大直径管道对化工园区公共管廊设计的影响.docx

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1、大直径管道对化工园区公共管廊设计的影响摘要：国内关于化工园区公共管廊的概念源于本世纪初，随着国内大型石油化工园区或综合性工业园区的出现运营而生。基础设施共享是现代石油化工园区的基本特点，基础设施共享可以减少能源和资源的消耗，提高基础设施利用效率，减少园区的碳排放，增加园区的环境容量。公共管廊属于化工园区的共享基础设施之一。本文从公共管廊的设计规模、管架层间距、管道热补偿等方面入手，分析大直径管道对公共管廊规划设计产生的影响。关键词：公共管廊；大直径管道；固定点；管道热补偿；1引言2000年以前，国内很少有政府主导规划并投资建设大型化工园区，基本上是由单一大型国有石化企业投资建设石油化工联合工厂

2、，如上海金山石油化工总厂、北京燕山石油化工总厂、南京扬子石油化工总厂等。在这些石油化工联合工厂内的分厂（或装置）之间设置的全厂性总体管廊，属于企业管廊。自本世纪初以来，由地方政府主导规划并投资建设的大型石油化工园区或综合性工业园区逐渐兴起，且朝着规模化、集约化的方向发展，即园区规模越来越大、功能组团越来越多、产业链不断延伸。在这些园区内落地的产业项目，一般都是由不同的石油化工企业投资建设，园区内项目的产权分散，因此，需由园区政府投资建设完善的公共基础设施。公共管廊就是随着这些大型化工园区的出现运营而生，是化工园区的共享基础设施之一，由于此类管廊位于园区规划范围内，各企业界区外的公共区域，是园区

3、内相关企业均可使用的公共设施，故称为公共管廊。化工园区公共管廊一般由政府主导、企业投资建设、专业公司管理的商务化运作的共享基础设施。是园区实施公用工程和物流输送一体化的重要基础设施。2化工园区公共管廊设计特点化工园区公共管廊与石油化工联合工厂企业管廊具有相同之处，但又有很大区别。相同之处在于都是供石油化工企业敷设架空管道，结构设计计算方法基本相同。不同之处在于管廊的规划周期和设计理念具有很大差别，公共管廊与企业管廊的投资主体不同，管廊的运营及管理方式完全不同。公共管廊的规划和设计必须考虑这些不同因素。在石油化工联合工厂的企业管廊设计中，通常是根据企业计划实施的具体项目和适当考虑预留确定管廊路径

4、，一般在已知实施项目及管道数量和预留未来发展需求情况下确定管廊的设计规模，并预留2030%裕量。而在化工园区公共管廊设计中，化工园区建设初期大部分地块尚未明确具体项目，但公共管廊作为园区共享基础设施，需与其它基础设施一样同步规划。而化工园区的开发与建设是滚动发展的过程，因此，公共管廊的规划和设计应考虑较多的不确定因素和较长的发展周期。管廊的规划路径应满足园区产业发展规划和产业布局相关要求，管廊需跨越园区内的市政道路、铁路、河流、地下市政管网、架空高电缆等，还应兼顾园区规划大件运输道路的跨越要求等，有些化工园区的公共管廊还需穿、跨越高架道路或高架铁路等市政设施。在化工园区公共管廊规划设计中，有着

5、较多的不确定因素，如国家对园区产业政策的影响、园区产业规划的变化、园区招商引进产业项目的变化、园区公用工程一体化程度、园区环保政策（对生产污水管道敷设要求）等因素，对规划公共管廊上的管道数量及规格有着直接的影响。化工园区公共管廊的规划设计，难点在于管廊规划及设计初期，因园区产业规划的不断调整及落地项目的多变性，对于管廊上的管道数量预测存在较大的不确定性及复杂性。而在众多的管道规格中，大直径管道对公共管廊的设计有着重要的影响。3大直径管道对管廊规模的影响大直径管道对化工园区公共管廊的设计规模有着直接的影响，在管廊上管道数量相等的情况下，管道直径越大，占有管位空间愈多，所需管廊的设计规模增加。因此

