不銹鋼裝置設備布置及配管設計的實質是對不銹鋼管廊、塔、立式容器、反應器、不銹鋼換熱器、再沸器、空冷器、加熱爐、臥式容器、儲罐(組)、泵、壓縮機、建筑物、構筑物、平臺、梯子、道路等的布置及其配管設計。
一、安全性
①. 工程建設時可以安全和方便地施工。
②. 運行時運轉平穩(wěn),沒有或者少有跑、冒、滴、漏現(xiàn)象,不至于造成裝置短生產(chǎn)周期的停車或頻繁停車;操作和維護風險小,安全系數(shù)大,不至于因失效而產(chǎn)生重大事故。
設計時,對可能發(fā)生的安全問題做出正確評價,在裝置設備布置及其配管設計時給予充分考慮,降低事故發(fā)生的概率。安全問題涉及人的生命,是最重要的因素,應該把安全問題放在設計的首要位置。設計部門的設計裝備、設計環(huán)境、設計管理水平、設計質量控制水平、設計手段以及設計人員的責任心、技術水平、設計經(jīng)驗等無不對不銹鋼工業(yè)管道的安全性產(chǎn)生影響。一個良好的設計單位,應是在上述各個方面做得都是比較好的。影響管道設計安全性的因素是多環(huán)節(jié)、多方位的,每個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都將危及其安全性,因此,保證工藝裝置布置及配管設計的安全性要全方位進行。
工程應用:設備布置設計錯誤引起的不安全施工
某石化裝置設備布置設計時,由于設計考慮不周,某立式設備的吊裝通道被阻擋,造成一立式設備無法用吊車吊裝,后來只能用直升機吊裝,造成施工建設時的不安全,這種吊裝也是非常不經(jīng)濟的。
工程應用:放空排凈的不合理位置
某煉油裝置項目,在管廊上放空排凈設計時,沒有集中布置,并把放空排凈布置在了不銹鋼管廊的里面,由于管廊層高較低,施工人員進行放空排凈時既不安全又不方便。
工程應用:配管設計柔性不合格引起的泄漏
某裝置因不銹鋼配管設計柔性不合格引起的流體介質泄漏的事故。如圖1.4(a)所示,長期運行時,造成設備與管子接口位置泄漏。修改為圖1.4(b)所示的方案,增加了自然補償彎,可以正常運行了。
工程應用:流體分配不均的不合理設計
圖1.5(a)所示為流體分配不均引起的配管設計錯誤,流體流量一般是滿足泵A、泵B需要的,當液位低或系統(tǒng)壓力高的時候,只有阻力小的那一邊可以起作用,另一臺泵阻力大,等于半廢狀態(tài)。修改為圖1.5(b)所示配管時,可避免流體分配不均的問題,如果管道比較長,還需要考慮管道熱脹冷縮時的柔性設計。
二、滿足工藝
①. 滿足工藝要求是工藝裝置布置及不銹鋼配管設計的最基本要求。
②. 工藝流程的開發(fā)來源于工廠的技術革新或研究單位的新技術開發(fā)?,F(xiàn)代工程設計的工藝流程大都由工藝過程的專利擁有者提供工藝包,包括工藝設計的物料平衡、熱平衡、主要工藝設備的計算和工藝流程圖,而工藝流程擁有者常是科研單位和這一產(chǎn)品的已有生產(chǎn)廠,或者兩者的結合。近年來的大型工程設計已開始向這方向發(fā)展,購買工藝包,然后根據(jù)工藝包進行工程設計,這對保證工藝流程的先進性和可靠性有極大意義。
③. 用于工藝流程的設計圖紙有三種:方框圖BFD,主要是對整個流程有個大致的了解;工藝流程圖PFD,主要是針對各個工藝的主要設備和管道畫出的圖,是對BFD的進一步細化;管道及儀表流程圖PID,是針對某一設備或者主要管道,加上儀表和控制系統(tǒng)畫出的圖,是對PFD的進一步細化。
