時間：2022-05-15 11:04:18
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荷載計算
管道水平推力管道水平推力作用對象分為：活動管架和固定管架?；顒庸芗埽ú话ㄖС杏姓駝庸艿赖墓芗芎涂缭绞焦芗埽┏惺芄艿琅蛎洉r產(chǎn)生的水平推力（當該推力大于摩擦力時，管架承受摩擦力），按規(guī)范所述滿足下列條件之一即可不考慮管道的水平推力：①常溫管道，介質的溫度不超過40℃；②管道根數(shù)在10根以上，最高溫度（包括掃線溫度）低于130℃；③主要熱管（指計算某構件時，對該構件產(chǎn)生最不利水平推力的那根管道）重量與全部管道重量的壁紙小于0.15。管道與管架之間具有相互制約作用，管道對管架除作為荷載作用外，尚應考慮其對管架的約束作用，當管架上敷設3根或3根以上管道時，中間管架軸向水平推力的牽制系數(shù)，必須考慮由于每根管道水平推力不同時出現(xiàn)，及各管道溫度不同時升高等因素，對管架變形或摩擦力產(chǎn)生的影響，其牽制大小取決于主要熱管所占比例，可根據(jù)規(guī)范給出的表格確定。但是，由于管道水平推力涉及的因素較多，上續(xù)專業(yè)一般不會提供足夠的計算條件，水平推力在委托中一并給出，對于水平推力，應和上續(xù)專業(yè)溝通一下，確定水平推力是否是上續(xù)專業(yè)按應力計算而得出的，如果不是，則應根據(jù)規(guī)范的要求進行折減。固定管架的水平推力為管道補償器彈力和活動管架的反作用力，設計時可根據(jù)配管專業(yè)提供的水平推力，并考慮兩側活動管架的不平衡水平推力。風荷載管架風荷載分為：管架橫向風荷載和管架縱向風荷載。管架橫向風荷載包括管道風荷載、縱梁或桁架的風荷載和每榀柱上的風荷載。管架縱向風荷載一般只計算跨越管架的縱向風荷載，跨越管架彎管風荷載的擋風面積為豎向彎管高度與所有彎管的直徑和Σd的乘積，值得一提的是，該風荷載水平推力不應大于總摩擦力，總水平力大于總摩擦力時，管道產(chǎn)生滑動，對管道不利，應與配管專業(yè)協(xié)商調整管道布置方案。為跨越管架的風荷載示意圖。在輸入STS鋼結構框架計算時，軟件默認是按滿面積計算風荷載的，這時需要折算一下?lián)躏L面積，得到實際擋風面積與滿面積的比值即折減系數(shù)，對風荷載進行折減，折減有兩種做法：一是折減基本風壓，二是折減體形系數(shù)。對于電纜橋架槽盒的風荷載，如果建模時沒有輸入該層，則可以手動將槽盒的風荷載等效成水平力和彎矩作用到柱頂，水平風荷載在SATWE的數(shù)據(jù)檢查中的“水平風荷載查改”中可以修改。以前存在一種做法是將軟件中的基本風壓填寫為零，而將風荷載當作活荷載加到管架柱的每一層柱頂節(jié)點上，這樣表面上是偏于安全，實際上雖然活荷載參與組合要比風荷載多，但是活荷載只加了一個方向，并沒有考慮兩個方向的影響，而管帶由于頂層常常有電纜橋架，實際上總是在橋架一側受力比較大，而另一側較小，這樣就對基礎的計算有不小的影響，活荷載總是會使一側基底彎矩增大，而另一側削弱，使得基底面積是一側放大，一側減小，但是并沒有考慮荷載相反的情況，這樣就使得基礎的計算不準確，故計算中應避免。垂直荷載作用于管架上的垂直荷載，其中永久荷載應為結構自重、管道自重、附件、保溫重、防火層、管道內(nèi)介質的重量、試壓時的充水重、電纜和儀表槽盒重、操作平臺和走道板的自重。平臺和走道板上的活荷載標準值可采用2.0kN/m2。管架橫梁宜按均布線荷載進行計算，此時需考慮管線的不均勻分布系數(shù)，一般取1.1～1.2；當有較大管道如直徑大于等于300mm的液體管道、主要熱管作用在橫梁上時，應按集中荷載計算。當管道上有積灰的可能時，對直徑大于300mm的管道，尚應考慮標準值為0.2kN/m2的積灰荷載。寒冷地區(qū)，當管壁溫度在0℃以下時應考慮冰雪荷載，冰雪荷載的標準值乘以管道積雪分布系數(shù)0.7，另外，在設有冷凝水排放閥處，須考慮閥門裹冰荷載Gs，裹冰荷載按集中力計算Gs=2.5πd12，d1為冷凝水排放管外徑（含保溫）。
地震作用和抗震計算
抗震設防烈度為7度～9度的管架，滿足以下條件之一時需考慮管架橫向水平地震作用：①管架上直徑大于等于500mm的管道多余或等于3根時；②容易產(chǎn)生較大次生災害的單根管道，直徑大于等于500mm時；③管架上有直徑大于等于1000mm的管道時；④管架頂部支承空冷器等重型設備時；⑤設有重型頂蓋的管架。抗震設防烈度為8度～9度時，跨度大于等于24m的桁架應考慮豎向地震作用，豎向地震作用標準值可分別取總重力和在代表值的10%～20%。計算地震作用時，管架的重力和在代表制應取結構、管道和介質自重標準值和各可變荷載組合值之和，作用在管架上的各可變荷載的組合值系數(shù)均取0.5。
結構計算
管廊式管架一般以一個溫度區(qū)段作為一個計算單元，選擇溫度區(qū)段時結合伸縮縫的間距要求，對于鋼結構管帶，伸縮縫間距不宜大于120m，因此，溫度區(qū)段的長度也不宜大于120m。管架柱與縱梁或桁架鉸接時，管線的水平推力和縱向地震作用由柱間支撐承受，柱可按單向偏心受壓構件計算，橫梁承受管道的豎向荷載和水平推力，按雙向受彎構件進行計算。水平推力理論上應該作用在橫梁的頂面，但在結構計算軟件PKPM中無法實現(xiàn)，常見做法是將水平推力等效的加在管架橫梁兩端的柱上，這樣對于柱的計算沒有什么影響，而橫梁的實際受力情況是雙向受彎，另外對于固定架還要考慮水平推力產(chǎn)生的扭矩，應單獨核算一下，應用PKPM計算時應注意留點余量，由于這樣的受力特點，因此固定管架的橫梁宜采用有兩個槽鋼焊接組合的截面或加勁的H型鋼以增加側向剛度，形成抗扭強勁的矩形封閉截面，水平推力較大的固定點處，宜加設水平支撐。管架縱梁承受兩榀管架的中間橫梁所傳遞的垂直荷載以及管道補償時的橫向進出管道荷載。在對管帶進行計算時，需要對所計算的管帶的走向、爬坡等情況做一個全面的了解。這些情況對管帶的計算也會有比較大的影響。在管道轉彎處，縱梁會承受比較大的荷載，這時，柱的弱軸也會承受較大的力，有可能會導致H型鋼柱無法滿足，此時可考慮使用雙向抗彎均比較強的箱型柱或雙槽鋼組合格構柱，這樣從概念上講也比較合理，當然若轉彎處的管線不多，荷載不大當然就不需要這樣，畢竟箱型柱施工起來稍微費事點。在管線爬坡處，如跨越道路、鐵路和補償處的跨越管架這時需要考慮額外多出的風荷載，另外，按規(guī)范規(guī)定：跨越管架和相鄰第一個低管架的豎向荷載和水平推力均應乘以1.5的增大系數(shù)，此時若有振動管道，尚應乘以相應的動力系數(shù)。在設置桁架處，中間橫梁會將管道荷載較多的傳遞給桁架的上、下弦，這樣使柱的弱軸承受較大的荷載，與管道轉彎處情況相似，可能導致H型鋼柱無法滿足,所以應該采取轉彎處相同的措施來處理，可以設置箱型柱或雙槽鋼組合格構柱來保證。由于電纜橋架是以半層落在第二層管架上，所以第二層的荷載會比較大，因此該層的梁截面相應的也比較大，但由于取消了剩余的6m跨，而且柱也可以替換成較小截面的，因此總的來講還是比較經(jīng)濟的。柱間支撐宜按受拉構件設計，對于地震作用或有振動管道的管家，柱間支撐宜按中心受壓構件設計。在應用PKPM軟件進行計算時，因為區(qū)段兩側設置了柱間支撐，所以可以將SATWE數(shù)據(jù)檢查中“鋼柱計算長度系數(shù)按有側移計算”去掉，防止計算結果出現(xiàn)長細比超限。
基礎計算
管架基礎宜采用獨立式鋼筋混凝土基礎，管架基礎的地基承載力計算，應符合下列兩個要求[1]（式略）對于固定管架基礎，除了滿足上述兩個條件外，還要求正常操作狀態(tài)下零應力區(qū)面積不應超過基底總面積的15%。對于基礎，JCCAD直接讀取SATWE的荷載數(shù)據(jù)進行計算，若基底面積尤其是設置柱間支撐的柱的基礎計算出來較大，可以考慮設置地梁以分擔基底彎矩，從而減小基底面積。對于基礎計算，有一點值得注意，上續(xù)專業(yè)在提供委托時，有時會人為的加點余量，實際上荷載很可能會比較小，這樣不論是對于上部構件還是對于基礎的計算都有影響，如垂直荷載人為放大，則基底垂直力增大，彎矩也會相應增大，這樣就比較復雜，很難分清這樣是削弱了還是增加了水平力如風荷載、水平推力的影響，所以，應提前與上續(xù)專業(yè)溝通，得知荷載的真實情況，用比較真實的荷載用模型備份一個再計算一遍，取二者計算的大值為最終計算結果。
管架的相關構造
（1）抗震設防為8度的管架，柱間支撐處沿地面以下宜設置基礎系梁。（2）柱間支撐應滿足：①柱間支撐宜各層連續(xù)設置，下柱支撐應確保水平力能直接傳給基礎；②交叉支撐在交叉點宜設節(jié)點板；③柱間支撐節(jié)點板的厚度不應小于8mm。（3）柱間支撐處的柱腳宜設置抗剪鍵，抵抗沿支撐傳下來的水平力。（4）管廊式管架的伸縮縫宜采用雙柱。當采用單柱時縱梁應設置可靠的滑動支座或滾動支座，其構造可按圖3設橢圓孔。此處螺栓加彈簧墊圈且不铇得擰緊，鋼牛腿頂部平加設厚度為8mm的聚四氟乙烯板，并應定期清理，以防污垢將伸縮縫堵塞。（6）桁架跨度大于等于15m，宜分成兩段制造，運至現(xiàn)場后再組裝。（7）當跨越管架柱采用鋼格構式肢柱，柱肢高在6m以內(nèi)時應在柱中部設兩道橫隔，高度在6～9m時應設三道橫隔。（8）地腳螺栓中心到鋼筋混凝土基礎邊緣的距離，對支承直徑大于等于500mm的振動管道、管道根數(shù)不多于3根且管架高度大于10m的特種管架和柱間支撐處的基礎不應小于150mm，一般基礎不應小于100mm，柱腳底板邊緣到基礎邊緣的距離不宜小于50mm，在地腳螺栓范圍內(nèi)箍筋宜加密，其間距不宜大于150mm。（9）考慮腐蝕裕度，地腳螺栓的直徑應按計算值增大一級。（10）鋼管架基礎頂面應預留50mm的找平層，待柱安裝后宜用高強度灌漿料填實，考慮經(jīng)濟情況也可采用C35無收縮細石混凝土填實，基礎高出設計地面的高度，考慮到防水及防腐蝕要求，不宜小于150mm。（11）管架柱上的鋼橫梁、縱梁及橫加上的鋼橫梁允許撓度值為0l/250[2]，鋼桁架的允許撓度值為0l/500[2]。
作者：潘新瑩 倪光 閆素美 涂蕊 單位：中國寰球工程公司
摘要：介紹了管架荷載的分類，對石油化工行業(yè)管架設計過程中的荷載推力進行了計算和分析，并結合實際工程經(jīng)驗的做法，提出了系統(tǒng)管架設計中應注意的事項，旨在對相關的工程設計提供參考。
關鍵詞：管架；荷載；水平推力；計算
在石油化工廠區(qū)內(nèi)，管道及管架是整個廠區(qū)的血脈，聯(lián)系著全廠工序和生產(chǎn)裝置。對于目前日趨大型化的石油化工廠設計，管架設計具有嚴格的規(guī)范性和技術性。筆者結合多個石油化工項目外管管道和外管架設計及現(xiàn)場管理經(jīng)歷，分析了一些外管架荷載、推力等方面的設計要點，在此提出來探討，并從管道設計、管架設計整體考慮，做到經(jīng)濟、合理、安全。
1管架荷載的分類
1．1管架荷載
管架荷載可分以下幾類：①永久荷載（恒荷載）———在管架結構使用期間，其值保持不變，或其變化值與平均值相比可以忽略不計的荷載，如隔熱材料荷載、管道荷載、管件及其他管道特殊件荷載等；②變化荷載（活荷載）———在管架結構使用期間，其值隨時間變化，且變化值與平均值相比不可以忽略的荷載，如管道輸送介質的重力、水壓試驗或管路清理時的介質重力、雪荷載、風荷載等；③偶然荷載———在管架使用期間只偶然出現(xiàn)，荷載值較大、持續(xù)時間較短。這類荷載通常是動荷載，如管內(nèi)流體動量瞬間突變（如流體錘）引起的瞬態(tài)作用力、地震荷載等。管道設計人員在以上荷載的基礎上附加一定比例（通常是20％）提給結構專業(yè)作為計算荷載，該附加量通常包括管道壁厚的誤差、保溫材料密度的誤差、熱膨脹引起的荷載變化、管托支架等質量。該附加系數(shù)亦可參照SH／T3055—2007《石油化工管架設計規(guī)范》6．6中荷載分項系數(shù)。SH／T3073—2004《石油化工管道支吊架設計規(guī)范》附錄C提供了每榀管架荷載的詳細計算方法，可供設計人員參考?？紤]廠區(qū)及管架的改、擴建，管道設計人員通常要考慮一定的管架預留，預留應控制在可預見的合理范圍內(nèi)，當預留管道無法確定時，可參考SH／T3055—2007《石油化工管架設計規(guī)范》6．1．2的計算方法。預留管道荷載和預留空間都不易過大，通常外管架預留約20％，裝置內(nèi)管架預留約10％，若預留荷載及空間太大，會形成較大的空間浪費和鋼結構的經(jīng)濟投入，而且會影響牽制系數(shù)的計算，計算得出的牽制系數(shù)偏小，從而影響管架結構的推力計算。
1．2荷載轉移
跨越管架和相鄰第一個低管架、相鄰高低跨管架由于水錘作用、管道豎向的收縮和膨脹作用，高低兩個管架承受的豎向荷載比正常情況下的大很多，因此在計算荷載時，還需要在1．1節(jié)的方法基礎上乘以增大系數(shù)（通常取1．5），以反映荷載的轉移問題。水平方向轉彎的管架可參照此條，距離轉彎角較近的幾榀管架的水平推力應乘以相應的放大系數(shù)。
1．3一些特殊管道的荷載計算
目前在大型化工、石化項目的管道施工驗收中，為了保證施壓安全，在沒有特殊要求的情況下，一般采用水壓試驗。但當管架上出現(xiàn)某些大口徑氣體管道，且該大口徑氣體管道的充水荷載直接影響管架的結構設計時，若配管專業(yè)在提結構荷載時，全部按充水壓力試驗，則管架結構設計的經(jīng)濟性是不合適的。以中國五環(huán)工程有限公司設計的某120萬t／a精細化學品項目為例，外管管架上的火炬排放氣管道、CO2尾氣排放氣等管道，管徑均在DN1400～DN2600之間，充水線荷載約3．5t／m，且在管架上敷設距離較長（約2．5km），若施工驗收時采用水壓試驗，管架結構荷載較大，會增加鋼結構的投資費用，同時增加施工耗水量。根據(jù)GB50235—2010《工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范》中8．6．1條及8．6．2條中的相關規(guī)定，經(jīng)設計單位和建設單位同意，符合條件的管道也可采用氣壓試驗，或對所有環(huán)向、縱向對接焊縫和螺旋焊焊縫應進行100％射線檢測或100％超聲檢測代替水壓試驗（具體詳見GB50235—2010《工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范》8．6．2條），故經(jīng)建設單位同意，在管架設計階段，上文提到的大口徑氣體管道未考慮充水荷載，從而大大地降低了管架結構的經(jīng)濟投資。
2管架的水平推力
管架的水平推力主要包括管道熱脹冷縮所產(chǎn)生的推力及管內(nèi)流體動量瞬間時突變（如流體錘）引起的瞬態(tài)作用力。根據(jù)管架與管道（管托）之間的連接形式及相對位移關系，即管道在管架上的支撐條件，管架通?？煞譃榛顒庸芗芎凸潭ü芗堋?
