化工管道設(shè)計(jì)安裝中存在的問題探析

劉小娟 姚文 王鍇楠（浙江天成工程設(shè)計(jì)有限公司，浙江 杭州310000）

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步，化工行業(yè)發(fā)展空間也越來越大，而管道工程作為化工行業(yè)中一個(gè)重要的領(lǐng)域，管道的設(shè)計(jì)和安裝直接影響化工工程質(zhì)量。本文簡要分析設(shè)計(jì)或安裝現(xiàn)場存在的常見問題，針對這些問題，提出了相應(yīng)的措施。

1 化工管道設(shè)計(jì)與安裝環(huán)節(jié)存在的問題分析

1.1 管道設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)存在的問題

在管道設(shè)計(jì)階段，若設(shè)計(jì)壓力偏低，可能造成實(shí)際生產(chǎn)時(shí)管道承受壓力較大進(jìn)而導(dǎo)致管道破損。若材料選型不合理，可能導(dǎo)致管道被輸送介質(zhì)腐蝕而發(fā)生泄漏，若設(shè)計(jì)溫度不合理，可能導(dǎo)致管道脆性或韌性發(fā)生變化而斷裂。設(shè)計(jì)階段如果沒有考慮特殊工況（如停車檢修），也有可能導(dǎo)致管道內(nèi)介質(zhì)因環(huán)境變化而使管道內(nèi)介質(zhì)相態(tài)、溫度或壓力發(fā)生變化，造成管道兩端閥門承壓損壞。

1.2 管道安裝環(huán)節(jié)存在的問題

管道安裝不合理，不但可能造成生產(chǎn)困難，嚴(yán)重時(shí)可能造成安全事故。若管道安裝在疏散通道，可能造成操作工人在緊急情況下的逃生失??；若上部管道安裝過低或下部管道安裝過高，可能造成操作工人碰頭或拌腳；若閥門安裝過高或過低，可造成生產(chǎn)工人操作困難；若安全閥的根部閥門未設(shè)鉛封，可能被操作工誤關(guān)使安全閥失去保護(hù)作用；若過濾器安裝過低，可能導(dǎo)致過濾網(wǎng)無法及時(shí)更換進(jìn)而導(dǎo)致輸送泵損壞，若調(diào)節(jié)閥組立面安裝時(shí)，調(diào)節(jié)閥組被安裝在旁路閥上方或調(diào)節(jié)閥被安裝在垂直管道上，可能導(dǎo)致閥組內(nèi)管道焊縫開裂，物料泄漏；若高溫介質(zhì)管道未做熱補(bǔ)償，可能導(dǎo)致管架變形或管道從管架上滑落斷裂。

2 化工工藝管道設(shè)計(jì)要點(diǎn)研究

2.1 注重化工管道材料的選用及等級要求

化工管道設(shè)計(jì)階段前，應(yīng)先明確各管道的輸送介質(zhì)的物料特性、生產(chǎn)工況和管道安裝環(huán)境，再根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)選型。

（1）選擇合格的管道設(shè)計(jì)壓力。如果管道的設(shè)計(jì)壓力偏低，實(shí)際生產(chǎn)時(shí)管道承受壓力較大而造成管道破損；如果設(shè)計(jì)壓力偏高，可能造成管材采購成本和維護(hù)成本增加。

（2）應(yīng)明確輸送介質(zhì)的物料特性。如果輸送介質(zhì)溫度較高，就應(yīng)該使用耐高溫的材料，并對管道進(jìn)行柔性分析；若管道輸送介質(zhì)具有腐蝕性或者生產(chǎn)階段需經(jīng)常使用腐蝕性物料清洗管道時(shí)，應(yīng)根據(jù)腐蝕特性選擇相應(yīng)的耐腐蝕材料；當(dāng)管道輸送高度危害或極度危害介質(zhì)時(shí)，即便生產(chǎn)工況為常壓或真空，金屬管道或鋼襯管道的設(shè)計(jì)壓力也應(yīng)不低于2.0MPa。

（3）選擇合適的管徑。管徑可由管道體積流量和流速確定，輸送可燃有毒介質(zhì)的物料，應(yīng)適當(dāng)放大管徑使介質(zhì)在安全流速范圍內(nèi)輸送。

（4）注意環(huán)境對管道的影響。例如，經(jīng)常受陽光照射的液體輸送管道上設(shè)計(jì)一個(gè)小口徑的安全閥，防止管道受熱膨脹產(chǎn)生的高壓使用管道兩端的閥門發(fā)生內(nèi)漏；又如，布置室外的工藝水管增設(shè)絕熱層防止管道在冬季結(jié)冰。

