随着我国石油产业的不断发展，石油化工装置的规模也在逐渐扩大，对其中石油化工管道的设计要求也越来越严格。石油化工管道作为物料运输的特殊设备，起到连接各种设备和相关系统设施的作用，以使石化装置成为一个有机的整体，也为各种流体的运输安全提供了重要保障。但在实际的管道设计工作中，管道种类和使用工况不同等多方面因素，极大影响到管道设计的安全。因此管道设计者要设计一个符合要求的管道，需要考虑到多方面的因素，特别需留意管道设计中的注意事项，采取有效的措施保证管道设计的安全耐用，保证管道设计的安全合理。

影响管道安全的因素

腐蚀

腐蚀是管道周围环境介质通过化学反应对管道材料的破坏，在很大程度上影响到管道的安全。腐蚀破坏管道的表现形式有应力腐蚀、均匀腐蚀、局部腐蚀和大气腐蚀等。由于不同管道材料所处环境的不同，其自身的耐腐蚀程度也不同。管道所处的环境一般比较复杂且易于变化，加上材料本身也存在一定缺陷，使腐蚀更难以预料和控制。

物理损伤

石油管道的物理损伤主要表现在低温脆性断裂和高温破坏两个方面。在低温条件下，当管道材料的温度低于其脆性转变温度时，易导致其冲击韧性下降进而发生脆性断裂。在高温下管道材料的性能会发生恶性变化，例如蠕变失效、碳钢和碳相钢的石墨化和回火脆化等，都容易导致管道材料的弱化和脆化。同时管道金属材料处于交变荷载或温度周期变化的环境下容易出现疲劳，导致金属变形损伤甚至断裂，严重影响石油化工管道的安全性。

密封效果

目前石油化工管道密封主要采用管法兰密封和阀门密封两种方式，以防止管道腐蚀和泄漏，保证管道安全。法兰密封由法兰、螺栓、垫片(圈)三部分共同作用，法兰的刚度及密封面型式、垫片性法兰对密封效果都有直接影响，如果管道产生位移也会影响法兰密封效果，进而影响管道安全。阀门泄露分内漏和外漏两种，据统计阀门和法兰泄露的释放量约为2/3，发生泄露直接影响到管道安全，甚至产生更严重的后果。因此，采取有效措施防止阀门和法兰泄露对石油化工装置的安全具有重要意义。

管道设计注意事项

材料选择恰当

石油化工管道材料特别是金属材料的选择，影响到管道安全、检修和技术改造等各个方面，不当的管道材料很可能装置导致爆炸或者引发其他安全事故，因此选择恰当的管道材料的选择十分必要。不同材料的法兰连接应选用不同的垫片，高等级法兰采用金属垫片以承受较高的密封比压，低硬度法兰对应的螺栓应该选择高等级。

管架设计稳定

不当的管架设计会导致管道运行受损或转动设备损坏，管架设计和管道设计是密不可分的，管架设计应保持稳定。管架设计时尽量减少弹簧架，弹簧架安装起来比较麻烦且在长时间的工作状态下容易失效，在安装弹簧架的过程中不能随意拔掉定位销。沿着塔的管线一般只设一个承重支架，如果第一个支架承受的荷载过大，再设第二个称重弹簧吊架，每隔一段距离设置一个导向支架。吊架一般有一定的转向角，在一个较长的管道中设计过多的吊架，会影响管道的稳定性。

管道布置合理

在石油化工管道设计中，管道布置应该考虑到管道施工、检修、工艺和设备布置的方面的要求，做到科学合理。管道管廊上的设计余量应该为20%~30%之间，热应力管道布置在两边。为避免总管内的凝液倒入支管，也为了减少安全阀的背压，安全阀出口应从上部顺着流向以45度角插入泄压总管。夹套管应使用无缝或无缝对焊的管件，内管对接焊缝间距大于2米，且应经过检测合格后才能装配外管。泵入口管道应尽量短而直，采用偏心大小头防止气体积聚，保证没有气袋或液袋。

注重材料检测

管道材料送到现场后应该先对材料进行检验，确保材料的数量和质量。如缺少材料应立即找相关厂家协商补齐，对于一些检测不达标的材料应送相关部门复检，以避免因材料不齐或不合格而导致的误工和返工。金属管道材料都要进行水压和气密试验，按安全级别的不同对阀门进行水压测试和调试抽检。

工艺管道设计的合理性

管道设计在化工厂中占着重要地位，其设计内容基本没有变化，除了上述应注意的问题之外，还需要对掌握良好的规范以及常识性的知识，对工艺图充分了解，进而满足生产工艺要求等。

工艺管道材料与等级分解

石油化工装置中由于高压系统以及低压系统在压力与温度上存在着明显差异，因此，在连接高压系统以及低压系统时必须按照低压关闭管路的等级进行分界点的划分。若没有特殊情况，按照P&ID 对节限进行明确的划分，若有特殊情况，则需要根据当地的实际情况进行相应的改变，正确划分界点以及界线。

等级分解一般分为以下3种情形：

其一，压力的等级相同，但材质不同，如图1。

其二，材质相同，但压力等级不同，如图2。

其三，压力等级以及材质均不相同，见图3。

由图1可知，一般情况下，法兰与垫片采用低材质，螺栓以及阀门采用高材质;由图2可知，法兰、垫片、螺栓以及阀门必须采用高等压;由图3可知，法兰与垫片则使用材质为a 的高压等级，而螺栓以及阀门则采用材质为b的高压等级。

