工业管道配管设计与工程应用

在石油、化工、轻工、食品、制药、冶金、电力等工业工程设计中，配管设计（管道设计） 起着举足轻重的作用，在石油化工详细设计阶段，配管设计是工程设计的主体，配管设计水平直接关系到装置建设投资和建成投产后能否长期、高效、安全、平稳地运行。随着工业装置规模的日益大型化、现代化、集约化、信息化和智能化，对配管设计的技术要求也越来越高。在实际工作中，有的配管设计人员遇到未曾设计过的某工艺装置时，容易缩手缩脚，不知如何开展设备布置和配管设计工作。各种工艺装置布置及配管设计其实就是对管廊、塔、容器、反应器、换热设备、加热炉、泵、压缩机、罐等设备设施的设计。不管工艺流程如何变化，化工装置、炼油装置、制药装置的配管设计，只要了解和掌握了这些设备设施的配管设计原理和方法，就可以很好地完成这些装置的配管设计。本书以管廊、塔、容器、反应器、换热设备、加热炉、泵、压缩机、罐等设备设施的配管设计为主线，对工业管道配管设计的方法进行了系统的介绍。笔者在参与配管设计审查工作时，发现有的配管设计人员虽然已经完成了配管设计文件，却不清楚所设计的装置是生产什么的；有的设计人员把配管设计当作设备管口之间的管线“连连看”，按照防火间距摆摆设备、用管线连连管口、做个支撑、不碰撞，还挺整齐漂亮，就认为万事大吉了。而校审记录上大多数仅仅是“碰撞”问题，而影响配管设计质量的本质性技术问题并没有校审出来。配管设计人员应对各种装置、各种设备设施的配管设计都设计实践或学习一些，才能更好地全面发展配管专业技能。本书在系统地阐述各种设备设施配管设计基本理论的基础上，紧密结合国内外工程项目、计算机新技术、版标准规范，讲述了工程应用典型实例及容易设计错误的知识点。常用的配管设计标准规范种类较多、较零散，有的内容还有矛盾的地方。例如：对苯管道的配管设计时，SH 3501规定为SHB等级，而GB标准规定为GC1类的，施工检验严格程度不同。有的规范规定“汽车装卸鹤管间距不应小于4米”，有的规范规定对于汽车双侧装卸站台的一个 “鹤位”，“两个鹤管”可以就近布置。有的标准规范对止回阀前后直管段配管设计有严格的要求。笔者对国内外规范之间的差异进行了比较和统一。对于标准规范和其他配管设计参考资料上经常重复出现的内容，本书仅指出查找方法，没有再重复编写。结合笔者多年来日常项目工作实践心得体会总结，在此基础上，在领导、同事们的支持下，编著了本书。本书内融入了笔者在国内、外大中型工程装置配管设计的经验与教训，融入了配管设计工作的技巧和创新，图文并茂、资料新颖、内容丰富、通俗易懂，还重点介绍了现代化计算机技术在工业管道配管设计中的应用与创新，可为技术人员提高配管设计水平、工作效率和工作质量提供有用参考。本书可作为配管设计专业人员的实用技术参考资料和培训教材，也可作为工艺、施工、项目管理人员的参考资料，还可作为工具书供高等院校相关专业师生学习参考。本书由宋岢岢编著，兰斌、嵇霞、马顺利、李艳松等进行了资料整理；感谢中国寰球工程公司教授级高级工程师代永清、北京化工大学博士生导师教授钱才富的大力支持和帮助；感谢教授级高级工程师汪平、马学娅的中肯建议；感谢一直关心本书编写的技术专家和领导；感谢同行朋友们的大力支持和帮助。由于水平所限，书中难免存在不妥之处，望广大读者和专家不吝赐教。宋岢岢

本书以工业装置设备设施为主线，对各种配管设计进行了详细的讲解，既有系统的理论知识，又有国内外大中型装置典型工程应用实例，同时与*的现代化工程技术、国内外标准规范、配管设计计算机技术相结合。本书主要内容包括：通用配管设计，管廊，塔，容器，反应器，换热设备，加热炉，泵，压缩机，装卸站及码头，罐，管道系统的伴热设计，建构筑物的布置设计，其他设施的配管设计，配管器材的选用，管道柔性及支架设计，配管的施工与检验，计算机技术在配管设计中的工程应用与创新，配管设计专业的职业发展。本书内容实用、资料新颖、图文并茂，可靠性、权威性、先进性、通俗性相结合。本书可作为配管设计（管道设计）专业人员的实用技术参考资料和培训教材，也可作为工艺、施工、项目管理人员的参考用书和高等院校相关专业的实用教学资料。

