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浅谈压力管道布置中的常用配管设计

2024-11-13 13 上传者：管理员

摘要：为减少设计失误，提高设计质量，本文就压力管道设计过程中管道、阀门、泵及支架等的常用配管设计进行了简单的梳理概括。在设计人员进行管道设计、布置时可以参考，减少设计失误。

关键词：
压力管道
石油化工生产
管道布置
管道设计
配管设计
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随着时代的飞速发展，为应对不同的生产需要，我国的石油化工生产装置不断兴起，而压力管道作为石油化工生产装置中的重要组成部分之一，其输送介质多为易燃、易爆、有毒等高、中、轻度危害介质，压力管道在输送介质时，由于介质特性或者是设计失误等不同情况，存在泄漏、爆炸、燃烧等危险情况，据统计，压力管道发生事故的原因中，属于设计原因的占11%以上[1],所以在进行压力管道设计时，其管道安全问题是设计任务中的重中之重。

在压力管道设计中，由工艺部门首先确定管道系统的相关工艺流程，输出PID文件后，由管道部门根据PID工艺流程结合相关标准创建管道实体模型后输出管道布置图及管道轴测图，施工时根据管道轴测图施工。在进行实体配管设计的过程中，为提高设计质量，减少常识性错误的发生，以节省设计、校对、审核的时间，形成统一的设计风格，现就压力管道的常用配管设计作以简要说明。

1、管道布置常用配管设计

在石油化工生产装置中，压力管道用于输送各种气体、液体及固体颗粒等工业生产所需要的介质，在这些需要用到的介质中，多数是易燃易爆及毒性较强的介质，因此，在设计阶段对压力管道进行布置及配管时，要严格遵守相关规范，合理布置压力管道。在厂区压力管道的布置中，通常都将压力管道集中成排布置以节约空间达到经济效益[2],在管排布置或管廊管道设计中，为保证支撑稳定，直径较大的管线布置宜靠近支撑柱，为保证安全，低温介质的管道、液化烃管道和其他易受热影响的介质管道不应布置在热介质管道的正上方或与不保温的热介质管道相邻，公用工程管道宜布置在上层。不同介质管道布置位置如图1所示。

图1不同介质管道布置位置

管道布置时应尽量避免气袋、液袋的产生，管道积气、积液会有潜在的风险，也会影响工业产品的质量，所以在进行管道布置时，如有条件，管道走向应遵循“步步高”或“步步低”的原则。当管道需要设置π弯平衡管道应力时，管道上的分支管不宜布置在π弯附近，因为π弯附近应力及位移量过大，易对分支管道产生影响。

成排的管道布置中，为方便设置管架，应保持管道底部的支承标高一致，变径时宜使用底平偏心异径管，保证管道不产生积液现象见图。对于长距离的输送管道，若其介质容易产生凝液，则应给管道设置坡度并在管道的低点设置排凝液的点，排凝液管道尺寸不宜过小，为防止堵塞，管道尺寸应不小于DN20管道。管道坡度及低点排凝示意图如图2所示。

在厂区敷设时，管道距地面的高度不得小于0.4 m,若管道敷设在通道上方时，为保证人员通行，管道距地面的高度不得小于2.2 m。

图2管道坡度及低点排凝示意图

2、阀门布置常用配管设计

阀门是化工生产中管道系统的重要组成部分[3],其在管道系统中起到接通、截断介质、调节流量、压力、止回等不同作用。在管道系统中，由于阀门是易泄露部位，所以其在布置时应考虑避免其在泄露时造成危险或影响工艺流程。阀门管件中，由于生产或安装时的失误，其阀杆是一处易泄露部位，所以当阀门在水平管道上安装时，阀门手轮不应下偏有角度或垂直向下。且在管道上布置阀门、法兰或螺纹管件等易发生泄露的部位时，应避免将其布置在操作通道、人行通道或机泵设备上方。易泄漏部位布置方式如图3所示。

图3易泄漏部位布置方式

法兰阀或带有法兰的管件在管道上应预留出安装法兰螺栓的位置，不宜与其他管件相距过近，影响法兰螺栓安装。若两法兰阀直接相连时，也应考虑法兰螺栓安装空间，若无法安装螺栓，则应留出法兰螺栓安装位置后，分开布置在管道上。

