石油化工压力管道设计浅析

郭体英

摘要：随着石油化工的信息化、大型化、现代化和智能化的发展，对于石油化工装置的设计要求越来越严苛，与此同时，在石油工程设计中，管道设计是一个关键的设计步骤，它的设计水平将会直接影响到整个装置的经济性和周期性。针对这一现状，通过对石油化工压力管道的设计工程和关键技术进行简单地剖析，以期对相关行业有一定的借鉴作用。

关键词：石油化工；压力管道；管道设计；设计要点

引言

压力管道的设计是一项涉及多个领域的综合性技术，对管道设计人员来说，需要将材料、力学、机械等多个领域的相关知识相融合，进行综合设计，在设计过程中，既要对工艺有一定的认识，又要对设备、结构等方面的基本知识有一定的了解，对石油化工装置的维修和运行模式有一定的掌握，同时还要提高总体施工效率。根据施工的设计条件和有关要求，要遵守法规，并做好对安装管道设计的有效管理。因此，对石化压力管道的设计流程和关键问题进行研究，具有重要的实践意义。

一、石油化工压力管道的设计流程

在石化压力管道的设计过程中，无论是国内外的有关工程企业还是设计院，都认为压力管道的设计的关键是三个方面：管道材料的设计、管道应力的分析和管道布局的设计。管道的材料设计是压力管道的设计依据，对整体工程的经济效益和可靠性有很大的影响。管道压力的分析是整个系统安全的基本保证，而管道的布局设计是压力管道设计的终极目的，它必须贯穿于整个设计过程。在管道布置与设计的过程中，还可以将其分为两个部分，分别是基础设计与详细设计。基础设计是指在满足设计条件和用户基础的前提下，保证与设计有关的标准规范、管道材料等级，进而实现对管道走向、支撑等方面的综合布置。在详细设计过程中，要以设计基础为依据，进行好对其进行修改和完善，并做好管道元素的定位以及隔热防腐的设计，并在非标准支吊架设计和应力分析的基础上，完成装置平面、管道以及管道材料等多方面的设计。

二、石油化工压力管道的设计要点

（一）材料设计要点

在对压力性管道的材料进行设计的时候，要以管道级别、设计温度、设计压力以及介质特性为依据，对设计的基本要求进行明确。此外，还要对材料的耐腐蚀性、加工性能、焊接性能以及经济效益展开全面的分析，此外，在管道材料的选择上，应该以国家有关标准和有关技术条件为依据，对其进行全面地考量。在石化设备的设计中，有压管线的腐蚀总体上分为两类，即完全和部分。全面腐蚀指的是管道的材质，在酸碱溶液的条件下，管道的壁厚会随时间而改变，通常把不锈钢作为抗全面腐蚀的材料，但其适用范围也有一定的局限性，要根据使用环境来进行综合分析。比如18-8系不锈钢是一种耐硝酸腐蚀的物质，而含有 Mo的18-8 Mo系对于氧化性酸的耐腐蚀性则是较低的，而对于硫酸不锈钢，它的应用不仅仅限于狭窄的浓度范围以及温度范围，这时就必须要对管道线速、介质温度、压力以及振动等有关因素的控制进行充分地考虑。局部腐蚀主要是晶间腐蚀、应力腐蚀、疲劳腐蚀等，在石化装置的管道腐蚀中占70%左右。在实际的设计过程中，必须对其耐蚀性进行全面的考量，比如，选用低碳的不锈钢，能够避免碳化铬，进而减少晶间腐蚀的危险，尽可能降低应力集中和热处理消除同时预防应力腐蚀问题。

（二）应力分析设计要点

在石化工业在设计中，对有压力管道进行的应力分析，主要是对管道和元件的强度、刚度以及振动水平进行探索，并以管道的布局为基础，为其提供安全保证。利用针对管道应力、管道振动力学展开综合分析，并适当地改变管道的走向和管道支撑条件，从而达到管道刚度和强度的基本要求，管道的应力分析方法属于动力、静力两个方面进行综合分析。

