石油化工装置内地下工艺管道设计及防腐

《石油化工装置内地下工艺管道设计及防腐》论文发表期刊：《当代化工》；发表周期：2021年06期

《石油化工装置内地下工艺管道设计及防腐》论文作者信息：张莉（1985-），女，河北省张家口市人，工程师，硕士学位，2011 年毕业于西南石油大学化学工程专业，研究方向：配管、管道材料设计。

　　摘 要：地下工艺管道是石油化工装置中的重要组成部分。分别从管道埋深、安全距离、地下管线综合布置，管道应力等方面介绍地下工艺管道的布置要求。同时埋地管道防腐对地下管道的安全运行至关重要，对比分析了常用地下管道防腐涂料的优缺点、适用范围，供设计中参考选用。

　　关键词：地下管道;防腐;布置

　　Abstract: Buried process pipeline is an important part of petrochemical plant. In this paper, the layout requirements or underground process pipeline were introduced from the aspects of buried depth, safety distance, comprehensive layout pipeline stress, etc. At the same time, the anti-corrosion of buried pipeline is very important for the safe operation. The advantages and disadvantages. application scopes of common anti-corrosion coatings for underground pipelines were analyzed and compared, so as to provide reference for engineering design

　　Key words: Buried process pipeline, Anticorrosion, Layout

　　石油化工装置内设备和管道的排液，含可燃、有毒、腐蚀性介质的凝液，应经密闭排放系统分别排至不同的地下工艺管网。常见的地下工艺管道主要有工艺废液管道、工艺污油管道等。由于埋地管道的腐蚀泄漏情况不能直接观察到，因此管道的布置情况和管道防腐是埋地管道设计中的重要环节，对工业生产安全意义重大。本文重点从地下工艺管道的布置要求以及防腐要求两方面进行介绍。

　　1地下工艺管道的布置要求

　　地下工艺管道的布置在满足工艺流程需求的前提下，还要考虑管道布置的合理性，它直接关系到地下管网的安全运行。地下工艺管道的布置不仅要考虑管道埋深、与建筑物构筑物的安全距离、与其他专业地下管线综合布置要求等，对于条件较苛刻的介质环境还需要考虑能否满足管道应力要求。

　　1.1地下工艺管道埋深要求

　　装置内埋地管道的埋设深度应根据最大冻土深度、地下水位和管道不受损坏等原则确定，管道的埋设深度宜符合下列规定"：

　　1)无混凝土铺砌的区域，管道的管顶距地面不宜小于05m

　　2)室内或室外有混凝土铺砌的区域，管道的管顶距地面不宜小于0.3 m。

　　3)机械车辆的通行区域，管道的管顶距车行道路路面不宜小于0.7m。

　　由于一般石油化工装置室内室外地面均为混凝土铺砌，因此管道的管顶距地面不宜小于0.3m。图1为某石油化工装置地下工艺管道穿过检修道路

　　(机械车辆的通行区域)情况，应当按照管道的管顶距车行道路路面不小于0.7 m来设计。但是在实际情况中受地形情况限制，无法满足此高度要求，因此本项目在有机械车辆通行区域为地下管道设置了套管加以保护。

　　1.2地下工艺管道安全距离要求

　　地下工艺管道与建筑物、构筑物以及其他管道之间的最小水平间距可以参考《工业企业总平面设计规范》中相关地下管线部分的要求，并应满足管线和相邻设施的安全生产、施工和检修的要求。一般地下管线管道距建筑物、构筑物基础外缘不小于1.5 m，这里指的是埋地管道与建筑物、构筑物的基础在同一标高或其以上时的间距;距道路、管架基础外缘、排水沟外缘不应小于0.8m;工艺管道间的净距不宜小于0.6 m当地下工艺管道与其他管道、电缆交叉布置时，还需要满足管道与电缆间交叉净距不应小于0.5 m，可燃介质和氧气管道与其他管道的交叉净距不应小于0.25 m，不可燃、无毒无腐蚀性介质管道间的交叉净距不宜小于0.15 m的要求。

　　1.3地下工艺管道的坡度要求

　　地下工艺管道一般为自流管道，管道的敷设坡度一般宜取1%~3%，特殊情况可适当增大坡度。各分支管线宜从顶部接入总管。

　　以某炼厂装置为例，地下工艺管道有2个系统，一个为地下污油管道，一个为地下废离子液管道。污油介质参数为：密度700kgm、温度40 ℃、压力0.24 MPa，管道坡度按3%设计。废离子液介质参数为：密度1 350 kg-m、温度60℃、压力0.38 MPa，由于离子液介质的特殊性，温度越低越黏稠易凝结，因此设计中考虑增大坡度，选用 5‰的管道坡度，如图 2 所示。

　　1.4 多专业地下管线综合布置时相关规定

　　1)压力管应让自流管。

　　2)管径小应让管径大的。

　　3)工程量小的应让工程量大的。

　　多专业地下管道设计需将工艺管道、给排水管道、消防管道及排水沟、电缆沟等进行综合考虑，协调布置，避免管道交叉碰撞。

　　还需注意，当管道需要在地梁下穿过时，管顶上部净空不得小于0.15 m;管道穿过地下室外墙或地下构筑物墙壁时还应预埋防水套管。

　　1.5地下工艺管道管沟敷设要求

　　对于有加热保护的(如伴热)管道不应直接埋地敷设，可将管道设在管沟内1-3]。管沟分为通行管沟和不通行管沟。装置内的工艺管道布置通常采用不通行管沟。不通行管沟又分为全封闭式管沟和散开式管沟。全封闭式管沟适用于不需经常检查和检修的管道。敞开式管沟适用于需要经常检查和检修的管道"。