2．1中間管架類型的判斷
管道熱脹冷縮會產(chǎn)生管道位移，但由于管架柱剛度的不同、管架柱位移量與管道位移量的不同，中間活動管架分為剛性中間管架和柔性中間管架。結構設計中考慮結構成本及安全性，管道位移量較大，且管架高度較低時，通常采用剛性中間管架；反之，通常采用柔性中間管架。剛性中間管架和柔性中間管架判別依據(jù)如下：Fuk≥Fgk為剛性中間管架，F(xiàn)uk＜Fgk為柔性中間管架。Fuk為等效水平推力，kN；Fgk為軸向水平推力，kN。目前國內(nèi)大型石油化工項目中，管架荷載量大、熱管溫度高、位移量大，多采用剛性管架。
2．2剛性中間管架水平推力標準值計算
2．2．1基本計算公式
Fgk＝Kj×Gk×μj（1）式中，Kj為牽制系數(shù)；Gk為正常工況時管道豎向荷載作用于橫梁的標準值總和，kN；μj為摩擦系數(shù)，鋼與鋼滑動接觸時，摩擦系數(shù)取0．3，鋼與混凝土的摩擦系數(shù)取0．6。
2．2．2牽制系數(shù)
管道與活動管架之間因存在摩擦力而互相牽制，不同操作溫度的管道及不同工況下各管道的水平推力也通過管架相互牽制。牽制系數(shù)Kj的引入是用于綜合反應管束整體作用于管架上的水平推力的大小。牽制系數(shù)Kj按下列原則取值：①當管道數(shù)量n＜3時，Kj＝1．0；②當管道數(shù)量n＝3時，當α＜0．5時，Kj＝0．5；當α＞0．7時，Kj＝1．0；當0．5≤α≤0．7時，用插值；③當管道數(shù)量n≥4時，當α≥0．8時，Kj＝1．0；當α＜0．6時，Kj＝0．5－（0．6－α）1．8；當0．6≤α＜0．8時，用插值；④當管道數(shù)量Kj＜0．2時，Kj取值0．2。另外關于α的取值，實際工程中還應注意以下幾個方面。
（1）當計算所在層上熱力管線不止1根，且無法判定主要熱力管道時，應每根熱力管道分別計算α值，選較大值者。
（2）梁構件設計計算時，只考慮該梁構件上全部管道荷載，選取其中的一根主要熱管計算α值。
（3）在管架柱和基礎的設計計算中，當管架上部結構中相鄰層間距較小時，管架結構自身及管道之間具有較強的牽制作用，水平推力計算時應考慮管架上的全部管道的豎向荷載，比較分析各層中的熱力管道，選取其中起主要作用的一根計算α值，管架的水平推力作用點取該熱力管道所在層。主要熱管道所在層與相鄰層間距較大時，管架上部結構中各層間牽制作用減弱，牽制系數(shù)Kj應適當加大；當管架較高層有大口徑管道，且與主要熱管道不在同一層時，該大口徑管道層應單獨計算水平推力。
2．2．3常溫管道水平推力取值
按相關規(guī)范，活動管架上管道符合下列條件之一者，計算管架水平推力值時可不考慮：①介質的溫度≤40℃的常溫管道；②管道根數(shù)在10根以上，且介質的最高溫度（溫度應包括掃線時的溫度）Tmax≤130℃；③主要熱管重量與全部管道重量的比值α≤0．15。但是隨著目前石化項目向大型化發(fā)展，管架上的架空管道口徑也在逐漸增大，部分大口徑常溫管道的水平推力也是不可忽視的。如在內(nèi)蒙古杭錦旗一個大型石油化工設計項目中，1根DN2600的常溫CO2尾氣管道敷設于管架頂層，由于管道口徑及剛性較大，且敷設距離較長，在應力計算時考慮－20℃～40℃的環(huán)境溫差，管道的水平推力最大處可達50kN，不可忽略，且對頂層的管架結構設計起到了決定性作用。為了減小鋼結構投資，該管道部分管托采用不銹鋼對聚四氟乙烯板，減小滑動管托摩擦力，有效減小了管道水平推力。
2．2．4管道的振動荷載及推力
管架上的振動設備進出口管道及其他振動管道，如直徑≥200mm的蒸汽管道、高壓鍋爐給水管道等，管道專業(yè)在提結構條件的時候，應該明確向結構專業(yè)指出，并在垂直荷載上乘以一定的動力系數(shù)（通常取1．1～1．3），并以此計算管道水平推力。但是一些特殊管道（如下文介紹的可燃性氣體排放管線），配管專業(yè)按事故狀態(tài)提供荷載推力值時，荷載推力不再乘以動力系數(shù)。結構專業(yè)應按管道專業(yè)提出的振動管道位置及荷載推力考慮鋼結構構造上的梁柱節(jié)點接焊縫位置。
2．2．5每一榀管架水平推力的取值
考慮到工程的建設進度、開車順序等原因，管架上的水平推力可能出現(xiàn)某先投用的主要熱力管道推力值為管架投用最大值的情況，每一榀管架水平推力的取值還需要比較按（1）式計算出來的水平推力與該管架橫梁上主要熱力管線的熱應力水平推力，取較大值。
2．3固定管架
2．3．1固定管架的水平推力
由于管架上輸送的管道介質溫度較高或環(huán)境溫度的變化，長距離管道會因熱脹冷縮產(chǎn)生位移，為了限制管道位移，保障管束整體運行安全，通常每隔一定距離設置固定管架和補償器。管道補償器的彈力和中間活動管架的摩擦反力是構成固定管架水平推力的主要部分。管道補償器彈力由管道應力專業(yè)根據(jù)管道走向、補償器安裝位置、補償器類型、管道介質屬性等計算得到。為了管網(wǎng)系統(tǒng)和管架結構運行的穩(wěn)定性，管架上常用Π形補償器，并盡量沿固定管架對稱布置，以便管道系統(tǒng)在穩(wěn)定運行時，管道固定支架兩側推力能抵消一部分，從而增強管架安全性。但是考慮到苛刻工況及管道運行的不確定性，如施工階段的管道投用順序、蒸汽吹掃預熱及其他施工工況時推力產(chǎn)生的不對稱性，固定架兩側的推力值不宜進行矢量累加，在實際工程設計中往往是進行絕對值累加，不考慮推力的方向性。在縱梁式管架設計過程中，管道專業(yè)應提供給結構專業(yè)每一榀管架的荷載及水平推力，即包括固定支架的水平推力和中間活動管架的水平推力。結構專業(yè)在進行結構建模時，往往會把中間活動管架的水平推力再累加到熱力管道補償器兩邊的固定管架上進行固定管架的結構設計，其實這是沒有必要的。
在管道應力專業(yè)的計算模型中（如CAESAR等），計算程序已經(jīng)將中間活動支架的水平推力累加到固定點上并給出應力報告。Nkmax、Nkmin為固定管架兩側管架縱梁的縱向拉力，按該規(guī)范7．2．3計算時，已包含該側所有中間活動剛性管架處的摩擦力和管道膨脹節(jié)的彈性力、管道介質產(chǎn)生的壓力等，并已考慮牽制系數(shù)。當管架結構模型按溫度區(qū)段區(qū)分，且固定管架的水平推力嚴格按規(guī)范要求計算，在計算縱梁式管架的縱向整體結構時，只有固定管架（或柱間支撐）處有推力，其他中間活動剛性管架處的摩擦力已考慮在固定管架的推力計算中，故管架縱向整體模型輸入時僅需輸入固定管架（或柱間支撐）處的推力，不應再次輸入各活動剛性管架的縱向推力。整體計算時只考慮固定管架的推力，活動管架的推力只是用來算構件。當一段管架中溫度區(qū)段無法準確分辨時，可輸入固定管架水平推力的各分項力。
2．3．2可燃性氣體排放管線固定管架的水平推力
根據(jù)國內(nèi)外工程實踐經(jīng)驗，管道及管架的破壞事故主要是由管道內(nèi)的氣液（冷凝液）兩相流的沖擊造成的，且該沖擊的方向和數(shù)值多變，很難在設計過程中通過軟件程序模擬計算得到，SH3009—2013《石油化工可燃性氣體排放系統(tǒng)設計規(guī)范》為保證全廠可燃性氣體排放管線的安全可靠，避免凝結液破壞膨脹節(jié)，要求新建的工程管道應采用自然補償，擴建、改建工程管道宜采用自然補償，且對于有凝結液的可燃性氣體排放管道對固定管架的水平推力取值，規(guī)定不應小于表2數(shù)值。當同一個固定管架上敷設有不止1根可燃性氣體排放管時，該固定管架的水平推力不應按表2的推力值進行疊加，管道專業(yè)應該按照集中荷載的形式，把每個可燃性氣體排放管的敷設點按表2所示的推力值單獨提條件給結構專業(yè)，結構專業(yè)分別計算，按最不利情況設計管架結構。另外，管道專業(yè)在計算管道應力時，可燃性氣體排放管線的熱應力推力值應盡量不超過表3的數(shù)值的50％，若超過，則需要在表2推力值的基礎上再附加應力計算值。管道專業(yè)應合理布置管道走向，盡量減小固定管架的熱應力推力值。
3結語
在工程設計中，管架設計特別是管架荷載和水平推力的計算，需參照國家、行業(yè)等標準規(guī)范，同時還應結合工程實際，考慮主要熱力管線和其他特殊管線的實際布置情況及可能出現(xiàn)的各種工況。配管設計人員和結構設計人員應當進行有效充分的信息溝通和反饋，合理設定管架的溫度區(qū)段范圍以及固定管架的位置，兼顧總圖、電氣、儀表等相關專業(yè)的要求，最終完成經(jīng)濟合理、安全牢靠的管架設計。
作者：臧連運；鄭勇；王振書 單位：中國五環(huán)工程有限公司
摘要：《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》的制定旨在提高石油化工企業(yè)的安全防范意識，防止因為火災而造成巨大損失，這一規(guī)范確切地說明了石油化工企業(yè)的設計，同時對相應的量化標準進行了規(guī)定。然而在實際運用時還存在一定的問題，所以加強對《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》運用的研究十分必要。
關鍵詞：石油化工企業(yè)；運用；防火規(guī)范
在進行石油化工企業(yè)相關設計時，必須嚴格遵守《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》（以下，簡稱：《石化規(guī)》），這一規(guī)定頒布之后經(jīng)過了兩次較大的修訂，能夠在很大程度減少石油化工企業(yè)發(fā)生火災，避免人民生命財產(chǎn)遭受迫害。然而在實際運用過程中怎樣真正發(fā)揮出其積極作用是值得人們關注和探討的。
1相關術語的定義
1.1閃點
閃點是指規(guī)定的實驗條件下，當可燃液體或固體表面的蒸汽與空氣相結合形成混合物，遇到火源出現(xiàn)閃燃，這種情況下液體或固體的最低溫度。
1.2裝置區(qū)
裝置區(qū)指一個或多個獨立石油化工裝置或者聯(lián)合裝置共同組成的區(qū)域。
1.3爆炸下限
爆炸下限指那些可燃的蒸汽、氣體成分在空氣中形成的混合物，在與火源相遇后產(chǎn)生爆炸的最低濃度。其中可燃蒸汽、氣體的爆炸下限是其在與空氣形成的混合物中的比重。
2相關設備的火災危險性類別
2.1物質
2.1.1可燃氣體
在《石化規(guī)》中以可燃氣體與空氣混合物的爆炸下限為分類指標，把可燃氣體劃分成甲類和乙類。甲類爆炸下限＜10%，乙類爆炸下限≥10%。
2.1.2液化烴及可燃液體
在《石化規(guī)》中明確規(guī)定了液化烴及可燃液體的火災危險性類別。其中液化烴呈液態(tài)并具有可燃性。在這一規(guī)定中把液化烴與其他可燃液體合到一起，對其火災危險性統(tǒng)一分類。蒸氣壓是判定可燃液體火災危險性最有效的指標，當蒸氣壓較高時它的火災危險性也越高。與其他可燃液體相比，液化烴的蒸氣壓相對較大，在《石化規(guī)》中通過蒸氣壓來判定它的火災危險性，同時通過液化烴這一名稱將其與其他可燃液體進行有效區(qū)分，它在火災危險性中為甲A類。液化烴之外的可燃性液體的蒸汽壓都相對較低，測量存在一定難度，因此大多國家都通過閃點來判定其火災危險性，他們的閃點越低表明火災危險性也越大。我國對可燃性液體的火災危險性予以統(tǒng)一分類。其中乙、丙類可燃性液體的火災危險性類別要受到操作溫度的影響。這是由于這兩類可燃性液體的操作溫度比閃點高時，它們的氣體揮發(fā)量較多，與此相應的火災危險性也就增加。
