石油化工管道设计要点分析

张涛

摘 要：只有合理地设计石油化工管道，才能保证后期安装管道工作的顺利开展，并且石油运输过程所需要的费用和石油化工管道安装情况也有着重要的联系，因此，应当确保合理设计石油化工管道，提升设计水平。

关键词：石油化工;管道设计;设计要点

化工工程对于我国经济发展以及社会建设等领域发挥着重要作用。由于其性质的特殊性，在操作中会有一定的危险，特别化学物质处理方面，一旦操作不当，就会造成泄漏，对操作人员甚至当地居民的安全造成威胁。对于管道以及材料的优化设计是化工工程建设的重要保障，因此对化工工程的管道优化设计进行分析，并对材料优化提出建议。

1 影响石油化工管道设计效果的主要因素

1.1 密封效果

现阶段我国石油化工企业主要采用的密封方法是管道法兰密封盒阀门密封方式，这种密封方式对于管道因为腐蚀而出现泄漏的情况有着很强的预防效果。通常最终的密封效果直接受到所选法兰密封材料结构形式和刚度等影响。这也从一定程度上说明石油化工管道设计质量受到实际密封效果的影响。根据实践经验可知，如果石油化工管道出现位移的情况，那么其安全性也就无从保障。当前我国很多企业的石油化工管道都存在不同程度的泄漏问题，管道的质量在阀门和法兰泄漏量达到2/3的时候会出现严重的问题，可能出现难以预估的后果，可见，石油管道设计中影响密封性的主要因素就是阀门和法兰。

1.2 物理损害

在实际使用过程中，受到温度的影响，管道可能会出现一定的受损情况，这些损害是由于物理原因造成的。管道材料结构受到低温环境的影响脆性会增加，导致降低了其冲击韧性，甚至可能出现管道断裂的问题。管道材料受到高温环境的影响，结构可能会出现一定变化，容易出现脆化、蠕变失效等问题，内部结构甚至可能会恶化导致管道无法正常使用。此外，金属材料在温度周期不断变化过程中会出现不同程度的损伤甚至断裂，对石油化工管道安全性产生危害。

1.3 腐蚀问题

石油运输管道安全的另一影响因素是腐蚀问题。根据性质的不同，腐蚀可以分为应力腐蚀、局部腐蚀、大气腐蚀、均匀腐蚀。不同管道因为材料和所处环境的不同其所遭受的腐蚀程度会不同，抗腐蚀程度也不同。石油化工管道需要较长时间的化学反应才能出现腐蚀表象，环境是影响腐蚀情况的重要因素，很难有效地预防这种腐蚀变化，所以泄漏问题也难以得到全部解决。

2 石油化工管道的设计要点

2.1 石油化工压力管道应力分析的设计要求

在进行管道应力分析设计时，需要注意管道布置的问题，为了提升应力分析与设计的方便程度，工作人员可以调节管道空间走向与支架数量，选择科学的支架形式进行管道连接，尽可能避免管道热胀冷缩出现泄漏现象。一旦管道柔性不够，在推力过大时就可能使设备变形、管道支架移动，最终导致管道断裂，所以要注重管道布置的合理性。另外，判断管道柔性是否达标，需要分析管道应力及其作用力，具体可以从三方面入手进行判断。第一，在内压和外在作用下，管道会出现一次应力，一次应力应该高于材料所需应力，通常情况下，只需按照规定进行管道选择即可承受一次应力。当出现持续外在应力时，管道也可凭借支吊架的作用抵挡受力。第二，管道热胀冷缩时会出现二次应力，此应力应该小于材料膨胀的许用应力承受范围内，当管道二次应力超过范围，而一次应力小于管道所需应力时，可以将一次用力加入许用应力，达到提高许用应力范围的目的。第三，对于气压机、汽轮机等机械的管道而言，出口嘴上的管道推力与力矩在制造商提出的允许规定内即可。

