摘要：文章主要针对优化化工管道设计展开研究，首先分析了设计中比较容易忽略的安全因素，其次总结了管道设计原则，最后从三个方面优化管道设计。目的是进一步提高管道安全性。
关键词：管道优化设计、设备检修、温度控制
工艺管道在整个石油化工装置中占有不可小觑的地位，管道的设计是石化装置建设的重要组成部分。管道承担着物料在各个工艺设备之间的运输作用，各类设备与系统的单元在管道的连接下，组成了一个完整的生产装置。管道的优化设计不仅有助于节约投资成本，还可以增加生产操作的方便性、安全性以及美观程度。
一、石油化工管道设计中安全因素
管道实际设计过程中，会忽视掉部分安全因素，致使整个管道设计处于不安全状态下。在设计石油化工管道时，应将安全问题放在首要位置上，时刻注意管道设计时存在的各类安全因素。为了提高石油化工装置长期使用中的安全可靠性，应注重与之相关的工艺过程安全设计。因此，开展管道设计工作时，应对需要适应的不同工艺介质的特性以及特定的温度压力参数，来选择管子壁厚以及其他一些管件、阀门、螺栓、垫片的材料和温度压力等级。还要满足国家规范中规定的防火、防爆安全距离，并设置一些配套的自动报警装置，以实现对各类安全事故的有效预防，保证装置安全稳定的生产运行。
二、管道设计的原则
工艺管道设计首先要满足工艺要求。结合工艺及仪表流程图，确保管道连接的正确性，关系着整个装置能否顺利开车，影响着相关工艺流程能否顺利实施。同时，应加强工艺流程简单化设计，增强实际操作便捷性，满足石油化工装置高效工作的实际要求。
管道设计要考虑其的布置合理性。具体的布置要点包括：
（1）管道布置不应妨碍设备、机泵及其内部构件的安装、检修。宜做到“步步高”或“步步低”，减少“气袋”或“液袋”。否则应根据操作、检修要求设置放空或放净。管道布置应减少死区。
（2）管道布置应满足管道柔性及设备、机泵管口允许的作用力和力矩要求，利用其自身形状达到自然补偿。当管道系统的补偿能力不能满足柔性要求是，应在适当位置设置补偿器。
管道在布置时应遵循成排、成组的原则，这样是为了保证整体的美观性以及支架的经济型。当管道需要穿过屋面、墙壁以及楼板时要加上套管保护管道，同时要注意管道由于热胀作用而直径变大，套管要留出相应的空间。如果地下管道需要穿越铁路、水渠以及道路时，可以用旧钢管作为套管保护管道【1】。地下水的管道为了避免冻坏要尽量设在冰冻线的下面，同时还要达到覆盖保护层的要求，一般埋深要大于半米。气体以及蒸汽的支管尽量从主管的上部引出，一次减少携带冷凝液，支管要坡向主管或者设备来避免积液的现象。
三、石油化工管道设计中应注意的重要问题分析
1.管道布置
有关于管道的布置，也是管道设计中的一项重要环节。对管道布置的要求一般要符合施工及操作的需要，也要满足检修，生产以及设备安装的整体要求。因此，对于管道的布置，必须要遵循以下原则。
（1）管廊要留有一定余量。一般管廊的设计余量为 10%至 20%左右，但笔者从多年来的经验总结出，管廊的余量设计应为 20%至 30%左右为佳。因为装置的运行，由于震动或者其他原因，通常会引起余量的不足或者改变。
（2）安全阀的布置。一般安全阀出口都连接着泄压总管，就可能产生逆流的情况。为了杜绝类似情况的发生，因此，在进行安全阀安装时，需要进行插入角度的设计，一般角度以 45°角为宜。
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（3）夹套管。内管对接焊缝的距离应保持在 200 毫米以下，并使用无缝管件，弯头为 1.0DN。
（4）泵入口管道的布置。泵的入口管线，要尽可能保持短且直，没有发生积液的可能。在需要变径的位置，需安装大小头管件。
