石油化工多层管廊管道布置的配管设计方案研究

魏思达

[广州市城市管理质量监测与应急保障中心（广州市燃气事务中心），广东广州，51000]

多层管廊的配置方案较多，如果所用设备装置较少，则可以采用一端式或直通式的管廊配管设计方案。而在所用设备较多的情况下，可以根据实际情况采取“Z”“T”“π”等形式的配管方案[1]。目前我国的管廊配管设计规定，管廊的一层和二层要布置工艺物料的管道，三层布置公用工程管道，四层则要布置火炬管道以及电气和仪表电缆槽板[2]。石油化工多层管廊立体维度布置主要是长度、宽度、高度的三维立体参数设置，主要参考管道数量、装置设备规格、管径大小、相关仪器电缆桥架以及检修通道的宽窄等因素决定，现对石油化工多层管廊管道布置的配管设计方案进行研究。

1 石油化工多层管廊立体维度布置

1.1 管廊长度

在设计管廊长度的过程中，应根据设备布置的间距情况、施工步骤和工艺顺序以及分支管廊的宽度来确定主管廊的总体长度。如中石油广东石化炼化一体化项目中，在综合分析常减压装置和延迟焦化装置的间距后，采取了长度为19km外管廊钢结构设计方案[3]。由15km炼油区外管廊和4km化工区外管廊组成，铺设的工艺管线总长度将达803.4km。而管廊总长度也是对乙烯装置裂解炉分支管线的跨距分析，在管道横截面垂直荷载计算弯曲应力后，决定了管廊结构的管架跨距，所以满足这一跨距的基础上可以分析出道路穿越管廊处跨距的平均长度，再用小管径管道作为支撑力，则可以逐个计算分支管廊所需长度，最终通过在管廊上增加支撑力来提高管位的总体利用率。

1.2 管廊宽度

在设计管廊宽度的过程中，应综合考量管道所需管径，同时计算所需分支管道的数量，除了保留必要间距之外，还要综合分析相关电器和仪表的电缆桥架所需宽度，预留10%～20%的操作通道，对后续管廊维护具有重要作用。如中石油级绿色石化产业基地项目中，乙烯装置8台裂解炉共1 456根炉管，管廊上水、电、气、风、油等各种工业介质一应俱全，那么在管廊的工艺管线、水线、气线、风线及电缆桥架等方面的安装过程，则必须预留出更大空间的检查操作区域，否则将对后期维护产生严重干扰[4]。

电仪施工、工艺管线试压等工作中，应集中资源重点推进乙烯、POX、芳烃、常减压、延迟焦化、加氢裂化等关键主装置的管廊宽度设计，必要时可将预留空间增加到30%，从而确保公用区、分馏区、压缩机区等均具有足够的操作检修通道宽度。在综合考量多种因素之后，该项目设计管廊宽度为11.5m，在主管廊宽度大于9m的位置取中心点增加支柱，从而增强管廊宽度设计的稳固性。

1.3 管廊高度

管廊高度设计取决于分支管线的设置方案，应综合考量吊装作业的施工难度，也要确保预留出足够的检修通道。如揭阳滨海新区的广东石化炼化一体化项目中，因三联合装置中的催化裂化装置油气大管线吊装高度超过10m，所以在管线连接反应沉降器顶和分馏塔底入口，直接吊装作业设计高度跨距达增加到40m，将管径设计为1.6m。吊装作业跨越再生器等高层设备，在狭窄空间内实现了大管线与设备本体的精准对接。管廊高度设计与现场实际周密论证，制定了两段吊装方案，使用400t履带吊车、108m的吊杆，历时48h完成二段管线对接。虽然外廊高度超过常规作业，但是总体设计方案符合施工标准，所以吊装方案的实施难度随之降低。因为主管廊上管线的管径可以控制在DN200～300范围之内，所以垂直高差可以缩小到1.6m以内，通过45°弯头和90°弯头的错层排列，可以最大限度地缩小净空落差，故而装置内两处道路可以直接穿越主管廊，并在第二层管廊上梁体悬吊借力，使得火炬气管线以超过3%的坡度向分液罐倾斜，便于接入主管线，并确保公用管线预留出检修通道。