工藝裝置布置及配管設計需要參考的工藝流程圖,一般指工藝流程圖PFD和管道及儀表流程圖PID。
三、經(jīng)濟性
經(jīng)濟性是指一次投資費用和操作維護費用的綜合指數(shù)低。一般情況下,如果一次投資較高,其可靠性好,操作、維護費用低。借助計算機分析可以取最優(yōu)化的組合。在設計中,要力爭做到管系中各元件具有相同的強度和壽命。
減少裝置的占地面積也是降低基建投資的一個有效手段,而減少占地面積又往往與操作、維護、消防以及其他技術需求一定的空間相矛盾,良好的設計應是二者的優(yōu)化組合。
四、人性化
人性化設計是在滿足配管設計基本技術要求的基礎上,使設計與人體相適應,減少人的不適應性和負擔,使人與工廠配管系統(tǒng)結合更加優(yōu)化,使配管更加適合施工人員、運行人員及檢修人員的要求。人性化設計重視作業(yè)人員的生理、心理特性,為作業(yè)人員構建安全、舒適和高效的操作環(huán)境,使作業(yè)人員的操作簡便省力、迅速準確、安全舒適,充分發(fā)揮效能,提高整個系統(tǒng)的效益和質量。工藝裝置布置及配管設計的人性化設計一般包含:作業(yè)空間人性化設計;作業(yè)強度人性化設計;作業(yè)安全人性化設計。
工程應用:人性化配管設計的優(yōu)化
良好的作業(yè)強度人性化設計,可以減少運行、檢修、維護作業(yè)人員的工作強度,提高作業(yè)人員的工作效率。例如,某工程項目需要在常年寒冷地區(qū)布置儲罐,如果建成后儲罐頂部的閥門需要經(jīng)常手動操作。圖1.6(a)所示方案的設計,作業(yè)人員需要在寒冷的環(huán)境下反復爬直梯到罐頂部,去操作罐頂閥門;而圖1.6(b)所示方案的設計,作業(yè)人員通過斜爬梯到罐頂聯(lián)合平臺就可以一次性完成罐頂部所有閥門的操作;在寒冷環(huán)境下,斜爬梯更舒適和安全,更具有人性化,而罐頂聯(lián)合平臺也避免了作業(yè)人員反復爬梯子的工作,因此,圖1.6(b)所示方案的設計更好。
五、模塊化
進行標準化、系列化設計可有效地減少設計、生產(chǎn)、安裝投入的人力和物力,同時給維護、檢修、更換帶來方便。設計、制造、安裝和生產(chǎn)上越來越多地采用和等效采用國外的一些先進的標準規(guī)范。
工程應用:模塊化設計
圖1.7所示為某裝置的模塊化設計分塊示意圖,這個裝置有11個模塊,整個項目有5套這樣的裝置,配管設計時,僅需完成這一套裝置的模塊化設計,其他同樣的裝置,只需拷貝就可以。模塊化設計時,先將裝置進行模塊化功能分塊,有一些模塊內(nèi)的配管設計完全相同,可實現(xiàn)模塊的批量設計、模塊批量預制、采購和施工。便捷模塊化設計有助于加快設計進度、提高設計質量、提高施工進度。
六、美觀
進入石油化工生產(chǎn)裝置,給人最直觀的感覺就是不銹鋼管道的布置和設備平面布置,層次分明、美觀的工業(yè)管道布置是反映設計水準高低的一個很重要的指標。
工程應用:某裝置不美觀的配管設計
某項目施工結束后,發(fā)現(xiàn)整體配管設計比較紊亂,不美觀,主要表現(xiàn)在以下幾方面:
①. 塔、罐、容器等設備布置時,設備沒有中心或者切線對齊;
②. 進出管廊的管子沒有成排對齊布置;
③. 成對連接設備的配管沒有對稱或相同走向布置;
④. 成排的泵、壓縮機、換熱器、塔等設備的同樣設計內(nèi)容,配管布置風格卻不一致,有很多種配管走向。