石油化工装置工艺管道设计的合理性探究

石油化工装置工艺管道设计的合理性探究

栾津昭

中石油吉林化工工程有限公司，吉林 吉林132002

摘要：科技的进步，促进人们对能源需求的增多。石油化工是我国经济的重要组成部分，随着石油化工的快速发展，我国经济迅猛发展。在工业生产中有着至关重要的作用，然而石油由于成分复杂且易燃易爆，导致石油化工企业的生产过程中存在着较大的安全隐患，为了从根源避免这些隐患发生，很多石油化工企业在装置管道之初就要考虑如何设计管道可以保证安全且合理，石油化工装置管道的安全设计使得物料可以安全地被运输，一定程度上，保证了石油化工企业的生产效率。

关键词：石油化工；装置工艺管道设计；合理性

引言

新时代背景下，我国对各类石化材料的需求越来越大，这就进一步推动了各种大型石化项目的展开。而管道安装是石油化工工程中的常见工艺，与整体工程质量有着紧密的联系，受各种因素的影响，施工中往往会遇到一些风险问题。因此，就需重视工艺管道安装施工风险的分析，基于实际情况的前提下展开风险控制，这对于推动石油化工工程的可持续发展起着积极的意义。

1管道设计的一般原则

（1）管道布置不仅要整齐有序，成组成排，还要在规划布置管道的同时考虑管道的支撑的可能性和合理性。比如立式容器和管壳式冷换设备的配管，是局部采用斜线连接布管布置的。（2）在保证管道柔性及管道对设备机泵管嘴的作用力和力矩不超出允许值的情况下，应当用最少的管件，最短的长度连接起来，尽量减少焊缝。（3）在人员通行处，管道底部的净高不宜小于2.2m。需要通行车辆处，管底的净高视车辆的类型有所不同，通行小型检修机械或车辆时不宜小于3m；通行大型检修机械或车辆时不应小于4.5m。（4）并排布置管道的间距与下列因素有关:管外径、有法兰管子的法兰外径、有隔热层的隔热层厚度、两管间的净距。（5）管道穿过建筑物的楼板、屋顶或墙面时，应加套管，套管与管道间的空隙应密封。套管的直径应大于管道隔热层的外径，并不得影响管道的热位移。管道上的焊缝不应在套管内，并距离套管端部不应小于150mm。套管应高出楼板、屋顶面50mm。管道穿过屋顶时应设防雨罩。管道不应穿过防火墙或防爆墙。

2装置的主要危险因素

（一）一般工艺危险性。一般工艺中存在危险的环节有以下几种：（1）放热反应时，因一些特殊因素导致反应失控，从而热量发生失衡。（2）在对物料进行处理时，易燃物的不规范处理可能引发火灾。（3）封闭厂房内不易存放易燃、有害气体，可能造成火灾、爆炸、中毒的事故。（二）特殊工艺危险性。在特殊工艺中存在风险的地方如下：（1）毒性物质，生产过程中产生毒气体或是发生泄漏，如硫化氢就是一种神经毒性物质。（2）燃烧附近的操作，很多燃烧中会引入空气，如果比例没有控制好，可能形成爆炸性可燃物，容易引起爆炸事故。（3）低温，液化气体突然气化会使周围温度降低，产生低温，这种温度低于金属脆性转变温度，会降低金属的韧性，容易使金属材料因脆性断裂失效，进而造成事故。

3石油化工装置工艺管道设计的合理性思路探索

3.1合理进行管道分界

在设计工艺管道时，必须根据管道的重要性对整个系统进行拆解。在某些情况下，这项工作应从管道环境的角度进行。在特殊分析中，第一步是研究管道中的压力配置。这些工艺管道有两种类型的压力：高压和低压。由于不同的载体介质，不允许连接或连接它们，并且应考虑管道中中间输送过程所需的压力。其次，有边界和边界配置。不同的管道在总体布局方面需要不同的管道规划和布局方法。为了降低系统后期设计的复杂性，应根据现有标准和施工现场的停车要求确定几个边界点和边界。在分析项目可行性的过程中，有必要了解这些信息的科学性，并识别管道安装过程中管道施工是否存在矛盾。最后，在选择管道材料时，有必要分析管道载体和管道材料之间的兼容性，以及连接法兰和管道材料的设备之间的兼容性。此外，还应调查不同管道支架和管道之间的材料兼容性。如果确定载体材料与管道材料不兼容，则必须选择另一种管道或载体材料。

