工装置的管道设计在石油化工装置中有着不可替代的作用与地位，在管道工艺设计期间需要结合其他的设计重点以及设计人员、工艺技术进行综合处理。石油化工装置管道在具体应用期间不仅可以实现对不同设备的连接，还需要确保不同资源在运输方面的效率与安全性。在石油化工装置的管道设计期间需要结合所需连接装置和工艺技术进行综合设计。对此，探讨石油化工管道设计的注意事项具备显著实践性价值。1 石油化工管道设计中应注意的事项1.1 腐蚀方面的影响腐蚀是指管道周边的介质发生化学反应，从而对管道的安全产生不利的影响，由于各种材质的复杂和变化，会对管道的腐蚀程度有很大的影响，再加上大多数管材自身的缺陷，使得管道的腐蚀在某种程度上无法预测和控制。1.2 密封性影响石油化工管道由于需要输送一些化学液体因此需要进行严格密封，目前石油化工企业常用的密封方法是法兰密封和阀门密封。法兰密封法主要使用的设备包括法兰、垫片和螺栓，其原理是使用螺栓的密封面对法兰垫片进行挤压并形成密封效果，因此法兰材料的刚度和密封面的形状、法兰垫片的质量都会对石油化工管道的密封性产生很大影响。阀门密封法使用时需要注意使用阀门的密封性防止，出现泄漏现象，阀门泄漏的产生原因有以下几点。（1）由于阀门在铸造时存在一定缺陷，导致阀门产生缺陷部位，缺陷部位会导致阀门的外壳发生泄漏现象；（2）阀门使用填料质量不够，长时间使用后填料由于温度、环境和受到压力的影响导致逐渐失去弹性和接触压力，石油化工管道内的介质随缝隙流出，导致石油化工管道出现泄漏现象1；（3）由于选择填料的种类和型号匹配度较低，填料没有充分压紧导致出现泄漏。除以上几点因素外，使用的阀门、法兰、法兰垫片和连接螺栓等设备如果出现连接不紧密的现象也会导致石油化工管道的密封性降低。如法兰、螺栓和法兰垫片如果出现划痕、磨损、变形等现象就会严重影响密封效果，致使石油化工管道发生泄漏。1.3 进出装置的设置影响进出装置一般安装在石油化工管道的边界处，并同时安装好切断阀门和“8”字盲板，但目前很多石油化工企业对“8”字盲板的使用存在一定的误区，将“8”字盲板用于一些输送高毒性、可燃性较强的物质的管道中，而没有设置好相应的保护措施，但如果不使用“8”字盲板同样会对操作人员造成一定的人身安全危害，因此在实际使用中要加强对“8”字盲板的合理规划和设计，防止出现意外现象。1.4 物理损伤影响石油化工管道在实际使用中由于环境、时间等因素的影响经常会出现物理损伤现象，主要表现为低温断裂和高温破坏两大方面：当石油化工管道环境处于低温时石油化工管道的材料温度下降，当材料的温度低于脆性转变温度时就会导致石油化工管道自身的冲击韧性明显减少，受到冲击时就会出现断裂现象；而当石油化工管道处于高温环境下时，石油化工管道材摘要：在石化管道的设计中，影响因素较多。管道作为连接设备的载体，其在石化装置中的地位不可低估。一个好的管道设计，需要考虑到设计中的诸多因素，还要考虑到现场的建设和材料的购买。因此，在石化管道的设计中，应全面考虑其影响因素和应注意的问题。关键词：石油化工管道；设计；注意事项中图分类号：TE973.1文献标志码：B文章编号：10036490（2023）04002803Discussion on Matters Needing Attention in Petrochemical Pipeline DesignZhang JianAbstract:In the design of petrochemical pipeline,there are many influencing factors.According to its application and working conditions,pipeline types are also varied.A good pipeline design needs to take into account many factors in the design,as well as site construction and material purchase.Therefore,in the design of petrochemical pipeline,its influence factors and problems should be fully considered.Keywords:petrochemical pipeline;design;matters needing attention石油化工管道设计注意事项张 健（黎明化工研究设计院有限责任公司，河南洛阳 471000）收稿日期：20230216作者简介：张健（1985），男，辽宁抚顺人，工程师，主要研究方向为石油化工管道设计。