2.1.3可燃固體
《石化規(guī)》規(guī)定要根據(jù)《建筑設計防火規(guī)范》的相關標準對固體的火災危險性分類，其中依據(jù)的是《建筑設計防火規(guī)范》的分類原則。
2.2設備
《石化規(guī)》中規(guī)定對于設備的火災危險類別要根據(jù)他們的處理、存儲、輸送介質的火災危險性類別予以進行。例如把汽油及汽油泵的火災危險性類別都規(guī)定為甲B類。
3混合物的火災危險性類別
3.1物質
對于那些在石油化工企業(yè)中經(jīng)常見到的而且自身的火災危險性類別已經(jīng)有確切規(guī)定的物質，可以在《石化規(guī)》中有效查詢自身的火災危險性類別。例如液化丙烯為甲A類，而原油則為甲B類。
3.2混合物
石油化工企業(yè)在實際生產(chǎn)過程中，常常需要有明確火災危險性類別物質相結合成的混合物，例如甲、乙兩類可燃氣體等共同組成的混合物，其中各個可燃性氣體在混合物中所占的比例在不同的生產(chǎn)工序中是不同的，當前這些混合物的火災危險性類別在《石化規(guī)》中的相關規(guī)定仍未確切標出。
4裝置區(qū)內(nèi)部道路
相關參數(shù)設置廠內(nèi)道路與裝置內(nèi)道路是裝置區(qū)內(nèi)部道路的重要組成部分，其中獨立裝置之間、聯(lián)合裝置之間以及這兩者之間的道路為廠內(nèi)道路，而獨立裝置與聯(lián)合裝置這兩者內(nèi)部的道路則是裝置內(nèi)道路。
4.1廠內(nèi)道路
《石化規(guī)》中明確規(guī)定，應該在不同裝置或者聯(lián)合裝置之間設置環(huán)形消防車道，其路面寬度應該≥6m，路面內(nèi)緣轉彎處的半徑要≥12m，而路面上凈空高度要≥5m，這些規(guī)定只有一個層次。在對這一規(guī)范進行實際運用的時候，應該按照工程經(jīng)驗，裝置或者聯(lián)合裝置的火災危險性、占地面積、石油化工企業(yè)消防車輛的型號、外形尺寸等，在大于等于相關規(guī)定的前提下，對廠內(nèi)道路的參數(shù)進行分層。
4.2裝置內(nèi)道路
相關參數(shù)設置《石化規(guī)》把聯(lián)合裝置視為同一裝置，所以應該將聯(lián)合裝置與獨立裝置進行同等對待，明確規(guī)定對于裝置內(nèi)消防道路的設置，其路面寬度應該≥4m，路面上凈空高度應該大于等于4.5m，而路面內(nèi)緣轉彎處半徑應該≥6m。對于那些占地面積在10000m2到20000m2范圍內(nèi)的設備及建筑物，它們周圍的環(huán)形道路寬度應該≥6m，它們自身的寬度應該≤120m，彼此之間也應該>15m。
5《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》的運用及建議
要想有效運用《石化規(guī)》必須對這一規(guī)范的內(nèi)容進行確切理解，并與項目特點、風險評估、模擬計算等相結合運用。
5.1混合物
對于那些由已有明確火災危險性類別的物質共同構成的混合物的火災危險性類別的判定，可以先進行相關實驗獲取有關數(shù)據(jù)，在此基礎上再進行判定。然而在石油化工企業(yè)的生產(chǎn)過程中，要想在實驗中獲取相關的數(shù)據(jù)具有一定的困難，所以當前在混合物的火災危險性類別判定上還需要不斷探索。對此可以有效參考《道化學公司火災、爆炸危險指數(shù)評價方法》中混合物的物質系數(shù)被明確規(guī)定的做法，如果獲取數(shù)據(jù)存在一定困難時，可依據(jù)混合物中濃度≥5%同時火災危險性等級最高的成分對混合物的火災危險性類別進行有效確定。
5.2分層次設置
裝置區(qū)道路相關參數(shù)消防、設備安裝、檢修主要通過裝置區(qū)內(nèi)部道路展開。當前石油化工企業(yè)的重大火災事故時有發(fā)生，在公安部消防部門對其進行救援過程中，發(fā)現(xiàn)廠內(nèi)道路路面應當拓寬，同時要在裝置的周圍把適當?shù)南雷鳂I(yè)場地留出來，因為如果沒有足夠的場地就可能會阻礙滅火救援陣地的設置以及大型消防車的工作。所以在運用《石化規(guī)》的過程中，如裝置區(qū)內(nèi)存在很大火災危險或者占地面積很大的大型獨立裝置或者聯(lián)合裝置，應該以消防撲救的難度、以道路分割的設備、建筑物區(qū)塊占地面積為依據(jù)，對裝置區(qū)道路的相關參數(shù)進行分層次設置。例如不能統(tǒng)一把裝置區(qū)道路寬度規(guī)定為6m，而應該設置為<4、6、8、10m等多個等級。
6結語
當前能源安全已經(jīng)提升到國家戰(zhàn)略的高度，石油在能源中占有重要地位，因此其安全性尤為重要。有效防護石油化工企業(yè)的火災對企業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展與人員的生命安全都有著積極地作用。大家在遵守《石化規(guī)》的過程中，要不斷地對其進行完善和創(chuàng)新，只有這樣才能真正增強防火設計質量。
作者：曹俊 單位：江蘇天工大成安全技術有限公司
摘要：
在生產(chǎn)與加工石油的過程中，需要使用很多容易燃燒與爆炸的物品，而這些物品的裝載都是通過管線來完成的，所以要經(jīng)常對管線進行試壓。在石油化工工藝的設計中最主要的技術要求就是對管線的試壓技術。本文主要是分析管線試壓技術在石油化工工藝設計中的應用以及重要地位。
關鍵詞：
管線；試壓實驗；石油化工；工藝藝術
在石油化工工藝設計過程中，必須嚴格要求各種工藝管道的安裝質量，避免出現(xiàn)有些易燃易爆以及有毒的物質泄漏，造成嚴重危險的后果。為了保證管線焊縫的質量以及連接處的密閉性，在安裝工藝管線工程中必須要對管線進行試壓實驗。由此可見，管線試壓技術在石油化工中是必須要掌握的技術之一。
1管線的總體設計分析
在石油化工生產(chǎn)過程中，為了能夠確保泵體在工作時能夠正常順利的運行，我們主要使用泵吸入管道設計。這樣的設計可以觀察偏心大小頭的變徑情況來預防在變徑位置上積聚氣體。在通常的設計中，在安裝偏心異徑管的時候主要采用項平安裝，但是有時項平安裝并不適合，就需要換成底平安裝法，這種情況就出現(xiàn)在異徑管和向上彎的彎頭發(fā)生直連時。而底平安裝法相對于項平安裝法來說可以省去低點的排液。在安排泵的入口管線式要注意氣阻、管線的柔性、設計逆流換熱、熱應力等因素影響；在石油化工生產(chǎn)中，進泵管線處不能出現(xiàn)氣阻情況，可是一般在化工設計時經(jīng)常會有部分部位出現(xiàn)氣阻現(xiàn)象，其中最容易被工作人員忽視的就是進泵管線處的氣阻。所以在設計化工工藝是不僅要符合工藝流程圖還要注意氣阻影響，確保泵的正常順利運行。在管道設計中要使得泵嘴能夠承受一定力度的管道推力，防止出現(xiàn)轉軸發(fā)現(xiàn)定位偏移的現(xiàn)象。另外冷設備管線的更換以及對于高溫管線的熱補償都要特別注意。逆流換熱是指冷換設備中的冷水上進下出，這樣就可以將水排空，不用擔心當換熱器沒有水時會發(fā)生問題。換熱器通常被安裝在管箱端，這樣當換熱器因為熱脹發(fā)生位移時就會影響連接端管嘴的管道，所以為了減少管嘴的受力，需要合理的分配重沸器的管線長度。
2裝置管線的試壓工藝技術
2.1試壓工藝技術的準備工作對于有著復雜錯亂，盤根錯節(jié)的工藝管線的大型石油化工來說，在技術問題上的準備工作對于試壓工藝技術的順利進行是必不可少的。在試壓前主要要做的準備工作是要設計出有關試壓工藝流程的試壓方案，試壓方案必須仔細精確，對于試壓的各個流程都要有一定的依據(jù)，每一個細節(jié)都要詳細，例如試壓工藝使用什么方法、介質、試壓的步驟、順利進行試壓所必須的安全措施等。
2.2檢查管線的完整性只有通過了管線完整性檢驗才能進行下一步的試壓檢驗，否則是不能夠進行后面的工作的。我們要根據(jù)石油化工的各個方面對管線的完整性進行檢驗，例如管線的系統(tǒng)圖、簡易試壓系統(tǒng)圖、管面支架圖、管面剖面圖等方面技術文件，由此可見，對管線的試壓工作必須十分嚴謹。檢驗管線完整性要經(jīng)過自我檢查、復查與審核三個步驟；第一步自我檢查是指施工人員檢查自己負責施工的管線，第二步復查是對管線再次進行檢查，以防出錯。最后一步是在前面兩步檢查都合格的情況下進行的，有申報單位、質監(jiān)對管線進行審核。
2.3試壓工作的前期物資儲備情況為了降低試壓工作的危險性，防止發(fā)生危險情況，準備充分的必要的物資是非常重要的?？諝?、氨氣等氣體介質以及水、潔凈水、純凈水等液體介質是管線試壓的兩大主要介質，普通的試壓管線通常使用水來充當介質。在進行試壓時要布置好現(xiàn)場，提供足夠的物資，維護保養(yǎng)并且檢查一切試壓設備，另外主要的是要注意各種安全技術方法等。
2.4規(guī)范安全技術在進行任何有危險的工作前，讓工作人員提前做好安全措施工作都是必不可少的，這在進行管線試壓時也是需要的。我們要嚴格檢查在試驗時使用的液壓管段，要確保管段的加固是安全的可靠的。在試壓時的壓力表必須有兩塊或者兩塊以上，并且每塊壓力表都必須是高于一點五級的精度，有著被測壓力的兩倍的量程刻度。液壓試驗進行的最適溫度是在5攝氏度以上，并且在水介質中不能有空氣。在實驗過程中，不得讓任何無關人員進入試驗地區(qū)，工作人員不能任意進行操作，必須聽從指令。在結束試壓試驗后，需要及時將結果記錄下來，將試驗時的臨時盲板拆除。
2.5壓力試驗管線的壓力試驗是非常危險的，所以在進行試驗時，試驗區(qū)域五米之內(nèi)不能讓讓無關人員進入或靠近，并且要掛上警告標志，工作人員只有在做好各種安全措施之后才能進入進行工作。在試壓的過程中，一旦發(fā)現(xiàn)任何異常情況，例如設備發(fā)生故障、壓力下降、油漆脫落等，就需要立刻停止試驗，并對出現(xiàn)故障的設備進行檢查找出原因。在檢查過程中，如果是接頭出現(xiàn)原因，就需要將壓力調至零，再對接頭進行維修，維修完畢再重新試壓。如果是其他部位或設備出現(xiàn)問題，也必須按照安全措施來進行維修，然后在試壓。在壓力試驗結束后，將試驗結果記錄下來，然后將只能在試驗中使用的部件拆除掉，防止有些工作人員不了解，錯用了設備或機器。
2.6氣體泄漏性試驗氣體泄漏性試驗是指檢查試壓試驗中工藝管道或設備的連結點是否存在泄漏的情況，氣體泄漏試驗是在達到試驗所需要的壓力后一段時間時對設備進行檢查，對每一個連接點的檢查都需要經(jīng)過幾次反復的檢查確認，然后再將檢查結果記錄下來。3結束語管線試壓技術對石油化工工藝的設計十分重要，管線試壓技術是提高石油化工生產(chǎn)質量安全保證的基礎。所以，我們要不斷提高管線試壓技術，從而來提高石油化工的安全生產(chǎn)水平。
摘要：
石油化工企業(yè)在我國國民經(jīng)濟的發(fā)展中起著十分重要的推動作用，而隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，我國更加注重石油化工企業(yè)的建設。在石油化工企業(yè)的正常運行中，供配電系統(tǒng)起著保障作用和決定性作用，因此，重視對石油化工企業(yè)供配電系統(tǒng)的設計十分必要。
關鍵詞：
石油化工企業(yè)；供配電系統(tǒng)；應急電源；用電負荷
