石油化工装置工艺管道设计探讨.pdf

工艺与设备化 工 设 计 通 讯 Technology and EquipmentChemical Engineering Design Communications 89 第42卷第6期 2016年6月 石油化工装置主要是用于液体材料的输送，这就奠定了 其管道的设计和优化具有重要作用的基石，且其化工装置的 管道设计是一项庞大的设计工程，不仅对设计和铺设管道的 作业人员的专业素养有很高的要求，对设计的创新也有更高 的标准。在石油化工厂，管道设计人员能够因地制宜，设计 出既安全又合理、美观的工艺管道，是石油化工装置正常运 行和安全生产的重要保障，但是，受管道设计思路和复杂的 地形环境等条件的制约，石油化工装置的管道设计遇到了极 大的瓶颈。因此，本文对石油化工的装置中管道的设计影响 因素、材料运用等方面进行分析，以便于能够积极地促进其 管道的美观、合理、安全的工艺性设计优化，进而确保石油 化工企业安全、稳定地生产。 1 石油化工装置管道设计的影响因素 管道是石油化工装置正常、安全运作的重要设施，其安 全性能受到地理环境、密封效果、材料等因素的影响。如果 没有按照标准进行管道的设计， 将会出现腐蚀损坏、 机械破坏、 密封失效、化工装置不能正常运行等现象。因此，在对其管 道的设计时，要考虑把地质、材料、密封效果等因素融入进去， 才会更大程度满足化工装置的安全保障要求。 1.1 物理损伤 石油化工装置的管道极易出现物理损伤，主要表现在高温 破坏和低温脆性断裂两方面，其中高温破坏是管道材料在高 温的条件下， 其性能发生恶性变化（如碳相钢或碳钢回火脆化、 石墨化或者是蠕变失效等） ； 在低温条件下，由于管道材料的 温度比其脆性转化时的温度要低，就造成了其冲击韧性降低， 进而导致了管道的脆性断裂。因此， 在使用金属性质的管道时， 需要避免由于温度周期、交变荷载的不规则变化而导致的金 属管道出现疲劳而变形或断裂等问题。 1.2 地质环境的影响 由于石油化工装置管道的铺设环境较为复杂，受到环境 中由各种介质带来的化学反应的影响较大，其经常会给管道 带来恶性破坏，如出现均匀腐蚀、应力腐蚀、大气腐蚀或局 部腐蚀等现象。同时，不同的管道由于其埋藏处的地质条件 相对于正常地表更加复杂且变化多端，且管道材料自身也有 局限性造成了其被介质的化学反应所影响的程度、范围也各 有不同，也更加难以控制。 2 管道材料的等级分解 由于石油化工装置长期处于低压系统、高压系统，在温 度和压力上有着显著的差异，这就要求在进行管道的设计与 铺设时需要按照低压关闭管路的等级来划分分界点。同时还 需要考虑到突发、日常情况对于管道的特殊和日常要求，例 如在特殊情况的时候，其分界点和界线的划分需要按照突发 的实际情况进行划分，而日常条件下，则按照 P&ID 的标准进 行节限的划分。一般情况下， 管道材料的等级可以分解为两类： 材质与压力等级都不同时， 门阀和螺栓选择高材质， 法兰、 垫片都可以选用低材质 ； 1）压力的等级一致、材质不同时，螺栓、门阀、垫片、 法兰都可以选用高压材质。 2）材质一致但是压力等级不一致，螺栓、门阀就选择 B 类型的高压等级，法兰和垫片选用 A 型的高压等级。 3 管道设计与工艺零部件的布置 3.1 塔和容器的管道设计 对于石油化工装置中的容器、塔的管道设计，重点应注 意其相关的介质形态及其工艺原理。例如，对其介质形态的 分析、气液两相流的布置时，把调节阀安置在能够接受介质 的容器这一边，这样不仅能够减少管道内部的压力，还能有 效地减少化工装置使用过程中管道的振动。从工艺原理上看， 在汽堤塔和分馏塔之间设置一组靠近汽堤塔的调节阀组，而 回馏罐和分馏塔之间设置一个在回馏罐上部的调节阀，分馏 塔内部的塔顶压力采用无袋形且线路短的热旁路来控制，以 便于液柱在调节阀之前达到管道设计规范的标准。 3.2 阀门的管道布置 在石油化工装置的工艺管道设计时，阀门管道的设计可 以将自动感应、智能控制技术运用进去，采用采样点（采样 必须要有代表性，即在管道敷设条件最恶劣、最复杂的线路 段进行管道使用材料、铺陈方案的选择，然后以此为代表， 进行小差别地铺设其他线路）等方式，最后用蒸汽吹扫的方 式进行管道清理。这样不仅能够在单个的分支管出现泄漏现 象时及时关闭，还不影响蒸汽总管和其他分支管的正常运行。 