动态分析的侧重点是复泵、大型机组管道水锤和冲击载荷作用下的振动，其重点是防止管道系统出现机械谐振和疲劳损坏的问题。静力分析是指在静载荷的基础上，对管线进行受力分析，其主要内容包括：管线在压力载荷和连续载荷的影响下的一次应力，管线在热膨胀和端点附加变形的影响下的二次应力，管线对设施所产生的受力。在设计时，关键是要采取有效的干预措施，防止出现热塑性变形问题，并防止泄漏，保证设备和机组的运行效果。

在对管道进行设计时，确定管道是否有必要对其进行细致的应力分析，并对其进行了验证，这是管线应力分析设计的关键。国内和国外有关管道设计的标准有GB50316—2000, SH/T3041-2016, ASMEB31.3, ASMEB31.1等。对于二次应力的检验，必须以所求的应力因子为基础，同时要注意对面内外两种情况的区别对待。

（三）管道布置设计要点

在进行压力管道的设计时，应该遵循统筹化的原则，需要以工艺、管道以及仪表流程图为基础，进行基础的设计。在进行塔器管道的布设时，要根据塔的周围功能来区别，这样才能保证平面、梯子和吊柱等的合理布局，以便能够及时高效地进行维修工作。从塔顶部至冷换装置的管道应该维持递减的原理，以避免出现水泡现象。就塔底处的排出管道与水泵连接而言，塔顶的架设高度应符合水泵空化率的有关规定。为了避免出现催化剂的大规模积聚或积聚现象，在设计中必须针对流化床进行改进。在管式反应釜中，管线布置应以装置入口额外位移量为基础，根据管线受力计算的成果来选取合适的管架形式。在空气冷却装置中，在管道的进出口部位要避免液袋的产生，在管道的无流量调节阶段，进口的管道要采用对称的设计，当管道为气液两相时，进出口的管道也要采用对称的方式进行配置。

（四）管道支架与保温设计

一般说来，管道的支吊架根据其功能可以被分为三种不同的功能：减振、限制和承重。其中，减震支架的功能是对热膨胀作用或重力作用之外的所有力进行降低或者是控制，比如地震、风力以及机械振动等。限制支撑是指用于对管道进行控制、限制、阻挡和热传导的支撑。称重是支撑着管道的重量，以及竖直的重量。在进行设计的时候，要注意与之有关的技术规定，而对管道的应力进行计算，是为了更好地保证管道的内部和外部作用能够继续发挥，因此，还可以利用合格验收标准，来达到一个有效的管道设计标准。比如，在计算管道由于热胀冷缩或其他部件受到外力作用时，就必须根据所形成的对装备的力矩与推力来进行计算，以达到对管道装备的安全承受范围。在隔热设计上，要符合工业设计及管道隔热工程的设计要求，在隔热材料上，要对其进行导热系数曲线、导热系数公式的处理，对于致密或疏松绝缘体，给出应用密度下的曲线图或热传导公式，并在初始设计阶段进行论证，以澄清绝缘体的计算结果。在进行绝热设计时，要保证温度、可燃性和难燃性等指标的精度，可以使用具有憎水性能、吸湿水性的监控方法。

结论

总之，在设计石油化工的压力管道的时候，要符合建设项目的基础设计条件、要求和法律规定，并且要在设计规范的基础上，要全面地进行管道的材料的选用，并为管道的柔性设计、现场施工以及后期操作等方面提供方便的支撑，以此来保证整体的石油化工的运行安全，促进了压力管道系统的正常运转，进而促进了我国的石油化工行业的持续发展。

参考文献：

[1]李洪昌，王晓迎.石油化工压力管道柔性设计的浅析[J].化工设计通讯，2019，45(3):1-1.

[2]陈军军.石油化工压力管道安装工程质量监理[J].区域治理，2019，000(001):115-116.