自20世紀70年代起，石油化工企業(yè)就已經(jīng)以大油田為依托開始發(fā)展起來，經(jīng)過20多年的發(fā)展，90年代的石油化工企業(yè)已經(jīng)在生產(chǎn)技術上取得了很大突破，呈現(xiàn)繁榮發(fā)展之勢。與此同時，石油化工行業(yè)的電氣系統(tǒng)也發(fā)展起來。由于社會經(jīng)濟發(fā)展的需要，石油化工企業(yè)的規(guī)模隨著用電負荷的增加而不斷擴大，供配電系統(tǒng)的規(guī)模也隨之擴大。因此，在科學技術得到深入發(fā)展的背景下，合理設計供配電系統(tǒng)，采用適當?shù)墓┡潆姺绞?，在保證供電能夠滿足企業(yè)生產(chǎn)需要的基礎上，實現(xiàn)供配電系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟、合理變得十分緊迫。
1石油化工企業(yè)供配電特點
1.1必須保證用電負荷的穩(wěn)定性保證用電負荷的穩(wěn)定性是石油化工企業(yè)供配電系統(tǒng)設計最基本的要求，也是企業(yè)正常運轉的基本保障。需要注意的是，對于比較重要的用電負荷，不僅要配備一級用電負荷電源和二級用電負荷電源，還要為其加設應急電源，且不允許在應急供電系統(tǒng)中接入其他負荷。此外，不允許應急電源與工作電源并列運行，以免在工作電源發(fā)生故障時，應急電源被拖垮。
1.2對系統(tǒng)的安全性和可靠性要求較高石油化工企業(yè)供配電對系統(tǒng)的安全性和可靠性要求較高，主要體現(xiàn)在以下三方面：①石油化工企業(yè)多為連續(xù)性生產(chǎn)，即使電力系統(tǒng)中只有幾個周波出現(xiàn)異常，也會導致大部分生產(chǎn)裝置無法正常運轉，甚至停運，嚴重時，還會引發(fā)火災、爆炸等重大事故，給企業(yè)造成無法挽回的損失。②隨著石油化工企業(yè)規(guī)模的不斷擴大，用電負荷和設備裝置也不斷增加，采取何種方式控制整個電力系統(tǒng)、選擇哪些電氣設備等都直接影響到供配電系統(tǒng)的安全性和可靠性。石油化工企業(yè)可以采取合理的防雷措施，利用浪涌保護器對系統(tǒng)中的部分裝置和設備進行保護。③在石油化工企業(yè)中，易燃易爆品是常見物品，一旦存放不當，極易引發(fā)安全事故。因此，在設計供配電系統(tǒng)時，要保證系統(tǒng)的安全性，采取適當?shù)姆阑鸫胧?
1.3啟動困難石油化工企業(yè)供配電系統(tǒng)的正常運行需要用到一定數(shù)量的大型異步電動機。這些大型異步電動機具有啟動次數(shù)少，但啟動花費時間長的特點，嚴重影響了企業(yè)供配電系統(tǒng)的啟動和運行效率。
1.4需留有一定的擴容空間在石油化工企業(yè)中，用電負荷擴容是一種常見的現(xiàn)象。當企業(yè)進行改造或增加新的裝置時，要相應的進行負荷擴容。因此，在設計石油化工企業(yè)的供配電系統(tǒng)時，要留有一定的擴容空間。
1.5擁有自己的熱力發(fā)電廠石油化工企業(yè)基本都有屬于自己的專用熱力發(fā)電廠，從而為企業(yè)的正常運行提供多層保障。熱力發(fā)電廠的規(guī)模取決于企業(yè)的規(guī)模和發(fā)展需求。此熱力發(fā)電廠既可以為企業(yè)提供備用電源和一定的負荷，用于滿足企業(yè)的內(nèi)部用電需求，又可以對外售電。
2供電電源及其運行方式
石油化工企業(yè)需要的用電負荷一般都在60MW以上，其供電電源一般采用兩個獨立的電源，各級母線采用單母線分段運行方式。在運行時，既可以單獨運行，又可以分列運行。雙電源單運行時，只開啟一個供電電源。當運行的電源發(fā)生故障時，另一個電源自動啟動，投入使用，通過此種方式為企業(yè)持續(xù)供電。這種運行方式的優(yōu)點是操作簡單，缺點是容易引發(fā)生產(chǎn)混亂。雙電源雙運行則是兩個電源都處于運行狀態(tài)。應用此種運行方式的優(yōu)點是當其中某一電源發(fā)生故障時，可降低對企業(yè)正常生產(chǎn)造成的影響，缺點是需要換電倒閘，操作比較復雜。
3供配電系統(tǒng)的設計
3.1分壓防護方面均衡分壓是指分解雷擊后產(chǎn)生的高壓，以避免供配電系統(tǒng)因遭受雷電高壓而出現(xiàn)故障。此種防護措施主要用于電氣施工控制。在設計防護系統(tǒng)時，要注重系統(tǒng)的靈活性，保證供配電的可行性，并以額定電壓為參考依據(jù)，合理連接供配電設施，使電壓的分擔既均衡又有效，保證雷擊發(fā)生時，防護系統(tǒng)可以及時釋放雷電產(chǎn)生的瞬間高壓，從而保障石油化工企業(yè)供配電系統(tǒng)的安全。
3.2雷電防護方面供配電系統(tǒng)的雷電防護是設計者必須要考慮的問題之一。當前，常采取的雷電防護措施是在建筑物上面設置一定的防雷裝置。對于石油化工這種特殊性質的企業(yè)來說，應將儲油罐等易燃易爆品的防護與防雷結合在一起，從而使防護作用最大化。另外，高強度雷擊產(chǎn)生的高壓會對電路造成一定的破壞，因此，在設計供配電系統(tǒng)時，還要將短路故障考慮在內(nèi)。通過運用無窗封閉結構、屏蔽籠原理的屏蔽技術進行電路連接，以此減弱或阻礙電磁波傳播，使系統(tǒng)設備在電磁波影響下產(chǎn)生的感應電流變小。
3.3節(jié)能方面對于石油化工企業(yè)龐大而復雜的供配電系統(tǒng)而言，節(jié)電是一個關鍵性問題，而從整個供配電系統(tǒng)來看，合理選擇電力變壓器容量和降低熱損耗等是節(jié)電的關鍵。為此，可以應用新型銅芯變壓器來解決這一問題。對于電力線路路段較長、數(shù)量較多、損耗大的問題，可以通過縮短線路鋪設路徑、在負荷集中的地方設立變電所等方式來解決。
3.4電氣接地方面對供配電系統(tǒng)進行工作接地處理、對電氣設備進行保護接地處理可以有效保障生產(chǎn)的安全，防止工作人員觸電。通常，接地技術分為兩種，即浮地接地技術和多點接地技術，前者是對電子設備的外殼作接地處理，將雷電擊中建筑物或設備時產(chǎn)生的高電壓及時、合理地釋放出去，進而起到保護作用。
4結束語
鑒于石油化工企業(yè)在我國社會經(jīng)濟發(fā)展中的支柱作用，合理設計供配電系統(tǒng)，保障其運行的安全性和穩(wěn)定性尤為重要。在設計時，應將石油化工企業(yè)供配電的特點和各種安全因素、節(jié)能因素考慮在內(nèi)。
作者：潘陽 裴瑩瑩 單位：洛陽瑞澤石化工程有限公司
摘要：
本文以管線試壓技術為主題，探討它在石油化工工藝設計中的應用問題。首先從管線的總體設計對其進行了簡要概述，主要從試壓工藝技術準備、管線的完整性檢查、前期物資儲備、安全技術規(guī)范等方面具體說明裝置管線的試壓工藝技術在石油化工工藝設計中的應用。
關鍵詞：
管線試壓技術；石油化工；工藝設計
1管線的總體設計
在石油化工生產(chǎn)中，主要采用泵吸入管道設計，其目的在于確保整個泵體的安全運行。其中，泵入口管系統(tǒng)十分重要，一旦有變徑情況產(chǎn)生，就會帶來嚴重后果，如氣體積聚等現(xiàn)象，因此，需要做好偏心異徑管的安裝工作，一般而言，以項平安裝為主，但遇到異徑管、向上的彎頭等存在直連現(xiàn)象，則需要以底平安裝為準，兩種安裝方式均可省去低點排液。然而泵入口管線的布置還是需要十分小心，因為它會受到氣阻的影響、管道柔性的影響、設計逆流換熱的影響以及熱應力的影響，所以，應該在布置管線時，從整體上進行任務部署，安裝中進行對應操作，確保其準確與安全的安裝。
2裝置管線的試壓工藝技術
(1)試壓工藝技術準備大型石油裝置有復雜的管線系統(tǒng)，需要認真檢查與維護，才能更好的確保試壓工作的安全進行。首先應該對試壓的工藝流程圖有一個明晰的了解，然后按照相應的設計原則，做好試壓方案。但在整個流程的疏理方面，應該以與試壓工藝相關的介質、方法、步驟、安全技術保障措施等為要素加以分析，做好準備工作。(2)管線的完整性檢查對管線進行檢查，必須從完整性、連續(xù)性、安全性等方面仔細考慮，然后分工對應性檢查，這樣，可以保證整個檢查的有效性。若未進行此項關于管線的完整性檢查工作，則應該禁止進行試壓實驗，以保證設備與人員的安全。在檢查方面，要求態(tài)度嚴謹、認真、有耐心。所謂“膽子要大，心要細”，即需要以石油化工管道系統(tǒng)圖、簡易試壓系統(tǒng)圖、剖面圖、平面圖、支架圖等設計圖紙、相關技術標準，嚴格執(zhí)行，對照每一根管線，仔細檢查；另一方面，需要檢查人員以規(guī)則流程行事，如自查、復查、審核，都需要認真進行。因此，需要以施工班組為單位，先進行以設計圖紙為準的管線自查；還應該對管廊上的管線布置；管廊上敷設的不同管道種類如工藝管道、公用工程管道、儀表管道和電纜等進行仔細檢查。然后，安排施工技術人員進行管線的復查，(注意，應該對該試壓系統(tǒng)的每一根管線的復檢)；最后，應該對整個檢查工作進行總結與評估，并上報給質監(jiān)部門加以審核。經(jīng)過這些檢查工作后，才可保證試壓的安全，所以，需要認真處置。(3)前期物資儲備考慮到試壓工作的危險系數(shù)較高，應該在試壓前做好物資儲備。從管線試壓的氣體介質方面看，主要有空氣、干燥無油空氣、氨氣等；從液體介質方面看，主要有潔凈水、水、純水等；因此，試壓階段，往往以水作為一般性的試壓介質，還需準備試壓臨時盲板、壓力表、打壓機等。另外，應該對機械設備進行檢查、維護，保證試驗中的正常運行。
3安全技術規(guī)范
管線試壓工作在技術上，要求非常嚴格，以此來降低危險系數(shù)。在一般情況下，選擇液壓試驗管時，管段長度以1千米以內(nèi)為宜，對臨時加固措施需進行復檢以保證安全，在標識方面，以醒目、清晰為主；對試驗用壓力表需進行精度調整，以五級以上為準，最好是2塊及以上為宜；對于液壓試驗系統(tǒng)的注水問題，需在5攝氏度以上的適宜溫度進行，先排空氣，待排盡后，若達不到理想的環(huán)境，需做好預防措施，比如防凍措施；試壓中，試壓壓力以符合下式PS大于6.5取6.5為宜；若是強度試驗，合格后需穩(wěn)壓30分鐘，防止泄漏產(chǎn)生；泄壓閥可以水平安裝，也可以垂直安裝，但安裝時應注意閥體氣流與水流進出口方向。如泄壓閥排水口位置較遠，泄水管路過長(>20m)，泄水管口徑宜比泄壓閥規(guī)格放大一檔，以防止泄流不暢產(chǎn)生背壓，保證泄壓閥閥前管網(wǎng)壓力穩(wěn)定。對于氣體試壓中，泄壓原理與此相同，安裝時需注意泄壓氣體是否排盡。在試壓現(xiàn)場，對整個范圍嚴格控制，可通過設置警戒線，并禁止閑雜人等入內(nèi)；操作人員的工作應該嚴格按照指示進行，防止自主操作或隨意開關閥門；一旦試驗結束，應該將所有的臨時盲板進行拆除，做好試壓的數(shù)據(jù)記錄。
4判斷試壓與泄壓
判斷試壓合格的標準，首先是在準備階段，應該對裝置、管線種類、數(shù)量以及設計方案等進行檢查，對流程進行核準，對方法、步驟、安全技術加以復核；其次，應該對氣體、液體試壓合格標準加以注意，要求以無泄漏、無壓降、焊接接頭無瑕疵(閥門填料處、法蘭式螺紋接頭連接處、過濾器與視鏡、放空閥、排氣閥等)為合格。在泄壓方面，泄壓閥通常是根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力能進行自動啟閉，一般安裝于封閉系統(tǒng)的設備或管路上保護系統(tǒng)安全。當設備或管道內(nèi)壓力超過泄壓閥設定壓力時，即自動開啟泄壓，保證設備和管道內(nèi)介質壓力在設定壓力之下，保護設備和管道，防止發(fā)生意外。泄壓方面，應該以氣體、液體排盡為合格標準。
