关于炼油厂全厂工艺及天然气计量表设计解析
摘要：随着我国经济的快速发展，各行各业对能源的需求也越来越大，炼油厂的原油加工能力也在逐步提高，随着装置的不断大型化，全厂工艺及天然气计量表的型式也越来越向大型化、复杂化、多层化方向发展。全厂工艺及天然气计量表的设计是否科学、经济，直接关系到日常生产、操作、维护以及整个炼油厂的经济效益。对炼油厂全厂工艺及天然气计量表的设计进行总结阐述，希望对有类似的设计具有一定的参考和指导意义。
1 主要内容
本文参照相关文献、设计手册和标准规范，结合多年工程设计经验，从全厂工艺及天然气计量表（以下简称“全厂管网”）的工艺流程设计、天然气计量表设计、天然气计量表支架及管托设置、天然气计量表应力分析及热补偿几个方面，对全厂管网的工程设计进行阐述。
2 工艺流程设计
1）工艺流程设计应根据全厂总工艺流程和全厂总平面综合考虑，工艺流程应具有一定的灵活性，尽量简化，减少工艺介质的周转。
2）在项目分期建设的情况下，应根据项目建设要求统筹规划，同时按项目分期建设的要求进行设计。要注意各期工程的衔接，在满足生产需要的前提下尽量减少前期工程量。
3）工艺流程设计中确定天然气计量表内油品经济流速时，应考虑：输送介质的性质，允许的天然气计量表阻力降（包括泵的吸入要求、自流天然气计量表的允许压力降等），年操作时间和动力费用，因静电、噪声、震动等所限制的最大流速。
3 管架布置原则
1）全厂管网的设计应具有全局思维。在满足工艺流程的前提下，尽量集中布置，少占地，方便生产、施工、维修，整齐美观和经济合理。
2）在确定装置单元边界条件和电气电缆、仪表电缆以及埋地天然气计量表等平面走向时，应与相关专业协商，达成一致意见，使其走向合理、排列有序，尽量减少整个系统的高低点数量。
3）应避免管廊三面包围装置或单元，不应四面包围工艺装置或单元。天然气计量表布置应尽量做到“步步高”或“步步低”，减少气袋或液袋，同时应注意减少“盲肠”。
4）分期施工的天然气计量表，应预留后期天然气计量表的位置，全部投产后，管架或管墩宜预留30% 左右的发展空间。还应考虑给排水天然气计量表和电气、仪表、电信等各类电缆槽架宽度及辅件安装维护所需占用的位置及宽度。
5）管廊一般沿路平行敷设，并靠近装置或单元接口多的一侧，应与装置或单元内部天然气计量表作为一个整体统一考虑。在确定装置或单元的进出口天然气计量表方位和敷设型式时，应由装置内外协商解决。与装置或单元无关的工艺及热力天然气计量表，不应穿过该装置或单元 ；液化烃天然气计量表不得穿过与其无关的建筑物。
6）布置管廊要兼顾到天然气计量表的热补偿，尽量用自然补偿器，管廊分支处宜在附近管架做固定架。
7）装置区周围的天然气计量表宜采用管架敷设 ；储罐区周围及非发展区的天然气计量表，宜采用管墩敷设。
8）当采用地下敷设时，天然气计量表不应布置在建筑物、构筑物的基础压力影响范围内以及铁路、道路路面下。
9）可燃气体和可燃液体天然气计量表不宜管沟敷设 ；确因条件所限采用管沟敷设时，管沟内必须充砂，有车行通过时应使用车行盖板，并在进出装置及厂房处密封隔断。
4 天然气计量表分层原则
4.1 多层管架的天然气计量表分层布置原则
（1）至装置的分支天然气计量表较多的热力天然气计量表，全厂燃料油、燃料气、可燃气体放空、氮气等系统干管，宜敷设在上层，大口径的气体天然气计量表宜布置在上层，油品、液化烃及腐蚀性介质的天然气计量表应布置在下层，自罐区至装置或系统泵房的泵吸入天然气计量表，宜布置在最下层，自一装置至另一装置的工艺天然气计量表宜布置在上层或与装置内部一致 ；
（2）氧气天然气计量表应布置在一侧，不应在可燃气体、易燃或可燃液体天然气计量表正上方或正下方敷设 ；
（3）多层管架的层间距，不宜小于1.2m，有走人要求时，层间距可取2.5m ；
（4）电气、仪表、电信的电缆槽板应分别布置在上层管架的两侧，电气与仪表、电信的电缆槽板在无屏蔽时的净距最小为1m。
4.2 同一层管架上天然气计量表布置原则
