改造项目中大口径高空管道敷设方案解析

陈龙飞 惠益嘉

摘 要：针对改造项目的特殊性，结合高空大口径管道敷设出现的难点，造成改造项目方案制定困难、拖延工期、施工困难和大幅度提高改造成本等问题，经过调查分析，结合改造项目的实际，阐述了高空大口径管道的特点，提出不同的改造方案并对比优化，解决了改造项目中高空大口径管道的敷设问题，节约了改造工期，并降低了改造成本和高空管道敷设的风险。

关 键 词：改造项目；高空管道；大口径管道；设计方案

中图分类号：TQ 052 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2016）08-2017-03

Abstract： In view of the particularity of the reconstruction project， the difficulties of laying large diameter pipe caused many problems： its difficult to plan the project scheme， construction period was delayed， the construction cost increased. Through investigation and analysis， combined with actual reconstruction conditions， characteristics of the large diameter high altitude pipe were introduced， specific improvement schemes were compared， the problems about laying large diameter high altitude pipes in the reconstruction project were solved to reduce renovation costs and the risk of overhead pipe laying.

Key words： reconstruction project； high altitude pipe； large diameter pipe；design scheme

经调查山东某炼厂炼油装置需扩能改造，该改造项目涉及DN600管道一根，根据现场情况，改造后该管道约有20 m为高空管道与地面平行，且距离地面约为30 m。该段管道不仅施工难度大，而且风险系数高，如处理不当，则会给该装置日后的生产运行带来巨大的安全隐患，针对改造项目的特殊性进行分析，准确的提出相应改造方案，对该装置的施工进度和日后的安全运行都十分必要，也对类似的管道起到借鉴和指导的作用[1，2]。

1 管道设计方案及参数

该管道为无缝碳钢管，外径壁厚?630×14 mm采用GB/T9948-2013标准，且管道为保温管道，保温厚度80 mm，保温材料密度为120 kg/m3。正常运行时，管内介质主要成分为油气，以气相为主，混有微量液相，其介质密度为4.976 kg/m3，操作温度101 ℃，根据管道应力分类，属于需要进行应力计算的管道，因此该管道不仅要方案合理，而且须满足应力要求，将该管道的参数和设计方案一并提交给应力分析专业进行应力计算。管道参数详见表1。

2 设计方案分析和对比

根据该项目的现场实际情况，结合应力分析专业对该管道的计算结果，经过多方案筛选后，提出以下三种设计方案。

2.1 方案一

利用该项目中空地，新建一个约30 m高的地面支架对该管道进行支撑，该方案可以解决高空管道的支撑问题、应力问题，且管道受力较好，安全可靠，但是缺点也尤为明显，不仅造价高、工期长、不美观，而且不可预见的与其他管道碰撞也是该方案的致命缺点，详见图1。

2.2 方案二

该管道临近的原有管廊高度约为12 m米，该方案利用原有管廊，在其基础上增加约18 m高的钢柱对管道进行支撑，该方案的优点是造价相对方案一有所减少，利用旧有管廊管道敷设方便，相对美观，工期也較方案一有所减少，但是缺点也较为突出，在改造项目中，不仅工期非常紧迫，而且投资也要尽量减少，如此大的拆装量和投资额，依然是不符合投资方利益的，详见图2。

2.3 方案三

2.3.1 方案提出

该方案可利用原有汽提塔T-1003，在塔壁生根焊制支架对管道进行支撑，此方案优点显著，不仅最大限度的降低了成本，减少了施工工期，而且管道敷设美观，流程顺畅，但是由于该方案利用原有塔器生根支架，存在一定的安全隐患，须经过多方核算确定可行后方可实施，详见图3。

2.3.2 方案分析

首先，将该方案提交至应力分析专业，经过对管道应力分析，塔壁生根的支架主体为双悬臂支架，并结合弹簧支架对管道进行支撑[3，4]。

其次，将应力分析结果提交至设备专业和结构专业，设备设计人员经过核对原有图纸和计算书，该塔的壁厚能够满足该管道的支撑需求，该塔的竖向热位移为5.4 cm，可以选取合适的弹簧支架进行调节，结构专业经过核算，该塔的原有基础能够满足荷载要求，受力情况和支架见图4。

