精细化工厂房的管道平面布置

刘长江

(福斯特惠勒(河北)工程设计有限公司上海分公司，上海 200235)

1 引言

精细化工厂房的生产工艺比较复杂，所使用的上游原料涉及多种危险化学品，火灾危险性较大。同时一个完整的精细化工装置除了生产区域外，还包含公用机房，配电室，机柜间和办公区域等。因此厂房的平面布置和管道路径规划非常关键。设计时应全面规划功能分区，在符合规范的前提下，优先考虑安全因素，按照工艺流程的要求，在满足生产操作要求的同时，尽可能的整合厂房内的空间布置，做到布局合理、紧凑。

与传统露天的石化装置不同，精细化工厂房的平面布置除了要考虑工艺需要的设备、管道之外，还应对其他专业的内容进行综合规划。精细化工厂房内各设计专业的平面布置列表见表1。

表1 精细化工厂房平面布置列表

表1(续)

2 厂房平面布置

厂房的总平面布置应满足规范要求，其中甲类厂房设置室外设备区或者雨棚的，设备外壁或者雨棚外边沿，距离其他厂房的外边缘应大于12m[1]。甲类多层厂房的总层高不高于24m。在此基础上根据工艺流程，合理规划厂房的层数和柱网跨距，本文中的厂房为3层，总层高为22m。多层厂房的布局占地面积小，能建立竖直方向的生产联系，满足不同生产工艺要求，在不同楼层组织生产。厂房平面布置示意图见图1。

图1 厂房平面布置示意图

如图1所示，厂房分为防爆生产区域和非防爆办公区域，两者以防爆墙分隔。厂房共有2个防火分区，单个防火分区面积小于3000m2。根据《建筑设计防火规范》GB50016-2014，3.7.2条的规定，厂房设置2个楼梯间，1个电梯间。根据厂房内任一点到最近安全出口的距离小于25米的规定，确定楼梯间的位置。电梯间的位置，要综合考虑厂房内物流线路的合理性，电梯间前方预留足够的空间和转弯半径，方便叉车通行。厂房的平面布置初步确定以后，应与建筑专业核对厂房的泄压面积是否满足规范要求。不同项目的厂房，其长径比存在差异，长径比大于3时，应分段计算泄压面积。泄压面积计算公式如下：

A=10CV2/3

A——泄压面积，m2；V——厂房的容积，m3；C——厂房容积为1000m3时的泄压比，m2mil/m3；

注：长径比为建筑平面几何外形尺寸中的最长尺寸与其横截面周长的积和4.0倍的该建筑横截面积之比[1]。

在实践中，会有泄压面积不满足规范要求的情况出现。此时是否可以采取楼板开孔，或者采取梁、柱脱开外墙的措施补充泄压面积？如果可以，楼板开孔率和脱开距离应采用何种计算方法？目前规范对于此种情况尚无明确的定义。

生产区域的两侧为功能房间，中间为走廊通道。按照工艺流程，生产区域内，三层布置反应器，二层为物料分离装置，一层布置凝液接收罐。反应器房间内两侧分别为物流门和人流门，符合人、物流分流的原则，避免交叉污染。反应器靠近中间管廊一侧为管道侧，方便接入中间管廊管架。另一侧为操作通道，操作通道的宽度大于2.5m，操作通道两侧应设置防撞柱。办公区域内布置机柜间、配电室、中控室和消防阀室。

设备布置时应充分考虑设备吊装。带有搅拌装置的反应器，宜在顶部梁下设置吊车梁。反应器的安装高度既要满足工艺要求；还要考虑管口高度，方便人员操作管口直连的阀门；同时要保证吊装、检修空间。房间内靠近人流门的一侧，布置紧急冲淋设施和洗手池。公用工程站、仪表空气分配器和仪表操作柱等应靠墙布置在管道侧，方便人员就近操作。

