化工厂系统管网设计

第47卷第5期2019年3月

广州化工

Guangzhou Chemical Industry

Vol.47No.5

Mar.2019

化工机械

化工厂系统管网设计

张博

（中石化洛阳工程有限公司，河南洛阳471000）

摘要：全厂管网是连接各个装置及系统单元的纽带，具有涉及地域广、管线多、接点多、成本高和各方面协调任务重等特点。设计的复杂性还在于工艺流程及接点在不断的优化和完善，而这种变化会一直持续到项目结束。针对这些情况和问题，本文主要从管道布置、安装、热补偿、支架及管托、吹扫、高点放气和低点排空、应力分析和管墩、管架负荷计算等几个方面阐述系统管网设计中主要的几点问题。

关键词：管网；流程设计；管道布置；热补偿；支架及管托

中图分类号：TE624文献标志码：A文章编号：1001－9677（2019）05－0127－03

System Pipe Design of Chemical Plant

ZHANG Bo

（Luoyang Petrochemical Engineering Corporation of SINOPEC，Henan Luoyang471000，China）Abstract：The whole plant pipe network is the link connecting various devices and system units.It has the characteristics of wide area，many pipelines，many contacts，high cost and heavy coordination tasks in all aspects.The process and contacts are continuously optimized and improved，showing the complexity of the design，and this change will continue until the end of the project.In view of these situations and problems，several aspects such as pipeline layout，installation，thermal compensation，bracket and pipe support，purging，high point venting and low point emptying，stress analysis and pipe pier and pipe load calculation were mainly elaborated on.

Key words：plant pipe network；process design；pipeline layout；thermal compensation；pipe support

系统管网的工程设计是炼厂中的重要组成部分。虽然设计难度不大，但需要考虑方方面面的因素，尤其是设计要随着工艺流程和接点的不断优化而优化。由于牵一发而动全身，这就使设计工作变得非常庞杂。因此在工程设计中，管网规划要做到充分合理并富有弹性。不然后期工作会相当麻烦。本文作者参照相关标准规范，结合工程设计经验，从管网的流程设计、管道设计、管道支架及管托设置、管道应力分析及热补偿、伴热管道的设计几个方面，对系统管网的工程设计进行了论述。1管线带布置的总体原则

工厂管网的设计应有整体观念、全局思维。在满足工艺流程的前提下，尽量集中布置，少占场地，方便生产、施工、维修，整齐美观和经济合理。在确定边界条件和电气电缆、仪表电缆、给排水管道等走向时，应与相关专业协商解决，使其走向合理、排列有序（特别是大口径和高温管线，减少整个系统的高点与低点数量。在满足工艺流程的前提下，应尽量减少管廊数量。避免外部管廊三面甚至四面包围装置或单元，影响生产和安全操作。管廊的走向，应与道路或铁路平行或垂直。管道布置应尽量做到“步步高”或“步步低”［1］，减少气袋或液袋，同时应注意减少“盲肠”。由于厂内地形较复杂，并考虑到管架抬高所带来的成本的大幅度提升，因此有部分的高点和低点是不可避免的。这就要求设置高点放气与低点排凝。分期施工的管道，应预留后期管道的位置，企业全部投产后，管架或管墩宜预留30%左右的发展空位间，并应考虑其荷重。

管带一般沿路敷设，并靠近装置或系统单元接口多的一侧，布置管带时要兼顾到管线的热补偿，尽量用自然补偿器，场地允许时可做π弯。管架分支处宜在附近做固定架。

2管道敷设方式

管道宜采用地上敷设方式，装置区周围的管道宜采用管架敷设；储罐区周围及非发展区的厂区边缘地带的管道，宜采用管墩敷设。当采用地下敷设时，管道不应布置在建筑物、构筑物的基础压力影响范围内以及铁路、道路路面下或路肩上沿铁路或道路平行敷设［1］。同一线路上的管道应集中成排布置，单层管线带偏宽时宜多层布置，但不宜多于三层。