管排上的阀门为保证操作及避免阀门间手轮发生碰撞，管道之间的距离一般较远，宜将阀门错位布置，既保证操作性，又节省了空间且便于对阀门进行检修。

安全阀是在管道系统因各种原因导致系统超压时可及时泄放压力，保护系统安全，避免造成更大损失，其布置时应垂直布置且尽量靠近泄放源位置且保证泄放源出口至安全阀入口之间的压力降不超过安全阀定压值的3%[4],且为避免凝液积聚在放空阀后影响安全阀动作，安全阀宜高于泄放总管。安全阀布置方式如图4所示。

图4安全阀布置方式

此外，在阀门布置时，应严格按照工艺专业所提出的管道与仪表流程图的要求布置，满足工艺要求。阀门宜布置在水平管道上，因为水平管道相对畅通，不易出现堵塞或者大量积液的情况，当阀门布置于竖直管道上时，应考虑其操作高度及当阀门闭合时对阀后液体的排净，一般来说其布置高度应基于操作人员的身高考虑，高度一般在1～2 m。在设计时，对于有流向要求的阀门，设计人员应在轴测图或PID上将其标出，方便现场施工人员安装[5]。

3、泵的常用配管设计

泵属于通用机械，其在化工生产中主要作为管道介质的动力来源，多数介质需要靠泵提供动力以到达反应设备中完成反应，其在压力管道中是不可或缺的一部分。在泵的配管设计中，主要以防止泵产生汽蚀及防止泵出入口发生破坏为原则。管道接入泵的入口时，不宜出现气袋，若气袋无法避免。应在高点设置排气阀。泵入口前若存在变径，为防止气袋产生，宜选用顶平偏心异径管，且设置低排防止积液。

泵入口的切断阀宜在满足工艺要求的情况下尽可能地靠近泵以减少阀门与泵入口之间的管道介质的滞留量，且为防止产生汽蚀，泵入口阀的公称直径宜大于或等于泵入口管嘴的公称直径。

泵出口管道如有变径时，若出口方向朝上，宜选用同心异径管，若泵出口位于侧面，宜选用底平偏心异径管以防止产生气袋，为防止泵出口的液体倒灌使叶轮倒转，泵出口宜安装止回阀。

当两泵并联，一用一备时，泵出口管道宜对称布置，增加管道柔性，降低管道受应力破坏的风险。石化生产中，为满足生产要求，大部分的泵都需要布置辅助管道，如暖泵管道、冷却水管道及润滑油管道等，在布置此类管道时，应注意不能妨碍泵的检查和维修，减少管道盲区[6]。泵前管道布置如图5所示。

图5泵前管道布置

4、管道支架常用设置

管道支吊架在管道中主要用于承受管道载荷、限制、控制和约束管道在任一方向的变形及减轻或限制管道振动。管道与设备正下方的管口相连时，由于热胀影响，若设置支架，不宜设置在设备管口正下方的弯头处，防止管口产生过大的应力导致管口破坏，对于有垂直位移的管道，如需设置支架，应设置弹簧支架。且支架宜设置在管道上载荷较集中的点，如阀门等处。

当管道材质为不锈钢时，与其接触的保温托板也应使用不锈钢材质的，设置支架时，不锈钢管道与支架之间应有隔离。

此外，管道支架的选用应根据管道支承点位置、载荷大小方向、位移情况、工作温度、绝热、管道材质等要求综合考虑后按照规定选用支架，支吊架的结构件应具有足够的强度和刚度[7],避免管道在工作时由于支架原因发生破坏。管道支架布置方式如图6所示。

图6管道支架布置方式

5、其他常用配管设计

立式容器侧面管道与管口连接时，为防止积液，宜将阀门与容器管口直连。为避免管线影响操作，看窗、手孔、人孔盖的上方不宜布置管线。

气体管道支管宜从主管上方接出，避免主管中凝液流入支管。蒸汽管道主管宜在管道末端、低点设置集液包，并于集液包侧面设疏水阀排凝。蒸汽伴热管宜分别设置疏水器，不宜合并后一起设置。

管道在敷设时，不应妨碍设备、泵等设备的安装、检修，不应妨碍消防车辆的通行。

管道穿过建筑物的楼板、屋顶或墙面时，应加装套管，且应密封套管与管道之间的间隙需采用特殊材料填充[8],且套管不影响管道保温层的安装及管道的热位移。

6、结语

石油化工生产装置中的安全问题一直以来都是重中之重，合理的管道布置及配管设计能有效避免大部分由设计原因引发的安全事故。本文列举了平时设计工作中常遇到且容易忽略的一些配管设计，通过合理的工艺流程、设计方法让化工生产装置越来越安全。

参考文献:

[1]夏德富.工业压力管道设计的特点及注意事项[J].盐业与化工,2012,41(8):36-39.