化工装置管廊及管道布置设计

化工装置管廊及管道布置设计

吕道超

上海利柏特工程技术有限公司，上海 201101

摘要:管廊是化工装置非常重要的部分，起到连接装置内上下游的作用。本文以某氯气工厂为例，介绍了管廊及管道布置要点以及设计需要注意的问题，力求做到管廊及管道布置安全，合理，经济。

关键词:化工装置； 管廊布置； 管道布置

中图分类号;TQ2 文献标识码:A

Design of Pipe Rack and It’s Pipeline in Chemical Plant

Lv Daochao（Shanghai LBT Engineering & Technology Co. Ltd ，Shanghai 201101）

Abstract: Pipe rack is a very important part of chemical plant，which connect with upstream and downstream of the plant．This paper takes a chlorine plant as an example which introduce the key point and Problems needing attention in design for pipe rack and its pipelines layout .The purpose for making pipe rack and pipeline layout safety; reasonable; economically.

Keywords: Chemical plant; Pipe rack layout; Pipeline layout

0 引言

管廊是在化工装置设计中的重要组成部分，是每个生产单元上游和下游连接的主要通道。上下游生产单元之间的管道都集中布置在管廊上。管廊的平面布置与装置平面布置互相影响，管廊自身布置及管廊上管道布置的合理性非常重要，合理的管廊布置可以使整个生产装置紧凑，整齐经济，并充分利用土地。本文以某项目氯气生产装置管廊为例，探讨管廊的布置与管廊管道布置的要点以及需要注意的问题。

1 管廊的布置

1.1管廊平面布置.

管廊的平面装置通常由整个装置的平面布置确定，装置平面布置的大小及形状会影响管廊布置。根据一些装置管廊布置的经验，管廊布置应充分考虑以下几点:

(1)管廊的布置要充分考虑设备布置，应尽可能多的连接相关的工艺设备以避免管道绕弯，从而减少管线长度。

(2)应充分考虑检修及消防通道，特别是管廊柱脚和道路、地下管道的距离应满足相关的规范要求，尽管规范对于此距离要求只有0.5米，但由于化工装置规模的大型化，以及需充分考虑检修和消防的通道问题，宜按1米考虑

(3)应注意与建筑物，构筑物的间距，注意大型设备的检维及吊装空间

如图1所示某氯气生产装置占地260 m×160 m，装置内布置有生产单元1、生产单元2、生产单元3、生产单元4、配电室、循环水场、加药单元等主项。为了考虑装置的经济性与操作性，并执行最严格的安全要求进行布置。该装置管廊主要由直通式及少部分L形,T型，U型组成。生产单元1和2布置在B段管廊的上侧，生产单元3及循环水场布置在A段管廊与C段管廊之间，生产单元4布置在D段管廊与E段管廊之间，装置两侧与外管廊相接，从整体布局可以看出，此种布置紧凑，合理，可以避免管道绕行，确保整体布置的符合工艺流程。

图1 某氯气生产装置管廊布置图

1.2管廊的宽度，高度，跨度的确定.

1.2.1管廊的宽度

影响管廊宽度的因素有很多，主要应考虑管道数量及管径尺寸，同时兼顾后期预留的管道空间、电仪桥架的空间以及管廊上通道的空间。管廊的宽度通常宜小于10 m，如果通过计算，管廊宽度不满足要求，则可以通过增加层数的方法控制其宽度，在个别需要设置膨胀弯支架的地方，管廊可以局部加宽。具体考虑以下几点：

