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【摘 要】配管设计是化工管道装置设计中的主体工作，对装置的投资、风格、外观、操作、检修和安全等有着重大的影响作用。配管设计一般指工艺装置内设备和管道设计，主要工作包括设备布置、管道布置、支架设计、器材选择等，此外还需要向仪表、设备、建筑、结构、电气、给排水等专业提供设计条件。文章对石油化工装置塔器管道布置的设计要求、支吊架的设置以及塔器配管设计中须注意的问题等进行了探究。
【关键词】化工管道；配管设计；研究
引言
化工管道塔器是用于气相和液相间或液相和液相间的传质或传热过程的设备，在石油化工企业中广泛应用，如用于气-液相间传质设备的分馏塔、汽提塔、吸收塔和解吸塔等；用于液-液间传质设备的萃取塔等。塔的类型很多，根据其结构可分为两大类型：即板式塔和填料塔。装置内按工艺流程塔器与回流罐、重沸器、空冷器、塔底泵和加热炉等诸多设备有紧密联系，故塔体上的开口数量与其他的设备相比要多得多，实际塔器配管设计中需要综合考虑相关设备的平面布置，详细规划，满足工艺、操作、检修和施工的要求，做到经济合理、减少费用。
一、化工管道塔配管设计中常见的问题分析
1、管道柔性。管道柔性通常是指管道通过自身的形变吸收应力，既要满足设备管口力和力矩的要求，也必须满足管道设计经济性和稳定性的要求。以满足工艺降温降压的要求。一般做法包括改变管道走向、调整支吊架形式与位置、选用波纹补偿器。其中合理设计管道走向是一种经济又实用的方法。
2、管架设计。管道支吊架不仅要承受管道的垂直荷载，也要承受来自各方面作用于官道上的力和力矩，限制管道的位移，满足管道系统的静力和动力的要求，确保管道和与之相连接的设备长周期安全运行。主要包括承重、限制性和弹簧支吊架以及防振支架。以弹簧支吊架为例，配管设计时注意的问题是弹簧架的安装空间，要留有足够的高度。虽然管道应力计算工作是由应力专业承担，一但配管工程师在工作中也需要注意管道的应力问题，需要应力计算的管线在设计过程中尽量实现其应力的自然补偿，此举不仅为应力专业提供方便，也利于管道的优化设计。
二、化工管道塔的配管设计
1、塔器管道总体布置
1.1塔器管道一般可分为塔顶管道、塔体侧面管道和塔底管道。塔顶管道包括塔顶油气、安全阀进出口、油气放空等管道；塔体侧面管道包括回流、进料、侧线抽出、汽提蒸汽、重沸器入口和返回等管道；塔底管道包括塔底抽出和排液等管道。上述管道都与塔体上的开口相连接，且一般都是沿塔体敷设的。一般装置塔管道设计如图（1）所示：
图（1）装置塔管道设计
1.2通常将塔的四周大致划分为操作和检修所需的操作侧（检修侧）和配管所需的管道侧。管道应布置在管道侧，不得四周均布，管道侧一般不设平台，平台和人孔均应设在操作侧。
1.3管道布置应从塔顶部到塔底部自上而下进行规划，并且应首先考虑塔顶和大直径管道的位置和自流管道的走向，再布置压力管道和一般管道，最后考虑塔底和小直径管道。且塔上部较大直径管道应布置在管道侧的中间、中下部连接的管道宜順序的布置在其两侧。
1.4管道侧布置的“管束”尽量布置在距设备中心同一曲率半径上。也可将管道布置在平行于设备切线的位置上。一般管外壁距塔外壁净距至少为300mm（当管道或塔设有隔热层时以隔热层外壁计算）。
2、塔顶管道的设计
2.1塔顶油气管道，又称塔顶馏出线，它是塔顶至换热或冷凝冷却设备之间的管道。管道内的介质一般为气相，管径较大，管道应尽可能的短，且应按“步步低”的要求布置，不得出现U形。如该管道接至空气冷却器时，为避免偏流，应采用对称式布置。分馏塔顶油气管道一般不隔热，只在操作人员接近管道的地方，才设防烫隔热措施。
2.2当设塔顶油汽管道至顶回流罐的热旁路管以控制塔顶压力时，热旁路管应尽量短，以减少压降；且不得出现U形，以避免积液；热旁路调节阀组应布置在回流罐上方的平台上。