3.3 管道支架的设计 对于石油化工装置管道的设计，要想达到工艺、美观、 成本低等要求，不仅可以顺着管道的线路进行敷设，适当地 摘 要 ： 石油化工装置中最关键的步骤之一就是工艺管道设计的优越性和合理性，其贯穿于整个石油化工厂的工作环节。 但是从目前的石油管道布置和设计水平来看，既要把合理、降低成本的因素融进工艺管道的设计中，又要考虑管道的安全性能， 这无疑是现实一大的难题。因此， 通过对化工装置的塔、 容器、 管道布置等图纸的研究设计， 结合现有的管道材料和工艺设计技术， 探讨管道及其支架的设计（主要是化工装置中冷换交替设备的工艺管道设计）数据和问题，为解决现有的工艺管道铺设的难题 略尽绵薄之力。 关键词 ： 石油化工 ； 装置优化 ； 工艺管道 ； 设计与铺设 中图分类号 ： TE682 文献标志码 ： A 文章编号 ： 10036490（2016）06008902 Petrochemical Plant Process Piping Design Hu Xiu Abstract ： One of the petrochemical industry is the most critical step is to process piping design superior rationality，its petrochemical plants throughout the work session.But according to the current oil pipeline layout and design level，should not only reasonable，cost reduction factors into the process pipe into its design，safety performance and take into account the improvement of the pipeline，this is a real big problem.Thus，by means of chemical towers，vessels，piping and other drawings study design，combined with its existing pipeline materials and process design technology to explore the design of piping and brackets（mainly in the cold by chemical change alternately equipment process piping design）data and problems in order to solve the existing process pipe laying problem a little humble. Key words ： petrochemical plant piping design and optimize the process laying 石油化工装置工艺管道设计探讨 胡 秀 （中国天辰工程有限公司上海分公司，上海 200233） 收稿日期 ： 20160611 作者简介 ： 胡秀（1981） ，男，江苏昆山人，助理工程师，主要从 事石油化工工艺管道方面的工作。 工艺与设备化 工 设 计 通 讯 Technology and EquipmentChemical Engineering Design Communications 90 第42卷第6期 2016年6月 减少弹簧架，还可以极大程度地减少管道与支架之间的相对 位移。例如，从成本上考虑，弹簧架较于一般的支架来说， 要贵很多且作业时出现失效的频率更高，如果大量采用弹簧 架甚至用弹簧架来替代一般支架，不仅初设时的成本会增加， 在日常作业过程中的维护费用也会相应地增加。将弹簧架与 一般支架合理地搭配，不仅可以使化工作业的管道运行更具 有性价比，而且还能够极大限度地合理安排小管与弹簧架之 间的相对位移，减少因小管钢性大而造成的管道振动的现象。 3.4 管道中仪表元件的设计与选择 仪表元件对于石油化工装置的管道来说具有重要的作用， 严重影响到管道的准确性和安全性。