化工工藝管道設(shè)計的配管注意事項研究

徐綠軍

（廣東政和工程有限公司寧波分公司，浙江 寧波 315040）

化工行業(yè)以石油、天然氣為原料，經(jīng)一系列物理、化學(xué)反應(yīng)，生成石油、化工產(chǎn)品?；づ涔懿煌谄渌袠I(yè)，因化工行業(yè)往往具有毒性，高壓，高、低溫，易燃易爆，腐蝕性，因此，對于化工配管應(yīng)做更高的要求?；す鼙谝蜷L時間與高溫高壓化工產(chǎn)品接觸，經(jīng)受不同溫度和不同濃度酸堿鹽的“洗禮”以及氣液相的高速沖刷，極易發(fā)生腐蝕、管壁材質(zhì)剝離等問題，造成嚴重的安全隱患。因而，化工工藝中的配管設(shè)計應(yīng)被格外重視。

1 化工工藝管道設(shè)計優(yōu)化方案

化工工藝管道設(shè)計過程中，要充分考慮到管內(nèi)氣、液體的性質(zhì)，進行合理的設(shè)計。對于化工泵進出口的管道設(shè)計時，要根據(jù)化工泵的揚程確定進出口管路的直徑，采用同心異徑管設(shè)置為化工泵出口的豎直管來控制管內(nèi)流速大小。焊接的時候要注意防止變徑處匯集氣體發(fā)生汽蝕。水平的泵的入口處要設(shè)置偏心異徑接頭，并頂平安裝，以防止管內(nèi)液體積存。在設(shè)計管道時，應(yīng)根據(jù)工藝流程梳理管道走向和尺寸進行管道的整體布置與分層，盡量做到管程短、壓損小。合理的管道設(shè)計是基于合理的工藝流程設(shè)計的，化工企業(yè)設(shè)計工藝流程時，應(yīng)充分考慮生產(chǎn)環(huán)境、生產(chǎn)成本和建筑成本、設(shè)備維護費用、安全性能等，同時還要符合現(xiàn)行對環(huán)境保護的相關(guān)規(guī)定，完善三廢的后處理環(huán)節(jié)，最優(yōu)化工藝流程的設(shè)計工作。

連接各化工設(shè)備是化工管路的使命，因而，合理安排化工設(shè)備擺放對合理布設(shè)化工管路意義重大。在安排化工設(shè)備擺放上，應(yīng)注意節(jié)省空間、管程盡可能短、但設(shè)備間應(yīng)保持有效的安全距離，高危設(shè)備遠離人群和其他設(shè)備，設(shè)備周圍少設(shè)閥門。對于分餾塔與回流罐之間的管路，重點在調(diào)節(jié)閥的位置，因為分餾塔一般是通過熱旁路控制塔頂壓力，因此，需要避免熱旁路過短的情況發(fā)生，選擇合適的調(diào)節(jié)閥位置。對于分餾塔與汽提塔之間的管路，調(diào)節(jié)閥成組安裝在汽提塔附近，系統(tǒng)的液柱可由調(diào)節(jié)閥組來控制，以實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)液體的運輸[1]。

管架是支撐管路、固定系統(tǒng)的部件，是管路安裝的基石，應(yīng)根據(jù)管架間距與管架的承重情況合理選擇管架材質(zhì)、安設(shè)管架。不合理的管架設(shè)計會給管道帶來不必要的應(yīng)力，增加管路、接口、閥門等的受損可能，帶來安全隱患。目前化工企業(yè)常使用的彈簧管架存在著一定的安全隱患，由于彈簧壽命有限，當彈簧失效后，難以起到支撐管路的作用，需定期檢查、維護、更新?lián)Q代。安設(shè)管架時，應(yīng)盡可能減少管架與管道間的相對位移，防止二者在移動中給管道帶來損傷，對于負荷較小的管架可直接支在主管上，來減少管架與管道間的相對位移?？傮w而言，對于化工工藝管路設(shè)計，應(yīng)遵循的原則是： （1） 當前后壓力一致時，螺栓、閥門一定要選用較優(yōu)的材質(zhì)，而法蘭、墊片可以稍次之； （2） 當全管路材質(zhì)一致時，所有的連接部件，如螺栓、閥門、墊片等都必須選用高壓材質(zhì)； （3） 當前后壓力不同時，螺栓和閥門應(yīng)該選用高壓側(cè)的較優(yōu)材質(zhì)，而法蘭和墊片可以適當次之[2]。

2 化工工藝管道材質(zhì)選取與耐腐蝕處理

化工產(chǎn)品往往是強酸強堿，具有很強的腐蝕性，極易與管材發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而破壞管材，腐蝕的發(fā)生不僅與管路的材質(zhì)、化工原料與產(chǎn)品的種類有關(guān)，還與溫度、濕度、壓力等多種因素相關(guān)。