3.2管道布置设计

管道布置要严格遵循相关标准规范和项目规定，要考虑管道对脉冲振动的承受力和管道位移应力；考虑工艺设计的合理性、合理规划管道走向；考虑阀门和仪表的可接近性以及事故相关人员处理操作和撤离的顺畅；只有经审核通过且都符合相关标准的要求，管道布置设计才算完成。管道布置设计要综合考虑多方面的因素，如果仅考虑了一方面，导致另一方面不符合要求，这种管道布置设计也是不合理的。

3.3与工艺管道设计有关的其他因素

（一）环境因素。（1）管道中的气体或蒸汽，由于环境温度降低可能造成压力下降以致产生真空时，管道应能承受在低温下的外部压力或采取防止产生真空的措施。（2）管道中的介质由于环境温度的升高可能膨胀或汽化造成内压升高时，应使管道能承受升高后的压力，或采取管道隔热或安全泄压等措施。（3）当管道温度低于0℃时，应防止切断阀、控制阀、泄压排放装置或其他管道组成件的活动部件因霜冻而影响正常动作，一般宜采取隔热或伴热等措施。（二）热应力的影响。由于管道受到各种支承的约束或固定；由于管壁上温度的急剧变化而产生的温度梯度；或因两种不同材料所组成复合或衬里管道的基层与复层的热胀性能不同，以及夹套管因内外管温度差等而产生的热应力，应按《石油化工企业管道柔性设计规范》(SH3041-1991)进行应力分析并应符合GB50316的要要求。以防过大的应力引起管道或支架的破坏。

3.4管道机械设计

（1）管道应力分析的内容和目的。管道机械设计其实也是管道力学设计，主要是由支吊架计算、管道动静应力分析以及强度计算三部分组成的。分析和计算的目的也是为了保证管道可以在合理的载荷下可以安全工作，保证管道安全。（2）管道柔性设计。管道静应力超载的解决方法是增加管道柔性，让管道可以用自身变形吸收各种位移变形。在柔性设计时，要综合考虑各方面因素，如实际的工况条件、开工时间、停工时间以及除焦等因素，并要严格遵循相关标准和规范要求。同时要求管道机械设计和布置人员之间多交流沟通且配合得当以确保管道装置安全。（3）脉冲振动的控制。正常工况下，有两种脉冲振动是不可避免的，其一是往返式压缩机引起的脉冲振动，其二是泵吸入或排流引起的脉冲振动。不论是为了确保管道的安全，还是要延长机器的使用寿命，都需要有效控制生产过程中产生的脉冲振动。管道机械固有频率和脉冲频率相近或是重合时会发生共振，会增大动应力和振幅，从而导致更不可预料的后果，为了避免共振发生的解决方法是要求管道机械固有频率在激振频率0.8-1.2倍以上。管道规划的最后还是应由管道制造商充分运用声学振动学相关知识，对管道进行调整，生产出管系刚度强且满足工艺生产的要求和标准的管道。

结语

综上所述，石油化工企业的生产过程中存在着很多的危险因素和安全隐患，因此石油化工企业要从各方面综合进行安全设计，其中管道设计是安全设计中的重要一环，本文对装置管道进行了安全设计，以期给石化企业一定的参考，同时要结合其他安全措施，做好实际生产过程中的安全防护，保证安全生产，提高经济效益。

参考文献

[1]柯钧文.石油化工装置工艺管道设计的合理性探讨[J].中国科技期刊数据库工业A,2022(5):52-54.

[2]李欢.关于石油化工装置工艺管道设计的探讨[J].中国科技期刊数据库工业A,2021(7):79-80.

[3]万鹏飞.石油化工装置工艺管道设计的合理性分析[J].中文科技期刊数据库(全文版)工程技术,2022(9):182-184.

[4]安顺强,徐能鹏,张广玲.石油化工工程工艺管道安装安全风险控制路径探究[J].现代盐化工,2021,48(3):66-67.