2.3放空管道和安全阀出口管道有直接排放和密闭排放两种形式。塔顶放空管道一般安装在塔顶油气管道最高处的水平管段的顶部，在开工前暖塔或检修前吹扫时，可直接利用该放空管以排放塔内的蒸汽和油气。
3、塔体侧面管道的设计
3.1塔体侧面管道一般有回流、进料、侧线抽出、汽提蒸汽、重沸器入口和返回管道等。为使阀门关闭后无积液，上述这些管道上的阀门应直接与塔体开口直接相连，不应将阀门设在向下弯的垂直管段上。敷塔管道上阀门的安装高度，应以阀门手轮距平台1.0～1.5m为宜。
3.2进料（或抽出）管道在同一角度，不同标高上有两个以上的开口时，不得采用刚性连接，而应采用柔性连接。
3.3分馏塔侧线到汽提塔的管道上如有调节阀，调节阀组安装位置应靠近汽提塔，以保证调节阀前有一段液柱，液柱的高度应满足工艺提出的要求。
4、塔底管道的设计
4.1塔底抽出线应引至塔裙或底座外，塔裙内严禁设置法兰或仪表接头等部件。塔底到塔底泵的抽出管道在水平管段上不得有U形，应是“步步低”，以免塔底泵产生汽蚀现象。抽出管上的隔断阀应尽量靠近塔体，并便于操作。
4.2塔底的操作温度一般较高，因此在设计塔底管道时，管道柔性应满足有关标准或规范的要求。尤其是温度较高的塔底抽出管道与泵相连时，管道既应短而少拐弯，但对其自然管段不能满足自补偿时，应采用改变管嘴方位，移动塔底泵的位置等方法，使管系有足够的柔性，以减少泵嘴子的受力。
4.3塔底重沸器与塔连接的气、液相管道应对称布置并尽量减少压降，一般的重沸器气相返塔管道应进行热应力计算。同时为使塔底液面与重沸器液面的高差所形成的静压头足以克服降液管、重沸器和升气管的压力损失，管道设计时应将塔器和重沸器的安装高度以及相应管线布置方案委托工艺专业进行核算。 5、塔上其它管道的设计
5.1塔器消防蒸汽管道应从蒸汽总管上方引出，总阀应设在塔器下层平台易于操作处。为操作安全，各层平台消防蒸汽半固定式接头应与平台成切线方向安装，其位置应设在靠近梯子并便于操作处，联合平台则应在楼梯间或在中部较高的一个塔处设一条消防蒸汽管供各塔使用。
5.2塔管道需要伴热时，应在高点给汽、低点疏水，凝结水是否回收视全装置统一要求而定。
5.3需要有软管站的塔，仅在有人孔的平台上设置软管站，最底层平台上的人孔，应共用地面软管站。
6、塔器管道支吊架的设置
沿塔敷设管道的支架，一般生根在塔的外壁上，由于塔的热胀或基础下沉产生的位移与管道的热胀量不同会产生相对位移。因此，生根在塔外壁上的支架的设计应按最不利的工况确定其位置和型式。
为减少敷塔管道对设备管嘴的应力，避免管道振动，沿塔敷设的管道均应设置承重支架和导向支架，必要时还应设置弹簧支架；固定承重支架应安装靠近设备管嘴处以减少管嘴受力。如果管道重量过重，一个固定承重支架承重有困难时，可增设一个弹簧承重支架；敷塔管道距离较长，在承重支架之下，应按规定间距设置导向支架；当管道离开塔器管嘴立即转弯时，应在立管距管嘴最近處设固定承重支架；当管道在中间转弯时，弯管下第一个支架设置固定承重支架还是导向支架，应充分研究热应力之后再确定；不与塔器管嘴相连的敷塔管道，如消防蒸汽管道或是引至塔上放空的管道，其固定承重支架应在立管的下部设置，其余设置导向支架；安全阀管道上设置的支架应能承受泄放时的反作用力，安全阀出口管道应设固定支架；敷塔管道支架所需贴焊在塔器上的垫板，当塔器需要热处理时，应将该垫板委托给设备专业。
结束语
综上所述，化工管道塔器的管道设计，除了应满足工艺要求外，尚应考虑管道柔性、管道的热应力（包括开停工状况）及塔器本体的热位移和基础下沉等情况，且应方便检修和操作，并尽量节约管道使其布置合理、经济、整齐、美观。
参考文献：
[1]张云鹤.石油化工工艺装置蒸汽管道配管设计研究[J].石油化工设备技术.2012（17）：149-151.