3 管道路径研究

图2 总管路径规划示意图

主管廊的管道进入厂房有两种形式：如图2 所示，当厂房无防火/防爆墙时，总管进入厂房后，可在各楼层内进行分配，接出支管。图2 为厂房内存在防火/防爆墙的情况。按照规范要求，可燃气体和甲、乙、丙类液体的管道严禁穿过防火墙。其它管道不宜穿过防火墙[1]。此时为保护墙体的完整性，预防火灾、爆炸的危险扩散，总管宜沿着厂房的外墙升高至屋顶，利用屋顶的管架跨越防火墙/防爆墙。各楼层内支管通过屋顶的气窗，进入厂房内不同的防火/防爆分区。气窗的作用是为了避免管道直穿屋顶楼板，破坏屋顶的防水层。管道沿厂房外墙敷设时，尽量集中布置，同时应注意避让厂房的外窗，避免遮挡。

图3 中间走廊剖面示意图

工艺/公用工程管道和风管从侧面进入屋顶气窗，向下至各层中间走廊的管架。精细化工装置的管道直径较小，用于切换和倒料的管道较多，因此厂房内的管道应尽量集中布置、共架支撑，以便节约空间。管道穿越楼板时，楼板开孔的周围应设置泛水，防止上层楼面的积水流至下一层。如图3所示，中间走廊设置3层管架，管道沿管架分配支管至各个房间。规划中间走廊管架时，同时考虑仪表/电气桥架和喷淋总管的布置，桥架和喷淋总管沿管架敷设，桥架距可燃性气体管道间距不小于500mm，与其它工艺管道间距不小于400mm。消防喷头支管在管架上方，紧贴梁底布置。为满足检维修要求，同时考虑叉车通行，中间走廊的净宽不小于4m，管架下方净空不小于2.5m。

厂房内的楼板铺设耐磨、耐撞击的防火花瓷砖，需要称重的设备，宜布置在地面。称重设备采用支耳安装，或者带有设备平台时，其结构框架应独立设置，避免外力或振动影响称重模块的计量精度。房间内其他的操作平台和管道支架，应尽量采取倒吊型式，在房间梁上生根，减少地面楼板的柱脚数量，使房间地面易于除尘清洗。为了方便生产操作，反应器房间内可设置联系楼梯，去往下一层的物料分离装置。联系楼梯的位置不能阻挡人、物流通道。

规划厂房布局时，要考虑暖通风机的布置。根据厂房空间和防爆区域的具体情况，可以在厂房内设置暖通机房，或者将风机布置在屋顶。屋顶布置风机时，厂房两侧布置新风风机，中间布置排风机。排风口与机械进风系统的进风口的水平距离不小于20m。工艺放空管道引至屋顶放空时，放空点距离进风口的水平距离不小于20m。

如图4所示，各房间和走廊内应设置送排风设施，房间内操作侧预留送风管道的竖井，管道侧为排风管道的竖井。人员面对反应器进行操作时，通风方向应该是从人员的背面吹至正面。操作频繁的区域，设置局部排风，局部排风罩为万向接头型式，排风罩周围应预留足够的操作空间。

图4 风管竖井规划示意图

根据GMP要求，厂房内的给水系统应根据生产、生活和消防等各项用水的要求分别设置[2]。排水系统分为生产废水和生活废水，其中生产废水应根据工艺设备的废水性质区分。排水设备以及与重力回水管道相连的设备，必须在其排出口以下部位设置水封装置，以防止气体流串[3]。一层的地漏单独设置总管埋地敷设，避免总管压力过大时发生废水倒流的情况。其他层的地漏支管汇入总管后，在一层梁下接入主管廊。

4 结论

精细化工厂房作为建筑物，与传统石化装置相比，其设备布置的空间有限。与普通的工业厂房相比，设备、管道数量对厂房的布局影响很大。因此在对精细化工厂房进行工程设计时，除了要考虑设备、管道之外，还要兼顾其他专业的平面布置。协调总图，建筑结构，暖通，消防给排水和仪电专业，在满足工艺流程和生产操作要求的基础上，对整个厂房的空间布局和功能配置进行合理规划。