5結語
在石油化工生產(chǎn)過程中，管道試壓是一項不可忽略的環(huán)節(jié)，應該對其仔細研究，認真分析，確保安全、可靠運行,確保萬無一失，以及做好整體的意外事故預防。
作者：李賢 單位：廣東省茂名瑞派石化工程有限公司
1廠內(nèi)道路平面設計需要注意的問題
1．1廠內(nèi)道路交通量道路交通量的大小是確定道路的路面寬度的重要依據(jù)。特別是石油化工企業(yè)的貨運道路寬度的確定需要考慮通過該條道路運輸貨物的總量，采用何種車輛及噸位、裝卸車時間、一天內(nèi)的作業(yè)時間，按照合理車速計算出采用幾條車道合適，是否需要設置待車場地等。而對于生產(chǎn)裝置和罐區(qū)四周設置的道路主要考慮消防車的通行和作業(yè)，貨物運輸車輛一般嚴禁在此通行，該區(qū)域的道路寬度主要考慮消防和檢修等使用，寬度可按規(guī)范規(guī)定大于等于6m。但對大型企業(yè)，上下班時間員工大量進出，廠區(qū)主干道上會出現(xiàn)人流高峰，另外有許多企業(yè)會逐期擴建。這些在確定道路寬度時也應予以考慮。此外，根據(jù)《廠礦道路設計規(guī)范》(GBJ22－87)，表1給出了不同類型企業(yè)廠內(nèi)道路的路面寬度。
1．2廠內(nèi)道路設計車速石油化工廠內(nèi)車輛行駛速度一般小于城市中的車輛速度，廠內(nèi)的貨物運輸車輛通時速常為15～20km/h，而從通行能力和交通安全兩方面考慮，最高行駛速度不應超過25km/h。但對于運輸易燃、易爆、有毒、有害等危險品的車輛在廠內(nèi)行駛速度限制在15km/h以內(nèi)。
1．3廠內(nèi)道路最小轉彎半徑道路最小轉彎半徑指汽車轉彎時汽車的前輪外側沿圓曲線行走軌跡的半徑，即，轉彎半徑=道路內(nèi)緣半徑+車輛寬度+安全距離?！稄S礦道路設計規(guī)范》(GBJ22－87)中列出廠內(nèi)道路最小轉彎半徑見表2。但供消防車輛行駛的道路最小轉彎半徑不應小于12m，如需供大型消防車輛行駛，該半徑需根據(jù)車輛參數(shù)具體確定。廠內(nèi)的運輸?shù)缆芬部砂凑招旭傑囕v類型來確定，如果是載重4～8t的單輛汽車，可將內(nèi)邊緣最小轉彎半徑設為9m;若單輛汽車載重10～15t，或汽車載重4～8t同時帶一載重2～3t掛車，則該半徑應設為12m;若單輛汽車，載重10～15t，應設為15m;若單輛汽車，載重40～60t，應設為18m。若廠內(nèi)行駛60t拖掛車，考慮其轉彎視距及安全，該半徑一般不宜小于20m。
1．4廠內(nèi)道路邊緣與相鄰裝置及建構筑物的距離車輛排放的尾氣可能攜帶火花，如果與易燃、易爆的化工裝置和車間距離太近，可能引燃泄漏出來的易燃易爆氣體，造成危險發(fā)生，所以廠區(qū)道路需要與裝置及建構筑物的保持一定的距離。根據(jù)《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》(GB50160－2008)中規(guī)定:石油化工企業(yè)廠區(qū)內(nèi)的貨物運輸?shù)缆放c甲類生產(chǎn)裝置及車間間距不小于15m，與乙類和丙類生產(chǎn)裝置及車間間距不小于10m。《建筑設計防火規(guī)范》(GB50016－2006)要求，甲類生產(chǎn)裝置及車間與廠區(qū)非貨物運輸?shù)缆返闹饕缆凡恍∮?0m，一般道路不小于5m;而《化工企業(yè)總圖運輸設計規(guī)范》(GB50489－2009)規(guī)定廠區(qū)內(nèi)道路與非危險性的建構筑間距可按表3執(zhí)行。
2石化企業(yè)廠內(nèi)道路斷面設計
2．1道路縱斷面設計石化企業(yè)廠內(nèi)道路縱斷面設計時，要與廠區(qū)內(nèi)的豎向設計、生產(chǎn)裝置及建構筑物室外標高、工程管線以及鐵路設計相協(xié)調，選擇合適的道路標高以及坡度和坡長。具體說來，斷面設計應滿足縱向坡度及豎曲線等參數(shù)要求;道路坡度應盡量平緩，需考慮機動車行駛安全的需要;道路設計標高應與廠外市政道路標高相協(xié)調，保證在廠區(qū)出入口處順利銜接。且道路設計標高還應滿足場地排水的需要，避免自流的雨水和污水等與道路的坡向不一致，造成水溝或水管埋深過大。
2．1．1縱向坡度
2．1．1．1最大縱坡道路縱坡的設置需根據(jù)廠區(qū)場地的豎向及道路附近裝置、建構筑物的標高綜合確定，避免高差過大。最大縱坡設置要考慮車輛行駛的安全，特別是車輛轉彎、下坡安全;寒冷地區(qū)還要考慮道路雨雪結冰時的影響，應盡量避免選用允許的最大值。道路縱坡的設置需要根據(jù)廠區(qū)場地的豎向以及道路附近裝置和建構筑物的標高合理確定，避免進出裝置和建構筑物的車間引道坡度過大。最大縱坡的設置還要考慮車輛行駛的安全，特別是考慮車輛轉彎、下坡安全;同時在寒冷地區(qū)也要考慮道路有雨雪結冰時對車輛行駛安全的影響。在應用時應盡量避免選用最大縱向坡度?！痘て髽I(yè)總圖運輸設計規(guī)范》(GB50486－2009)中要求值見表4。若受場地條件限制，主干道、次干道、車間引道的最大縱坡可增加2%。但若道路交通比較頻繁則不建議增加。另外，道路坡度確定還應考慮到車輛的爬坡能力，因當車輛滿負荷上坡時，發(fā)動機內(nèi)油料燃燒不完全，或冒出大量黑煙，損傷車輛，污染環(huán)境。
2．1．1．2最小縱坡最小縱坡要能滿足道路排水要求，使路面不積水，一般最小取0．3%。但對于有些場地十分平整，道路縱坡達不到該值，也可采用更小坡度或零坡度，而道路兩側設置的雨水管、溝需要考慮合適坡度，順利排除道路上的雨水。
2．1．2坡長限制廠內(nèi)道路的最大縱坡度一般應≤8%，坡長限制在200m以內(nèi)。
2．1．3豎曲線設置于縱坡變坡處相鄰兩坡度代數(shù)差大于2%處，其長度應≥15m，半徑應≥100m。
2．1．4豎向標高的確定通常按照廠區(qū)出入口的標高與廠外公路的標高、坡度以及平整場地的標高綜合確定。一般情況下，按照廠區(qū)內(nèi)路面設計標高高于廠外道路路面標高為原則，如果廠區(qū)內(nèi)的路面標高低于廠外道路標高，可采用在廠區(qū)大門處增設雨水篦子板，避免廠外道路上的雨水倒灌至廠區(qū)內(nèi)部。
2．2廠內(nèi)道路橫斷面設計廠區(qū)內(nèi)道路橫斷面有城市型和公路型兩種。城市型道路需設路緣石、雨水口，通過雨水管或雨水溝排水，橫向坡度一般為1．5%～2%。這類橫斷面一般設在行人較多的地方和對整潔美觀要求較高的生產(chǎn)區(qū)或辦公場所。公路型橫斷面沒有路緣石，采用道路兩側的明溝排水，橫向坡度一般采用1%～2%。雨水量較大地區(qū)經(jīng)常采用，通常設在人員較少的裝置區(qū)，會加設透水蓋板或在路邊設置欄桿。而在廠區(qū)邊緣和靠近山體地段的道路可不設蓋板。
3石油化工企業(yè)廠內(nèi)道路交叉口設計
廠內(nèi)道路交叉口主要有道路道路和道路鐵路交叉兩種。
3．1道路道路交叉口的設計廠區(qū)內(nèi)的道路道路交叉一般采用正交形式，如需要斜交交叉角宜大于45°。且主要道路交叉口處應考慮停車視距，距離不宜小于20m，視距范圍內(nèi)不能設妨礙視線的建構筑物、樹木等。道路交叉口的縱坡一般小于2%，而且應保持主道路在交叉處坡度不變。
3．2道路鐵路交叉口的設計廠區(qū)內(nèi)道路鐵路應盡量避免交叉過多。如有兩處交叉，間距不宜小于一列火車的長度或廠區(qū)內(nèi)最長列車長度，避免在緊急情況時列車擋住道路，救援車輛無法進出。道路鐵路交叉一般采用正交。當采用斜交時，交叉角不宜小于45°。并且應該保持交叉點處鐵軌頂面與道路路面的標高一致。
4結論
本文探討了石油化工企業(yè)廠區(qū)內(nèi)道路設計的一些重要問題?？傊?，石油化工企業(yè)廠內(nèi)道路應根據(jù)工藝需求及不同的功能分區(qū)進行布置，并結合廠區(qū)周邊的市政路網(wǎng)情況合理確定人員及貨物進出口位置，同時考慮廠區(qū)的豎向，進行綜合分析使道路設計更加科學合理，最大方便企業(yè)使用，為企業(yè)創(chuàng)造更多的效益。
作者：逄永健 呂學昌 劉園園 單位：山東建筑大學 建筑城規(guī)學院城市規(guī)劃系 中海油山東化學工程有限責任公司 山東大學 控制科學與工程學院生醫(yī)所
1軟管站的設置位置
每一組軟管站覆蓋的范圍為半徑15m的圓，考慮到設備及其他障礙物的影響，圓與圓應重疊2m左右，根據(jù)覆蓋區(qū)域來確定軟管站的位置和數(shù)量(1)對多層廠房和框架，每層上應設置公用工程軟管站；(2)在容器類的操作平臺上應考慮設置公用工程軟管站的必要性；(3)在工業(yè)爐區(qū)：箱式爐：在地面上和主操作平臺的每一端以及對流段聯(lián)箱附近；立式爐：在地面上和主操作平臺上；(4)換熱器區(qū)和泵區(qū)附近；(5)專用裝車站附近；(6)鍋爐區(qū)，設在地面爐前爐后、汽包附近及操作層燃燒器附近;上述的地方易發(fā)生火災，受到污染，其中常含有固體顆粒、粘稠或泥漿特性等介質且有可燃及腐蝕性介質。
2軟管站的管道設計
由于地面上的軟管站經(jīng)常用于泵或地面沖洗，其周圍凈空應保證不小于1200mm，管橋兩側的軟管站宜設在柱子中心線外側500mm處。軟管站管道上的閥門安裝高度離地面不宜大于1200mm。設置在構架上的軟管站，管子通常設置在立柱旁，便于固定和操作，可根據(jù)需要及所覆蓋的半徑，軟管站可設置在每層樓面上。設置在塔和立式容器平臺上軟管站，從操作方面考慮，軟管站與軟管架之間的距離最少應為600mm，而軟管站與人孔或其他管道之間的空間不宜小于1000mm，軟管接管不要妨礙人孔蓋的開啟及回旋。軟管站管道上的閥門應安裝在扶手欄桿的外側，且離支架距離最小，這樣在平臺上操作時將不受軟管站限制。塔的軟管站管線一般只需設置兩根管線沿塔而上，根據(jù)需要設置軟管接頭，并在接頭前設置切斷閥[3]，管道的走向應充分考慮塔上管道支吊架的安裝。鍋爐區(qū)軟管站設在地面爐前爐后、汽包附近及操作層燃燒器附近，若操作平臺間距不大，可在平臺各端交叉設置。換熱器和泵附近的軟管站應設在地面上并靠近柱子的地方。罐區(qū)軟管站設置在罐區(qū)圍堰外、罐區(qū)與泵之間的地面上和圍堰周圍靠墻附近的地面上。大型罐區(qū)，當圍堰內(nèi)公用工程使用點超出圍堰外軟管站覆蓋范圍時，也可在罐區(qū)圍堰內(nèi)罐與罐之間設置軟管站[4]。
3軟管站管道的防凍設計
3.1汽水疏水伴熱方式地面上的軟管站管道低于其總管時，蒸汽管道末端易形成凝液，水管道終端易結冰，應將蒸汽管中的凝液經(jīng)疏水回凝結水總管，并將凝結水管沿水管道一同敷設。
3.2汽水混合方式在寒冷的冬天或炎熱的夏天，單獨用新鮮水或蒸汽沖洗地面都達不到較好的效果時，應根據(jù)裝置的特點和地面的實際情況，在取得用戶同意的前提下，將地面軟管站中水管道和蒸汽管道連接在一起，使操作方便快捷。
4軟管站的支吊架設計
