石油化工装置改造中管道设计分析.pdf

石油工程化 工 设 计 通 讯Petroleum EngineeringChemical Engineering Design Communications30 第49卷第7期2023年7月石油化工装置改造项目中，依据改造工艺流程，根据改造对象和目的的不同，改造项目分类繁多。由于改造仅涉及整个装置的一部分，设计工作需要在原有装置基础上进行。设计工作开展时需要的原始设计文件等资料，不同的改造项目客户所能提供的参考文件数量参差不齐，设计依据的不完整性给设计工作造成很大的困难，所以改造项目进行设计工作时需要考虑的因素比较多，因此全面熟悉和关注改造项目中的疑难点，对于做好管道设计工作具有很重要的 意义。1 改造项目分类在建设项目环境保护管理条例中，改造项目分为以下方面。1）改建项目。为了提高生产运行效率，提高产品质量，对原有的设备、设施、工程进行改造的项目，包括不增加生产运行规模的辅助设施建设。2）扩建项目。为了扩大生产运行规模，而建设设备、设施、工程的项目。3）技术改造项目。指对现有项目的技术、流程、工艺、原料进行升级换代的项目，技术改造项目也属于广义的改建项目，但通常所说的改建项目偏重于硬件设施的改造，而技术改造项目偏重于软件配备的 更新。在实际工作中经常遇到这三种改造，为了实际工作的方便，工作中把分类更具体化，细分后的项目分类更一目了然，更能快速地判断改造项目的特点。管道设计专业根据实际工作需要，将改造项目进行如下分类。1）在原装置处扩建新单元。2）仅对原装置的部分设备和管道进行改造。3）在原装置中新增设备和附属管道。2 装置改造中遇见的问题分析装置改造中平面布置：对于新建单元进行设计，设备布置设计应满足工艺流程、安全生产和环境保护的要求，并应考虑装置整体布置，操作、维护、检修、施工和消防，节省用地和减少能耗。设备、建筑物、构筑物的防火间距应符合现行 GBJ 1687（2001修订版）建筑设计防火规范、GB 501602018石油化工企业设计防火规范的要求。在满足规范前提下方可进行设计，管道设计可按照新单元设计要求进行。设备平面布置可参考 SH 30112011石油化工工艺装置布置设计通则。平面位置满足规范要求是摘要：随着社会经济的发展，石油化工企业为了顺应市场需要，增加企业效益，需要扩大原有装置的生产规模，优化旧的工艺路线，实现老旧装置转型升级。同时为了顺应社会发展要求，实现绿色低碳发展，满足新的环保要求等，需要对原有生产装置进行节能减排改造。在装置改造设计过程中，管道设计工作经常遇到各种条件限制，给设计工作增加了不少困难。为了将设计工作做到最好，避免设计过程中方案翻车，同时提高设计效率，详细介绍了多种改造设计过程中遇到的问题，方便后续改造项目设计时进行借鉴。关键词：改造项目；设备平面布置定位；设备管口受力；材料使用中图分类号：TE65；TQ055.81文献标志码：A文章编号：10036490（2023）07003003Analysis of Pipeline Design in Petrochemical Renovation EquipmentWang Jin-hua，Huang Xiao-yuAbstract:With the development of the social economy,petrochemical enterprises need to expand the production scale of existing devices,optimize old process routes,and achieve the transformation and upgrading of old devices in order to meet market needs and increase enterprise efficiency.At the same time,in order to comply with the requirements of social development,achieve green and low-carbon development,and meet new environmental requirements,it is necessary to carry out energy-saving and emission reduction renovations on the existing production equipment.In the process of device renovation design,pipeline design often encounters various conditions and limitations,whichaddsmanydifficultiestothedesignwork.Inordertoachievethebestdesignwork,avoidschemeoverturning