6、，在公共管廊前期规划阶段应充分预测大直径管道（大于等于ND500）的数量及品种，确保管廊设计规模满足园区发展的需要。预测或判断化工园区今后是否会有大直径管道及其数量，是公共管廊前期规划阶段确定管廊设计规模的重要因素。对公共管廊的规划设计师而言，既要有化工园区公共管廊规划及工程设计的丰富经验，更需要对化工园区总体发展规划和园区产业发展规划及布局的充分解读及理解。在园区项目尚未落地的情况下预测大直径管道，首先要充分了解园区的产业规划，通常具有以下特点：以大型炼化一体化为龙头产业的化工园区，企业之间需利用互供的物料管道一般为DN80DN400,但会有一定数量的DN500DN600大直径管道，这些大直

7、径管道的主要输送物料有低压蒸汽、生产污水总管、往返码头的装卸船产品或原料，这类典型的化工区有上海化学工业区、南京化学工业区等。有些沿海化工园区如港口水深条件较好，能停靠30万吨油轮，有的园区设有原油国家储备库，码头至储备库的管道如利用管廊架空敷设的话，公共管廊规划时应考虑一定数量的DN60()、DN90()大直径管道，这类典型的化工区有海南洋浦化工园区、曹妃甸化工园区等。而在一些水深条件相对较差，且没有大型炼化项目为龙头的沿海化工区及内地一些精细化工园区，通常敷设在公共管廊上的少有直径大于DN600的管道，这类典型的化工区有武汉化学工业区、山东东营滨海新材料园区等。另外，有些以煤化工为龙头的园

8、区，焦化装置会有DN800DN1000煤气管道利用公共管廊架空敷设至下游装置，此类典型的化工区如济宁新材料产业园区等。因此，公共管廊规划初期，除了必须遵循化工园区总体发展规划和产业发展规划以外，设计师应对园区的上述基本特点有所了解，才能预测公共管廊可能出现大直径管道的各种情况，确保公共管廊设计规模的合理性及园区滚动发展建设的可持续性。4大直径管道对管廊荷载的影响大直径管道因其占用管位空间大、管道自重及充水质量大。管道受风面积大，故对公共管廊的结构设计产生较大的影响。在公共管廊工程设计中，管廊及管道设计需考虑大直径管道的荷载分别在以下三方面对管廊结构产生的影响：是管廊横向的集中荷载对横梁的影响；

9、二是管廊纵向荷载分布对管廊结构的影响；三是风荷载对管廊结构的影响。4.1横向集中荷载的影响大直径管道应考虑集中荷载对管廊结构产生的影响，尤其是大直径液体管道，对于操作工况下密度小于水的介质，应考虑管道水压试验时充水重量产生的集中荷载。在管廊详细设计（施工图）中，管廊横梁上的管道荷载计算时，一般将公称直径DN450及以下管道的荷载，按均布荷载考虑，计算管廊横梁的受力分布。当管廊横梁上布置有单根或多根大直径管道时，应按集中荷载分别计算横梁在管廊立柱根部的力矩，为减小该力矩，大直径管道应尽可能靠近管廊立柱布置。因此，在公共管廊详细设计阶段，管道专业的设计人员应将大直径管道的断面布置图提交结构专业，以

10、利结构专业充分考虑大直径管道荷载对管廊结构的影响。4. 2纵向荷载的影响化工园区公共管廊中，大部分采用多层桁架形式，桁架结构的中间横梁间距一般在35米之间，中间横梁上的管道荷载通过桁架节点由纵梁传递至桁架的框架立柱。由于大直径管道自身的跨度较大，在一些设计中不会在所有的中间梁上设置管托，而是按管道自身的跨度隔开横梁设置管托。因此，当管廊上布置多根大直径管道时，管托应错开设置在不同的中间横梁上，使管道荷载均衡分布不同的中间横梁上，有利于桁架的节点均匀受力，可确保桁架的设计承载能力。反之，如多根大直径管道的管托集中设置在同一中间横梁上，致使该横梁承受过大的荷载，导致桁架节点受力不均匀，影响管廊桁架