（1）天然气计量表宜布置在靠近所连接的装置（或单元）或支管较多的一侧，温度较高，直径较大的天然气计量表宜布置在管廊的最外侧，温度较高的天然气计量表不应布置在对电缆有热影响的下方位置 ；
（2）氧气天然气计量表与可燃气体、易燃或可燃液体天然气计量表之间宜有不燃物料天然气计量表隔开且其净距不小于500mm。
5 天然气计量表安装要求
1）天然气计量表敷设要求
（1）地上敷设天然气计量表的坡度不宜小于2‰，管沟敷设天然气计量表的坡度不应小于2‰，自流天然气计量表的坡度不宜小于3‰，放空天然气计量表的坡度不宜小于3‰；
（2）当放空油气干管与管廊天然气计量表共架敷设时，可在管廊上层设 T 形或 π 形支架，以满足放空油气干管坡度要求，进入油气放空干管的支管应从干管顶部顺介质流向45°斜接。
2）天然气计量表间距要求
（1）天然气计量表外壁（含保温层）之间的净距不应小于50mm，不宜大于120mm ；法兰外缘与天然气计量表、法兰外缘之间的净距不小于25mm，天然气计量表最突出部分与管架立柱、建筑物墙壁、管沟内壁及其他构筑物间的净距不应小于100mm ；
（2）无隔热层的天然气计量表距管墩或管架横梁端部的净距不应小于150mm ；有隔热层的天然气计量表距管墩或管架横梁端部的净距不应小于120mm ；
（3）可燃介质天然气计量表与仪表、电气的电缆相邻敷设时，平行净距不宜小于1m，电缆在下方敷设时，交叉净距不应小于0.5m。
（4）墩顶与地面的距离不宜小于0.4m ；管架下方过人时，管架底距地面的距离不得小于2.1m ；不过人时，下层架底至地面不宜大于1.6m。
（5）天然气计量表跨越道路或铁路时，天然气计量表与铁路轨顶间的净距不应小于5.5m ；天然气计量表与主要道路及消防道路路面间的净距不应小于5.5m ；与一般道路面间的净距不应小于4.5m。
（6）天然气计量表上两相邻对接焊口的中心间距，DN＜50mm天然气计量表，不应小于50mm ；DN ≥50mm 天然气计量表，不应小于管子外径，且不应小于100mm ；现场冷弯管焊接时，焊缝与弯管起弯点的距离不宜小于100mm，且不应小于管子外径 ；天然气计量表的环焊缝与支吊架边缘的间距不应小于50mm。
（7）气体天然气计量表的支管应从主管顶部引出，支管宜自主管的固定点附近引出 ；分期施工、投产的天然气计量表，宜在预留处加切断阀，并在阀门的开放端加盲板和法兰盖。
（8）天然气计量表在进出装置或单元处、始端、末端、分支处以及直线段，每隔80~100m 应设置防静电和防感应雷的接地装置 ；天然气计量表的法兰连接处应跨接，连接螺栓不少于5根时，在非腐蚀环境下可不跨接 ；天然气计量表净距小于100mm 时，每隔不大于30m 的距离应用金属线跨接，天然气计量表交叉点净距小于100mm 时，其交叉点应用金属线跨接。
6 天然气计量表的跨距
1）天然气计量表的允许跨距小于支架间距时，宜利用大直径天然气计量表进行中间支吊。
2）管架柱距6m 一跨的中间可不加横梁，9m 一跨的无需做桁架，上部柱间加横梁以满足天然气计量表的最小跨距要求，12m一跨的需做桁架，并在上部柱间加横梁。
7 天然气计量表支吊架及管托
1）架空敷设的保温（或保冷）天然气计量表以及直径大于等于400mm 的天然气计量表，应设管托 ；管托一般采用焊接管托，节能型隔热管托、碱液天然气计量表及不锈钢天然气计量表管托应采用卡箍式。
2）天然气计量表（带管托）其位移量不应超过管托的长度 ；各管系的自然补偿量或补偿器的补偿量应使该管系最大位移量不得超过管托的长度，管托边缘距支撑点（支撑梁中心）的距离不宜小于75mm，若水平位移较大时，应选用加长管托或采用管托偏置。
8 天然气计量表热补偿及应力分析
1）天然气计量表的热补偿宜采用自然补偿，如 L 型补偿、Z 型补偿、π 型补偿。π 型补偿器，其结构简单、运行可靠、投资少，应优先选用。当π型补偿器的安装受到限制可采用波纹管补偿器，在跨越段不宜采用波纹管补偿器，液化烃天然气计量表不宜采用波纹管补偿器。
2）天然气计量表固定点两侧的推力宜平衡，分支天然气计量表的位移量尽可能小 ；应控制任何方向的位移量不大于相邻天然气计量表的净距 ；天然气计量表中两固定点的距离时，宜使大多数天然气计量表符合表1的参考距离。