[2]姜绍明.《石油化工装置工艺管道安装设计手册》北京：中国石化出版社，2007.
[3]《石油化工装置塔配管设计技术规定》，2007.
【关键词】化工管道；配管设计；研究
引言
化工管道塔器是用于气相和液相间或液相和液相间的传质或传热过程的设备，在石油化工企业中广泛应用，如用于气-液相间传质设备的分馏塔、汽提塔、吸收塔和解吸塔等；用于液-液间传质设备的萃取塔等。塔的类型很多，根据其结构可分为两大类型：即板式塔和填料塔。装置内按工艺流程塔器与回流罐、重沸器、空冷器、塔底泵和加热炉等诸多设备有紧密联系，故塔体上的开口数量与其他的设备相比要多得多，实际塔器配管设计中需要综合考虑相关设备的平面布置，详细规划，满足工艺、操作、检修和施工的要求，做到经济合理、减少费用。
一、化工管道塔配管设计中常见的问题分析
1、管道柔性。管道柔性通常是指管道通过自身的形变吸收应力，既要满足设备管口力和力矩的要求，也必须满足管道设计经济性和稳定性的要求。以满足工艺降温降压的要求。一般做法包括改变管道走向、调整支吊架形式与位置、选用波纹补偿器。其中合理设计管道走向是一种经济又实用的方法。
2、管架设计。管道支吊架不仅要承受管道的垂直荷载，也要承受来自各方面作用于官道上的力和力矩，限制管道的位移，满足管道系统的静力和动力的要求，确保管道和与之相连接的设备长周期安全运行。主要包括承重、限制性和弹簧支吊架以及防振支架。以弹簧支吊架为例，配管设计时注意的问题是弹簧架的安装空间，要留有足够的高度。虽然管道应力计算工作是由应力专业承担，一但配管工程师在工作中也需要注意管道的应力问题，需要应力计算的管线在设计过程中尽量实现其应力的自然补偿，此举不仅为应力专业提供方便，也利于管道的优化设计。
二、化工管道塔的配管设计
1、塔器管道总体布置
1.1塔器管道一般可分为塔顶管道、塔体侧面管道和塔底管道。塔顶管道包括塔顶油气、安全阀进出口、油气放空等管道；塔体侧面管道包括回流、进料、侧线抽出、汽提蒸汽、重沸器入口和返回等管道；塔底管道包括塔底抽出和排液等管道。上述管道都与塔体上的开口相连接，且一般都是沿塔体敷设的。一般装置塔管道设计如图（1）所示：
图（1）装置塔管道设计
1.2通常将塔的四周大致划分为操作和检修所需的操作侧（检修侧）和配管所需的管道侧。管道应布置在管道侧，不得四周均布，管道侧一般不设平台，平台和人孔均应设在操作侧。
1.3管道布置应从塔顶部到塔底部自上而下进行规划，并且应首先考虑塔顶和大直径管道的位置和自流管道的走向，再布置压力管道和一般管道，最后考虑塔底和小直径管道。且塔上部较大直径管道应布置在管道侧的中间、中下部连接的管道宜順序的布置在其两侧。
1.4管道侧布置的“管束”尽量布置在距设备中心同一曲率半径上。也可将管道布置在平行于设备切线的位置上。一般管外壁距塔外壁净距至少为300mm（当管道或塔设有隔热层时以隔热层外壁计算）。
2、塔顶管道的设计
2.1塔顶油气管道，又称塔顶馏出线，它是塔顶至换热或冷凝冷却设备之间的管道。管道内的介质一般为气相，管径较大，管道应尽可能的短，且应按“步步低”的要求布置，不得出现U形。如该管道接至空气冷却器时，为避免偏流，应采用对称式布置。分馏塔顶油气管道一般不隔热，只在操作人员接近管道的地方，才设防烫隔热措施。
2.2当设塔顶油汽管道至顶回流罐的热旁路管以控制塔顶压力时，热旁路管应尽量短，以减少压降；且不得出现U形，以避免积液；热旁路调节阀组应布置在回流罐上方的平台上。
2.3放空管道和安全阀出口管道有直接排放和密闭排放两种形式。塔顶放空管道一般安装在塔顶油气管道最高处的水平管段的顶部，在开工前暖塔或检修前吹扫时，可直接利用该放空管以排放塔内的蒸汽和油气。