石油工程化 工 设 计 通 讯Petroleum EngineeringChemical Engineering Design Communications 29第49卷第4期2023年4月料的性能会因为高温而出现变化，例如碳钢材料会发生石墨化和回火脆化等现象，对石油化工管道的使用造成严重影响。石油化工管道经常处于各种不同的极端环境下导致金属材料由于过冷过热从而产生疲劳现象，金属材料会由于冷热变化的交变荷载而出现变形、断裂，对石油化工管道的使用造成严重影响。1.5 塔的管道设计（1）塔的管道设计，除了应满足工艺要求外，尚应考虑管道的热应力（包括开停工状况）及塔器本体的热位移和基础沉降等情况，且应方便检修和操作，管道布置应合理、经济、整齐、美观。（2）附塔管道应布置在管道侧，塔上部较大直径管道宜布置在管道侧的中间，中下部连接的管道宜顺次布置在其两侧，敷塔管道入塔管口应设在平台一端；管道不宜穿越平台，并避免交叉（3）管道侧布置的“管束”尽量布置在距设备中心同一曲率半径上，亦可将管道布置在平行于设备切线的位置上。一般管外壁距塔外壁净距至少为300 mm（当管道或塔设有隔热层时以隔热层外壁计算）。（4）塔抽出管、进料管上设阀门时，阀门应直接与设备管口相连，设备管口法兰压力等级应与阀门一致。不宜将阀门设在向下弯的垂直管段上。敷塔管道上间门安装高度，以阀门手轮距平台1.01.5 m 为宜（5）塔体侧面在同一角度有两个以上的进（出）料开口时，其管通应考虑一定的柔性。大口径高温管通和管口以及位移较大的管道应进行应力分析。1.6 泵出入口管道的设计（1）泵入口管道的设计是确保泵经常处于正常工作状态的关键，应从设计上采取措施防止产生汽蚀现象。由于泵入口管道系统气体的积聚，也会产生汽蚀，因此吸入管道中途不能存在“气袋”。从设备到泵的进口管嘴管道标高应逐步下降，中间不应出现“U”形和“”形，否则会导致离心泵抽空，若不能避免需在气袋顶加放气阀；对于水平吸入的离心泵，当进口管有变径时，偏心异径管与泵的进口间宜设置一段直管段。当管道从下向上进泵时，应采用顶平安装；当管道从上向下进泵时，宜采用顶平安装，否则会使气体在变径处积聚，因而产生汽蚀现象。（2）泵的出口管道与入口相比，压力损失不是很重要。但管系的压降和热应力仍需认真考虑。一般泵出口管比入口小12级，流速增大，不易产生气阻。离心泵出口切断阀直径可与管道相同，也可比管道直径小，但不得小于泵嘴直径。切断阀的高度应1.8 m，如果1.8 m，需提供操作踏步。为了防止液体倒流而损坏叶轮，在离心泵出口与第一道切断阀之间设止回阀，其管径与切断阀相同，止回阀应安装在切断阀前，若安装在切断阀后，运转中止回阀坏了则无法检修，同时止回阀和切断阀之间应有短管连接，并设置排净阀。泵出口不宜直接连接弯头，泵出口的压力表均应设在泵出口与第一道切断阀之间的管段上，压力表通常被安装在面对泵时的右侧，其高度在视线范围内1.51.8 m。与入口管道相比，出口管道的压力损失不是严重问题，所以异径管可安装在泵管嘴与止回阀间的任意位置。顶部吸入和排出的泵，在尺寸很小时，可采用偏心异径管加大间距。1.7 冷换设备管道的设计1.7.1 设备检修和操作空间管壳式换热器不管是分列或集中排列或分开排列，其管路布局应注意：不影响管箱末端抽出管束的空间，且不影响管箱与壳程头盖法兰侧的可拆卸空间。换热器的管路布局应该便于操作和维护，同时不影响运行和检修通道的畅通。配有阀及调整阀的管路，必须在换热器工作通道附近，并与装置平行设置。在换热器附近的管道上，如温度表、阀门等的管件，应该设置在接近通道的地方，以方便使用和观察，并与换热器设备法兰、筒体保持一定的距离。1.7.2 管道热应力一般情况下，换热器固点设在管箱末端，与管口相连的管口应充分考虑热膨胀引起的热变形。冷换装置的管道不能让管子受到太大的压力和热膨胀。当出现温度较高的管路时，管路外形应具有适当的热补偿功能，并可采用适当的固定托架和适当的引导架，使其不会集中于管嘴。2 石油化工管道设计优化路径2.1 明确流程在设计工作正式开展之前，建设单位要联合施工企业以及化工设备的后期运营部门共同探究石油管道铺设的方式和方法，全面了解化工管道的施工流程和顺序。此外，石油化工生产企业也要转变传统的设计理念，全面了解石油化工管道设计的重要性。针对石油化工管道设计进行充分的优化和完善，发挥出该部分施工工作的优势和价值。在此基础之上，化工生产企业的领导层也要全面认知石油化工管道设计的重要性以及必要性，能够为各类施工工作带来强化效果3。其次，石油化工管道设计不但要具备良好的应用质量，还要兼顾管道工艺设计的合理性以及环保性，确保该项技术的有效应用不会对工程建设区域的周边环境带来不利影响。针对施工工作产生的各类废物和废料，也要将其回收或者处理，不可随意丢弃，为企业树立良好正面的社会形象。