3管道分层原则

3.1多层布置的管道分层原则

（1）去装置的分支管道较多的热力管道，全厂自用燃料油、燃料气、可燃气体放空、氮气等系统干管，宜敷设在上层；

（2）自一个装置至另一个装置的工艺管道宜布置在上层或与装置内部一致；

（3）大口径的气体管道宜布置在上层；

（4）液化石油气、液化烃及腐蚀性介质的管道应布置在下层；

（5）自罐区至装置或系统泵房的泵吸入管道应满足泵的抽

128广州化工2019年3月

吸要求，宜布置在最下层，具体高度应与工艺专业协商确定；

（6）氧气管道应集中布置在一侧，不宜与可燃气体、易燃或可燃液体管道正上正下敷设。

（7）多层管架的层间距应根据管径大小和管架结构确定，但不宜小于1.2m ，有走人要求是，层间距可取2.5m 或3m ；

（8）管道跨越有大型设备运输要求的厂区主干道时，跨越道路桁架底与路面的净距应不小于被运输最大部件的高度、运输车辆装载面距地面高度和1m 的余量三者之和。

3.2管道在同一层管架上布置原则

［2］

（1）管道宜布置在靠近所连接的装置（或单元）或支管较多

的一侧；

（2）温度较高，直径较大的管道宜布置在管带管道的最外侧，以利于管道的π型补偿及管架受力；

（3）温度较高的管道宜与冷冻管道，挥发性介质的管道分开布置，且不应布置在对电缆有热影响的下方位置；

（4）重量大的管道宜靠近管架柱子布置；

（5）需要中间支撑的小口径管道宜集中布置；

（6）管道布置在管架上时，宜使管架受力均衡，对T 型管架更应注意；

（7）氧气管道与可燃气体、易燃或可燃液体管道之间宜有不燃物料管道隔开或其净距不小于500mm ；

（8）管墩、管架上的预留空位应集中在一起。

4管道安装的一般要求

地上敷设管道的坡度一般为2ɢ或3ɢ［3］

，由直管段长度

和高度变化而定。埋地管道宜在低点设放空井，并在管道低点设置排空设施。管道间的净距一般为100mm ，算出的间距尽量圆整；去火炬的可燃气体排放管道应自装置以不小于2ɢ的坡度连续坡向火炬分液罐；否则，应在管道的低点处增设凝液收集罐。当放空油气干管与管带管道共架敷设时，可在管带管道上层架顶设T 形或Π形支架用于单独支承火炬干管，并可调整架顶标高，以满足放空油气干管不同坡度要求。进入油气放空干管的支管应从干管顶部顺介质流向45ʎ斜接。分期施工、分期投产的工艺及热力管道，宜在预留头处加切断阀，并在阀门的开放端加法兰盖，但后期施工不影响前期生产的工艺及热力管道可只加法兰和法兰盖。输送可燃介质的管道在进出装置或单元处、始端、末端、分支处以及直线段每隔80 100m 左右处，应设置防静电和防感应雷的接地装置。

5

管道热补偿及应力分析

5.1

管道走向补偿方式

管网的热补偿宜采用自然补偿的方式，管道是随着管架的

走向合理安排补偿方式的。如L 型补偿［3］、Z 型补偿［3］

、π型

补偿［3］

。

图1补偿器示意图

Fig.1Sketch map of compensator

L 型补偿器需考虑其中较短管OB 是否有足够的吸收管道

热膨胀之能力，如OB 管段之长度不够，则应加长至C 或重新考虑管线布置。以免发生管道因弯曲过甚而破坏。可用公式（1）粗算短臂长度，以便进行管带规划［3］：

L 2=1.1

ΔL ·d

300

槡

（1）

式中：L 2———L 型补偿器短臂的长度，m ΔL ———长臂L 的膨胀量，mm d —

——管子外径，mm π型补偿器宜设置在两固定点的中部，为防止管道横向位移过大，应在π型补偿器两侧设置导向架。

Z 型补偿器不应在Z 型管路中B 处加以固定使成为两个L 型，即只需在两端（A 、C ）端加以固定保持Z 型。

5.2管道的固定点设置要求

为便于控制管道的热膨胀和温度应力，管道宜以固定点分

段，考虑管道的膨胀，管道的固定点设置应符合下列要求［4］

：

（1）固定点两侧的管道推力宜平衡，以减少管架所受到的推力；

（2）使分支管线的位移量尽可能小；

（3）利用管道的自然弯曲补偿时，应控制任何方向的位移量不大于其与相邻管道的净距；

（4）能合理利用管线补偿，且使位移量不超过管托长度。（5）确定管道中两固定点的距离时，应使大多数管道符合表1的参考距离。

（6）可能产生热位移的埋地管道应考虑热补偿，在管道强度允许的条件下可设置挡墩。

表1两固定端间管段参考距离

Table 1

Reference distance between two fixed end pipe segment

管子公称直径/mm

固定点距离/m 管子公称直径/mm 固定点距离/m 4040250100505030011580603501251006540014015075450150200

90

500

165

5.3管道补偿器的设计

（1）对个别小直径管道如补偿器中心至固定点的距离大于表1值的三分之二时，应在补偿器横向较大的一侧自由臂的外端至固定点之间增设导向支座。

（2）管道的补偿器宜采用π型补偿器。当π型补偿器的安装受到限制且采用波纹管补偿器比π型补偿器经济时，可采用波纹管补偿器。但液化烃管道不宜采用波纹管补偿器。

（3）π型补偿器的布置应符合下列要求［4］：

①π型补偿器宜布置在管道的两固定点之间的中间位置，如必须偏离中间位置时，则距较近固定点的距离应不小于两固定点距离的三分之一；

②π型补偿器宜水平布置，见图1（b ），这种布置的优点在于没有低点，不用设置低点放空和高点放气，管道布置比较方便，缺点在于占用场地面积较大；受场地限制时，π型补偿器可立式布置；如图2所示，这种布置的优点在于节省场地，而缺点是低点比较多，需设很多低点放空和高点放气；

③过铁路和道路的架空管道，宜兼作立式π补偿器。