在選用管道支吊架時，應考慮到軟管站的管道直徑小，容易受外載因素的影響，應按照支承點所承受的荷載大小和方向、管道的位移情況、工作溫度、保溫情況、管道的材質來選用安裝合適的支吊架。(1)對于塔、容器或構筑物上的軟管站管道支架可生根于平臺欄桿上。(2)地面上的軟管站一般設在立柱旁，利用立柱可生根支吊架來支撐管道，如果軟管站設在無立柱的建筑物等處，則需設獨立的管立柱。此時，水平布置的蒸汽管道上需設置管托，根據(jù)對管道熱位移的考慮，確定是否設成導向支架，閥門附近需用U型管卡固定。(3)蒸汽管道等需要保溫的管道，由于管子的自重和冷熱伸縮，會使管道移動，為防止損壞保溫層，應使用管托。對于高塔、立式容器或多層構筑物等從底部一直敷設到頂部的管路，應考慮在管道上兩固定支架間設置一個補償環(huán)圈。
綜上所述，石油化工裝置中軟管站對裝置的安全平穩(wěn)運行起著至關重要的作用，合理的根據(jù)裝置需要布置軟管站的管道，能夠最大限度的發(fā)揮裝置的工效性，提高安全保障，產(chǎn)生優(yōu)化的經(jīng)濟效益。
作者：王一帆單位：洛陽石化工程設計有限公司工藝室
一、石油化工裝置壓力容器設計方法分析
我國各行業(yè)領域的生產(chǎn)都離不開石油化工裝置壓力容器，國家也對其設計標準頒布了相應的規(guī)章制度，以此來規(guī)范設計工作，促進石油化工行業(yè)的進步。就我國當前的設計現(xiàn)狀來看，雖然同其他先進國家相比仍處于較低水平，但在多年的發(fā)展過程中也取得了一定的成就，形成了兩種石油化工壓力容器設計方法，即為：以應力分析為標準的設計方法和以行業(yè)標準規(guī)范為依據(jù)的設計方法。不同的設計方法具有各自的弊端和優(yōu)勢，在設計過程中，一定要結合實際狀況和用途，在設計原則的約束和限制下，站在整體的角度進行分析和考慮，使設計方法達到最優(yōu)化。
在生產(chǎn)設計壓力容器時，人們應用最多的一種設計方法為常規(guī)設計法，彈性失效準則是該方法在設計過程中遵循的主要思想，該方法要求設計工作人員必須具有較深的資質，實際操作經(jīng)驗豐富，專業(yè)技術能力較高，需要對生產(chǎn)材料性能進行研究和計算，最明顯的優(yōu)勢就是方便、可行性高。而以應力分析為標準的設計方法要求應用一致性的許用應力，對各項承受應力進行統(tǒng)一和限制，提高設計安全系數(shù)，完善壓力容器在應力設計方面的缺陷。
雖然以行業(yè)標準規(guī)范為依據(jù)的設計方法在一定程度上可以保障產(chǎn)品的功能，但如果遇到因為溫度不同而承受應力，且還出現(xiàn)容器局部受到較大應力的情況時，局部較大的應力接近極限值，然而容器其余部位在承受應力方面還保留一定的彈性，壓力容器依然能夠正常的發(fā)揮作用。在這種情況下，必須要應用以應力分析為標準的設計方法，充分發(fā)揮現(xiàn)代先進電子信息技術和軟件在設計領域的優(yōu)勢，使壓力容器性能得到進一步提升，滿足實際生產(chǎn)需求。但要注意這種設計方法流程比較復雜，包括多項內(nèi)容，但其優(yōu)點在于具有極高的安全、可靠性。
傳統(tǒng)設計方法對彈性失效理論的運用不夠完善，還具有很大的發(fā)展空間，有待進行進一步的探索和分析。在現(xiàn)代化生產(chǎn)的過程中，石油化工裝置壓力容器的各項參數(shù)的設置標準越來越高，這也是社會生產(chǎn)發(fā)展的必然需求，為了更好的迎合這種發(fā)展趨勢，要對承受應力進行科學、系統(tǒng)的計算，優(yōu)化設計方法中的不足之處，運用計算機技術和試驗檢測技術，提高容器結構的設計合理性，保障壓力容器能夠安全、穩(wěn)定的高效運行。承受應力的重要程度分析、類別分析是壓力容器的設計方法的關鍵，要全面的考慮容器因應力而發(fā)生的變化，進一步調整壓力容器產(chǎn)品能的參數(shù)設計，降低設計成本，利用計算機設計軟件，保障設計的科學性。
二、結語
石油化工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展能夠有效的帶動我國國民經(jīng)濟的提升，而壓力容器的穩(wěn)定、高效運行又是保障化工裝置正常工作的基礎，因此為了提高石油化工生產(chǎn)效益，必須要從根本上加強對壓力容器的設計要求和設計方法的分析和研究。應嚴格遵循國家行業(yè)標準，在多種設計方案和途徑中選出最佳的一種，在實際工作中不斷積累經(jīng)驗，提升設計水平，落實壓力容器設計原則，保障壓力容器性能。
作者：朱魁單位：中國石油集團渤海石油裝備制造有限公司遼河熱采機械制造分公司
1變風量通風系統(tǒng)
通常化驗室內(nèi)的通風設備包括：通風柜（落地）、萬向排風罩、原子吸收罩、氣瓶柜、試劑柜等。通風柜作為化驗室內(nèi)最重要的一級防護設備，通常要求維持通風柜面風速恒定為0.5m/s，過高或者過低的面風速，均會發(fā)生污染氣體泄漏的危險。對于萬向排風罩、原子吸收罩、氣瓶柜、試劑柜等局部排風設施，應能夠持續(xù)高效地控制，安全迅速地將氣體排出。變風量通風系統(tǒng)就是為了能夠達到這些設計要求，并保證整個化驗室內(nèi)的空氣質量，做到化驗區(qū)域相對于區(qū)域之外為負壓，以免對周圍的辦公休息區(qū)造成污染。在充分滿足室內(nèi)環(huán)境安全的前提下，大幅降低系統(tǒng)運行能耗，包括空調及排風機的能耗。與定風量系統(tǒng)相比，變風量系統(tǒng)加大了單臺排風機攜帶的通風柜或其他通風設備的數(shù)量，為實現(xiàn)風量、壓力控制，除配備常規(guī)設備外，還需要增加一些通風及控制設備，如變風量風閥、定風量風閥、壓差變送器、風速控制器等。中心化驗室變風量通風系統(tǒng)的控制原理如圖1所示。
1.1通風柜的控制化驗室內(nèi)每臺通風柜的排風支管上安裝與壓力無關的變風量風閥，通過通風柜調節(jié)門旁邊的風速控制器控制風閥來調節(jié)通風柜的排風量，使通風柜在有人操作時的面風速維持在0.5m/s左右，當無人操作時能夠降低到0.3m/s（用于特殊控制需要，一般化驗室較少設置此功能）；在通風柜關閉時，保證通風柜的最小排風量。
1.2萬向排風罩等固定通風設施的控制化驗室內(nèi)萬向排風罩、吸氣罩、試劑柜等的排風匯總管上安裝與壓力無關的定風量風閥，保證在通風柜風量發(fā)生變化時，這些排風設施的排風量保持不變。一般萬向排風罩的排風量按150m3/h計算，試劑柜的通風柜按75m3/h計算，吸氣罩則根據(jù)罩口尺寸和罩口吸口風速具體計算，化驗室內(nèi)操作的對象大部分為有毒或有危險的有害物，罩口風速按規(guī)定不小于0.5m/s。
1.3室內(nèi)換氣次數(shù)的控制為保證化驗室內(nèi)排風效果和維持室內(nèi)溫濕度要求，SH/T3103-2009《石油化工中心化驗室設計規(guī)范》規(guī)定，對于產(chǎn)生有毒有害氣體的分析房間換氣次數(shù)不應小于7次/h。若化驗室內(nèi)通風柜和萬向排風罩等其他通風設施最小排風量不能滿足化驗室的最小換氣次數(shù)時，需在化驗室內(nèi)增加室內(nèi)排風口，并在此排風口的排風支管上安裝與壓力無關的變風量閥門，用于保證化驗室的最低換氣次數(shù)要求。
1.4室內(nèi)壓力檢測控制為避免化驗室氣流滲出實驗室，造成交叉污染，應控制化驗室內(nèi)氣壓使其相對于走廊和辦公休息區(qū)域為負壓。在化驗室內(nèi)設計送風管，并在送風管上安裝與壓力無關的變風量風閥，送風管上的變風量風閥與排風管上的變風量風閥聯(lián)鎖控制，使得化驗室內(nèi)的送風量與排風量的差值保持恒定，保持化驗室負壓，空氣從走廊流入化驗室，避免有害物的散出。同時，在確保安全的前提下，使通風柜能以最小的排風和補風風量操作，節(jié)省能源。
2送風、排風系統(tǒng)設計化驗室通風系統(tǒng)如圖2所示。
2.1風管系統(tǒng)設計現(xiàn)在化驗室建筑面積越來越大，房間越來越多，合理的送排風系統(tǒng)設計就尤為重要。在定風量系統(tǒng)設計時，每臺風機連接4臺左右的通風柜或氣體通風設施，這在變風量系統(tǒng)設計時已經(jīng)不太適用，會造成資金和能源的浪費。變風量系統(tǒng)根據(jù)建筑物的類型一般可以按橫向或豎向分區(qū)，橫向分區(qū)即按每層來設計一個或幾個送、排風系統(tǒng)，每層的排風機和新風機集中布置，排風機和新風機均設置在各自獨立的風機房內(nèi)；豎向分區(qū)是把一個或幾個建筑跨度內(nèi)的各個樓層的房間劃分成一個排風系統(tǒng)，通過匯總立管引至屋面，所有的排風機在屋頂或頂層機房內(nèi)統(tǒng)一布置，但是送風系統(tǒng)仍按橫向劃分。橫向分區(qū)的優(yōu)點是沒有豎向立管，減少了風管穿越樓板和屋面的次數(shù)，但由于變風量系統(tǒng)風量大，計算出的風管管徑也會相應較大，橫向分區(qū)系統(tǒng)難免會出現(xiàn)排風管和送風管交叉現(xiàn)象，這樣就要求建筑物的層高很高，以滿足房間上部區(qū)域風管的布置需要，一般采用變風量通風設計的化驗室最低建筑層高取4.8m；另一方面，有些化驗室屋頂在建筑設計時設計為坡屋頂，這樣就無法在屋頂設置風機，只能按照橫向來分區(qū)設計。豎向分區(qū)避免了排風管和送風管在室內(nèi)交叉的情況，但是現(xiàn)在的化驗室建筑面積普遍較大，在進行防火設計時，通常會把每一層設計為一個防火分區(qū)或幾個防火分區(qū)，這樣在每層的排風支管上就必須要增加防火閥，以滿足建筑防火規(guī)范的要求；此外排風立管還會占用化驗室內(nèi)的空間，在有些實驗設備較多面積緊張的化驗室內(nèi)，可能會造成擁擠的感覺。圖2所示就是豎向分區(qū)實例。在設計中，不管是橫向分區(qū)還是豎向分區(qū)，都必須按照設計規(guī)范來進行劃分：（1）同一類型的房間宜劃分在同一系統(tǒng)。（2）排出氣體性質相同的房間或通風設備應設計成一個系統(tǒng)。（3）對于有極度、高度危害物質或極難聞氣體物質必須單獨設計成一個系統(tǒng)，不應和其他通風系統(tǒng)合用。