2.2 注意使用材料的温度检测石油化工管道经常处于恶劣环境下，因此对使用材料的耐高温性、耐低温性都有非常高的要求4。设计人员需要结合实际环境的温度进行计算，如石油化工管道建设的环境整体温度较低，有时操作温度低石油工程化 工 设 计 通 讯Petroleum EngineeringChemical Engineering Design Communications30 第49卷第4期2023年4月于-20时就要选择一些低温材料进行建设。温度具有很强的变化性、同时与石油化工管道中产生的化学反应也有一定的联系，因此在设计时要结合石油化工管道中可能产生的变化和石油化工管道中金属材料的温度值，还要将石油化工管道自身的隔热性和环境由于季节变化导致的温度差异全部考虑进去，按照相关规定对使用的金属材料进行严格的低温测试和冲击 试验。2.3 注意管道建设的稳定性石油化工管道需要具有较强的稳定性，若稳定性不够会导致石油化工管道在运行中产生故障，甚至会导致使用设备受到影响。因此在设计石油化工管道时要尽量避免使用一些稳定性较差的材料设备，如弹簧架设备要尽量减少使用的数量。同时石油化工管道内部吊架数量也不宜过多，过多的吊架会影响石油化工管道的整体稳定性。2.4 防止腐蚀破坏腐蚀对管道发生破坏的情况比较复杂，要根据实际情况采取不同的措施防止腐蚀对管道设计安全的破坏。例如对于均匀腐蚀，可以参照以往管道设计的经验，试验腐蚀速率，设计管道使用寿命，通过选用耐腐蚀材料或者是增加管道的腐蚀裕量。同时还可以对管道厚壁实施在役检测，或者是对均匀腐蚀实行监控，及时发现问题、解决问题。2.5 注意管道布置石油化工管道在设计布置时需要结合实际环境和使用需求，传统石油化工管道需要在管廊附加约15%到20%的设计余量，但随着使用科技的不断进步和更新，设计余量的数值一直在发生改变。针对石油化工管道的安全阀设置要注意安全阀的接入位置，安全阀要从管道的上部接入总管同时角度要保持在45 左右，这样可以明显减少安全阀的背压，同时避免产生总管内的一些液体流向支管的现象。若在实际设计中安全阀的高度比泄压总管低，就要在便于操作的位置安装手动放液阀门，手动放液阀门需要定期进行检查和保养，防止产生大量积液影响正常使用。石油化工管道的夹套管在使用前需要仔细检查管件的密封性，确保没有缝隙才能使用。2.6 注重应力分析一次应力，其实就是外界对于石油化工管道所产生的压力、重力等力的统称。在进行管道设计的过程中，想要将应力限度维持在一个合格的范围内而不会超标，一般是通过设置管廊支架的方式进行控制，若出现了一次应力过大的情况，管道的挠度系统通常就会被破坏。因此，在进行管道建设的过程中，应当避免针对施工工艺进行随意地修改，改后产生的一次应力大小也可以通过使用支吊架的方式来进行合理的调节。当管道建设完成后，一次应力通常会具有一种平衡性，随着管道的荷载不断增加，一次应力的量也会不断增加，一旦一次应力超过了管道所能够承受的最大极限，管道就会变形，非常容易发生危险。二次应力与一次应力最大的不同之处就在于二次应力主要来源于外力，且二次应力具有较一次应力而言更加不平衡的特性5。对于石油化工管道而言，一旦管道发生了变形，那么就会受到约束，这一过程中，再产生的力就属于二次应力的范畴内。对于石油化工管道而言，二次应力是管道自身变形的过程中，必须具备的力量。在二次应力的作用下，管道必然会发生连续的变形，如果化工管道在这样连续变形的情况下发生了损坏，那么其本质其实是一种疲劳损坏。故而在进行管道设计的过程中，如果想要借助支吊架对于管道应力端点相应推力进行控制时，需要针对管道进行除了刚性支架以外的杠杆加以考虑。2.7 提高业内人士的专业素质当前，大多数管道设计人员往往受到传统思维方式的制约，缺乏创新及积极思考的精神，从而严重制约了石化管道的应用水平。为进一步提高石化管道的应用水平，设计人员应具有强烈的责任感，明确和掌握石化装置的应用事项，做好相应的设计。同时，企业管理层应定期组织设计人员学习先进技术，加强知识储备，以提高管道设计的合理性及科学性。3 结束语分析石油化工管道设计的注意事项，能够使设计人员更加了解应当如何进行设计工作，这也能提升石油化工管道的稳定性与安全性，使石油化工管道能够进行长期稳定运输的同时，也能够针对管道的安全性进行保障。参考文献1 冯嘉恩.浅析石油化工管道设计的影响因素及对策 J.新型工业化，2022，12（9）：25-27.2 苏航，李倩.石油化工管道应力设计要点分析 J.造纸装备及材料，2022，51（1）：145-147.3 雷林.石油化工装置工艺管道设计的合理性研究 J.石化技术，2021，28（6）：185-186.4 李杰斌.石油化工管道设计要点分析 J.化工管理，2020（2）：158-159.5 张星.影响石油化工管道设计的因素及解决措施 J.化工管理，2019（32）：163-164.