3）对小直径天然气计量表来说，如补偿器中心至固定点的距离大于表1中值的2/3时，应在补偿器横向较大的一侧自由臂的外端至固定点之间设导向支座。
1 主要内容
本文参照相关文献、设计手册和标准规范，结合多年工程设计经验，从全厂工艺及天然气计量表（以下简称“全厂管网”）的工艺流程设计、天然气计量表设计、天然气计量表支架及管托设置、天然气计量表应力分析及热补偿几个方面，对全厂管网的工程设计进行阐述。
2 工艺流程设计
1）工艺流程设计应根据全厂总工艺流程和全厂总平面综合考虑，工艺流程应具有一定的灵活性，尽量简化，减少工艺介质的周转。
2）在项目分期建设的情况下，应根据项目建设要求统筹规划，同时按项目分期建设的要求进行设计。要注意各期工程的衔接，在满足生产需要的前提下尽量减少前期工程量。
3）工艺流程设计中确定天然气计量表内油品经济流速时，应考虑：输送介质的性质，允许的天然气计量表阻力降（包括泵的吸入要求、自流天然气计量表的允许压力降等），年操作时间和动力费用，因静电、噪声、震动等所限制的最大流速。
3 管架布置原则
1）全厂管网的设计应具有全局思维。在满足工艺流程的前提下，尽量集中布置，少占地，方便生产、施工、维修，整齐美观和经济合理。
2）在确定装置单元边界条件和电气电缆、仪表电缆以及埋地天然气计量表等平面走向时，应与相关专业协商，达成一致意见，使其走向合理、排列有序，尽量减少整个系统的高低点数量。
3）应避免管廊三面包围装置或单元，不应四面包围工艺装置或单元。天然气计量表布置应尽量做到“步步高”或“步步低”，减少气袋或液袋，同时应注意减少“盲肠”。
4）分期施工的天然气计量表，应预留后期天然气计量表的位置，全部投产后，管架或管墩宜预留30% 左右的发展空间。还应考虑给排水天然气计量表和电气、仪表、电信等各类电缆槽架宽度及辅件安装维护所需占用的位置及宽度。
5）管廊一般沿路平行敷设，并靠近装置或单元接口多的一侧，应与装置或单元内部天然气计量表作为一个整体统一考虑。在确定装置或单元的进出口天然气计量表方位和敷设型式时，应由装置内外协商解决。与装置或单元无关的工艺及热力天然气计量表，不应穿过该装置或单元 ；液化烃天然气计量表不得穿过与其无关的建筑物。
6）布置管廊要兼顾到天然气计量表的热补偿，尽量用自然补偿器，管廊分支处宜在附近管架做固定架。
7）装置区周围的天然气计量表宜采用管架敷设 ；储罐区周围及非发展区的天然气计量表，宜采用管墩敷设。
8）当采用地下敷设时，天然气计量表不应布置在建筑物、构筑物的基础压力影响范围内以及铁路、道路路面下。
9）可燃气体和可燃液体天然气计量表不宜管沟敷设 ；确因条件所限采用管沟敷设时，管沟内必须充砂，有车行通过时应使用车行盖板，并在进出装置及厂房处密封隔断。
4 天然气计量表分层原则
4.1 多层管架的天然气计量表分层布置原则
（1）至装置的分支天然气计量表较多的热力天然气计量表，全厂燃料油、燃料气、可燃气体放空、氮气等系统干管，宜敷设在上层，大口径的气体天然气计量表宜布置在上层，油品、液化烃及腐蚀性介质的天然气计量表应布置在下层，自罐区至装置或系统泵房的泵吸入天然气计量表，宜布置在最下层，自一装置至另一装置的工艺天然气计量表宜布置在上层或与装置内部一致 ；
（2）氧气天然气计量表应布置在一侧，不应在可燃气体、易燃或可燃液体天然气计量表正上方或正下方敷设 ；
（3）多层管架的层间距，不宜小于1.2m，有走人要求时，层间距可取2.5m ；
（4）电气、仪表、电信的电缆槽板应分别布置在上层管架的两侧，电气与仪表、电信的电缆槽板在无屏蔽时的净距最小为1m。
4.2 同一层管架上天然气计量表布置原则
（1）天然气计量表宜布置在靠近所连接的装置（或单元）或支管较多的一侧，温度较高，直径较大的天然气计量表宜布置在管廊的最外侧，温度较高的天然气计量表不应布置在对电缆有热影响的下方位置 ；
（2）氧气天然气计量表与可燃气体、易燃或可燃液体天然气计量表之间宜有不燃物料天然气计量表隔开且其净距不小于500mm。
