关于石油化工管道设计的思考

摘要：本文从管道布置、支吊架选择、材料采购、材料选用等多个方面探讨了管道设计中常见的问题以及注意事项。

关键词：石油化工；管道设计；思考

1 管道设计压力和设计温度的确定

1.1管道设计压力

管道设计压力是指工作条件下，管系中可能遇到的工作压力和工作温度组合中最苛刻条件下的压力。

1.1.1 管道设计压力的确定原则：

① 管道设计压力不低于最大工作压力。

② 装有安全泄放装置的管道其设计压力不得低于安全泄放装置的开启压力（或爆破压力）。

③ 所有与设备相连接的管道，其设计压力应不小于所连接设备的设计压力。

④ 输送制冷剂、液化气等沸点低的介质的管道，应按阀关闭或介质不流动时介质可能达到的最大饱和蒸汽压力作为设计压力。

⑤ 离心泵出口管道的设计压力应不小于泵的关闭压力。

⑥ 往复泵出口管道的设计压力应不小于泵出口安全泄放装置的设定压力。

⑦ 压缩机排出管道的设计压力应不小于安全泄放装置的设定压力和压缩机出口至安全泄放装置之间最大流量下的压降之和。

⑧ 装有安全控制装置的真空管道设计压力取最大压差的1.25 倍或0.1 MPa 的较小值，并按外压条件进行设计；对于没有安全控制装置的真空管道，设计压力取0.1 MPa。

1.2 管道设计温度

管道设计温度是指工作条件下，在相应设计压力下管道可能达到的材料温度。工艺专业通常按正常操作温度加上一定裕量作为设计温度。

（1）流体正常操作温度≤ 300℃时，裕量不小于30℃。

（2）流体正常操作温度>300℃时，裕量不小于15℃。

（3）流体温度低于0℃时，设计温度等于流体最低温度。

2 管道布置

合理的管道布置不仅要满足管道系统的施工、操作、检修及自身要求，而且还要满足生产、工艺、设备布置要求。

2.1 管廊附加余量

管廊上的设计余量一般为10%～20%，但笔者认为最好是20%～30%。实际情况是装置经过几年运行改造后，10%～20%的富裕量往往不够。热应力管道规划时一般布置在两边，有利于Π形补偿器的设置。

2.2 安全阀的管道布置

① 安全阀出口接往泄压总管时，要从上部顺着流向以45°角插入总管，以免总管内的凝液倒入支管，并可减少安全阀的背压。当安全阀定压>7.0MPa 时，必须采用45°插入。

② 若安全阀出口低于泄压总管，应在低处易于接近的地方设手动放液阀，并定期排放至密闭系统以免袋形管段积液。另外在寒冷地区，袋形管段需要伴热防冻，避免积液。

2.3 夹套管

内管直管段对接焊缝的间距不应

2.4 泵入口管道布置

管道尽量短而直，无气袋或液袋。如有变径应采用偏心大小头以防气体积聚。大小头一般顶平放置。对于输送轻介质的离心泵，大小头后最好有3D～7D 的直管段，有利于防止气蚀。

2.5 跨越道路的危险介质管道，除净高应满足要求外，其上方不得安装阀门、法兰、波纹管；处理事故用的各种阀门，如紧急放空、事故隔离、消防蒸汽、消防竖管等，应布置在安全、明显、易于开启的地方。

2.6 有腐蚀性介质或高凝固点介质调节阀的旁路和阀，宜水平安装，防止积液。

3 支吊架

管架设计和管道设计是紧密联系在一起的，管架设计不当，会使管道在运行中受损，甚至使转动设备损坏。因此，在管架设计时下面问题应加以注意：

3.1 沿塔敷设的管线

沿塔敷设的管线，一般只设一个承重支架，但它不是刚性支架。支架顶距塔顶封头焊缝线（或第一块塔盘支撑圈梁处）为150 mm，如一个承重支架荷重过大时，可设第二个承重支架，这第二个承重支架应该设为弹簧吊架，其余每隔一定间距设导向支架。切记：不应在水平管弯头处加刚性支撑。

3.2 尽量减少弹簧架

弹簧架一般比较贵，且弹簧在长期工作状态下还有失效问题。另外，安装使用起来较麻烦。一般情况下，弹簧支吊架到达现场时是用定位销加以固定而成，起刚性支吊架作用。注意定位销应在水压试验完成之后、蒸汽吹扫或装置开车之前拆除。弹簧支吊架安装时不得随意拔掉定位销。

3.3 在一条较长管道上不宜用过多吊架

吊架一般用于管子承重，但它有一定的偏转角，一般≯4°。因此在一根较长的管道中吊架不宜用的太多，否则会使管系不稳定。

4 管道材料选择

管道材料选择要求设计人员必须灵活运用工程学、材料学、腐蚀学等方面的知识定性定量综合判断。管道材料选择通常根据介质的特性（腐蚀性、毒性、燃烧性等）和操作条件（温度、压力等），按照既适用又经济的原则来考虑。常用材料有铸铁（灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁）普通碳素钢、优质碳素钢、低合金钢、高合金钢、特种合金钢等。管道材料选择的注意事项：

4.1 铸铁（灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁）碳素结构钢不得应用于GC1 级压力管道。

4.2 GC1 级压力管道应使用无缝钢管。

4.3 输送有毒、可燃介质的管道优先选用优质碳素钢，即使规范允许使用碳素结构钢也要尽量少用，最好不用。

4.4 碳素钢、碳锰钢和锰矾钢最高工作温度不得高于425℃，否则碳化物有石墨化的可能性。

4.5 金属材料应避免材料- 腐蚀组合环境。

5 材料采购

材料采购对于管道设计也非常重要，材料采购的数量、进度、需要提供的技术文件以及技术要求等对工程建设来说也非常关键，材料采购应注意以下几个方面环节：

5.1 要减少采购附加量

材料采购多数是按照附加量2～20%来采购的，材料不同，百分比也不同，笔者认为，附加量2～20%有点过大，现如今，施工技术与制造技术已经大大提高了，施工损坏量与材料次品量也较早前大大减少，因此，没必要按照以前的附加量标准采购，要减少采购附加量。

5.2 必要的文件，忽略要求厂家提供

向厂家订购材料时，必要的较全面的文件往往会忽略，致使缺乏对现场材料的全面认识，也给将来对材料的复查核查以及文件的存档带来了困难，对管道系统材料而言，一般情况下，应该要求厂家提供各种相关文件。

5.3 现场材料验收

材料到达现场开箱验收时，不仅要关注材料的规格数量，对于厂家文件以及产品内外观也应该查验，要查看文件是否齐全，采购要求的相关事项说明书中是否含有，（比如：晶间腐蚀数据、机械性能数据、元素分析、探伤实验数据等），如没有相关数据，应尽快让生产厂家补测，以免材料不合格引起安全事故。

6 结束语

在石油化工装置中，管道作为物料输送的一种特种设备在装置中起着非常重要的作用。由于管道种类繁多，使用工况千差万别，影响因素和环节比较多。因此，一个好的管道设计涉及到多个方面，它不仅包括管道布置、支吊架选择、应力分析，材料选用，而且还会涉及到材料的采购。对于化工工艺设计初学者来说，总会遇到一些基本问题，比如说管道设计温度和设计压力如何确定，笔者发现一些初学者根据已知的工作温度和工作压力很随意地确定设计温度和设计压力，过小会造成安全隐患，导致事故，过大则会造成材料浪费。

参考文献：

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[2] 贾文武.浅谈石油天然气长输管道设计模式的发展[J].科技创新导报，2010，（31）.

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