2 石油化工多层管廊管道布置的设计因素

2.1 物料因素

石油化工管道配管输送腐蚀性物料时，通常需要布置在平行管道外侧或下放。有毒、易爆、易燃的物料管道，必须远离人员聚集区域，同时布置安全阀、阻火器、防爆膜等配套施工方案[5]。冷热管道应尽量分开布置，如必须在同一支线管道内布置，可以采用冷管在下热管在上的设计方案，但是必须确保两条管线大于0.5m的安全距离。如采取交叉排列的设计方案，需要规范保温层厚度，同时将安全间距控制在0.25m以上。少数分支管道敷设坡度时，应以物料流动方向为主要设计方案，坡度应控制在1/100～5/1 000。输送大黏度物料的管道中，则需要将坡度提高到3/100。少数物料含固体结晶成分，则需要将管道坡度提升到5/100以上。

在设计长距离管道和蒸汽类管道时，应在管道源头加装带疏水器的放水口及膨胀器。为了确保管道运行安全性，必要时需要在输送高压蒸汽的管道内安装低压蒸气系统。如有必要，还需增加减压阀和安全阀。少数管道存在水锤和侵蚀问题，需要合理控制安装管道的直径。根据应力指标合理布置管道，也可以在主要位置设计“π”形管补偿器，同时安装推力补偿器，将相关设备连接到蒸汽管道内，可以有效避免水锤和侵蚀现象。除此之外，真空管道需要尽量缩短，同时减少管道内的曲折环节，从而最大限度提高真空度。避免使用截止阀，从而降低阻力并提高分支管道使用效率。

2.2 施工操作及维修因素

布置多层管廊管道，必须综合考量管道的承载力，必要时可以在并行管道外侧增加分支管线。引支管时，气体管应从主管线上方引出，而液体管道则需从下方引出。所有管道应尽量采取集中架空的布置方案，尽量减少曲折路线，以直达输送位置为统一设计原则。而施工作业中，也要尽量绕行设备、阀门、管件等主要施工位置，尽量与吊车作业时间错峰，旁支管线需预留2.2m以上的空间，从而避免管道安装受到外部施工环境干扰。管道应避免出现“气袋”“口袋”“盲肠”等常见施工故障，集气系统应尽量布置在便于蒸汽向上方排放的最高点。如采取混凝土加固施工，则可以将分支管道延墙体安装，秉承便于维修的基本设计原则，管道应与墙面保持微小间距，进而容纳阀门、管件等辅助设备。管路布置满足正常生产要求之外，还需综合考量开工、停工、故障处理等方面的具体要求。开停工期间，应合理分配支线管道的开停时间，开工装料和停工时排料时应启用旁路管道，从而适应管路操作变化，避免繁琐施工，提高管道施工效率。

2.3 安全生产及其他因素

阀门必须布置在便于操作的管道位置，尤其操作频繁的阀门需要布置在管道明显位置，按照使用频率排列阀门的顺序，可以避免管道检修时的不必要工作量。同时安全阀门连接在管道上的位置不同，起到了安全保障功能也略有差异。建议拉大各处安全阀门的实际间距，同时涂刷不同颜色，提示检修维护人员阀门对应管道的输送情况，避免出现引发重大事故的阀门安全问题[6]。在管道通过道路或有负荷地区时，必须增加相应的保护措施，从而避免管道外露造成泄漏风险。如果选用支架来支撑多层管道，则必须精准计算管道和阀门的总体重量，尤其需要参考非金属材料设备、制设备、硅铁泵等方面产生的额外重量，确保支架具有足够的支撑力，达到多层管道安全运行的实际建设标准。

除此之外，如果两组设备的间距较近，那么在架设多层管道时则不能采取直连方案，有时也会因为垫片配准难度高，导致多层管道连接出现松动问题。如果设备未与建筑物固定，或者有波形伸缩情况，多层管道可以采取直连方案，此外建议采取90°弯接或者45°斜接。管道通过外墙体时需要加安装大直径管套，而且需要高出支架顶层一段距离，抬高管道最高架设平台表面50mm即可。

3 石油化工多层管廊管道布置的配管设计方案

在布置管廊的配管设计方案时，应当将管廊装置规划在联系主要设备的关键位置上，且宜平行于装置的长边，通过尽量缩短管廊长度来控制提高传输销量，有效利用管廊内的空间结构，满足管廊与外界连结的便捷性，提高管廊的使用效率和检修便捷性，同时满足电缆沟、地下管道、建筑物等间距要求，避开设备检修场地，达到合理运用管廊空间的最佳效果。在具体的布置方案中，应重点关注带阀组管道、火炬气管道、热胀量管道、桥架附近管道，以及检修操作梯平台等方面的布置方案。