　　在管沟内敷设管道还需注意以下几点：

　　1)管道距沟底的净空高度不应小于0.2m，距管沟壁的净距不应小于0.1 m，管沟内管道的净距不应小于80 mm，法兰外缘与相邻管道的净距不得小于50 mm

　　2)管沟沟底应有不小于3%的坡度，沟底最低点应有排水设施。

　　3)敞开式管沟沟壁顶面应高出地面0.1 m，且应有盖板或格栅钢板。

　　4)可燃气体、液化烃和可燃液体的管道不宜布置在管沟内，若必须布置在管沟内时，应采取防止可燃气体、液化烃和可燃液体在管沟内积聚的措施，在沟内采取充砂等措施。

　　以某炼厂项目为例，由于废离子液的特殊性，在一定温度范围内才可以保证介质的正常流动，温度越低介质黏度越大越易凝结、易成块堵塞管道，为了防止此现象发生，必须保证介质温度在一定范围内，所以地下废离子液主管道需有加热保护措施，因此需要在管沟内敷设。由于烷基化装置主要含液化烃，其密度高于空气，容易在低处积聚，所以管沟应设计为全封闭式管沟，沟内做填砂处理，如图3 所示。

　　管沟不需要检修时，管沟顶部用盖板盖好后，做好垫层及混凝土层，同周围地面一起铺砌，以防止可燃气体在沟内积聚。对于地下水位高的地区，管沟应有可靠的防水措施，一般管沟沟内壁需要做防渗处理。管沟内敷设的保温管道需要做管道支撑，沟内应预先埋设型钢支架，支架梁顶距沟底不应小于 0.2 m，梁顶标高为该处管底标高，管沟沟底应有不小于 3‰的坡度，如图 4 所示。

　　管道开挖沟槽底有硬石、木头、垃圾等杂物应清楚干净，积水应先排除，并应铺一层厚度不小于0.15 m 的砂土或素土，整平压实至设计标高。回填土不得含有粒径大于 20 mm 的碎砖、石块或冻土块等坚硬杂物。

　　1.6 地下工艺管道的应力要求

　　对于操作温度小于或等于 120 ℃的无毒、非可燃介质的管道可采用无补偿直埋敷设方法。工艺废液管道、工艺污油管道等介质温度较高，当有蒸汽吹扫工况时，还要考虑因蒸汽温度较高给管道带来的应力影响，所以这些管道还需要经过应力分析校核。

　　埋地管道承受着来自土壤的连续约束，特别是长直管道存在自然锚固现象[4-5]。因而需要建立真实客观的土壤模型，对管道和土壤的相互作用进行模拟。通过模拟分析可知，在管道直管过长段以及弯管附近易发生较高应力。对于管道直管段过长，无法满足应力要求的情况，为满足管道热膨胀要求，埋地工艺管道应在适当位置设置1型补偿，见图5;当管道在弯头或三通处存在局部应力比较集中的部位，可以采用加厚管件壁厚或用大倍数弯头减小局部应力等措施。

　　2地下工艺管道的防腐要求

　　埋地管道的腐蚀情况不能直接观察到，发生泄漏情况时不易及时发现且维修不方便，所以，如何防止管道的腐蚀破坏是管道工程中重要的环节。

　　2.1 地下工艺管道防腐涂料

　　腐蚀防护技术是关系到埋地管道可靠性和使用寿命的关键因素，对延长管道的使用寿命以及保证工业生产的顺利进行具有重要意义。

　　表1中列举了目前工业上常用的几类埋地管道防腐涂料，分别对比了各类涂料的特性、适用温度以及优缺点，从而在实际应用时，可以根据具体的环境情况、工艺介质情况，选择更加合适的管道涂漆进行防腐。

　　从表1中可以看出，在过去埋地管道防腐涂漆大多采用的是石油沥青和环氧煤沥青，但是这两种涂漆由于对环境有污染而且施工条件要求高，逐渐被新涂料所代替。3PE防腐管道多用于长输管道、油田内部主要集输管道。石油化工装置地下工艺管道的防腐涂漆可以选择技术上更先进更环保的涂漆方案。例如厚浆型环氧涂层、无溶剂型环氧防腐涂层耐温性能好，单道漆膜成膜厚度高，耐腐蚀性能表现优异。而环氧酚醛漆耐温性能优异，低温管道高温管道均适用，有优异的防腐蚀性能，还适用于埋地不锈钢管道的防腐。

　　2.2地下工艺管道表面处理在进行管道防腐之前，需要先对钢制管道表面进行处理。除锈质量对防腐质量和管道使用寿命有很大影响110金属表面除锈等级应符合《石油化工设备和管道涂料防腐蚀设计标准》的相关规定，一般埋地管道钢材表面的处理等级为Sa2.5。

　　2.3地下工艺管道保温要求地下工艺管道的保温应根据介质条件、地下环境，充分考虑保温材料的防潮性、抗腐蚀性、化学稳定性、热稳定性等进行合理选择。

　　对于埋地或管沟内敷设的管道的保温层外表面应设防潮层，防潮层应能保持其结构的完整性和密封性。地下管道的保温结构一般由保温层、防潮层、保护层组成。

　　3 结束语

　　地下工艺管道由于敷设于地面以下，无法直观地实时地观察状况和检维修，因此在设计过程中需要充分考虑管道布置的合理性，需要从管道安全距离、多专业地下管线综合布置以及管道应力等各方面进行综合考虑才能尽可能满足地下工艺管道设计要求。同时在实际应用中充分考虑经济性和安全性，选择更加合适的管道涂漆进行防腐，从而保证地下工艺管道的使用寿命和安全运行。

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