during the design process,and improve design efficiency,the article provides a detailed introduction to various problems encountered in the renovation design process,which is convenient for reference in subsequent renovation project design.Keywords:renovation projects;equipment layout positioning;equipment nozzle stress;material usage石油化工装置改造中管道设计分析王金华，黄小瑜（洛阳瑞泽石化工程有限公司，河南洛阳 471003）收稿日期：20230410作者简介：王金华（1984），女，河南卫辉人，工程师，主要从事石化管道设计工作。石油工程化 工 设 计 通 讯Petroleum EngineeringChemical Engineering Design Communications 31第49卷第7期2023年7月设计过程中不可忽略的一个重要要求，石油化工装置通常具有高温、高压、易燃、易爆、有毒有害和腐蚀等特点，对于新增或者改造的设备平面定位时，必须满足相关规范的要求。改造由于受场地限制，设备布置要全面考虑，并在初期就根据现场情况参与协商确定工艺方案，在设计时，同时要考虑到客户对整个改造项目投资控制的情况，在不违反设计标准规范的前提下，尽可能满足客户需求。设备平面布置时要考虑地面下是否有埋地管道，设计时要比对装置及周边地下管网图进行。现以某炼厂的改造项目为例，分析说明平面布置问题。1）新增设备时，保证设备安装位置满足工艺要求，不能现场哪有空位就往哪里放。地面上设备定位时一定要注意地下是否有埋地管线，最好拿到地下管网图确认，忽略了此步骤，就有可能导致施工现场挖出管道。某石化项目改造新增的换热器，由于设计时客户未能提供原装置地下管网图纸，新增换热器平面定位时按照地下无管道设计，项目施工时，施工现场挖出管道，为了施工顺利进行，只能将换热器基础往旁边移动0.5 m，避开地下管线后重新规划工艺管道走向。出现这样问题的原因就是前期设计工作进行时，对所要定位的设备周边环境资料的收集不到位。某石化项目改造时，新增常一线重沸器，综合现场情况后，常一线重沸器放在常压塔附近比较合理美观，平面位置定好后提基础委托给结构专业，结构专业在设计过程中，查看原有图纸发现重沸器下方有常压塔结构底板，常一线重沸器位置设置不合适。后来与结构专业经过多次协商小范围调整，成功避开常压塔结构底板，设计工作顺利进行。此次设计虽然中途进行了设计更改，但是设计过程中有图纸可供查阅，就避免了基础碰撞的事情，也避免了施工现场等一系列问题的出现。2）设备平面布置时，要满足 GB 501602018 石油化工企业设计防火规范的要求。改造项目需要新增设备时，由于受到场地及安装要求等限制条件，需要在超过自燃点设备或者液化烃设备附近布置设备时，新增设备与超自燃点设备或者液化烃设备之间间距不满足石油化工企业设计防火规范要求，要采取措施进行补救。可以采用不燃烧材料的隔板隔离保护，或者在设备法兰、管口法兰等泄漏点周围设置灭火蒸汽筛孔管等措施。以某炼厂减压构架改造为例，减低换热器为超自燃点设备，该换热器为两台串联布置，一台位于构架地面层，另一台位于构架6 m 层。由于受到场地限制，新增改造设备需要放置6 m 层，新增设备与减低换热器的净间距不满足石油化工企业设计防火规范要求，设计时在设备本体法兰处设置了几组灭火蒸汽筛孔管，以保证装置生产安全。对于改动设备，设计过程中需要注意的问题有，设备改造需重新提偏载委托和开口受力委托，供设备专业核算原设备壁厚和基础是否满足新的荷载条件，以及管口受力校核要满足相关受力要求。如果设备校核无法达到标准，则需要对设备更换的可能性进行论证，必要时需要更换设备。改造项目的材料使用问题分析。改造的管道材质等级一定要与原管道相匹配，如果不匹配，一定要注意等级分界。由于工艺流程条件的变化，管线材料常常会发生变化，设计时如果没有注意到材料等级的变化，现场施工时不同材料钢材焊接会增加施工成本，还会影响到焊接性能，影响管材的使用寿命。所以设计时在原有和改造管道分界处，要给出合适的连接方式，避免出现不同材料钢材的焊接。对于设备上管线改动情况，要把整个设备到设备之间的整个管线进行分析，整根管线更换的情况下，管线与设备之间的连接，尤其是焊接方式连接的管道，要查看设备本体材质情况，改造管线的材质是否与设备材质相匹配。当改造装置已经到了或者接近设计使用寿命（1015 a）时，所有相关管道壁厚应由客户委托第三方检测，确保管道壁厚满足原设计文件要求。管道材料代用应符合 SHSG-035-89施工现场中的设备材料代用导则的规定。