浅谈化工园管廊的设计

摘要：在化工园中各个化工企业工艺管线繁多，要求严格、布置复杂，因此管廊在设计时平衡各个企业管道之间的作用就更加重要。同时也是化工园区基础设施必备条件，对招商引资有巨大的推动作用。所以在管廊设计过程中应根据实际使用情况合理准确地确定其型式、跨度、断面，合理布置管线，同时完善其附属设施，以便最大限度满足生产需要。

关键词：管廊，工艺管线，跨度，断面，辅助设施。

中图分类号： S611 文献标识码： A

随着城市化的不断深入，化工业也随之迅猛发展。现代化工业的特点对化工业园区整体布局要求也越来越高。因此管廊在化工园区中就成为其不可缺少的辅助设施。管廊象铁路、公路一样作为载体，在上面铺设各类管道、电缆，成为园区企业的生命线，所以管廊工程对于化工园区是十分重要的。

管廊作为园区重要的基础设施，以服务于石化园区内的企业为目的，并且是这些企业正常运行不可缺少的一部分。公用管廊与石化园区的仓储、码头、道路等形成园区内一体化的物流输送系统。

如何合理安排好管廊的型式、跨度、断面、走向及其辅助设施的布置对整个园区的发展乃至其将来的生产使用非常重要。以下以本人参与设计的泉港石化工业区公用管廊项目南山一期工程设计进行基本的介绍及分析。

1、管廊平面布置

化工园区道路沿线地下管线较复杂，包括有高压线、雨水管线、污水管线、自来水管线、通讯电缆、LNG管线等等，同时企业红线也是按照道路红线进行规划的，所以为了管线的统一及整体美观，我建议管廊要与道路规划相互协调。

因此我建议管廊布置应与道路、沿线公用工程和绿化布置统一进行，相互协调好，应与道路或建筑红线相平行。同时考虑管廊下的防火、巡查、应急通行因素，部分按通行应急车辆路面设计。

管廊一侧应该预留消防安全通道。

管廊要避开高压线，没办法避开高压线时一定要满足安全施工距离，水平距离一般要大于4米，垂直距离要满足最大管径与高压线挠度处距离为3米。

同时在管廊平面布置中要充分需要考虑补偿的位置，应与断面图相互对应，管廊补偿占地一般为4米。同时管廊分为横梁式和纵梁式，管廊的纵梁式要放在拐弯处，同时要考虑拐弯处的补偿，一般要长一点。

横梁式和纵梁式如下图所示图一为横梁式、图二为纵梁式：

图一 图二

2、管廊的型式的选择

化工园区生产工艺管线众多，且各类管线使用频率高，因此必须考虑维护检修。一般主管廊设计中采用多层H型管廊结构的型式。根据要求管廊结构分为全钢结构或管廊上部采用钢梁结构型式，管廊下部采用钢筋混凝土柱。

下面就管廊一些基本情况做一下具体介绍。

2.1管廊跨度的确定

管廊的跨度是由敷设在上面的管道因垂直荷载所产生的弯曲应力和挠度决定。因此管廊上管道的直径大小、重量、管道内介质以及管道是否保温等性质决定了管廊的基本跨度。

管廊上布置的管道管径（钢管）均大于等于50mm，管道基本跨距大于等于4.0m，因此管廊设计的最小跨距一般为4米，通常我公司设计的跨距为4的倍数，主要以12米跨距为主。因为这样设计管廊基础及上部钢结构用材量最省，投资较其他跨距少，跨距过大投资会很高，比如跨距达到30米，他投资是12米跨距投资的6倍多，但是跨距较小的话整体基础和承台过多，也是一种浪费，因此12米一般是最佳跨距。

2.2管廊断面的确定

断面尺寸的确定在确定管廊断面尺寸时，首先应确定设置在此段管廊内管线的种类、数量，然后根据管线种类（水管、化工工艺管道或电缆）、管径大小、管线坡度要求、管理便利等因素来布置。

原则上应尽可能地把同性质的管线布置在一侧，电缆、控制、通讯线路布置在另一侧；当管线种类多，不能满足上述要求时则尽可能把电缆、控制、通讯线路设在上侧；横穿管廊的管线应尽量走高处，以不妨碍通行为准；管线之间的上下间距及左右间距应满足工艺要求；当断面应一些因素限制不可能加大而管线又太多布置不开时，还可将小口径管线并列布置，中间留出一定的人行通道宽度。

确定管廊通行宽度时，需考虑维修管理时便于通行，局部地段受条件限制可适当压缩，但应满足人能通行。

根据经验，我公司管廊断面柱距宽的模数有2.0米、3.0米、4.0米、6.0米几种。管廊有单层，双层、多层管廊，管廊断面两侧各外挑1.0米，中间加一层或二层小支梁。

根据园区管线的多少确定管廊宽度，比如常州管廊项目，我们断面宽度2.0米宽断面可布置总管位约20～25根，3.0米宽断面可布置总管位约30～35根，4.0米宽断面可布置总管位约40～50根。而泉港管廊断面宽度为6.0米宽可布置总管位约70～80根，因此，可根据各段管廊上目前的管位数量，加上10--20%左右的管位裕量，确定该段管廊的断面尺寸。

断面如下图所示：

2.3管廊高度的确定

管廓的高度根据管廊下道路用途的不同而不同。因此合理的高度也是很重要的，不仅仅要满足消防规范要求，还要满足施工及工艺要求。

因此一般管廊在道路两侧时可以根据业主要求进行确定。其中首先考虑的是工艺管道是否有坡度要求，根据工艺管道的坡度来确定管廊的高度。同时还要考虑管廊底部是否规划蒸汽管道，要考虑蒸汽管道的补偿距离，按照最大管径设计。一般高度为3―5米。