装置工艺中塔与容器的管线设计

石油化工设置中，对于塔与容器的管线设计应充分考虑其设计原理以及工艺中的特殊要求。主要分为分馏塔与回流罐之间的管线布置、分馏塔与汽提塔之间的管线布置。

分馏塔与回流罐之间的管线布置

当分馏塔的塔顶压力采用热旁路控制时，必须充分考虑热旁路短而无袋形的出现，将调节阀应设在回流罐的上面位置，如图4所示。

分馏塔与汽提塔之间的管线布置

在一般情况下，分馏塔中应有调节阀组，该气阀组应靠近汽提塔进行安装，进而确保调节阀有足够的液柱，如图5所示。

根据情况布置汽液两相流管道

在对汽液两相流的管道进行布置时，管道上的调节阀应最大限度靠近接收介质的容器布置，达到降压管道的压力，杜绝管道出现震动现象，同时管线不可随意敷设，必须根据实际情况进行相应的设计，如图6所示。

管道与阀门布置的合理性

管道与阀门的布置应从采样点的设置以及蒸汽吹扫管线的设置这两方面进行分析：首先，采样点的设置。必须满足相关工艺的设计要求，将其设在主管上，并且在分支前方，避免在死角位置进行采样以及水平管的底部，需要确保采集到的样品具有代表性。

其次，蒸汽吹扫管线的设置。该管线在化工设置中是较为普通的管线，其主要目的是为了发现以及判断漏洞，对于不同的工艺管线应连接蒸汽吹扫线，采取此种方式进行安装的优点为若其中一支管发生泄漏时，可以将该关闭该支管上的切断阀，不会影响其他的分支管体蒸汽总管的正常运行。

冷换设备管线设计的合理性

石油化工装置工艺管道设计过程中，冷换设备管线的合理布置明显不同于其他任何一种工艺设备，其具有很多十分复杂的工艺因素，因此，在对其进行操作、检修以及管道热应力过程中，必须对这些机械化因素进行详细检查。

(1)关于逆流换热。冷换设备的冷水走管程一般是下入上出，以便发生故障时，换热器内存有一定量得水，不至于里面的水被排空。

(2)关于安装的净距离。在冷换设备换热过程中，为了对其检测方便，通常将换热器进出

口处得管线及阀门法兰与设备的封头盖法兰留有相应的净距离，通常情况下，为了给拆卸提供方便将其净距离设为310mm 左右。

(3)关于热应力。在冷换设备合理布置过程中，一般将换热器的固定点设置在管箱的端部，就连接头端管嘴的管道也必须根据换热器热涨导致的位移影响进行充分考虑。

冷换设备管线设计的合理性

管架的设计与管道的设计两者之间紧密联系在一起，若管架的设计部当时，就会导致管道在运行的过程中出现管道损坏现象，甚至使设备受损等。

(1)减少管道与支架之间的相对位移。由图7所示：蒸汽管道中，主管道旁一般都有排水小管，若将A 点当做支面上的支架，由于垂直管段容易发生膨胀，就会阻碍弹簧的向下移动，进而使设备受到损害。因此，鉴于此种问题，其正确的设计方法应为图 8 所示：将支于地面上的支架设在主管上，同时支架随着主管架一起升降，这样一来，就减少了管道与支架的相对位移。

(2)管架的设置若合理，还能够减少浪费现象，由于弹簧架的弹性时间久了就会失去弹性，因此，进行管架的设计时最大限度减少弹簧的支架的使用。

(3)管线的敷设。沿塔敷设的管线一般情况下只设置一个承重支架，并且支架距离塔顶应有焊接线，如果一个承重支架荷重过大时，可以设置另外一个支架，该支架应设置弹簧支架，并且每隔一定间距就设置导向支架。若塔回流线与塔壁之间的温差较大时，所产生的身长量也比较大，在水平管段上的第一个支架应垂直拉移，设置弹簧支架，当L 较长时，若有足够相对身长量时，也可以设置导向管卡。

冷换设备管线设计的合理性

泵的管线设计主要分为泵入口偏心径管的设计、泵入口直管段的设计以及管道柔性研究。

(1)泵入口偏心径管的设计。对泵入口偏心径管进行合理设计主要是为了保障泵工作的顺利开展，若泵入口偏心径发生改变时，就会使气体不在变径位置汇聚，进而会产生汽蚀。因此，在安装泵入口偏心径时应采用顶平安装法，同时在最低点安装排液阀，这样一来，就能够避免汽蚀。

(2)泵入口直管段的设计。泵入口管线的设计一般考虑两方面的因素：其一，泵的进口在一边，泵的入口管支架应是可调控式的，并且入口管以及阀门应在泵的侧前位置;其二，对于进泵管线应避免有气阻，因此，在设计时需要注意这一点。

(3)管道柔性。由于泵是回转机械，管道推理作用下会使得管嘴巴发生定位偏移，鉴于此种问题，对管道进行设计时，应保证泵嘴受力在允许的范围之内，特别需要考虑热补偿。

结语

石油化工装置工艺管道设计是一项较大的工程设计，不仅需要人际人员掌握专业知识，而且还需要设计人员具有创新意识，在管道设计中能够根据实际情况，设计合理的管道，才能够确保石油化工管道的安全性，最终保证化工设备的正常运转。