11、的原设计承载能力。由此可见，当管廊上存在多根大直径管道时，敷设在同层管架上的大直径管道，除框架横梁可以用于集中设置所有管道的管托外，应避免将多根大直径管道的管托，集中设置在桁架同一根中间横梁上。4. 3风荷载的影响大直径管道的外表面积较大，受风面积大，故在管廊结构计算时，应考虑大直径管道的风载荷对管廊结构的影响。作用于管架横向的风载荷包括管道径向风载荷、管架柱及纵向构件风载荷，根据SH/T3055-2007石油化工管架设计规范1,管道径向风载荷Wn计算式（7）如下：Wn= u s u zwodld 1 （1）式（1）中：d表示管道外径（包括保温层）；us表示风载荷体型系数，按下表选取：表1风荷

12、载体型系数1TableIWindLoadShapeCoefficient从上式（1）及表（1）可以判断，管道直径越大，风载荷越大；大直径管道数量越多，风载荷越大。因此，在化工园区公共管廊规划设计阶段，应预测未来出现大直径管道的可能性，确保公共管廊设计的合理性和安全性。5大直径管道对管廊层间距的影响化工园区公共管廊规划设计较多采用多层管廊，常见的管廊设计规模为2、4层，一般根据园区项目落地情况实行一次性规划，分期建设，分层实施。对于多层管廊设计而言，确定适用的管廊层间距，有利于公共管廊长期的滚动发展与建设。影响管廊层间距的因素主要有管道数量、管道规格、公共管廊与企业界区管道的衔接方式、管道膨胀弯

13、的布置方式、管廊上巡检通道等。其中，大直径管道对公共管廊的层间距有着直接的影响，主要考虑下列三个方面：管道直径及保温层、管廊内管道热补偿型式及膨胀弯布置、管廊交叉穿越及进出管廊的管道出线布置等。4.1 管道直径及保温层的影响确定于多层管廊的层间距，首选应考虑各层拟敷设管道的规格，为合理设置多层管廊的层间距，节省工程投资。管道布置宜分层规划而采用不同的层间距，管位规划布置时，将较大直径管道相对集中布置在管廊下部各层，较小直径管道布置在管廊上部各层，下部各层间距适当放大，管道直径及其保温层厚度越大，所需管廊层间距越大，上部布置小管道层间距适当减小。管确定廊层间距的基本方法如下式(2)：H1=DO

14、5 h W 2S D (2)式中：Hl一管廊层间距；DO一管道外径；6保温层厚度；h管托高度；W-梁高度；S一管道垂直间距及与梁底间距；D一预留大直径管道横向穿越空间(一般取D=DO) o例1：海南某化工园区公共管廊规划设计规模4层，总宽度为9米，建二层预留二层，第一层规划布置DN900的原油管道为主；第二层规划布置DN700成品油管道为主；第三、四层为预留层，规划布置DN500以下的物料管道。DN900管道保温层厚度100mm,管托高度100mm,管廊横梁高度350mm,管道垂直间距及与梁底间距取250mm。采用式(2)计算得：第一层管廊与上层管廊的层间距为2878mln。第二层管廊与上层管

15、廊的层间距为2472mm。据此确定四层管廊的问距分别为3.0、2.5、2.2米。5. 2管道热补偿形式及膨胀弯布置的影响化工园区公共管廊上的管道输送物料品种较多，有工艺物料管道、化工品管道、公用工程管道等，这些管道中有高压、高温及低温管道，且管道规格较多。对于温度高、管径大的管道，直线段管道的热补偿要求高。公共管廊位于园区公共区域，直线段距离较长，管廊规划布置时应考虑管道的热补偿能力。考虑园区节约用地等因素，公共管廊的管道热补偿弯少有采用水平膨胀弯，一般应充分利用管廊跨越道路、铁路、预留企业出入口等的升高处设置立式兀型膨胀弯，并利用管廊的转弯处作L型自然补偿。对于直线距离较长的路段，通常在管廊内部设置兀型立体膨胀弯，因此，管道的层间距需考虑大直径管道的膨胀弯与所需空间。大直径管道弯头半径所占空间较大，因此，较为合理的方法是大直径管道设置水平膨胀弯，此处的小直径管道采用立体膨胀弯避让大直径管道，如图2,管廊内膨胀弯示意图。图 2 管廊内膨胀弯示意图(fig2ExpansionBendingIntentioninPipeRa