化工项目厂区外管的设计浅析

邵英

（浙江工程设计有限公司，浙江杭州310002）

化工项目厂区外管的设计浅析

邵英

（浙江工程设计有限公司，浙江杭州310002）

厂区外管设计是化工项目设计的重要组成部分。介绍了化工项目外管设计、外管道布置、外管架布置、外管架选择、外管专业提结构专业条件等方面的内容，重点阐述了外管道布置、管道补偿、外管架规格、管廊剖面图、外管架结构型式等设计工作要点，为外管设计人员提供参考。

化工项目；外管；设计

1 概述

化工项目厂区外管是化工项目设计工作的重要组成部分，主要适用于厂区架空敷设的工艺物料管道、公用工程管道、供热管道等。厂区外管廊衔接着化工项目内的所有相关装置，是使上下游装置及公用工程等相互贯通的主要节点，化工厂区内生产所需的物料都可以通过管廊进行传递。厂区外管作为化工厂区内特有的配套设施，为确保气体、液体物料在各装置之间、装置与储罐区之间便捷、高效地流动，起着极其重要的作用，被形容为化工厂区的“动脉”。

部分企业建设之初没有规划好厂区外管廊，随意地敷设各种管道，造成厂区各种管道的设置杂乱无序，破坏了厂区的整体美观，也为安全生产带来诸多不利影响。

2 外管设计

在化工设计行业中，外管设计主要是指化工厂区内外各个化工企业之间及化工企业内部各生产装置之间互相连接的外部工艺及供热管道的设计。

外管设计的主要内容有管道数据表、管道系统图、外管道布置、外管架布置、外管架的选择、外管提土建条件、外管道材料选择等。

做好厂区外管设计，不仅可以满足化工物料进行管道输送的要求，而且可以节省投资，提高资金使用效率，还可以针对输送物料具有易燃易爆、有毒有害、有腐蚀性的特点进行合理布局，为化工企业安全生产提供有力的保证。

3 外管道布置

3.1外管道布置的原则

在外管道布置设计时，通常以施工方便、节省投资、安全可靠为原则。具体来说就是：首先要根据管道输送的介质物料、管径大小对管道进行分类布置；其次在外管架上要尽量做到采用均布荷载布置；再者还应考虑仪表和电气电缆桥架的布置。

3.2外管道布置注意事项

（1）大直径管道、应力较大的管道、容易产生振动的管道宜靠柱子布置；小直径管道、气体管道和公用物料管道宜布置在管廊的中间。

（2）需要热补偿的管道宜布置在管廊一侧，便于集中设置“π”型补偿器。

（3）介质操作温度等于或高于250℃的管道宜布置在管廊上层，布置在管廊下层时可布置在外侧，但不应与液化烃管道相邻。

（4）蒸汽、装置空气、氮气、仪表空气等公用工程物料管道及工艺气体管道（如火炬气管道等）宜布置在管廊上层。

（5）液化烃管道、腐蚀性介质管道以及需要经常检修的管道宜布置在管廊下层。

（6）低温介质管道、管径大荷载重的管道宜布置在管廊下层；

（7）低温介质管道、液化烃管道和其他应避受热的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布置。

（8）仪表和电气电缆桥架宜布置在管廊上层，桥架的附近和正下方不应有热影响的管道[1]。

（9）敷设易燃、可燃液体和液化石油气及气体管道的全厂性大型管架，宜避开火灾危险性较大的和腐蚀性较强的生产、贮存和装卸设施以及有明火作业的设施。宜减少与铁路交叉[2]。

（10）强氧化性物料管道与可燃气体、可燃液体管道共架敷设时，强氧化性物料管道不宜敷设在可燃气体、可燃液体管道的正上方或正下方。采用平行敷设时，两类管道之间宜有不燃物料管道隔开，如公用工程管道等。

（11）非金属管道应尽量集中布置在外管架一侧，这样可以通过局部做密集次梁的方法满足管道的小跨距要求。

3.3管道补偿和管道支座

为了避免外管道因热胀冷缩导致管道支座位移量过大滑落管架横梁，使管道失去支撑，需要对外管道进行应力分析及补偿设计。外管道设计应力分析时，对管道的热补偿首先采用自然补偿，其次采用“π”型补偿器进行补偿。“π”型补偿器按其布置方式可分为两种，即水平补偿和立体补偿。“π”型补偿器安装时，补偿器两端须设置固定支座。为防止管道横向位移过大，应在“π”型补偿器两侧设置导向支座。导向支座距“π”型补偿器弯头的距离宜为管道公称直径的32～40倍[1]。蒸汽管道“π”型补偿器立体补偿示意图见图1。