管廊下方为消防和检修通道、过大门，净空高度一般≥5.5m。

管廊上横梁和纵梁的高差，取决于管廊上大管道的管径。例如：管廊上较大的管径的为DN800，管道用一个45°弯头加一个90’弯头的高差再加上管廊横梁的厚度，高差大约定为2米。如果管架上还要布置仪表和电缆槽盒，则还要与仪表及电气工程师确认槽盒的高度，以保证足够的高度。

2.4管廊上管道热补偿

管廊上部管道的热补偿决定管廊的补偿距离及对固定的的推力大小，因此需要多方面的考虑管道的补偿来确定管廊的补偿距离，具体考虑要素如下：

（1）确定需要自然补偿的管道。根据管道内介质的温度、管径确定需要进行自然补偿的管道，主要为蒸汽管线。

（2）确定管道的膨胀量：管道的膨胀量取决于管道的线膨胀系数，膨胀量=管道的线膨胀系数×管道长度×管道介质温差（设计温度-常温）。

（3）确定固定点的位置。根据管道应力计算，利用两根压力、温度最高的蒸汽管线确定采用“π”型补偿的最远距离。

（4）多根“π”型补偿器管道的布置。根据计算出应力值，确定管径较大、温度较高、压力较大的管道布置在外侧或者是柱子旁边，反之放在内删，这样以便于“π”型补偿的合理利用。

（5）在“π”型补偿两侧由于热膨胀而产生的位移较大，所以管道要考虑设置导向支架。

我公司设计管廊的补偿方式一般为平拐，如下图所示：

根据多个常州化工园管廊、扬州化工园管廊以及泉港管廊等多个项目经验，我公司设计的管廊补偿一侧管廊宽度为4米，两个固定点之间的水平补偿器一般补偿距离为100-150米。这样布置最经济合理，基本能满足化工园区各种管道的热补偿。

2.5确定固定点处的推力计算及管道应力分析

管廊固定点处的推力是决定管廊基础、承台及立柱的大小因素之一，因此根据管廊断面的大小以及所敷设管廊的性质，确定一个合理的推力是管廊整体投资合理的一个关键步骤。

因此，我公司所设计的一些管廊推力大致控制在以下范围之内：6米宽的管廊给土建提推力一般控制在10～12t，4米宽的管廊土建推力一般控制在6～8t。3米宽的管廊土建推力一般控制在4～5t。

这些推力一般情况下是根据凯撒计算出各个管径的管道最大推力-0.7倍的最小推力，即为管道的固定点推力，同时要适当放大一点力。所有管道综合力就是管廊的最终推力。

其中，扭矩不小于受力的0.15倍，Fx>0.15Mx，Fz>0.15Fx.。其中Fy方向力，大力与小力可以不变，其中Fy要综合考虑，不能只看固定点。

3、管廊的平面位置的关键节点

管廊会合、转弯处称为管廊节点。节点的形式亦分为十字型、丁字型及转折型等。管廊内的管线亦在节点处出现交叉。当交叉管线发生矛盾时，一旦现有交叉口不能容纳通向各方向管线，可适当加以调整，以便于布置管线。

3.1管廊要平行于道路敷设，有些道路在岔路口处会有喇叭口，所以管道会产生一些不规则角度，对于这些不规则角度的管廊我们要充分考虑管道的安装，如果是直接连接，管道焊缝破口处处理不当可能局部应力过大，对管道才是二次应力，出现焊缝裂口，造成物料泄露。

所以我们要考虑做抬高降低的高差式，通过高差形式来避免一下危险无聊管道这种情况的发生。

3.2在管廊对接处有可能存在高度不一致或者配管有交叉的情况，一般解决办法有：

（1） 如果交叉管廊断面高度不一样，可将较矮管廊在交叉口前后5米左右范围内的高度加高到与高管廊一致。

（2）如果交叉管廊高程不一样，可将低高程管廊断面加高到与高程较高管廊顶平。

（3）加宽节点断面。

4、管廊内的管道布置

管廊设计最主要的工作是如何合理敷设好管廊内的管道。管廊内的管道布置好后在各生产工艺区域进行管线进出、安装的距离及位置的对比校核，完善管廊内的布置。

管道布置的原则：

（1）大直径管道应靠近管廊柱子布置。

（2）小直径、气体管道、公用工程管道宜布置在管廊中间。

（3）工艺管道宜布置在与管廊相连接的装置、设备一侧。

（4）需设置“П”型补偿器的高温管道，应布置在靠近柱子处，且“П”型补偿器宜集中设置。

（5）仪表、电气电缆槽架宜布置在管廊一侧（常在靠道路一侧，补偿器反侧）。

结束语：

管廊在设计基本完成时通过建设单位以及各个入住企业预留大门位置及管廊对接口的确认，满足要求后再作细部设计，避免施工返工。

通过以上几方面的分析后进行管廊设计，能使看似复杂的设计有条不紊地推进，并让其计最终满足各个入住企业的使用要求。

综上所述，工业建筑管廊的设计应综合考虑工艺、相关专业等方面的要求，多方沟通，合理设置，细化设计，使管廊能完美的与建筑结合，使工业生产更为全稳定。

参考资料：

《动力管道设计手册》

《全国压力管道设计审批人员培训教材》

《工业金属管道设计规范》 GB/T 50316-2000（2008版）