2.2系統(tǒng)控制設計要真正實現(xiàn)化驗室理想的氣流組織，排風量、送風量以及房間的壓差控制尤為關鍵。在定風量系統(tǒng)和有些傳統(tǒng)的變風量系統(tǒng)的設計中，一般在通風柜連接的管道上設置蝶閥，依靠手動或自動開大或減少風閥來調節(jié)系統(tǒng)風量，這樣不僅會造成風量的浪費，更重要的是還會導致通風柜面風速不穩(wěn)定，這對化驗室的安全非常不利。有些傳統(tǒng)的變風量系統(tǒng)即使是已經(jīng)采用風速控制系統(tǒng)，也只是在通風柜面風速改變之后才會進行調節(jié)，控制緩慢且頻繁。所以，不管是采用定風量系統(tǒng)還是變風量系統(tǒng)，室內(nèi)的壓差都不穩(wěn)定，氣流組織難達到理想效果。因此，在變風量系統(tǒng)設計時就需要采用合理的風量控制閥和室內(nèi)壓差控制系統(tǒng)來解決系統(tǒng)管網(wǎng)風量變化和室內(nèi)壓差變化這一類問題。風量控制閥包括變風量控制閥和定風量控制閥，它們的特點是：（1）壓力無關性。在通風柜運行過程中對通風柜面風速影響最大的因素就是通風系統(tǒng)管網(wǎng)壓力，由于其他通風柜或通風設備的開閉，或管網(wǎng)其他方面變化會導致通風柜管路壓力發(fā)生變化，而且這種變化是會經(jīng)常發(fā)生的。風量控制閥能根據(jù)管網(wǎng)壓力變化自動調整，這個過程是伴隨管網(wǎng)壓力變化同時發(fā)生的，實現(xiàn)了快速穩(wěn)定的風量控制。（2）反應速度快。系統(tǒng)的響應時間短，達到要求的風量值所用時間一般在1s以內(nèi)，在通風柜調節(jié)門到位后的1s以內(nèi)即可達到指令值，同時化驗室送風和總的排風控制系統(tǒng)也快速響應以維持正確的房間壓力。（3）風量控制精度高。風量控制精度在±5%以內(nèi)，在通風柜調節(jié)門變化時，通風柜的面風速可保持在（0.5±0.1）m/s。（4）風量可調節(jié)比高。最大風量和最小風量比例為20∶1，高的調節(jié)比使系統(tǒng)可利用的參差系數(shù)大，適用于通風柜數(shù)量多的大通風系統(tǒng)。當化驗室房間較多，通風柜數(shù)量也相應較多時，風量控制閥的調節(jié)比高，就可以降低通風柜最低運行風量，有效降低通風柜的運行能耗。大的排風系統(tǒng)還可減少風機的數(shù)量，減少風管的數(shù)量，減少風管占用建筑物內(nèi)的空間?？刂葡到y(tǒng)其他的部件包括風速傳感器、管道壓力傳感器、房間壓差變送器、中央控制器等，加上風量控制閥，它們一同構成了整個變風量系統(tǒng)的控制神經(jīng)。具體控制系統(tǒng)的安裝方式為：每臺通風柜排風支管上安裝1臺變風量控制閥，它會依據(jù)通風柜上的監(jiān)視器反饋數(shù)據(jù)來調節(jié)門開啟的大小和運行狀態(tài)，以此來控制通風柜的排風量；風速傳感器會一直檢測通風柜的面風速，以使其保持在0.5m/s左右。在化驗室其他通風設備（萬向排風罩、原子吸氣罩、氣瓶柜、試劑柜等）的排風匯總管上安裝1臺定風量風閥，保證這些通風設備在系統(tǒng)運行中保持排風量始終不變。在新風送風支管上安裝1臺變風量風閥，并且與排風管上的變風量風閥聯(lián)鎖，根據(jù)室內(nèi)的排風量控制化驗室的送風量，以保持室內(nèi)壓力恒定?；炇覂?nèi)安裝房間壓差變送器，與系統(tǒng)聯(lián)鎖，檢查室內(nèi)壓力，同樣用于保證室內(nèi)的壓力恒定。最后所有的控制信號均傳送給中央控制器，當發(fā)現(xiàn)風量變化時，中央控制器會給機房內(nèi)的排風機或新風機發(fā)出信號，調整其排風機的排風量或新風機的送風量。
3其他方面
由于化驗室的特殊性，在設計時還應注意以下幾個方面：（1）對于會排出含有濃度較高的爆炸危險性物質的通風柜，應采用防爆風機?；炇抑幸话阈枰O置防爆風機的房間有：樣品分析室、液化氣分析室、試劑儲存室、焦炭硫磺分析室、樣品留樣間、辛烷值機室、藥品庫等。（2）當排出的氣體含有極度、高度危害物質或者極難聞氣體物質且濃度超過規(guī)定允許排放標準時，應采取凈化處理措施，排放口高度應符合國家相關規(guī)定。化驗室排放的廢氣主要有無機酸廢氣和有機廢氣，由于化驗室場地有限，不方便采用大型凈化裝置，而且化驗室的廢氣量相對較小，通常都是稀釋后直接排放，若必須使用凈化裝置時，也只使用小型的廢氣凈化裝置。處理無機酸廢氣時可采用酸氣吸附劑，處理有機廢氣時可采用活性炭吸附劑。（3）化驗室一般都必須采用防腐蝕的通風設備，風管應采用無機玻璃鋼管或其他塑料等防腐蝕管；風量控制閥、萬向排風罩等也必須有相應的防腐蝕措施。（4）現(xiàn)在的變風量系統(tǒng)均設計為全新風系統(tǒng)，排風機和新風機均采用變頻控制，在滿足化驗室內(nèi)通風量的前提下，盡可能地減少系統(tǒng)送風量，從而節(jié)約化驗室空調能耗。另一方面，在一些南方潮濕地區(qū)還需要控制好新風機的機械露點，防止出現(xiàn)化驗室內(nèi)濕度過大的現(xiàn)象。
作者：楊輝史永果單位：洛陽瑞澤石化工程有限公司中國石油天然氣第一建設公司
1.加強管道布置
在石油化工管道設計中最關鍵的一環(huán)就是管道布置；管道布置時，不僅要滿足管道系統(tǒng)施工、操作、檢修以及自身要求，而且還必須結合工藝、生產(chǎn)、設備布置要求進行。所以管道設計中要充分考慮管道布置問題，具體應考慮以下幾點：（1）管廊附加余量；在對管廊設計過程中，普遍的做法是管廊設計余量留有百分之十到百分之二十。不過，當裝置運行幾年時間后，如果還以普遍的設計余量為主是根本不夠的，所以應保持百分之二十到百分之三十的管廊設計余量。（2）安全閥的管道布置；在連接安全閥出口和泄壓總管過程中，應避免總管內(nèi)的的凝液逆流進支管，所以實際連接時要從上部朝著正確的流向以45°角斜插入總管，在避免凝液逆流入支管的同時還一定程度上減少了安全閥的背壓。倘若安全閥的定壓在7.0MPa以上，那么這時就應根據(jù)45°角順著流向插入總管；倘若安全閥出口位置要低于泄壓總管，那么應避免袋形管段積液情況。（3）夾套管；要求內(nèi)管直管段對接焊縫的距離大小應保持在200mm以內(nèi)，首選無縫對焊管件，彎頭不得超過1.0DN。在準備對外管裝配前，應做好內(nèi)管焊縫的無損檢測和壓力試驗，當檢測與施壓都達到標準要求后，才能真正進行外管的裝配。同時，在設計夾套管過程中，應針對內(nèi)管材質選擇相應的支承塊，這樣就不會因為材質的不同而導致內(nèi)外管出現(xiàn)漲縮差異。
2.管架設計
管架設計在石油化工管道設計中也屬于重點部分，其與管道設計之間有著不可分割的聯(lián)系。一旦管架設計中存在缺陷，將會出現(xiàn)斷裂對所用設備造成損壞，更有甚者導致管道運行中存在巨大的安全隱患。因此設計管架過程中應考慮好以下問題：（1）沿塔鋪設的管線；在沿塔鋪設的管線中一般只會安裝一個非剛性的承重支架。該支架頂和塔頂封頭焊縫線間的距離是150mm。如果單個承重支架的荷重要比承重量高，那么應設置彈簧吊架承重支架，與導向支架間應保持適當?shù)木嚯x，要求最底部的導向支架與水平管間的距離應大于其高度的三分之一。（2）適當減少彈簧架；彈簧架屬于管架中的一類，相較于其他管架，彈簧架的價格昂貴，安裝十分繁瑣，更為嚴重的不足是長期使用后會出現(xiàn)彈簧失效情況。彈簧架安裝過程中，通常通過定位銷將其固定，這個時候只具備剛性支吊架功能。在水壓測試彈簧支吊架后，進行蒸汽吹掃，并將定位銷拆除。
3.材料選擇
選擇優(yōu)質匹配的材料對管道裝置的正常有序運行起到了重要的保障作用，也有利于日后的維修及技術改造。實際應考慮好以下幾點：（1）不得將管道的設計溫度當做明確管道隔熱性能的參考依據(jù)，管道是否具備較好的隔熱性能，完全在于實際操作環(huán)境與環(huán)境溫度差、生產(chǎn)工藝對介質的要求。（2）通過法蘭來連接的管道，管道至少有一端要安裝活套法蘭。倘若實際未安裝活套法蘭，那么就會導致實際作業(yè)時螺栓孔難以對正的情況。（3）在選擇輸送具有較大可燃性、爆炸性介質以及起到隔熱保護作用的管道材料時，如果以軟密封球閥為主，那么使用防靜電、防火結構球閥最為理想，保證閥桿長度相當。
4.結論
綜上所述可知，石油化工管道設計高水平是保障石油化工管道正常有序運行的關鍵。本文雖對石油化工管道設計事項予以了詳細的分析和研究，但對管道設計造成影響的因素還有很多，所以設計人員設計過程中應善于總結、積累工作經(jīng)驗，不斷提高自身設計水平，及時處理存在的設計問題，唯有如此，才會有效抵制安全隱患的發(fā)生。
作者：鄧晨旭馬勇單位：北京華福工程有限公司天津分公司
1石油化工裝置低壓大口徑管道的設計原則
1.1支管連接的設計原則整體補強法及三通是大口徑管道支管連接中常用的連接形式。整體補強法中，主要的施工方法是使主管的局部厚度增加，而具體的厚度增加值則要通過應力分析來進行確定，同時要參照相關的標準厚度要求；如果是采用三通與主管直接焊接，主要采用的是相鄰支管引出的方式。除了與閥門相連接時要有法蘭，其他連接方式中，首選焊接連接的連接方式，該種連接方式能夠有效的減少維修工作中的工作量。
1.2大口徑管道設計的安全可靠性原則在石油化工裝置低壓大口徑管道設計的各項原則中，最主要的設計原則就是要遵從安全可靠性原則，這就需要在開始大口徑管道的設計之前，綜合考慮各種因素，對影響大口徑管道安全性能的各種因素進行綜合分析，做好統(tǒng)籌規(guī)劃工作，要根據(jù)管道所要運輸?shù)氖突ぎa(chǎn)品的化學性質，選擇合適的管道材料及安全防護措施。對于需要運輸可燃性氣體、可燃性液體等氣體的管道，為了提高管道的柔性，一般采用自然補償?shù)难a償方式，不建議采用金屬波紋管膨脹節(jié)的補償方式。石油化工系統(tǒng)的大口徑管道，不僅具有管道特性還具有壓力容器的相關性能，這會使得管道在使用過程中，局部地區(qū)會形成應力集。這就要求在管道應力分析的過程中，綜合考慮器件的參數(shù)性能及施工工況等各種因素，如閥門制造中的要求、管道設計中力矩的要求等。為了將管道的應力控制在合理的范圍內(nèi)，應該對理論值與實際值之間的偏差進行有效的分析。另外，在考慮大口徑管道的安全可靠性時，還應該考慮到風載荷的影響。
1.3大口徑管道設計的經(jīng)濟合理性原則大口徑管道設計中，其經(jīng)濟合理性也是需要考慮的重要因素之一。在保證管道的安全可靠性的前提下，要盡量降低管道的成本，盡量減少管道的組件數(shù)量，降低管道的長度。為了減少管道切割及焊接的工作量，在管道的采購過程中，應該與供貨商進行良好的協(xié)商，使生產(chǎn)出來的管道長度與工程的要求相符。
2石油化工裝置低壓大口徑管道的維護要點
為了保證大口徑管道的使用安全，對其進行有效的維護是非常必要的。對于管道的磨損情況要進行定期的檢查，對孔板的流速進行合理的控制。石油化工產(chǎn)品通常對管道具有一定的腐蝕作用，這就要求在使用的過程中，對大口徑管道的腐蝕情況進行定期的檢查，一旦發(fā)現(xiàn)問題，應該及時的予以維修或更換。對于出現(xiàn)泄露的管道，應該在查明其泄露原因的基礎上，采取適當?shù)拇胧┯枰蕴幚?。在管道的設計施工階段，對管道的布置進行了合理的規(guī)劃，但是在其使用的過程中，容易受到各種因素的影響，使管道的布置發(fā)生改變。因此，在管道的維護階段，應該采取適當?shù)拇胧?，對管道的布置情況予以固定，同時對于對管道布置有較大影響的干擾，應該想辦法予以消除。在進行地下大口徑管道的鋪設時，應該對鋪設區(qū)域的車輛荷載進行分析，防止因車輛的重載對管道造成破壞。在管道的使用過程中，應該選用合理的污垢處理措施，對管道中的污垢予以清理，保證管道的正常運行。石油化工管道在使用的過程中，很容易因為各種因素的影響發(fā)生爆炸，這就需求對安全閥、壓力表等運行情況予以嚴密的檢測，如果出現(xiàn)數(shù)據(jù)異常，應該立即進行處理。另外，如果安全閥、壓力表等設備自身出現(xiàn)故障，應該立即予以更換，保證大口徑管道的使用安全。
3結語
石油化工產(chǎn)品在進行運輸時，主要的運輸介質就是管道，但是石油化工產(chǎn)品的化學性質存在一定的特殊性，這就要求在進行石油化工裝置低壓大口徑管道的設計時，依據(jù)工程施工的整體要求，遵守相關的設計原則進行合理的設計。本文對其設計原則及維護要點進行了簡單分析，對于大口徑管道的設計有一定的參照作用。
作者：孫曉琳單位：遼寧石化職業(yè)技術學院
1石油化工泵裝置的管線布設方法