5 天然气计量表安装要求
1）天然气计量表敷设要求
（1）地上敷设天然气计量表的坡度不宜小于2‰，管沟敷设天然气计量表的坡度不应小于2‰，自流天然气计量表的坡度不宜小于3‰，放空天然气计量表的坡度不宜小于3‰；
（2）当放空油气干管与管廊天然气计量表共架敷设时，可在管廊上层设 T 形或 π 形支架，以满足放空油气干管坡度要求，进入油气放空干管的支管应从干管顶部顺介质流向45°斜接。
2）天然气计量表间距要求
（1）天然气计量表外壁（含保温层）之间的净距不应小于50mm，不宜大于120mm ；法兰外缘与天然气计量表、法兰外缘之间的净距不小于25mm，天然气计量表最突出部分与管架立柱、建筑物墙壁、管沟内壁及其他构筑物间的净距不应小于100mm ；
（2）无隔热层的天然气计量表距管墩或管架横梁端部的净距不应小于150mm ；有隔热层的天然气计量表距管墩或管架横梁端部的净距不应小于120mm ；
（3）可燃介质天然气计量表与仪表、电气的电缆相邻敷设时，平行净距不宜小于1m，电缆在下方敷设时，交叉净距不应小于0.5m。
（4）墩顶与地面的距离不宜小于0.4m ；管架下方过人时，管架底距地面的距离不得小于2.1m ；不过人时，下层架底至地面不宜大于1.6m。
（5）天然气计量表跨越道路或铁路时，天然气计量表与铁路轨顶间的净距不应小于5.5m ；天然气计量表与主要道路及消防道路路面间的净距不应小于5.5m ；与一般道路面间的净距不应小于4.5m。
（6）天然气计量表上两相邻对接焊口的中心间距，DN＜50mm天然气计量表，不应小于50mm ；DN ≥50mm 天然气计量表，不应小于管子外径，且不应小于100mm ；现场冷弯管焊接时，焊缝与弯管起弯点的距离不宜小于100mm，且不应小于管子外径 ；天然气计量表的环焊缝与支吊架边缘的间距不应小于50mm。
（7）气体天然气计量表的支管应从主管顶部引出，支管宜自主管的固定点附近引出 ；分期施工、投产的天然气计量表，宜在预留处加切断阀，并在阀门的开放端加盲板和法兰盖。
（8）天然气计量表在进出装置或单元处、始端、末端、分支处以及直线段，每隔80~100m 应设置防静电和防感应雷的接地装置 ；天然气计量表的法兰连接处应跨接，连接螺栓不少于5根时，在非腐蚀环境下可不跨接 ；天然气计量表净距小于100mm 时，每隔不大于30m 的距离应用金属线跨接，天然气计量表交叉点净距小于100mm 时，其交叉点应用金属线跨接。
6 天然气计量表的跨距
1）天然气计量表的允许跨距小于支架间距时，宜利用大直径天然气计量表进行中间支吊。
2）管架柱距6m 一跨的中间可不加横梁，9m 一跨的无需做桁架，上部柱间加横梁以满足天然气计量表的最小跨距要求，12m一跨的需做桁架，并在上部柱间加横梁。
7 天然气计量表支吊架及管托
1）架空敷设的保温（或保冷）天然气计量表以及直径大于等于400mm 的天然气计量表，应设管托 ；管托一般采用焊接管托，节能型隔热管托、碱液天然气计量表及不锈钢天然气计量表管托应采用卡箍式。
2）天然气计量表（带管托）其位移量不应超过管托的长度 ；各管系的自然补偿量或补偿器的补偿量应使该管系最大位移量不得超过管托的长度，管托边缘距支撑点（支撑梁中心）的距离不宜小于75mm，若水平位移较大时，应选用加长管托或采用管托偏置。
8 天然气计量表热补偿及应力分析
1）天然气计量表的热补偿宜采用自然补偿，如 L 型补偿、Z 型补偿、π 型补偿。π 型补偿器，其结构简单、运行可靠、投资少，应优先选用。当π型补偿器的安装受到限制可采用波纹管补偿器，在跨越段不宜采用波纹管补偿器，液化烃天然气计量表不宜采用波纹管补偿器。
2）天然气计量表固定点两侧的推力宜平衡，分支天然气计量表的位移量尽可能小 ；应控制任何方向的位移量不大于相邻天然气计量表的净距 ；天然气计量表中两固定点的距离时，宜使大多数天然气计量表符合表1的参考距离。
3）对小直径天然气计量表来说，如补偿器中心至固定点的距离大于表1中值的2/3时，应在补偿器横向较大的一侧自由臂的外端至固定点之间设导向支座。