曾寿智
中石化南京工程有限公司江苏南京210000
摘要：根据脂肪醇项目设备和管道的特点，针对特点如何进行设备布置优化和管道设计，阐述由于各种受限因素在设计时所采取针对性的措施，结合实际情况，提出解决问题的方法和修改建议，不断提高工程设计水平。
关键词：布置和管道设计；特点和对策；优化
1概述
某脂肪醇EPC装置，是以天然油脂（棕榈油）为原料高温负压裂解成脂肪酸和甘油，甘油提纯作为副产，中间产品脂肪酸既是脂肪醇的原料，也可单独出售。脂肪酸与脂肪醇生成蜡酯，用高压氢气还原经蒸馏提纯生成不同碳链分子脂肪醇产品。脂肪醇是精细化工的重要基础原料，广泛地应用于表面活性剂、洗涤剂以及润滑剂等。该装置工艺包是国外工程公司做的，已完成了设备布置，部分数据表和简单的三维模型，我们在此基础上进行详细设计。
2装置设备布置优化
工艺包中脂肪酸和脂肪醇两个单元的多层框架布置在装置东侧，将配电房和RIB室布置在两个框架间，装置东南面是压缩机房、导热油站。装置中间区域是中间罐区，装置西侧从北到南依次是污水处理、产品罐区、包装切片仓库、装桶仓库、汽车装车区，各单元之间管线通过东西向和南北向的管廊连接，总共约五万多一点平方的占地面积几乎没有可利用的空间，布置优化如下：
脂肪酸装置框架内有一个约18m3的卧式碱液储罐，四周设置了实体围墙，地面均要求铺设防腐砖，调整至室外露天，并将卧式调整为立式用围堰保护，从而减少框架内占地和降低发生事故时的危害损失。
氢气压缩机框架，基于该地区风沙大，扬尘多，所以在框架上增设顶棚，四周中上部也考虑了相应的围挡，该地区常年高温，由于介质是氢气，易燃易爆，从安全角度在顶棚顶部也增设了排风设施。
导热油系统，脂肪酸与脂肪醇两个单元的换热设备所需要的热源，全部来自于两个独立的导热油系统，但按照原工艺包导热油系统中的膨胀罐是共用设施，膨胀罐是要求布置在框架顶部，进膨胀罐的导热油是有步步高要求，两个独立框架的无法做到共用一个膨胀罐，因此若按原工艺包的共用要求根本无法实现，除非将单元内需要用导热油的设备做大的调整，基于工艺包当时已无法再做如此大的调整，所以在两个框架顶部分别设置了一台膨胀罐是最简单合理的做法。
3装置管道设计的特点和对策
3.1装置管道的特点
该装置管道所具有的特点是：①管线数量多；②设备布置紧凑，管道上穿下翻交叉多；③物料粘度大，介质凝固点低；④高温高压管线多；⑤部分317L管道材料采购周期长，需要尽早规划好设计；⑥衬里管、玻璃钢管多等。
3.2针对管道的特点进行的管道设计
（1）对于管线多、大直径管道、采购周期长的317L材料的管道，设计初期优先进行管道研究图布置，将管道分类集中统筹考虑，为了避免管道与设备、钢构或管道间的碰撞，大管道优先靠近梁、柱、墙布置，管线上阀门仪表观测统一在楼面或设置综合平台，装置内需要上穿管道布置在上层，公用工程管道布置在中部便于兼顾不同设备所需，众所周知，管道材料在30%和60%模型审后就该提出部分管道材料进行询价和采买，我们采取的是将采购周期长或施工难度大的材料先行设计输入模型，确保早期确定后便于采购，同时给后期的大批量采购和施工现场提供宝贵的时间。
（2）对于物料粘度大的浆液或残渣管道，在布置时管道所走路径尽量短，弯头数量少，避免盲肠或死角，在设置坡度的同时也增加了高压气体吹扫口及人工观察口，便于及时发现管道堵塞。诸如C16-C18高碳分子脂肪醇凝固点低的，通常只有80℃左右，一旦凝固，造成系统堵塞，系统阻力增加，达不到工艺循环量或输送量要求，为此我们在配管时这些管线尽量做到步步高或步步低，同时采用伴热的方式。
（3）对于玻璃钢管和非金属衬里管道，首先考虑支吊架间距小于或等于管道的允许跨距还结合现场实际情况，将玻璃钢管有操作阀门集中荷载较大地方，单独设置了支架，避免在阀门等重荷载部位出现管道脱离，扭曲，变形或立管不垂直状态而破坏管道。
（4）高温高压设备进出口或管道，容易产生大的位移和无规则的震动，管道除按正常布置时还要格外的重视管道的柔性和自然补偿，对支架的设置是经过严格的应力分析得出作用力的大小和方向，确定选择什么型号的钢构或钢板，避免因为支架本身不牢形成管道与支架处于震动状态，长此以往的震动疲劳运行极易使管道疲劳破裂，影响管道系统安全稳定。