因此在进行管道元件的 布置和设计中，不仅需要严格地按照管道设计常规安装规范 的标准进行设计，还需要将仪表在同一管道不同位置对其产 生的影响考虑进去。例如，抽取重沸器中的液体（一般为饱 和液体）为样本，如果管道内出现了压降的情境，液体会出 现闪蒸而形成两相流，这就需要将孔板和法兰设计在管道的 轴向应力最小处，减少在孔板与阀门之间的 U 形现象。 3.5 冷换设备的管道设计 冷换设备是冷却器、换热器、冷凝冷却器的统称，主要 是在压力和温度都比较高的条件下，依赖于热、冷介质在导 管中传热，进而达到热交换的目的。在石油化工装置的管道 设计中，考虑到其化工作业是在低压、高压系统交替环境下作 业的因素，其换热器管道的设计在考虑管道的柔性时还需要 满足 P&ID 的要求，同时依据换热器的特性，其零部件、元件 （如阀门、温度计等）都应该设计在靠近维修通道处 ； 而在设 计设备进出装置的管道时，应该在分界处设置好断阀，并在 装置的一侧设计的“8”形的盲板与另一侧设计的“S”形孔 板相连通，以便于有毒或可燃气体的输送，进而保障管道的 使用寿命，同时还能减少作业人员的操作失误。同时空冷器 入口的总管和支管连接时装置50mm 的间隙，在原管处接入放 凝器（特别是在寒冷地区的冷凝器，需要在水管上安置放空 阀、旁通阀和防积水装置，以便于保证输送管道的干燥） ，以 便于能均匀分配凝液 ； 而从顶馏出线到冷凝器的管线则因其 是汽液两相流而需要对称布置，其中支管和主管需要垂直布 置，以便于能够有效地防止流体不均匀。 4 结束语 石油化工装置的管道设计所考虑的因素有很多，虽然探 讨了装置管道的各个零部件、仪表元件、设备等位置和形状 的设计，但是具体细节还需要不断地完善。随着中国快速发 展的经济所带动的石油及其相关产业（石油化工等）的快速 发展，对石油化工装置的工艺性管道的设计提出了更为严格 的要求，不断地鞭策着管道设计的优化和创新，提高美观和 实用性，安全性与合理性的增强。这样不仅能够保障石油化 工作业的稳定、安全生产，还能节省生产成本，促进石油工 业的可持续、循环绿色发展。 参考文献 1 葛妍 . 关于石油化工装置设计与安全探讨 .J. 中国石油和化工标准 与质量，2012， （9） ： 52. 2 朱杰 . 石油化工装置工艺管道设计探讨 J. 化工管理，2016， （16） ： 32. 3 王郁 . 石油化工装置工艺管道设计探讨 J. 城市建设理论研究（电 子版） ，2015， （9） ： 12. 4 张志威 . 石油化工装置工艺管道设计的合理性探讨 J. 当代化工， 2014， （4）. （上接第86页） 炉使用单位的内部人员对锅炉设备的运行特性不甚了解，对 水质化验工作不够重视；第二，化验人员的专业素质不过 关，对水质酸碱度、硬度指标等重要数据掌握不足，使得水 质检验工作无法在第一时间发现水垢，影响了锅炉的使用； 第三，对锅炉的排污工作麻痹大意，敷衍了事，没有将污垢 彻底排出锅炉，随着时间的推移，锅炉内的结垢现象会越发 严重，严重影响了锅炉的运行效率，给锅炉单位的日常经营 带来了不利的影响。 3.2 不重视锅炉水处理工作 为了追求经济利益，节约成本，不少单位在进行锅炉的 购买、安装和使用的过程当中都没有安装水处理设备，或者 仅仅依靠往锅炉里加药来替代真正的锅炉水处理。此外，还 存在一类单位，虽然它们及时安装了水处理设备，然而却没 有对其进行定期的维护与保养，给锅炉水质带来不利的影响， 也给锅炉的安全运行埋下了隐患。 4 锅炉水质化验相关问题的解决措施 4.1 认真做好锅炉水质处理，注重锅炉结垢的检测 进行好现代化的工业生产，就必须积极采用科学的水处 理手段来做好锅炉水质的化验工作。此外，还需要加强对相 关工作人员的技能培训，确保化验员熟识水质化验的有关知 识，并能够准确快速地开展工作。锅炉水处理过程中，要及 时过滤和沉淀产生的杂质，提升锅炉水质。此外，锅炉运行 中一旦产生结垢，就会给锅炉的传热性能带来不利影响，制 约了锅炉的正常运行， 给锅炉带来了一定的安全隐患。基于此， 检验人员切记要提高对锅炉结垢处理的认识，保证水质化验 工作的高效开展。 4.2 加强水处理设施的监管力度 对水处理监督水平的优劣也对锅炉的高效安全运行有一 定的影响。监督部门也应该提高对锅炉水质检验工作的重视 程度