不锈钢工业管道是指工矿企业等单位为生产制作各种产品过程所需的工艺管道、公用工程管道及其他辅助管道。不锈钢工业管道配管设计属于多学科综合性专业,是根据装置工艺、设备、结构、仪表、电气等各专业的设计要求,结合装置特点、地理位置、气候条件、设备和管道特性及维护人员实际操作等因素,并遵循相关法律、规范和规定,在规定的时间内合理地布置设备及有关设施,并用不锈钢管道及其组成件将装置中各设备安全、经济、合理、美观地连接成为一个系统的整体,是集体的、创造性的智力劳动。
本书重点介绍配管设计的装置设备布置(工艺装置布置)、管道布置设计及其有关的专业内容与工程应用。
不锈钢配管设计是详细设计的主导专业,起着承上启下的作用,贯穿了工程设计的全过程。工艺装置布置及配管设计工作是一个反复修改、不断完善的过程,大到全厂的设备布置,小到一个螺栓、螺母、垫片都在所需要考虑的范围内。工作量大,程序繁琐,设计内容复用性低,参与人员多,专业内部和专业外部协调界面多。图1.1所示为某石油化工项目各专业人工时百分比图,通常配管设计占项目总工时的比例在40%左右。
工艺装置布置设计是指将一个生产装置所用的设备、建构筑物、管廊、通道等按一定的规则在图纸、3D模型或电子CAD图内进行定位的设计过程。它涉及工艺流程要求,生产操作和检修要求,与其他设备或装置的关系要求,所在地形和面积大小的要求,环境的要求等。工艺装置布置的好坏直接影响装置的操作、检修、安全、美观和经济性,它对不锈钢管道布置设计也起到宏观控制作用。工艺装置布置会影响设备之间连接管道的柔性、经济性、工艺性能,会影响设计阶段各专业有关设施的碰撞,会影响整个装置投产后的整体运行。
不锈钢管道布置设计是通过图纸、3D模型或电子CAD图来表示出工艺装置设备之间连接管道的位置、走向、支承等,并能满足工艺流程的要求,满足管道强度、刚度的要求,满足操作、维护、消防的要求等,最后给出管道及其元件的用量。
配管设计首先要了解设计条件和用户要求,然后确定设计应用标准规范,配管设计材料工程师确定管道等级。最后进行管道走向、支承、操作平台等方面的综合规划和布置,并对必要的管道进行应力分析。
工程应用:装置设备布置及配管设计需考虑的内容
如图1.2(a)所示,需根据装置设备布置的基本原则和要求布置设备A、B、C。然后考虑用管道连接它们的管口,如图1.2(b)所示,连接管道后,位置1需要弯头,位置2需要分支连接和异径管,位置3需要考虑管子对设备C管口的应力作用。其他位置还需考虑增加阀门、支吊架等。设备A、B到设备C之间的管道不能有上袋形。图1.2(c)所示为在充分考虑以上因素后的配管设计方案研究图,需考虑增加阀门、支吊架、压力表、流量计、过滤器、异径管等的布置。如需最终完成,作为施工的依据,还需进行管道的柔性分析、管道组成件的定位、三维或二维制图、涂漆涂色、静电接地、隔热、伴热、统计管道材料等。
工程应用:某工业装置的配管设计错误
笔者参加某工业装置的评审和调研,该装置已经开始生产运行,但是,管道的炮、冒、滴、漏现象较多,并且不断发生新的险情,影响了工厂的正常生产。图1.3所示的是工厂装置的一角,其主要是配管设计错误问题,主要包括以下内容。
位置1是一个液位计,设计的位置在3m以上,附近没有直爬梯和平台,无法观测;液位计旁还有一排管子阻挡,即使有移动平台也无法靠近,造成液位计无法观测。
位置2 有一个手动阀门,高度为2.4m,维护人员无法接触到。
位置3 缺少立管的支架,易引起管道的不稳定。
位置4 和位置5 都设计成了固定架,应该有一处为固定架,一处为滑动架。
位置6止回阀宜布置在水平管道上。