3.1 带阀组管道布置方案

带阀组管道要求具有一定的自控性能，在进出界区管线上，流量计阀组可以对管道内运输情况进行初步判断，而在分馏区各塔、储罐、换热器、泵之间增加节流装置，也需要充分考虑调节阀组是否够用。尤其阀组应设置在管廊距离地面较近的位置上，从而便于检修维护人员的现场操作。可以在多层管廊中将部分阀组布置在中间柱两侧，那么检修泵的区域则可以预留出足够空间，在管廊外部进行检修也会规避空间通道障碍。在计算管线承载的应力时，也需要充分核算调节阀组是否能够形成自然补偿。若管线数量较大，合理安排错综复杂的管道环境则显得格外重要。

3.2 火炬气管道布置方案

火炬气管道管直径较大，而且需要以一定坡度连接液罐，所以在设计低压和高压火炬气管道位置时，需要将其安置在分液罐区域，中间位置可以设计π弯管线，从而在分馏区和主管廊之间架构安全梁作为支撑，火炬气管线进出内外管廊时通过π弯中间部分，符合管廊应力设计标准，火炬气从分液罐进入管廊后再从Z型管道通过，可以对其设置单独的操作界区阀门，从而为后期检修提供便捷。

3.3 热胀量管道布置方案

在布置长距离的高温蒸汽管道时，必须充分考虑热膨胀对管道吸收自然补偿的作用。通常情况下，在π弯管线可以设置在隔段的管道附近，上层侧梁可以作为支撑π弯应力结构，在压力温度存在一定区别的蒸汽管道内，π弯管线应尽量采取集中布置方案，从而在管廊外侧设定管径大和温度高的部分管道，内侧则可以利用剩余空间来布置温度较低和管径较小的管道，有效利用多层管廊的空间效益，实现对π弯功能的传输价值最大化。除蒸汽管道之外，在多层管廊中还有很多高温管道，在布置这些管道时也要充分考虑利用高度落差来形成自然补偿。在热位移较大的情况下，应设置管托长度较大的管线，以此作为缓解热膨胀疏导功能，避免管道因膨胀系数增加而出现管托脱离横梁的问题出现。

3.4 桥架附近管道布置方案

电气电缆桥架和仪表可以布置在主管道附近，检修通道两侧适合布置检查口，用于后续主管廊对外侧管道情况进行探测。在部分多层管廊布置方案中，由于南侧的检修比例较少，所以经常将电气仪表向界区方向移动，电缆桥架截至界区前四跨的情况下仅设置一层的布置方案即可。这样的布置方案可以满足火炬气出口管线的检查需要，同时布置空间的安全性更高，不会对后续检查维修造成干扰。除此之外，界区平台设置在主管廊区与各分支管廊的桥架位置时，电缆桥架可以从主管廊顶部穿过，再引向地面泵位置，从而为配管方案预留出足够空间，避免与各分区连接管道之间发生危险性较高的碰撞。

3.5 检修操作梯平台布置方案

检修操作梯平台布置方案，主要是在管廊外每50m位置增加一段对称通道，每段通道不超过25m，通过架设联通在电气仪表桥架区域上的检查口，从而为检修多层管廊的仪表运行情况提供足够空间。检修通道连结在公共管线的阀门操作平台上，各区域管线在交叉和层叠位置，均可观察到具体的运行情况，所以即便是分馏区连结管道较多，检查时也可以通过检修操作梯平台避开主要的管道密集区，为后续检修管道提供便捷。

除此之外，界区梯搭设平台时，应根据阀门立装位置的情况来设置。如果管线在每层梁上的标高已经超过了楼梯间距离，那么排污收集管线和蒸汽吹扫管线则需要尽量错层布置。可以在跨平台每层平台上设置管线穿过处的开洞支架，唯有如此才能在多层管廊交叉作业的情况下，满足跨平台检修观察的空间需要，联通平台之间的斜梯便可以将检修人员直接送达关键位置，完成针对多层管廊的内部管道检修工作。

4 结束语

石油化工多层管廊立体维度布置中，应充分考虑管廊长度、管廊宽度、管廊高度等影响空间利用率的各种因素。布置多层管廊时，管道布置的设计因素也对设计方案产生不同程度的影响，主要是物料因素、施工操作及维修因素、安全生产及其他因素，控制好这些因素可以提高多层管廊管道布置的合理性与科学性。在具体的布置方案中，应重点关注带阀组管道、火炬气管道、热胀量管道、桥架附近管道，以及检修操作梯平台等方面的布置方案，从而提高多层管廊管道布置方案的优越性，为后续检修维护带来便捷性，为石油化工生产运输提供安全性。