（5）根据环境来布置管道。若管道内输送的介质很危险，且要穿过道路，则必须要对管道的高度进行要求，而且在管道经过道路的上方不得有阀门、法兰以及波纹管等设置。如果需要安装仅用于事故处理的阀门，则需要选择便于操作的位置。
2.管架设计
（1）管道支架的分类。管道的支架大致可以分为支架吊架、限制性支架以及支撑三类。支架和吊架一般用来支吊管道的重量，在管道下方支撑管道的叫做支架，在管道上方吊住管道的叫做吊架。支架和吊架又可以分为以下三种：刚性支架，这种支架一般用在没有垂直位移的场合；可变吊架或弹簧吊架，这种支架一般用在有少量垂直位移的场合；恒力吊架，这种支架一般用在垂直位移较大的场合。限制性支架一般用来限制约束管道因为热胀冷缩而引起的位移。限制性支架包括三种。
（2）确定管道支吊架位置的注意事项在设置管道支吊架的位置时，除了要满足在管道允许跨度内，还要注意下面的一些事项。在靠近管系两端的位置上，如果管系和设备相连接时，管道支吊架的位置尽量靠近设备的管嘴，这样可以减少支吊架的受力和弯矩。在管系中如果有小阀门以及小型的管道设备等这种较为集中的荷载情况下，管道支吊架一般要设在集中荷载的周围【2】。如果管道中有弯管或者大直径的三通管，支吊架也要优先考虑这些地方。对于那些需要经常拆卸、维修和清扫的部位，不宜设立管道支架，否则会影响甚至妨碍管系与设备的连接以及检修工作。在确定管道支架的位置时，可以观察一下周围的管道，看能否合用同一个管架。弹簧支架一般是设立在位移量相对较小的地方，人工补偿器两侧的导向支架要按照有关规定进行设立。
3.材料选择
由于化工管道材料具有一定的特殊性，所以需遵循以下原则设计以及选用管道材料：化工管道材料的设计、制造以及检验等过程均需要根据 GB50316（2008 年版）的规定要求开展，若化工管道材料类型为 ASTM 材料，则管道材料的设计、制造以及检验等过程应当根据 ASMEASMEB31.3 以及 B31.1 中的条约规定开展；若由低合金钢或者是碳钢制成的化工管道，不仅需要输送含有氢气的介质，同时操作温度超过 200℃，需以管道材料的最高操作温度为基础，为管道增添 20℃到40℃的温度和含氢气介质分压，再根据 Nelson 曲线确定以及选用抗氢钢材。
（1）在等级分界处螺栓及垫片的选择。在管道等级分界位置，通常使用不同材料的法兰进行连接，在选择螺栓及垫片时，应符合压力等级及材质等级。
（2）环境温度对管道隔热的影响。管道隔热性能的好坏，受到操作温度与环境温差的影响，也和工艺的要求有关。
（3）管道用法兰进行连接时，要保证一端是活套法兰，这中设置可以使螺栓孔容易对正。
（4）对于输送易燃易爆介质的管道，且做隔热保护时，在阀门选择上，需使用防静电结构或者防火结构的球阀。如果管道的设计温度超过了 300℃，在选择保护层时不要使用镀锌材料。
结束语
管道设计是石油化工装置中的重要组成部分，在管道设计时设计者需要高度重视管道设计的安全性，结合具体情况和自身工作经验，探索管道设计中应该注意的事项，注重管道设计中的细节问题，严格按照管道设计的有关要求设计。与此同时，采取有针对性的措施防止各种因素对管道的影响，保证管道设计的安全合理，以不断完善和提高自身设计技术和设计水平。
参考文献：
[1]邓晨旭，马勇.强化石油化工管道设计水平的方法[J].化工管理，2014（5）：158-158.
[2]刘燕宁.试论长输油气管道强度与优化设计软件[J].化工管理，2018（16）.
论文作者:周雷
论文发表刊物:《基层建设》2018年第29期
论文发表时间:2018/11/16
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