（5）脂肪醇单元蜡酯加氢的高温高压物料管线温度高达260℃，工艺包要求物料管线的法兰都采用Hub法兰，这类法兰的优点是法兰之间有活动间隙，用以吸收高温所带来的扭曲、变形和吸收位移，但这类法兰缺点是容易泄漏，本身是带压高温管线，同时是装置的主要物料线，出现泄漏情况相当危急。此种情况可能的原因及处理结果是：①Hub法兰两侧螺栓的没拧紧；②安装时螺栓扭矩荷载过大，损坏了法兰间的密封材料；③工艺包中Hub法兰不适用于这种带压高温物料；④由于这种法兰两侧螺栓的特殊性，阀门或管部件重量偏大需要单独设置支架，否则会出现径向倾斜，经过多方讨论，将Hub泄漏法兰更换为环连接面法兰。
（6）塔的管道布置：塔的管道一般集中布置在配管区，人孔、阀门、仪表和梯子最好布置在操作区，并从塔顶到塔底优先布置大管道和有特殊要求的管道。见附图1，Φ2.5mX45m的蒸馏塔，操作温度约250℃，设计时经过模拟，塔顶受热膨胀位移最明显，超过110mm，而蒸馏后的物料凝固点低，所以针对这种高温、管径大、介质凝固点低的管道设计优化的措施：首先将蒸馏塔的管道进行研究图设计，一般塔的管道是沿塔体切线或同心圆布置，由于上述因素使管道就近塔布置应力通不过，因此设计时将管道单独拉出框架外，增加管道柔性吸收热膨胀的位移，部分小管线通过这种方式满足了要求，对于DN300及以上的管道，即使多绕了U型弯仍然通不过，后来集合U型弯布置、增设弹簧架受力通过，但位移量偏大，在靠近塔顶部的水平位置增设了波纹补偿器解决了此问题。
附图1
附图1中，此塔管道在设计模拟时出现另外情况是原先在塔中上部管道设置的承重支架，模拟后由于膨胀上移使原有安装在管道上承重架失去作用，此时管道的重量会传递到上下游支架或设备管口上，给其他支架和塔管口造成影响。若装置停车后，支架又恢复到原有设计支架的位置，对此设计做的优化是：在承重架下方布置了一个弹簧架，弹簧架的弹簧行程按照该承重架上移量来选型。因此，这种同一个位置多种工况的场合应设置弹簧支吊架或弹簧架与刚性支架组合。
（7）罐区的配管：该项目大部分储罐是常温常压罐，所以按常规配管设计，管道布置在管墩上，避免穿越防火提或隔，穿越部分设置了套管，根据操作通道要求，设置了跨桥。但由于罐区的储罐数量多达53台，使得围堰占地面积大，管道在围堰内走的路径比较长，加上当地常年气温炎热，夏季室外温度高达50℃，管线受热膨胀，所以管道设计时做了部分优化，给管墩上的主管在同一方向超过50m的管道在中间部位设置了固定架或限位架，同时在靠近罐管口支管附近设置了止推架，目的是减少管道端部的位移以及减少对罐管口的推力和扭矩。罐基础主要分为灌注桩和碎石桩，灌注桩由于是整浇混凝土基础，强度大沉降量小，碎石桩的储罐基础沉降量相对比较大，由于当地是靠海的沙漠地区，土质松软，地下水位浅，基础沉降量自然也较大，而且自然沉降周期长，有的甚至持续3-5年，最大沉降量超过400mm，也发生过管道被拉断的事例。这种情况下管道设计时采取的措施：
①罐侧面管口管道的第一个支架作用点应生根在罐基础上，便于管道随罐基础一起沉降。
②罐的立管管道支架全部设置在罐筒体上，立管靠近罐底部与该管线水平部位的支架要设置的尽量远些，约15倍该管道直径。
③管道在平面和立面都要保留相应的直管长度，一方面可以释放部分柔性，另一方面当沉降量超过管道允许的位移时可以增设可调支架或弹簧架。
④由于大部分是常温常压罐，当沉降量通过以上途径仍不能满足要求时，可以增设金属软管。
4结论
管道系统设计的优劣事关装置安全平稳的运行，随着装置规模大型化的趋势，对设计人员提出了更高的要求，因此管道设计不是一成不变的配管，除了按照标准规范执行外，还要熟知和掌握该项目所具有的特点和实际情况及文中提到的一些对策，结合装置特点，已有布置及同类装置积累好的经验，需要不断的总结和举一反三，有针对性的对管道进行研究和设计，既注重整体概念，又不忽视细节，才能设计出合理、经济、可靠的管道工程。
参考文献：
[1]殷福珊.天然脂肪醇的新型生产技术日用化学品科学第29卷12期，2006.12
[2]SH/T3040-2002石油化工管道伴管和夹套管设计规范.