汪 贞

(山东天力能源股份有限公司，山东 济南 250010)

化工企业厂区布局按功能可划分为罐区、装卸站台、生产装置、仓库及辅助设施如锅炉房、循环水站、中控室及配电室等，各装置设施之间的工艺物料、公用工程及电气、电信及自控桥架都需要外管廊来连接，外管廊作为各个装置及设施的连接纽带不可或缺，外管廊的设计对整个工厂设计及生产运行至关重要。

1 外管廊整体规划

1.1 总图布局

管廊总体布局应与化工企业总平面布置、竖向设计相结合，首先应符合规范要求，其次要协调紧凑，美观而节省投资。

管廊的基础标高应根据总图竖向布置综合考虑，尽量根据地形分段考虑；一般情况下每段管廊都考虑坡度，实际设计中可根据蒸汽管线走向设置坡度方向，取值一般为2‰～5‰。

管架与建构筑物间距及最小净空要求应遵循《工业企业总平面设计规范》GB50187、《石油化工企业设计防火规范》GB50160及《建筑设计防火规范》GB50016的有关规定。

管廊布局应尽量做到照顾全面，走向简洁美观；总图基本确定后，外管廊布局应尽快确定并避免后续大的改动

1.2 外管廊构造规划

外管廊宽度、层数及标高等应分段考虑，根据所贴临得装置的进出管线和桥架进行衡量，形式可选混凝土结构或钢框架。尽快确定各装置外管条件表并算出所需管廊层数及宽度，宽度还受上方是否有设备如空冷器的影响；一般新建工厂外管廊预留空间为20%～30%，管廊层高通常取1.2～2.4m，大型装置通常可以取到2.5～3m。分段管廊相交大部分都要错层布置，错层高差以为0.6～1.2m，大型装置最大可以到1.5m。

管廊形式可有L型、T型和U形式；管廊柱间跨距应根据管道跨距决定，一般为6～9m，管廊末端及跨路管廊的跨度可以因地制宜，跨距较大时应做桁架。

在规划早期就应确定固定架位置，这对后续配合结构专业完成结构设计至关重要，固定点的设置应结合管廊布局，同时考虑补偿器的补偿量，如水平蒸汽直管道80m左右就要做固定架；两个固定点之间应使用补偿器补偿，如Π弯补偿或使用膨胀节，膨胀节适用于高温低压大管径管道，设计中应充分利用管道横竖变向自然补偿或或Π弯补偿，管廊上平行敷设热管道的Π弯补偿宜集中布置。

2 管道敷设与管架设置

外管廊管道布置一般遵循以下原则[1]:

(1)大直径管道应靠近管廊边缘布置，小直径管道、气体管道、公用工程管道宜布置在管廊中间。

(2)工艺管道宜布置在管廊布置有设备的一侧。

(3)需设置Π型补偿器的高温管道应布置在靠近柱子侧，且Π型补偿器宜集中设置。

(4)低温介质管道和液化烃管道，不应靠近热管道布置，也不要布置在热管道的正上方。

(5)多层管廊，一般工艺管道、腐蚀性介质管道宜布置在下层；公用工程管道、泄压总管、火炬干管及仪表、电气桥架宜布置在上层。

(6)当管道出装置管廊与其它装置相接时，向右拐的宜布置在右侧，向左拐的的宜布置在左侧。

(7)对于特殊管道如氧气、可燃气体等应符合对应的设计规范。

管廊上管道间距应合理，管道(或保温外层)外壁之间间距不宜小于100mm，有位移的热管道跟相邻管道应预留充分空间。蒸汽管道应及时排除冷凝水，蒸汽主管的末端，上升立管的底部应设集液包，没有低点的水平蒸汽也宜在一定距离内设集液包，集液包收集凝液并配合疏水阀回收至密闭系统，集液包的位置宜和管廊上Π形补偿器形成的低点结合考虑。

进出界区处的切断阀门通常设置在外管廊上，为了便于检修应设置检修平台，宽度宜为600～800mm，并设直爬梯，其他需要检修的位置也应当设置爬梯。

部分管线尤其是两相流管线应有坡度，方向宜与介质流向一致，通常可以借助管廊坡度，当管廊没有坡度时，应考虑使用管道支架进行调整。导向架设置不能影响管道的自然补偿，且不宜超过管道最大导向间距。滑动架如果摩擦力过大，应采用聚四氟乙烯垫板或者石墨板。

保温管道支架需要设置管托，保温厚度大于80mm时，高度不宜小于100mm，管托长度受管道滑动位移影响，应有防止管托在运行时悬空的措施，如使用加长管托和偏装。合金钢和不锈钢材质管道以及介质温度高于400℃的管道不宜采用焊接型管托。

3 外管廊荷载计算

管廊管道布置基本确定后，应计算每层管廊垂直荷载及推力并由结构人员完成梁柱结构设计。

3.1 管道垂直荷载

垂直荷载可简化为单位长度均布荷载计算，并考虑大的集中荷载。单位长度荷载包括管子、管件、阀门、管内流体及隔热层的重力。同时考虑荷载有检修平台、电气仪表桥架及放置于管架上的设备的重量，其他情况包括风荷载、雪荷载及地震荷载应适当考虑。

管道单位长度均布荷载可由下式计算[2]：

q:单位长度管道基本荷载，N/m； qp：单位长度管道自重荷载，N/m；qI:单位长度管内介质荷载，N/m；qL：单位长度管外隔热或隔声结构荷载，N/m；D1：管内径，m；D2：管外径，m； ρp、ρL、ρI：对应的密度；g：重力加速度，m/s2。

管内输送可凝气体时，其介质重量应按管内冷凝液的实际重量计算；水平管道的冷凝液重量的估算可符合下列规定：

(1) 管道公称直径小于100mm时，冷凝液可取满管液重的50%。

(2) 管道公称直径为100mm～500mm时，冷凝液可取满管液重的15%。

(3) 管道公称直径大于500mm 时，冷凝液可取满管液重的10%。

另外很重要的是对于需要进行水压试验的气体和蒸汽管道，尤其是大管道，试压时充水重也要考虑，多管同架平行敷设时，管道的试压通常是逐根进行的，所以，一般情况只要加一根最大管径的管道充满水的重量。

计算出单位长度荷载，根据跨距可计算出每个主梁上的重力荷载；以上计算过程可以做成表格或者小程序，根据需要填写相应数据，方便计算。

3.2 水平推力的计算

管廊上水平推力主要有以下几个方面：

(1)管道热胀冷缩时滑动管托跟管架相对滑动产生的摩擦力；

(2)Π形补偿器的弹性力及内压不平衡型膨胀节对固定点推力及膨胀节弹性力；

(3)风力强劲地区侧风对管道施加的力。

为了简化计算，通常采用垂直荷载乘以摩擦系数来计算滑动支架摩擦力，如果热管较少计算结果未免保守，根据热管占比乘一牵制系数，牵制系数可参考规范 《石油化工管道支吊架设计规范》SH/T3073-2016。 固定支架水平荷载包括补偿器的弹性力、管道自补偿的弹性力、滑动支架的摩擦力以及由内压产生的管道补偿器不平衡力等。目前可以通过应力分析软件CaesarⅡ和AutoPSA等方便计算每个固定点的荷载，同时可以方便计算出管道侧向位移，为导向架设置提供依据，软件中管架摩擦系数的设置是必要的。

4 结语

外管廊是化工企业各装置间的重要纽带，也是企业的形象工程。管廊设计要符合设计规范，又要讲究美观；设计过程要注重细节，并且利用经验，做到本质安全；做好外管廊设计对整体工厂设计及生产运行都有重要意义。