经过多方协调和各专业配合，成功消除了方案三中相应的安全隐患，确定了方案的可行性。

2.4 方案对比及选取

根据上述三种方案涉及的内容和参数，将三种方案的各项指标进行对比，详见表2设计方案统计表。

通过对比不难发现，方案三的各项指标均远远优于方案一、二，结合该项目的现场情况，能够满足方案三的具体实施，但表格中方案三的安全性略低于其他方案，为了提高安全系数，对方案三进行了一定的优化。

2.5 方案优化

方案三的安全性偏低的主要原因来自旧有汽提塔T-1003，该塔的设计壁厚为10 mm，于2005年投入生产，实际壁厚应略低于10 mm，经局部实测约为9.9 mm，仍然可以满足荷载需求，但是该塔的热位移却不能通过简单的计算得出，为了降低安全隐患，在施工过程中要求先焊接两侧构架上的刚性支架，然后敷设管道，敷设完毕后，再进行塔T-1003上的支架焊接，该方法可以消除T-1003在生产过程中产生的热位移，再由弹簧支架调整，完全可以解除该安全隐患，将方案三的安全性再提高一个等级。

3 受力分析和支架选取

3.1 受力分析

如图4，汽提塔T-1003塔壁为主要受力点，使用两根槽钢[10作为主要承重悬臂，且在构架两侧均设置刚性支架，因此塔壁的垂直荷载应为G=P/3，其中G为图中支架垂直荷载，P为两侧管道总荷载。

3.2 支架选取

根据应力分析的结果，该管道的直线最大跨距为19.7 m，设计方案为18 m，能够满足跨距要求，但是在18 m的跨距下，该管道会出现1 cm的弯矩，虽然满足应力要求，但仍然存在一定风险，因此在图4中增加弹簧支架，防止管道塌陷[5]。

4 三种方案的选择

4.1 方案一的选用

抚顺市某炼厂常减压装置中，DN600的油气管道平行地面，高约23 m，由于无临近的设备和管廊，没有可利用的辅助设施，且该管道不允许有低点，因此只能在地面打基础，搭建钢结构的支架，以满足现场的实际需求，虽然造价相对高昂，但此类高空管道的支撑也是重中之重，在无其他方法时，推荐选用。

4.2 方案二的选用

盘锦市某炼厂加氢装置中，DN500的油气管道平行地面，高约27 m，管道下方为装置管廊，由于该项目为新建项目，故可采用加高管廊立柱，增加管廊基础荷载的办法，对该管道进行支撑，满足管道的应力需要，此种办法适用于新建项目，虽然投资有所增加，但是管道受力均匀，而且相对美观，对工期影响也较小[6，7]。

4.3 方案三的选用

结合山东某炼油厂改造项目的实际，DN600的高空大口径油气管道选用了方案三，方案三经过设计、施工后，于2015年4月正式投产运行，经实测，该管道一直运行平稳，受力均匀。

5 结 论

设计方案多种多样，高空管道设计常见的几种状况已在文中提出，并均有具体的实例，实际工作中也有特殊的案例，可以具体情况具体分析，设计方案各有特点，针对不同的工况，采用不同的设计方案，不仅能够降低投资，缩短工期，而且使改造项目更加可行。

參考文献：

[1] 陈永亮. 石油化工装置中低压大口径管道设计探[J]. 炼油技术与工程，2010（4）：15-17

[2] 陈传胜，敖锐，姚琳. 大口径、高压力长输天然气管道的投产技术[J]. 油气储运，2013（2）：45-48.

[3] 李明哲. 大口径高等级钢埋地管道截面稳定性研究[D]. 成都：西南石油大学，2014.

[4] 杨兰州，王喜月. 论大口径管道建设的六大关系及设计理念[J]. 天然气与石油，2004，27（6）：27-30

[5] 刘香兰，王颖. 大口径热力管道及其底部支架的应力分析[D]. 哈尔滨：哈尔滨工程大学，2010.

[6] 马明生， 杨欢军. 大口径管道站场工艺安装流水作业法的质量控制[J]. 石油工程建设，2011，20（8）：15-18.

[7] 赵善政. 试论大口径管道安装过程的施工管理[J]. 炼油技术与工程，2008，21（8）：10-13.