3、塔体侧面管道的设计
3.1塔体侧面管道一般有回流、进料、侧线抽出、汽提蒸汽、重沸器入口和返回管道等。为使阀门关闭后无积液，上述这些管道上的阀门应直接与塔体开口直接相连，不应将阀门设在向下弯的垂直管段上。敷塔管道上阀门的安装高度，应以阀门手轮距平台1.0～1.5m为宜。
3.2进料（或抽出）管道在同一角度，不同标高上有两个以上的开口时，不得采用刚性连接，而应采用柔性连接。
3.3分馏塔侧线到汽提塔的管道上如有调节阀，调节阀组安装位置应靠近汽提塔，以保证调节阀前有一段液柱，液柱的高度应满足工艺提出的要求。
4、塔底管道的设计
4.1塔底抽出线应引至塔裙或底座外，塔裙内严禁设置法兰或仪表接头等部件。塔底到塔底泵的抽出管道在水平管段上不得有U形，应是“步步低”，以免塔底泵产生汽蚀现象。抽出管上的隔断阀应尽量靠近塔体，并便于操作。
4.2塔底的操作温度一般较高，因此在设计塔底管道时，管道柔性应满足有关标准或规范的要求。尤其是温度较高的塔底抽出管道与泵相连时，管道既应短而少拐弯，但对其自然管段不能满足自补偿时，应采用改变管嘴方位，移动塔底泵的位置等方法，使管系有足够的柔性，以减少泵嘴子的受力。
4.3塔底重沸器与塔连接的气、液相管道应对称布置并尽量减少压降，一般的重沸器气相返塔管道应进行热应力计算。同时为使塔底液面与重沸器液面的高差所形成的静压头足以克服降液管、重沸器和升气管的压力损失，管道设计时应将塔器和重沸器的安装高度以及相应管线布置方案委托工艺专业进行核算。 5、塔上其它管道的设计
5.1塔器消防蒸汽管道应从蒸汽总管上方引出，总阀应设在塔器下层平台易于操作处。为操作安全，各层平台消防蒸汽半固定式接头应与平台成切线方向安装，其位置应设在靠近梯子并便于操作处，联合平台则应在楼梯间或在中部较高的一个塔处设一条消防蒸汽管供各塔使用。
5.2塔管道需要伴热时，应在高点给汽、低点疏水，凝结水是否回收视全装置统一要求而定。
5.3需要有软管站的塔，仅在有人孔的平台上设置软管站，最底层平台上的人孔，应共用地面软管站。
6、塔器管道支吊架的设置
沿塔敷设管道的支架，一般生根在塔的外壁上，由于塔的热胀或基础下沉产生的位移与管道的热胀量不同会产生相对位移。因此，生根在塔外壁上的支架的设计应按最不利的工况确定其位置和型式。
为减少敷塔管道对设备管嘴的应力，避免管道振动，沿塔敷设的管道均应设置承重支架和导向支架，必要时还应设置弹簧支架；固定承重支架应安装靠近设备管嘴处以减少管嘴受力。如果管道重量过重，一个固定承重支架承重有困难时，可增设一个弹簧承重支架；敷塔管道距离较长，在承重支架之下，应按规定间距设置导向支架；当管道离开塔器管嘴立即转弯时，应在立管距管嘴最近處设固定承重支架；当管道在中间转弯时，弯管下第一个支架设置固定承重支架还是导向支架，应充分研究热应力之后再确定；不与塔器管嘴相连的敷塔管道，如消防蒸汽管道或是引至塔上放空的管道，其固定承重支架应在立管的下部设置，其余设置导向支架；安全阀管道上设置的支架应能承受泄放时的反作用力，安全阀出口管道应设固定支架；敷塔管道支架所需贴焊在塔器上的垫板，当塔器需要热处理时，应将该垫板委托给设备专业。
结束语
综上所述，化工管道塔器的管道设计，除了应满足工艺要求外，尚应考虑管道柔性、管道的热应力（包括开停工状况）及塔器本体的热位移和基础下沉等情况，且应方便检修和操作，并尽量节约管道使其布置合理、经济、整齐、美观。
参考文献：
[1]张云鹤.石油化工工艺装置蒸汽管道配管设计研究[J].石油化工设备技术.2012（17）：149-151.
[2]姜绍明.《石油化工装置工艺管道安装设计手册》北京：中国石化出版社，2007.
[3]《石油化工装置塔配管设计技术规定》，2007.