章绪论

节基本概念1

一、工业管道配管设计的概念1

工程应用：装置设备布置及配管设计需考虑的内容2

工程应用：某工业装置的配管设计错误2

二、装置设备布置及配管设计的本质和基本原则3

工程应用：设备布置设计错误引起的不安全施工3

工程应用：放空排净的不合理位置3

工程应用：配管设计柔性不合格引起的泄漏3

工程应用：流体分配不均的不合理设计3

工程应用：人性化配管设计的优化4

工程应用：模块化设计5

工程应用：某装置不美观的配管设计5

三、工程建设一般程序及各阶段配管设计的职责6

工程应用：不清楚设计职责引起的工程设计遗漏8

四、各设计阶段一般工作量比例8

五、工程项目建设的主要模式及各模式下配管设计的任务8

工程应用：不清楚项目模式而造成的损失8

六、各设计阶段配管专业的设计条件关系9

七、各设计阶段一般工作流程9

工程应用：配管设计文件编号错误引起施工漏项10

八、不同国家配管设计文件签署级别及加盖“设计资质印章”10

工程应用：图纸文件签署的资质错误13

第二节装置设备布置设计基础13

一、常见设备及分类13

二、装置设备布置设计一般要求14

工程应用：小频率风向的识别18

工程应用：随意满足业主设计的厂房违反安全规范要求18

工程应用：露天与非露天布置18

三、中国防火规范对可燃气体的火灾危险性的分类18

四、中国防火规范对液化烃、可燃液体的火灾危险性的分类19

五、爆炸极限19

六、爆炸危险区域19

七、装置中产生爆炸的条件19

八、装置中防止产生爆炸的基本措施19

九、爆炸性气体环境危险区域的划分20

十、燃点、闪点和自燃点20

十一、一次危险和次生危险20

十二、装置布置设计的三重安全措施20

十三、防火间距的概念20

十四、工业装置设备布置常用标准规范20

工程应用：因遵循规范错误引起的设计问题21

十五、国内外防火规范的选择与应用21

第三节管道布置设计基础22

一、常见管道及分类22

二、管道布置设计一般要求22

三、工业管道布置设计常用的标准规范25

工程应用：设计文件罗列规范过多引起的设计错误26

工程应用：管道分类分级错误引起的施工检测错误26

工程应用：工程企业压力管道资质盖章错误实例26

第二章通用配管设计

节炼油化工装置典型工艺简介及配管设计要点27

一、不同的工艺流程对装置设备布置及配管设计的影响27

二、常减压蒸馏装置工艺简介及配管设计要点27

三、催化裂化装置工艺简介及配管设计要点29

四、延迟焦化装置工艺简介及配管设计要点32

五、加氢裂化装置工艺简介及配管设计要点34

六、加氢精制装置工艺简介及配管设计要点36

七、催化重整装置工艺简介及配管设计要点37

八、气体分馏装置工艺简介及配管设计要点38

九、硫黄回收装置工艺简介及配管设计要点39

十、乙烯装置工艺简介及配管设计要点41

十一、聚乙烯装置工艺简介及配管设计要点43

十二、聚丙烯装置工艺简介及配管设计要点45

十三、苯乙烯装置工艺简介及配管设计要点47

十四、环氧乙烷及乙二醇装置工艺简介及配管设计要点49

十五、精对苯二甲酸装置工艺简介及配管设计要点52

十六、甲醇装置工艺简介及配管设计要点54

十七、合成氨装置工艺简介及配管设计要点56

十八、尿素装置工艺简介及配管设计要点59

十九、醋酸装置工艺简介及配管设计要点61

二十、氯碱装置工艺简介及配管设计要点62

二十一、液化天然气装置工艺简介及配管设计要点63

二十二、污水处理厂工艺简介及配管设计要点63

二十三、火炬系统工艺简介及配管设计要点65

第二节设备布置间距68

一、装置设备之间小净距68

工程应用：常见小通道宽度69

二、道路、铁路、通道和操作平台上方的小净空高度69

工程应用：跨越道路管廊下小净空高度70

工程应用：平台、过道和工作区域的小净空72

工程应用：不同高度结构平台对直爬梯和斜爬梯的一般要求73

工程应用：直爬梯段高和休息平台设置的一般要求73

工程应用：不同高度直爬梯护圈的设计73

工程应用：错误的直爬梯设计73

三、装置设备小基础标高74

工程应用：常见设备基础标高75

四、GB 50160《石油化工企业设计防火规范》装置设备布置间距要求75