图1 蒸汽管道“π”型补偿器立体补偿示意图

4 外管架布置

4.1外管架布置的原则

外管架布置设计时，应依据拟建项目全厂总平面布置图和分期建设规划，在满足工艺物料走向和管道布置设计要求的前提下，尽可能地缩短外部管道输送距离，进而达到节省工程投资、管道运行费用和维护费用的效能。同时还应考虑到装置设备吊装、维修通道，室外地下管网，厂区道路、消防通道、安全疏散通道、生产装置事故安全泄放等因素的影响。

外管廊布置应以一端式和直通式为主，同时根据需要采用L形、T形、U形及组合管廊。外管廊布置时不应从三面或四面环绕生产装置。外管架布置示意图见图2所示。

图2 外管架布置示意图

4.2外管架的宽度和跨距

（1）外管架的宽度主要取决于敷设在管架上管道的数量、管径的大小、管道之间的安全距离、维护操作空间、检修通道以及需要敷设的电缆桥架宽度。同时，应结合所在建设用地的总平面布置和区域内的发展情况，确定分期建设项目管廊的预留方式和预留比例，以满足分期建设时的管廊需要。

外管廊的预留方式有两种：第一种是在新建管架上直接预留分期建设管道的敷设位置和荷载，第二种是在新建管架旁边预留后续建设项目的管廊通道。

通常情况，全厂性管廊应预留有20%～30%扩建的裕量，并考虑其荷载[2]。

管架横梁长度小于或等于1.8 m时，一般采用单柱管架；管架横梁长度等于或大于2.0 m时，一般采用双柱管架；双柱管架柱间宽度一般不宜大于10.0 m，当管廊宽度大于12.0 m时，应采用三柱或多柱型式[2]。

（2）外管架的跨距是由敷设在其上的管道因垂直载荷所产生的弯曲应力和挠度决定的，其取决于管材的强度、管子截面刚度、外荷载的大小、管道敷设的坡度以及管道的许用挠度。外管架的跨距确定时，敷设在外管架上的管道许用挠度宜控制在38 mm之内[3]。当管道挠度超过允许值时，应采用增加管架次梁的方法来增加管道支撑。

通常，独立式管架跨距以4 m为宜；纵梁式管架跨距一般为6～12 m；桁架式管架跨距一般为16～24 m[2]。

4.3外管架的高度

外管廊高度通常是由管廊的净空高度和多层管廊间的层间距决定的。

（1）管廊的净空高度，应满足下列要求：a.跨越电力机车的铁路不低于6.6 m（轨顶以上），跨越铁路不低于6.0 m（轨顶以上）；b.跨越厂区道路不低于5.0 m；c.跨越人行过道不低于2.2 m[4]。

（2）多层管廊的层间距取决于管道管径大小和管架结构型式，上下层的间距宜为1.2～2.4 m；对于大型装置上下层的间距可为2.5～3.0 m。当管廊改变方向或两管廊成直角相交时，管廊宜错层布置，错层的高度宜为0.6～1.2 m；对于大型装置可为1.25～1.5 m[1]。

4.4外管架的坡度

外管架的坡度一般为0.2%～0.5%，无特殊需要时也可无坡度[2]。外管架起止点之间的坡度一般以外管道内物料能够排净为原则。即确定管架坡度时，应注意避免外管道与厂区各装置管道的连接处出现“气袋”或“液袋”。

4.5外管架上电缆桥架的布置

电缆桥架应布置在管架的顶层或外侧，同时考虑到电缆及电缆桥架的施工及安装方便，以及电缆使用过程中的散热影响，电缆桥架重叠层数不应大于3层，且每层桥架之间的净距不能小于400 mm。仪表电缆与电气电缆平行敷设的最小允许距离在600～1200 mm之间[5]。

4.6外管廊上管道静电接地管架的设置

在管廊设计时应设置静电接地管架，用于消除管道中所产生的静电。静电接地管架的具体位置一般是设置在管道进出各装置区处、不同爆炸危险环境的边界、管道转弯点、分岔点以及每间隔80～100 m直管段处[6]。

4.7操作检修通道（平台）、楼梯、安全绳挂钩的设置

在有需要时，可以沿管廊走向设置操作检修通道（平台），并在管廊每间隔50 m处设置直爬梯。另外在管架纵梁上或操作检修通道旁每间隔6 m需设置安全绳挂钩，便于在巡检、检修过程中系安全带用，以确保人员的安全。