(1)同层管道的个数、管径尺寸；

(2)管道间距，这里推荐的是管道外壁（含保温层）的最小间距应按50mm考虑。并特别注意长距离的热管道在支架点的热位移，在设计中需预留出热位移所增加的间距；

(3)典型的管廊下设备所占宽度，如泵，其中间的操作通道 宜为2米；

(4)典型的管廊上设备所占用的宽度，如空冷器，通常管廊与空冷器立柱应重合；

(5)电气、仪表桥架的宽度；

(6)预留管道的宽度，对于大型装置，通常按20%~30%空间预留。

如图2所示氯气生产装置管廊的剖面图,考虑上述要求，管廊宽度设置为4m，层数为5层，由于蒸汽管道和冷凝水管道存在热位移,根据计算的热位移量保持管道的最外壁的间距为100mm左右。由于此项目的电缆较多,将所有的电缆布置在管廊的最上层,并单独做一个桥架支架.每层都预留了未来管道空间。

1.2.2管廊的高度

管廊的高度主要包括管廊下方净空以及管廊层之间的高度两方面内容。

管廊的净空应符合相关规范要求，管廊下方跨越装置外消防车道时应不小于5米；跨越装置内消防车道时不应小于4.5米；下方需要检修设备或作为叉车通道使用时不宜小于3.2米；下方需要作为人行通道时不宜小于2.2米。

多层管廊层间距主要考虑管廊上管道、桥架所需要的层间距。多层层间距主要由所在层最大管道的外径决定，一般管廊层间距应满足最大管道2个90度弯头的空间，至少也应满足最大管道2个45度弯头的空间。多层管廊的层间距根据装置规模通常在1.2~3米。当管廊方向改变时，错层的高度宜为层间距的一半，通常取0.6~1.5米。

如图2以某氯气生产装置为例，管廊的高度满足以上要素的要求， 并基于大型设备的运输，管廊净高大于8米。最大的管道为EL8.400M层的循环水管道（DN500），多层管廊的层间距取1.2米，而EL10.800M层布置的管道管径偏小，层间距设置为0.9米。

1.2.3管廊的跨度

管廊的柱距跨度一般为6～9米，当特殊情况不能满足此要求时，也应取到整数米。比如当管廊跨越道路时，一般跨度会大于9米，应根据结构计算，确定是否需要做衍架；当管廊在改变方向时 ，最近的改变方向的一跨应小于6米，在布置时应予注意。管廊次梁的跨距需根据支撑的最小管道（管廊上管道管径一般大于DN40）和多数管道的管架跨距确定，多数情况下取2.5米~3米。

图2 氯气生产装置管廊剖面图

2. 管廊管道的布置

2．1一般原则

管廊的管道布置，应根据管径、设备位置、输送介质的特性等因素，对管廊上所有工艺及公用工程管道进行规划，同时兼顾合理布置电仪桥架及检修通道。典型的多层管廊的管道布置宜符合以下要求：电仪桥架布置在顶层；检修通道布置在管廊边一侧或者在电仪桥架一侧或中间；大管径管道宜靠立柱布置；小管径管道、气体管道、公用工程管道布置在管廊中间；工艺管道应靠近装置一侧布置；高温管道（操作温度大于等于250度），气体管道，公用工程管道宜布置在管廊上层；腐蚀性介质管道，低温管道宜布置在管廊下层；工艺管道的所在层应根据连接设备高差及物料特性确定；氧气管道应与可燃气体、液化烃和可燃液体的管道隔开，不宜布置在其正上方或正下方；氢气管道宜布置在外侧并在上层。

2．2几种典型的管道布置。

蒸汽管道，循环水管，尾气放空管道在大部分石化装置中都有应用，现介绍如下：

1）蒸汽应布置在管廊上层，可与电仪桥架同层布置，通常应与其保持一定的距离（≥200mm），当管廊上有不同规格的蒸汽管道时应集中布置在管廊一层，根据设计温度，设计压力的不同尽量在同一位置设计人工补偿，以使其整齐，美观，结构方便进行设计。