2.2 化工工程设备的优化设计

在化工工程设备的优化设计过程中，首先就是对设备进行布置设计，这也是化工工程设备优化设计的第一步，只有将管道以及各类设备按照自身属性功能进行完善布置后，才能开始接下来的一系列流程。在对化工设备管道进行布置时，必须要考虑其与工艺设计本身的协调性，必须要按照工艺流程进行布置，其次，化工设备的布置需要遵循不同功能对应相对设备这一理念。化工设备分为主要设备和辅助设备两种，在设备的优化设计中，需要对两个种类的设备进行科学化的放位设计，一般对于设备的摆放都是从通透程度，光线照射状况等因素进行考虑，并且在设备的使用中，要按照流程进行科学规范操作，避免造成设备的损坏。化工设备在布置过程中，必须要充分考虑其位置的可操作性，争取做到外观的统一，这不仅是为了追求协调美观，更是为了减少外观因素对于实际操作造成的影响。在有些操作生产过程中，比如在对于泵的出口管进行优化设计时，必须要做到出口管排列一致，管口对齐，只有这样才能减少由于设计环节导致的操作失误，并且可以为操作人员提供一个好的操作环境。在对于化工工程设备的优化环节中，以上几点是基础的设计流程，在实际的操作过程中，可以根据操作所需对设计进行相应的改变，达到减少操作失误提高建设质量的目的。

2.3 加热炉转油线

在设计加热炉转油线时，应该考虑到减压蒸馏装置布置问题，塔前蒸发段直管应该大于15m，各分支管需要对称布置，这样利于对转油线进行应力计算。在具体设计时，可以将炉出口前的炉管作为参考部分，之后将支架设置在圆筒炉的立管顶部，将导向管套设置在下部回弯头处，这样即便管道发生热胀下移，也不会对上部连接管产生影响。顶部支架可以设置为承重支架，这样可以提高活动范围，活动范围应尽量保持在50mm 内，这样既可以提高管道柔性，也利于实际现场操作。在操作带有再生或烧焦系统的转油线时，需要结合管道自重与垂直方向位移问题进行具体分析，尤其吊架设计方面，要先进行条件计算，之后再核算管道柔性。

2.4 加强对管道材料的重视

为保证管道使用的安全性，应当合理选择施工材料。工作人员要重视材料的选取，充分考虑材料运行的安全性和企业实际情况，从而保证管道使用安全的同时提高管道工程经济效益和社会效益。在进行管道材料选择中，应当提高调研市场情况，对实际情况进行充分了解，加强对不同材料的对比，选择物美价廉的材料。这就需要工作人员按照规定的要求进行操作，确保管道材料达到规定的标准。在采购期间，工作人员要向厂家提供相应的文件，了解管道材料具体信息，并对搜集来的材料进行归档，这样不但有利于后期对材料的复查，而且能够对管道设计提供参考依据。由于管道材料不同，使得使用性能有着较大差异，工作人员需按清单上的要求进行采购，并对管道材料进行归类，这样施工人员在对管道进行安装时更为便利，还能充分发挥管道材料的使用性能，进而提高管道材料的安全性。

2.5 汽轮机与气压机进出口连接管道

气压机这类高速转动设备的管道连接要求较高，不仅需要预留机器膨胀裕度，还要尽量使部件位置紧凑。所以具体进行管道布置设计时，要在管道满足应力设计需求的基础上，达成出口嘴的允许受力要求。可以在距离出口嘴较近的位置放置固定支架，管道方向尽量与出口嘴的位移方向一致。例如出口嘴向下，可以在下方设置弹簧支架。同时要限制对嘴口的力矩与作用力，为了防止管道发生激烈震动和侧向位移等问题，一定要和设置导向支架，并对支架的负荷进行计算，尽量减少嘴口的受力程度。

2.6 化工工程管道優化设计

化工管道对化工材料运输方面起着重要作用，所以也是化工工程设计的重点研究对象之一。在对化工工程管道的优化设计过程中，有以下几点注意事项，第一，就是管道的安装，在安装过程中，需要提前进行计算，规划位置，对管道进行合理布局，避免在安装时出现问题，管道的安装，首先要对管道后续维修检查工作进行考虑，所以管道布置需要有很大的操作空间，对管道进行架空处理，可以使维修人员对管道进行全方位的检查，第二，在管道的布置过程中，需要对管道的各项数据进行考察，如耐腐蚀性耐久度等，并且注意管道与管道之间的距离，使管道在实际运用阶段发挥其应有的效果。

3 结语

石油化工管道设计是石油化工装置中的极其重要的组成部分。设计者在管道设计中要把安全问题放在首要位置上，要严格按照管道设计的相关要求，结合使用工况和自身的工作经验，保证管道设计的安全合理，采取针对性的措施防止各个因素对管道的影响，确保管道成为石油、天然气等化工产品的安全运输途径。这样才能有效减少生产安全事故的发生和安全威胁，降低设计成本及建设成本，才能不断完善和提高自身的设计水平。

参考文献：

[1]李永红.石油化工管道设计要点解析[J].化工管理，2016 （29）：282.

[2]房文正，王竟.石油化工管道设计问题研究[J].石化技术， 2016，23（4）：241-242.