五、美国NFPA装置设备布置间距要求79

工程应用：按NFPA 30储罐间距设计实例80

工程应用：按NFPA 30隔堤设计实例81

工程应用：PX装置与其他设施的间距81

工程应用：装置设备布置设计过程82

六、设备布置间距设计典型错误84

工程应用：装置内厂房液化烃泵布置设计错误84

工程应用：装置内火炬凝液罐布置设计错误85

工程应用：装置内塔群联合平台的布置设计错误85

第三节管道间距85

一、普通管道间距85

二、美洲系列管道间距86

工程应用：管道热膨胀引起管道间距变小或碰撞90

三、斜管和相邻管道的间距90

四、管道与管架边缘及墙壁的间距91

五、电缆与管道的间距91

六、防火规范对管道管架与有关设施的水平间距要求91

七、氧气管道与其他管道的间距91

八、相关标准对管道焊缝间距的要求92

工程应用：管道焊缝及边缘上开孔与接管93

工程应用：国外某设计单位在3D模型设置焊缝实体间距要求93

工程应用：拐角热介质管道对邻居管道间距的影响93

第四节管道标高、净空高度和埋设深度94

一、管道跨越装置区铁路和道路的净空高度94

二、全厂性地上敷设的管道高度94

三、装置内管廊上管道的高度94

四、装置内埋地管道的埋设深度94

五、管沟内管道的布置高度95

六、管道穿越铁路和道路的要求95

七、GB 50316对管道净空高度的要求95

八、输送天然气或人工煤气管跨越道路、铁路的净空高度96

第五节人员可操作性设计96

一、配管人性化设计的概念96

二、站姿通行适宜尺寸97

工程应用：管子布置高度偏低阻挡人员通行97

三、跪姿适宜尺寸97

四、趴姿适宜尺寸97

五、坐姿适宜尺寸98

六、直爬梯通行适宜尺寸99

七、斜爬梯通行适宜尺寸99

八、阀门操作和维护适宜尺寸99

工程应用：阀门操作拉链的设置101

工程应用：界区阀门联合操作平台及阀门手轮伸长杆的设置101

工程应用：3D模型内人员操作通道的简化设计101

第六节高点排气及低点排液的配管设计104

一、管道高点排气及低点排液的目的104

二、管道需设置排气或排液的位置104

工程应用：装置管道漏设置排气和排液105

三、高点排气及低点排液设计的一般要求105

四、高点排气及低点排液的管道材料设计105

五、高点排气及低点排液的尺寸要求106

工程应用：装置边界管道低点排液阀门设计位置不宜操作106

工程应用：装置管道低点排液距地面偏小106

六、高点排气及低点排液的形式与布置设计106

工程应用：盐酸管道低点排液的特殊要求108

七、非可燃气体放空管高度108

八、可燃气体排气筒、放空管的高度108

九、有毒、可燃介质排放和收集的设置108

十、透平、压缩机、泵、容器等设备泄压排放管道108

十一、机泵的地漏及排污沟的设置109

第七节分支管的引出方向109

一、火炬线及放空线的分支方向109

二、公用工程管道的分支方向109

第八节管道变等级的设计110

一、高低压系统连接的管道压力等级划分110

二、不同金属材质管道连接配管分界111

工程应用：管道等级划分的界线111

第九节不同材质管道的配管设计111

一、不锈钢管道的配管设计111

工程应用：不锈钢管道配管支架设计的错误112

二、镀锌管道的配管设计112

工程应用：镀锌管道配管连接的错误113

工程应用：镀锌管道的埋地设计113

三、卡箍式管道的配管设计113

工程应用：卡箍式管道的配管设计管间距错误115

四、非金属管道的配管设计115

工程应用：碳钢管道替换为玻璃钢管道的设计变更119

五、衬里管道的配管设计119

六、内涂敷管道的配管设计120

工程应用：国外某项目内涂敷管道的配管设计121

七、玻璃钢管道的配管设计121

工程应用：玻璃钢管道配管的支撑122

第十节不同介质流体管道的配管设计123

一、取样管道的配管设计123

二、液化烃管道的配管设计127

工程应用：液化烃管道的地下敷设128

三、蒸汽管道的配管设计128

四、凝结水管道的配管设计129

五、蒸汽管道集液包疏水的配管设计129

六、非净化压缩空气和净化压缩空气管道的配管设计131

七、氮气管道的配管设计131