化工管道的防腐首先要保證管材在工作條件下不會與化工原料及產(chǎn)品發(fā)生反應(yīng)，由于化工生產(chǎn)所涉及的介質(zhì)種類眾多，因此，化工管道的防腐管材的選取是第一步。目前市場上常見的管材包括金屬、塑料、玻璃及復(fù)合材料，不同的管材有其特有的適用條件及各自的優(yōu)缺點，應(yīng)根據(jù)實際情況合理選取。

化工管材種類眾多，每個種類下另有分支。就不銹鋼為例，添加不同成分的適用于不同條件的多種不銹鋼。而今，依托于材料工程的高速發(fā)展，出現(xiàn)了越來越多具有優(yōu)異耐腐蝕性能的復(fù)合材料，它們將金屬材料優(yōu)異的機械性能與玻璃、樹脂、塑料等有機結(jié)合，具有更高的普適性，在具有金屬材料良好的機械性能的同時，克服了不銹鋼材料不耐受含氯介質(zhì)腐蝕的弱點，充分發(fā)揮各種材質(zhì)的優(yōu)勢，取長補短。

（1） 不銹鋼具有良好的機械性能，高溫下穩(wěn)定的耐腐蝕性能。缺點是容易發(fā)生應(yīng)力腐蝕，一旦腐蝕發(fā)生，會發(fā)生管道斷裂?？赡褪芨邷?，可耐受高壓。

（2） 硼硅玻璃為透明材質(zhì)，便于觀察管內(nèi)液體流動情況，具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，流動阻力小。缺點為熱穩(wěn)定性及機械性能差。適用溫度為-30～140 ℃。適用壓力為低壓。

（3） 鋼襯玻璃對于常見各種無機有機化合物及酸類均可耐受。缺點為不耐強堿、氫氟酸、氟化物、濃磷酸。適用溫度 ：-20～320 ℃。適用壓力 ：＜2 MPa。

（4） 聚丙烯機械性能好，耐受酸堿種類多。缺點為不耐低溫沖擊，容易發(fā)生氧化。適用溫度：-30～140 ℃。適用壓力為低壓。

（5） 鋼襯聚四氟乙烯適宜高溫條件下酸堿的輸送。缺點為鋼襯易發(fā)生脫落。適用溫度：-100～240 ℃。適用壓力常溫下＜70 kPa，瞬間最大值可達2.5 MPa。

以上是常見的五種化工管材及其適用條件與性能對比，從表中對比可以看出，不銹鋼最大的優(yōu)勢是機械性能好，同時具有耐高溫高壓的能力；硼硅玻璃突出的特點是透明，便于觀察管內(nèi)液體流動與介質(zhì)反應(yīng)情況，其光滑的管壁為流體流動減小了阻力，且易于清洗。作為復(fù)合材料的鋼襯管材綜合了兩種材料的優(yōu)點，在具有良好機械性能的同時，耐酸堿性能得到了大幅度的提升，又避免了硼硅玻璃、聚四氟乙烯等材料強度、剛度不足等情況，適合長距離、特殊環(huán)境的管路鋪設(shè)，但經(jīng)濟成本較高。

化工管道的選取除了考慮其耐腐蝕、耐高溫高壓的性能，還要權(quán)衡其經(jīng)濟效益，綜合考慮其安全性、經(jīng)濟性，嚴格核算其使用年限、預(yù)算等參數(shù)，合理地選用管材。在管材的選取上，應(yīng)遵循以下原則：首先，根據(jù)管道壓力、溫度、介質(zhì)化學(xué)性質(zhì)等參數(shù)確定復(fù)合化工工藝管道工藝要求的管材范圍。然后，對比范圍內(nèi)幾種備選管材的成本、使用壽命、維護費用及化工生產(chǎn)收益情況，最優(yōu)化經(jīng)濟效益。最后，面對特殊情況特殊對待，選取適合特殊情況下適用的管材?；づ涔軕?yīng)根據(jù)具體情況，靈活地進行設(shè)計，管路即使已經(jīng)投入生產(chǎn)，也不是一成不變的。化工生產(chǎn)是一個動態(tài)變化的過程，管道的設(shè)計與維護也應(yīng)緊隨實際情況適時調(diào)整，在以安全第一為最高原則的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)配管最優(yōu)化。

3 結(jié)語

基于化工生產(chǎn)的復(fù)雜性，安全事故的影響力及危害程度深遠，其中有一些問題是在管路鋪設(shè)時發(fā)生的?；ぎa(chǎn)品往往是帶有腐蝕性的酸堿鹽，且在特殊條件下需設(shè)備、管路耐受高溫高壓。因此，化工管道的設(shè)計工作往往十分復(fù)雜，涉及的內(nèi)容廣泛，對設(shè)計的要求也比較高。工作人員應(yīng)著重優(yōu)化化工管路設(shè)計方案、選擇合適的管材，確保每個環(huán)節(jié)都可以平穩(wěn)地運行，將安全隱患降至最低，防患于未然。