2）循环水管由于管径较大，并且是液体管道，应布置在管廊下层，且靠近管廊柱边。循环水主管的分支仍宜向上接出，以避免影响管廊下方净空以及管道吹扫的效果。

3）尾气放空管道由于管径较大、介质为气体、并有坡度要求，应布置在管廊上层，可参照火炬管道布置在管廊柱脚顶端。

如图2以某氯气生产装置为例，电气仪表的桥架集中布置在管廊的顶层，节约了管廊的空间。在管廊的一侧设置了条人行通道，顶层桥架的中间也设置了人行通道，满足了检维修需求。最大的循环水管道放在靠近立柱处，高温蒸汽和冷凝水管道集中在一层布置，方便同时做补偿弯。浓硫酸和氢氧化钠等腐蚀性介质管道布置在最低层。

2．3 管廊管道支架的布置

管道支架布置是管道布置中必不可少的一部分，合理布置管道支架可以起到稳定管系，防止管道震动的作用。常用的管道支架形式有滑动、导向、减振、限位、固定、可变弹簧等形式，其中滑动、导向、限位、固定形式支架基本所有覆盖了管廊支架形式。典型的支架形式应用如下：

1）导向支架为控制管道的径向位移，宜均匀布置在管廊管道上，为避免影响管道的柔性，不宜设置在弯头处。

2）限位支架一般布置在管廊长管道的中点位置，以及需要限制管道轴向位移处

3）固定支架的布置在管廊管道进出装置时比较多，对于高温管道（如蒸汽），应根据管道柔性计算结果，合理选用固定支架，有利管道自然补偿。

4）滑动支架在管廊管道布置中应用广泛，特别是在主管分支处。

在管廊管道的支架布置中应尽量减少设置弹簧支架，最好通过自然补偿来满足管道柔性。对于高温管道（如蒸汽），可通过设计Π形补偿器满足柔性。Π形补偿器有成熟的支架设计方法，具体可参照相关的标准规范。

管廊管道支架宜设计为管托型，无论是否有隔热层。管托高度根据隔热层厚度确定，一般管托高度在150~250mm之间。应特别注意高温管道的轴向位移，当位移量≥100mm，管托底板应加长，防止管托从管廊上滑脱。对于低温管道、需焊后热处理的管道、非金属衬里管道、不锈钢或合金钢管道等宜采用管箍型管托；对于普通碳钢管道宜采用焊接型管托。当为了项目管道支架统一设计的考虑，宜采用管箍型管托。

3. 管廊布置的几点补充

1）充分考虑管廊预留空间及阀门操作检修平台的设计，通常此类平台在装置交界处。

2）管廊上的金属管道是否需要静电接地：对于装置之间的管廊以及装置和外部总管廊之间的连接管廊建议所有的金属管道都设置静电接地，这样可以很好的进行装置静电隔离。非金属管道由于本身的导电性问题。需要考虑其他的方法进行静电消除。

3）随着三维设计软件的不断发展，应充分利用三维设计软件（如PDS,PDMS,Smart Plant 3D等），直接明确的模拟管廊布置，解决施工中经常出现的管道碰撞等问题。

4. 总结

装置管廊作为整个装置的枢纽，起到承上启下的作用，是整体布置设计中的重点。设计人员需充分考虑多方因素的影响，从而达到整体布置的安全性，合理性，经济性，同时便于后期运行。由于化工装置有其多样性，管廊的布置在执行过程中仍需区别对待。

参考文献：

[1] 宋岢岢．压力管道设计及工程实例[M]．北京：化学工业出版社，2007．

[2] 左传鹏 李明 关士文. 石油化工联合装置管廊及其管道设计[J ]. 当代化工,2018,47(3): 555-567，562

[3] 林旭. 石化装置内管廊的布置与设计[J ], 石油化工设计，2003，20（3）:29-31

[4] 邬茂. 浅谈化工装置内管廊的设计[J ], 工业、生产，2018，1:40；52

[5] 万朝蝉. 石化装置管廊的配管设计[J ], 广州化工，2013，41（23）:128-132

[6] 钱卫华．石化装置外管廊布置探讨[J]．山东化工，2016，45（12）：144-145