八、氧气管道的配管设计131

九、氢气管道的配管设计132

十、乙炔管道的配管设计133

十一、腐蚀性或有毒介质管道的配管设计135

十二、盐酸管道的配管设计135

十三、硫酸管道的配管设计135

十四、氢氰酸管道的配管设计135

十五、氢氧化钠管道的配管设计136

十六、高温管道的配管设计136

十七、低温管道的配管设计137

工程应用：液态氧等低温阀门宜安装在水平管道上阀杆宜垂直向上138

十八、真空管道的配管设计138

十九、极度危害介质管道的配管设计139

二十、苯管道的配管设计140

二十一、气力输送介质管道的配管设计141

二十二、火炬管道的配管设计141

二十三、消防水喷淋管道的配管设计142

二十四、地上水管道的配管设计144

二十五、地下水管道的配管设计144

二十六、易凝介质管道的配管设计148

第十一节管件的配管设计149

一、疏水阀前异径管的配管设计149

二、泵入口前异径管的配管设计149

三、其他位置异径管的配管设计149

四、调节阀两侧管道上的异径管的配管设计150

五、弯头的配管设计150

六、其他管件的配管设计150

第十二节阀门及小型管道设备的布置150

一、阀门的分类和用途150

二、阀门布置的一般要求151

三、阀门安装位置的配管设计152

四、阀门操作的配管设计153

五、阀杆方向的配管设计154

工程应用：阀杆方向垂直朝下引起的事故154

工程应用：蝶阀阀杆水平布置而手轮却朝下155

六、阀门的安装方向155

七、闸阀的适用范围及配管设计155

八、截止阀的适用范围及配管设计157

九、止回阀的适用范围及配管设计157

工程应用：某国外改造项目成本较高的设计变更160

十、蝶阀的适用范围及配管设计160

十一、球阀的适用范围及配管设计161

十二、旋塞阀的适用范围及配管设计161

十三、隔膜阀的适用范围及配管设计162

十四、安全阀的适用范围及配管设计162

工程应用：安全阀配管设计的错误165

十五、减压阀的适用范围及配管设计166

十六、疏水阀的适用范围及配管设计166

工程应用：疏水阀排水不畅167

十七、阻火器的适用范围及配管设计169

十八、呼吸阀的适用范围及配管设计170

十九、消声器的适用范围及配管设计170

二十、电动、气动调节阀的适用范围及配管设计171

工程应用：调节阀安装方向的选择172

工程应用：蒸汽管线调节阀的配管设计172

工程应用：调节阀前后有异径管的目的174

工程应用：调节阀前的排净174

二十一、自力式调节阀的适用范围及配管设计174

工程应用：自力式压力调节阀的布置设计错误177

二十二、过滤器的适用范围及配管设计177

工程应用：锥形过滤器安装方向的选用180

工程应用：过滤器抽芯空间不够的解决方案181

二十三、漏斗和地漏的适用范围及配管设计181

二十四、补偿器的配管设计184

二十五、自动排气阀的配管设计185

第十三节仪表元件的配管设计186

一、配管设计常见仪表控制系统的组成186

工程应用：不明白仪表控制基本原理造成的配管设计错误187

二、仪表元件配管设计一般要求188

三、限流孔板的分类、选用及布置189

四、温度测量仪表的分类、选用及布置189

五、流量测量仪表的分类及布置192

六、差压节流装置流量测量仪表的配管设计193

七、均速管流量测量仪表的配管设计195

八、转子流量计的配管设计197

九、靶式流量计流量测量仪表的配管设计197

十、电磁流量计的配管设计197

十一、涡街流量计流量测量仪表的配管设计198

十二、质量流量计的配管设计199

十三、气体热质量流量计的配管设计202

十四、容积式流量计的配管设计203

十五、压力测量仪表的分类、选用及布置203

十六、物位测量仪表的分类及布置204

十七、玻璃板(管)液位计的配管设计206

十八、外浮筒液位计的配管设计207

十九、内浮筒液位计的配管设计207

二十、内浮球液位计的配管设计207

二十一、磁致伸缩式液位计的配管设计207

二十二、超声波及微波(雷达)液(料)位计的配管设计207

二十三、导波雷达与电容式液位计的配管设计207