管道器材的材料代用只能是局部的，严禁大批代用；当材料代用引起的设计变更较大的，则不宜代用。对于高温、高压、低温、腐蚀性介质管道使用的特殊材料代用应认真核算，一般不允许升级代用。3 改造装置设计过程中对易出错问题进行说明1）管道穿越构架和管桥时，需特别注意是否和结构梁碰撞，要全面了解管线周边情况，对周边相关设备及建构筑物进行详细分析，查阅结构图纸，必要时进行现场踏勘确认，要确保设计依据的完整性和准确性。某石化项目改造时，常压塔改造设计中，图1中DN400的管线为改造新增管线，管线右边是构架梯子（原设计图纸中未显示出来），管线上面是平台（上层平台在另一张图纸上），由于原设计图纸的简化和图纸张数的分开，本次改造如果不能筛检出这两个关键信息，设计时很容易忽略上层平台和右侧的构架梯子，稍不注意设计出来的管道就会与平台或者梯子碰撞。本次改造设计将管道安装于上层平台上方（放置于设备平台边缘，留出检修操作通道）和下方各一根，并且避开构架梯子，满足设计间距和通道的要求。改造项目中管道穿越构架和管桥时，要全面了解周围与其相关的管线布置情况，对管线所处环境有清晰的了解，同时需要了解清楚管线周边结构设置情况，在规划管道时避免碰撞以及占用操作检修通道等情况的 发生。石油工程化 工 设 计 通 讯Petroleum EngineeringChemical Engineering Design Communications32 第49卷第7期2023年7月图1 管道与结构梁的问题2）如果工艺管线只是材料发生了改变，走向并未改变，对于高温高压管道，要进行应力分析计算，对设备管口进行泄漏校核，对重要的支架设置进行受力分析，保证设备管口满足校核标准，支架也不出现脱空，使固定支架、导向支架以及滑动支架的设置满足管道热胀力的要求，确保整个管系的安全。以某石化项目改造为例，图2中的管线为汽提塔返回常压塔的常三线油气管线，根据改造工艺流程，管线管径DN250，材料等级3L1，操作温度326，操作压力0.15 MPa。左边为改造前走向，管道材质1Cr5Mo（旧牌号），右图为改造后走向，管道材质06Cr19Ni10，管道材料变成不锈钢后管道热胀量增加，对于高温管道要重新计算整个管系应力，对设备管口法兰受力情况进行新的校核。该汽提塔设备管口高度19 m，常压塔设备管口高度33.950 m，不锈钢管道长度14.95 m，在326的温度下产生的热胀量为81 mm，应力分析核算后，管口法兰受力校核不通过，则需要改变管道走向，增加管道的柔性设计，设计时增加了一个 型弯，使管口法兰受力减少，能够满足管口法兰泄漏校核。在做改造项目时，要综合分析判断高温高压及大口径等重要的工艺管线，对于这些重要管线的变动，必须进行全面分析，防止机械照搬原设计方案，避免留下设计安全隐患。图2 管道材料改变导致的管道走向更改3）在石油化工装置中经常会遇到设备高点放空的情况，按照 GB 501602018石油化工企业设计防火规范要求，可燃气体应排放至密闭系统或火炬总管。可燃气体经安全阀后进入火炬系统，设备顶部紧急泄放时会存在气液混相，这就要求放空口到安全阀入口不得存在低点。以某石化项目改造为例，（见图3）常压塔顶安全阀放空，查看原设计图纸发现，原安全阀组位于放空线下方，安全阀起跳时，会造成入口积液累积，安全阀背压升高。如果背压太高超过了安全阀的起跳压力，会造成紧急泄放时安全阀不能正常起跳，留下安全隐患。原设计安全阀安装位置存在低点，故改造设计时对安全阀的布置方案进行了更改，将进安全阀的入口管线接口位置下移，安全阀布置于入口位置上方，这样就避免了凝液聚集，消除了安全隐患。同时需要注意的是，安全阀入口管线的接出位置，在下移过程中，尽量不要距离设备顶部出口太远，保证管线到安全阀的压降不会太大（规范要求压降不应超过安全阀定压值3%）。图3为改造后安全阀布置方案。在改造项目中，对于明显存在安全隐患的地方，要重新进行规划设计，如果不在设计范围内，也应将存在的隐患和将要发生的风险及时告知客户。图3 安全阀安装问题4 结论石油化工行业产业链长，产品种类多，装置复杂程度较高。工艺流程技改项目种类多，对于改造项目的设计，每次改造遇到的情况不尽相同，实际工作中要做到边设计边总结，总结经验教训，参考以往的成功设计经验，在设计工作中做到活学活用，学以致用。详细列举了一些实际案例，具有普遍性的指导意义，把握要点，在实际工作中会少走弯路，提高设计效率。参考文献1 张德姜,王怀义,丘平.石油化工装置工艺管道安装设计手册-第一篇-设计与计算 M.5 版.北京:中国石化出版社,2014.2 孙秀敏,张敏.石油化工装置设计与安全 J.甘肃科技,2009,25(3):38-40.3 刘斌章.石油化工装置管道工艺的设计研究 J.现代企业文化,2016(14):13.4 中国石油化工集团有限公司.石油化工企业设计防火规范(2018 版):GB 501602008S.北京:中国计划出版社,2009.