压力管道是能够承受内压和外压的管道, 其可用于管道的输送、分配、混合、分离和排放等。压力管道的组成和管道支撑零件种类繁多、数量大, 安装环节多, 选择复杂。所以压力管道是影响石油化工装置工艺管道设计的重要因素, 在选择不同压力管道时需综合考虑实际情况, 在节省成本前提下保证质量安全。
石油化工装置的管道因为温度变化会产生物理损伤, 主要有高温破坏和低温脆断等方面, 其中高温破坏主要表现在碳钢回火破坏、墨化和蠕变等, 低温脆断主要表现在当温度较低时, 钢材冲击韧性降低, 导致管道的脆断破坏。所以, 石油化工装置管道必须避免高温和低温交替, 交变荷载转化等现象导致的管道疲劳或断裂等问题[1]。
石油化工装置中的管道材料, 需要具有耐高温、高压等性质, 常见的石油化工管道材料都是使用不同的管道材质。由于不同石油具有不同的压力, 在实际管道设计中, 管道设计的选择不仅需要满足石油装置管道耐高温及高压的性质, 还要能够抗其腐蚀性。按照不同环境下需要的材质来选择管道材料不仅可以满足生产工艺要求还可以节省成本。
石油化工管道设计的过程中, 管道材质等级需要按照实际介质压力特性情况来选择。设计人员对于石油化工管道等级的选择, 需要做到以下几点:掌握物料的性质以及工艺操作参数。特别对有毒的、易燃、易爆、存在腐蚀性介质的, 需要重点设计。石油化工管道配套的阀门、螺栓、法兰以及垫片等也要根据不同压力选择其等级。
石油化工装置管道的支架结构设计是管道系统设计的重要部分, 管架系统可以支撑整个管道, 也可以提高管道的稳定性。管道设计必须满足管道长期输送介质的稳定性要求, 确保管道系统安全输送。一般的管道设计需结合弹簧架和支架的合理搭配, 这样的管道设计性价比较高, 可以节省成本和管道不稳定等现象产生。
石油化工装置管道的塔和容器设计, 需考虑其介质形态和工艺原理。当气体和液体相向而流时需要将调节阀装在能接触介质的容器边, 这样设计可以减少管道内压, 也能减少装置管道的震动现象。从设计原理角度出发, 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[2]。
泵的管道设计需满足其正常使用及检修等要求的前提下, 更要考虑热膨胀对泵出入口的要求, 来减小泵嘴处的应力现象。在满足泵的管道设计要求下, 尽量减少泵口处管道的长度。对于往复泵, 因为脉动的存在, 应尽量减少管道弯头数量。管道布置时, 离心泵需要有一侧设计泵的检修维修, 往复泵预留空间进行活塞及拉杆拆卸和检修, 立式泵上方应有检修空间。泵的吸入口有变径时, 使用顶平大小头, 避免泵嘴集气对泵造成气蚀, 泵吸入口前有3DN直管段, 减少对泵叶轮的影响。泵出入口管道合理设置承重支架和导向或者止推支架, 减小泵嘴应力及力矩[3]。
管廊是沿着管道或设备外布置, 形成走廊, 可连通装置内的设备。管廊上管道的合理设计可以提高设备装置的安全性, 节省成本。大直径重管道应布置在靠近管架柱子的位置或设计在管架柱子的上方, 小直径的轻管道布置在管架的中心部位。合理的设备平面布置是依据工艺流程在管廊两侧布置设备, 因此应设计联系管廊两侧的设备, 管廊中间应设计公用工程管道。当设计为双层管廊时, 一般气体管道、热管道尽量布置在上方;液体的、冷的、液化烃、化学药剂及其他有腐蚀性介质的管道宜布置在下方。低温冷冻管道、液化烃管道和其他应避免受热的管道不宜布置在热管道的上方或紧靠不保温的热管道。进出装置的管道阀门宜布置在一层, 并应在管道上方设置操作平台[3]。
石油化工装置的冷换设备是由冷却器、换热器和冷凝冷却器组成, 是依据冷热介质在管道中传热达到交换效果。石油化工装置的管道需考虑低压、高压交替作用因素, 其换热器需满足相关规范, 并设计在离维修通道近的地方。冷换设备在进出管道时需设计分断阀, 这样可以利于有毒或可燃气体的输送, 确保使用年限。对于顶馏到凝器的管线支管和主管需要垂直设计以避免流体不均匀现象出现。
石油化工装置工艺管道的设计作为复杂工程设计, 其设计既要求设计人员有专业的理论知识, 还要求有丰富的工程设计经验。设计时要综合考虑管道的影响因素:管道的压力、管道的物理损伤和管道材料及等级选择, 再结合管道装置的设计原理来综合设计。
摘要：随着当今社会资源消耗的不断递增, 石油资源作为不可再生资源, 对石油化工装置的工艺管道设计提出更高要求, 石油化工工艺管道的设计需考虑其材料性质和特点。本文旨在对石油化工装置工艺管道设计的影响因素和设计要点进行分析探讨。
关键词：石油化工,工艺管道,设计分析
[1] 赵峰.石油化工装置工艺管道设计的合理性探讨[J].施工技术, 2015.9.
[2] 胡秀.石油化工装置工艺管道设计探讨[J].工艺与设备, 2016.2.
[3] 付艳波.浅谈石油化工装置工艺管道的设计[J].工艺控制, 2016.5.
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