1.1泵入口位置異徑偏心管的應用對于石油化工泵來講，科學的管道設計是確保其正常工作的基礎與前提。如果石油泵的入口管體系發(fā)生改變，則變徑管能夠在變徑位置將氣體匯集起來，防止發(fā)生由于安裝不合適而引發(fā)的汽蝕問題。在泵的入口水平端，需要選取異徑的偏心管進行施工，在裝設異徑偏心管期間，一般選用頂平安裝操作，同時加裝低點排液裝置。
1.2石油泵入口端直管的布設在液體流入石油泵內(nèi)后，加入存在渦流、偏流情況，很容易損壞液體的流動平衡，變更石油泵的養(yǎng)成，并且造成氣阻問題，進而降低泵的工作質量及效率，減少泵的使用時間。所以，相關工作人員在進行管道規(guī)劃期間，需要在石油泵的入口位置加裝一段直管階段，進而縮減其對泵的作用。如果泵的類別不同，則其前方的直管段也存在差別。例如：如果泵的類別為側向吸入形式，那么吸入口前方的直管長度需要超過管道直徑的3倍以上；如果泵的類別為雙吸離心泵，為了防止發(fā)生汽蝕問題，則應保證雙吸泵的入口成對稱狀態(tài)?；诒幂S同吸入管道平行的基礎上，需要保證直管段長度超過7倍的管道直徑。當石油泵的軸同吸入管線成垂直狀態(tài)，則閥門、彎頭等均可被視為直管段。
2石油化工冷換裝置的管線布設方法
針對石油化工裝置的其他工藝來講，冷換裝置的管線鋪設技術相對較為簡單。在布設換熱設備的管道期間，需要嚴格遵照PID的內(nèi)容，并且對管線的經(jīng)濟性急柔性予以深入思考。優(yōu)先考慮合金材質管道及直徑較大的管道，盡可能縮減管道的長度，減少管道的彎頭。重點對冷卻設備的檢修操作、熱應力、操作空間等予以關注。
2.1設備的操作及檢修空間對于管殼形式的換熱設備來講，不管是否采用集中布設的方法，亦或是選用單獨布設技術，都需要保證管道的布設同管箱位置的管束空間不發(fā)生矛盾，并且也不會對管殼及箱頭的側面拆卸空間造成阻礙。在布設換熱設備的管道期間，需要確保管道操作及維修方便，同時不阻礙通行及檢修。將裝有調節(jié)閥門或者閥門組的管道放置在接近換熱設備的操作途徑上，同時盡可能保證調節(jié)的閥門同機械設備成平行狀態(tài)。在換熱設備四周加裝溫度計，將閥門等構件安放到距離通道較近的位置，從而為后續(xù)觀察及操作提供方便，保證換熱設備同法蘭、筒體之間的距離符合相關標準規(guī)定。
2.2管道的熱應力一般情況下，換熱設備在設置固定點時應將其位置加設在管箱的頂部位置，同封口處管嘴項鏈的管道需要細致考量換熱設備由于溫度作用而發(fā)生膨脹的情況。在設計冷卻設備的管線期間，不可以讓管嘴承載過大的合力及作用。如果管道類別為高溫管道時，則管線的形狀需要具備良好的熱補償性能。利用加設導向支架及固定支架的方法分散管嘴的作用力，從而保證管道順利工作。
3總結
總而言之，對于石油化工裝置來講，管道的設計技術是一項較為復雜的技術內(nèi)容，不但需要設計從業(yè)者自身具備良好的專業(yè)知識及綜合素養(yǎng)，掌握相關的技術規(guī)范，同時還需要設計從業(yè)者不斷提高自身的設計理念，更新自身的設計思路。
作者：孫曉琳單位：遼寧石化職業(yè)技術學院
1現(xiàn)階段石化裝置防火設計方案思路
現(xiàn)階段新建石油化工工程的防火設計應嚴格遵守GB50160—2008《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》(以下簡稱防火規(guī)范)，防火設計思路嚴格執(zhí)行了防火規(guī)范的總體思路:“預防—隔離—控制—撲救—避難”，這一思路貫穿了防火規(guī)范的前后。預防是指解決可燃物的跑、冒、滴、漏，隔離是要防止泄漏的可燃物與明火接觸(一般采取設置水幕、蒸汽幕、建筑物內(nèi)通風等措施)，制是指防止火災蔓延(一般采取設防火間距、耐火涂層、噴淋冷卻等措施)，撲救是指對火災進行撲救的消防能力，避難指現(xiàn)場人員能迅速離開火災現(xiàn)場。由此可以看出防火設計是一項系統(tǒng)工程。在工程設計中，不僅要重視防火間距、總體布局，還要重視消防設施的配備。
2基于風險評估的防火設計方案的可行性
防火規(guī)范所規(guī)定的內(nèi)容都是最基本的，具有普遍性，是成熟的經(jīng)驗總結。對于某項目的工程設計，符合了防火規(guī)范的要求，并不一定表明該項工程設計的防火設計是完善的。因為工程項目設計中涉及到許多特性問題及防火規(guī)范未包括的新技術問題，這就在客觀上說明制定針對性的防火設計方案的必要性。防火規(guī)范對其應用范圍作了說明，規(guī)定“新建石油化工工程的防火設計應嚴格遵守本規(guī)范?！偷財U建或改建的石油化工工程的防火設計應首先按本規(guī)范執(zhí)行，當執(zhí)行本規(guī)范某些條款確有困難時，在采取有效的防火措施后，可適當放寬要求，但應進行風險分析和評估，并得到有關主管部門的認可?！奔磳τ诰偷馗臄U建工程由于已有部分不符合現(xiàn)有規(guī)范的要求，建設單位可以在主管部門認可的前提下對項目進行風險評估，根據(jù)風險程度再確定采取的防火設計內(nèi)容。這一說明可以理解為對基于風險評估的防火設計在法規(guī)層面的認可。國家標準《石油庫設計規(guī)范》編制組為了解著火油罐火焰輻射熱對鄰近罐的影響，運用挪威船級社的安全計算軟件，對浮頂罐20m防火間距作出安全評價。雖然僅僅是對油罐火災后果進行的計算分析，但也是對風險評估技術在工程設計中一種有益的應用。風險評估的核心是判斷風險是否可以接受，風險標準是用來對風險的重要性加以判斷的準則，是基于風險的防火設計的基礎。國家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局已提出了可接受風險準則，中國石油天然氣集團公司、中國石油化工集團公司也分別制定了其內(nèi)部的可接受風險準則。近年來隨著定量風險分析技術的發(fā)展及推廣，國內(nèi)多數(shù)液化天然氣工程均已進行過定量風險分析。這些工作都對項目的安全設計提供了重要依據(jù)。
3基于風險評估的防火設計方案的應用舉例
基于風險評估的防火設計的應用主要在以下三個方面。
3．1對高風險設備、設施的關注高風險設備、設施是通過風險評估確定出來的風險排序較高的設備，如熱油泵、高大框架等。這一部分的設備設施應該在防火設計時重點關注?，F(xiàn)有的防火規(guī)范在確定防火間距時，考慮的主要原則和依據(jù)有:重點保護對象(人員集中場所)、可燃物質類別、火災影響距離和可燃氣體擴散范圍、點火源/釋放源的分類等因素，均簡單地從火災后果的角度提出應對措施，而不是設備風險。風險評估的方法有很多種，主要分為定性、定量兩類。其中較為簡便、有效的分析方法主要有事件樹分析、風險矩陣、保護層分析等。當然也可以通過建立簡單的風險分析數(shù)學模型判斷高風險設備，如文獻就利用模糊綜合評判法來確定關鍵設備。中國石化工程建設有限公司目前承擔一個以火災事故概率統(tǒng)計分析及輻射熱火災模擬計算為基礎的關于火災探測技術及滅火系統(tǒng)的研究課題，就是一種針對高風險設備、設施實施的防火設計方案研究。
3．2對高風險事故的關注防火規(guī)范的設置僅考慮局部設備著火的影響，不考慮重大火災爆炸事故的影響，僅著眼于有限的生產(chǎn)實踐中出現(xiàn)的高頻率、小規(guī)模、低損失的火災事故，而不考慮“低頻率、大規(guī)模、高損失的特殊事故”。從事故的發(fā)生發(fā)展角度看，是存在一系列可以傳播危險的事故序列，從失事點到事故后果之間有著復雜的中間原因、后果。同樣，導致這一事故序列風險較高的原因也很復雜。顯然對一些“中等頻率、大規(guī)模、高損失的事故”也應該采取防范措施并密切關注。對高風險設施進行風險評估時采取的分析方法同樣也適用于事故序列分析，另外也可采取一些系統(tǒng)性的分析方法，如危險與可操作性研究、領結圖分析等。
3．3對已有消防設施的評估對已有消防設施的評估主要集中在對消防設施的可靠性和有效性兩方面的分析。以設施可靠性為中心的評價，主要考慮各子系統(tǒng)的可靠性。應用事件樹、事故樹等常用的風險分析方法對各系統(tǒng)的可靠性進行分析，找出對系統(tǒng)可靠性影響較大的因素，采取針對性的防范措施來提高消防系統(tǒng)的可靠性。針對消防設施有效性的評價一般采用計算機輔助軟件進行分析。(1)事故后果模擬分析事故后果模擬分析軟件主要針對設置的災害后果條件計算其影響范圍，常用的軟件有DNV-PHAST，Shell-FRED等。文獻［8］介紹了利用PHAST軟件模擬火災后果分析平面布置。本研究以Shell-FRED為例介紹其在消防設施有效性評價方面的應用。ShellFRED是殼牌公司開發(fā)的一套用于對危險品泄漏后果建模的軟件系統(tǒng)。通過對火災(池火災、罐頂火、壕溝火、噴射火)事故后果的模擬，可以計算出距離事故點某一場所受到事故的影響結果。影響結果包括對人員的影響和對設備的影響。對人員影響的計算結果包括:①正常著裝并佩戴安全帽的人員在指定位置能夠暴露的最長時間(s);②指定位置人員接收的熱量;③熱量對指定位置人員造成的生理影響。這3個數(shù)據(jù)可以評判消火栓、消防炮等消防設施設置位置的合理性，也可以用來判斷指定位置的消防隊員能否完成規(guī)定的滅火作業(yè)步驟，可以優(yōu)化滅火作業(yè)步驟。對設備的影響計算結果除了常規(guī)的熱輻射計算外，還會得到鋼制設備長時間暴露在火災環(huán)境后可能達到的表面溫度，表面溫度本身就可能成為二次火災事故的點火源，也可能燙傷人員及滅火設施(如消防水管)。(2)事故過程數(shù)值仿真軟件分析數(shù)值仿真軟件分析是運用先進的計算流體動力學技術，根據(jù)使用者定義的條件通過對區(qū)域內(nèi)的流場分析計算獲得接近真實場景的計算結果。該類軟件已廣泛應用于航空/航天、汽車制造、機械制造、石油化工等各行業(yè)。能夠較好地應用于火災環(huán)境數(shù)值仿真的軟件主要有:ANSYS(通用大型的有限元分析軟件，能對應力場、溫度場、流體場、進行有限元分析)、FLACS(燃燒速度仿真模擬)、KFX(KameleonFireEx，ComputIT公司所開發(fā))等。與其他軟件比起來KFX可以幫助設計人員完成消防系統(tǒng)的設計(噴頭的布局、類型及方案的選擇)、消防系統(tǒng)的驗證，效果的模擬。用KFX可以模擬噴水對火災發(fā)展的作用以及火焰和液滴之間的相互作用，可以模擬所有類型的消防系統(tǒng)，例如噴淋系統(tǒng)、自動噴水系統(tǒng)、水幕、水霧系統(tǒng)等。模擬復雜空間、封閉空間內(nèi)的火災，考慮外部風場和自然通風或人工通風系統(tǒng)對火災的影響。模擬設備及承重結構在含有和不含有消防水系統(tǒng)時的熱載荷情況，包括動力學響應、變形和結構的整體塌陷。
4小結
基于風險評估的防火設計開展的前提是必須符合現(xiàn)行的法律法規(guī)、標準規(guī)范，在此前提下通過風險評估技術，利用最低合理可行原則為較高風險提出措施，使得系統(tǒng)安全性和經(jīng)濟性相互統(tǒng)一。消防系統(tǒng)可靠性分析及火災事故過程數(shù)值模擬是最能有效提高防火設計效果的手段，但存在基礎數(shù)據(jù)缺失、計算過程復雜等方面的缺陷，還需要大量的數(shù)據(jù)統(tǒng)計與經(jīng)驗積累。
作者：張斌單位：中國石化工程建設有限公司