4.8厂区外管架设计案例管廊剖视图

示意如图3：

图3 管廊剖视图

5 外管架的选择

5.1外管架的结构型式

外管架的结构型式分为独立式管架、纵梁式管架和管廊三种。

5.1.1 独立式管架

外管道较少时，可采用独立式T字型管架；当管道较多时，采用双柱式Π字型管架。

5.1.2 纵梁式管架

纵梁式管架是纵梁或轻钢三角形桁架、横梁和管架组合而成的构筑物。

5.1.3 管廊

管廊是由钢筋混凝土或钢结构的横梁、矩形桁架、桁架支撑、管架立柱及立柱支撑等组合而成的构筑物，是化工厂区外管设计常用的形式。管廊的宽度大、跨距长，可设置可通行或不可通行的检修通道，管廊内还可设置仪表和电气电缆桥架。

5.2外管架的分类

5.2.1 按管架材料

可分为钢筋混凝土、钢、钢与钢筋混凝土组合式管架等。

5.2.2 按连接结构型式

可为独立式、纵梁式、桁架式等。

5.2.3 按管架净空高度

分为高管架（净空高度≥4.5 m）、中管架（净空高度2.5～3.5 m）、低管架（净空高度1～1.5 m）和管墩或管枕等（净空高度约500 mm）。

5.2.4 按管架宽度

可分为小型管架（宽度<3 m）和大型管架（宽度≥3 m）[2]。

5.3外管架的选材

外管架采用的材料类型有：钢结构管架、钢筋混凝土结构管架、钢结构梁和钢筋混凝土柱复合组成的混合结构管架。

（1）钢结构管架：易于施工，结构简单，连接方便，缺点是易被腐蚀，维护费用高，当维护不到位时会对管架安全性能带来隐患。

（2）钢筋混凝土结构管架：抗腐蚀性较强，承载力高，易于维护，缺点是结构复杂，施工工序多，工期长，外观笨重，无法二次利用。

（3）钢结构梁和钢筋混凝土柱复合组成的混合结构管架：采用钢筋混凝土柱和钢梁、钢桁架的组合型式。特点是其主要支承构件钢筋混凝土柱受力和防腐蚀性能好；其管架纵梁采用钢梁、钢桁架较钢筋混凝土梁、桁架自重轻，结构轻巧、施工方便。因此，钢结构梁式钢筋混凝土柱管架在化工项目中被广泛的应用。

6 外管专业提结构专业条件

外管专业向结构专业提供外管架设计条件和要求，包括：

（1）管架平面布置图、管架立面布置图、管架剖面图，图中要表示出拟建管架的种类及型式、管架位号、标高、固定管架位号、静电接地管架、检修通道、平台爬梯的位置和尺寸。

（2）管道荷载，含管道重量、输送介质重量、保温重量、试验介质的重量、管道内沉积物的重量及平台、通道的活荷载、电气、仪表电缆桥架的重量等。

（3）固定管架的水平推力、作用点及方向。

（4）考虑装置日后扩大生产能力所预留的设计裕量，外管架一般应预留20%～30%的设计裕量，设计时应避免该部分设计荷载遗漏。

7 结语

化工项目厂区外管设计不仅要做到美观，大方，还要做到合理、节约，更要保证安全、可靠。外管架布置应有一定的灵活性，预留有发展余量，以适应厂区分期建设和企业不断发展变化的要求，保证化工项目规划的实施。

[1]国家质量监督检验检疫总局特种设备安全监察局，全国压力管道设计审批人员培训教材（第二版）[M].北京：中国石化出版社，2012：168-169，180，189，195，202，233.

[2]HG/T 20546-2009，化工装置设备布置设计规定[S].

[3]HG/T 20645-1998，化工装置管道机械设计规定[S].

[4]GB 50316-2000，工业金属管道设计规范（2008年）[S].

[5]HG/T 20512-2014，仪表配管配线设计规范[S].

[6]HG/T 20675-1990，化工企业静电接地设计规程[S].

Analysis on the Design of the External Piping in Plant Area of Chemical Project

SHAO Ying
（Zhejiang Engineering Design Co.，Ltd.，Hangzhou，Zhejiang 310002，China）

The design of the external piping of the plant is an important part of the design of the chemical project.This paper introduced the design of the external piping,the arrangement of the external pipeline,the layout of the external piping rack,the selection of the external piping rack and the structural conditions of the external piping.The paper focuses on the arrangement of the external pipeline,the compensation of the pipeline,the specifications of the external piping,the profile of the pipeline corridor，the structure of the external piping frame and other design work points,providing a design reference for the external piping designers.

chemicalproject；external piping；design

1006-4184（2017）5-0039-05

2017-03-21

邵英(1963-)，女，重庆人，注册化工工程师，大专，从事化工工艺及供热管道设计工作。E-mail：hzshy1234@163.com。