2.2 塔與容器管線的設(shè)計(jì)安裝

(1)塔頂油氣管道內(nèi)的介質(zhì)一般為氣相，管徑較大，管道盡可能短，要“步步低”，不得出現(xiàn)袋形管，且具有一定的柔性；

（2）分餾塔頂油氣管道一般不隔熱，只防燙，該管道至多臺(tái)并聯(lián)的冷換設(shè)備時(shí)，宜對稱布置避免偏流；

（3）塔頂為兩級冷凝時(shí)，其管道布置應(yīng)使冷凝液逐級自流，油氣總管與冷凝器入口支管應(yīng)對稱布置，使流量均勻；

（4）當(dāng)塔頂壓力用熱旁路控制時(shí)，熱旁路管應(yīng)保溫并保證管道盡量短，其調(diào)節(jié)閥安裝在回流罐上部，且管道避免出現(xiàn)“袋形”；

（5）特殊要求的管道（比如減壓塔頂油氣管道）與塔開口直接焊而不采用法蘭連接，以減少泄漏。

（6）塔頂放空管道一般安裝在塔頂油氣管道最高處的水平管段的頂部，并應(yīng)符合防火規(guī)范的要求；

（7）塔體側(cè)面管道一般有進(jìn)料管、回流管、側(cè)線采出管、再沸器抽出和返回管等。為使閥門關(guān)閉后無積液，閥門宜直接與塔體管口相接；

（8）進(jìn)（出）料管道在同一角度有兩個(gè)以上的進(jìn)（出）料開口時(shí)，管道應(yīng)進(jìn)行柔性分析；

（9）分餾塔側(cè)線到汽提塔的管道上如有調(diào)節(jié)閥，其安裝位置應(yīng)靠近汽提塔，以保證調(diào)節(jié)閥前有一段液柱，其液柱的高度應(yīng)滿足工藝要求；

（10）精餾塔塔底溫度一般較高，因此管道應(yīng)當(dāng)進(jìn)行應(yīng)力分析并滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，塔底與泵相連的管道應(yīng)短且少拐彎，減少阻力防止泵氣蝕；

（11）臥式容器上的進(jìn)料管和出料管口應(yīng)盡量遠(yuǎn)離，管道布置應(yīng)滿足設(shè)備軸向位移的要求；管道低點(diǎn)排凈放凈口距地面或樓面的凈距不應(yīng)小于150mm；

（12）立式釜式反應(yīng)器的管道應(yīng)避開攪拌器的安裝與檢測區(qū)域。

2.3 泵的管線設(shè)計(jì)安裝

（1）泵的進(jìn)口管道應(yīng)盡可能短、少拐彎，不應(yīng)存在“氣袋”，管道應(yīng)滿足泵的“汽蝕余量”的要求；

（2）泵前安裝有過濾器的，過濾器應(yīng)有濾芯抽出的空間；

（3）對于水平吸入的離心式輸送泵，當(dāng)泵入口處有變徑時(shí)，應(yīng)采用偏心異徑管。當(dāng)管道從下向上進(jìn)泵時(shí)，異徑管應(yīng)頂平安裝，當(dāng)管道從上向下進(jìn)泵時(shí)，異徑管應(yīng)頂平安裝，并在低點(diǎn)設(shè)置排凈，但當(dāng)輸送介質(zhì)含有固體或漿料時(shí)，偏心管應(yīng)底平安裝；

（4）為防止泵出口液體倒流引起泵的葉輪倒轉(zhuǎn)，泵出口宜裝有止回閥；

（5）泵出口管道一般都需要變徑，當(dāng)泵出口在泵體上部時(shí)，出口管道上應(yīng)安裝同心異徑管；當(dāng)泵出口在泵體側(cè)面時(shí)，可參照泵進(jìn)口偏心異徑管的設(shè)置形式；

（6）泵出口壓力表應(yīng)安裝在泵出口與第一個(gè)切斷閥之間的管道上，壓頭朝向操作面便于觀察；

（7）輸送介質(zhì)溫度大于200℃時(shí)，應(yīng)在泵的出口閥（組）前后設(shè)置小流量回流的暖泵管道，

（8）輸送液化烴、液氨、液氯或處于泡點(diǎn)狀態(tài)的液體，應(yīng)設(shè)置平衡線防止進(jìn)泵液體產(chǎn)生蒸氣或氣泡造成泵汽蝕；

（9）環(huán)境溫度低于輸送物料的凝點(diǎn)時(shí)，其備用泵的進(jìn)出口應(yīng)設(shè)置防凝旁通管，防凝管道設(shè)置伴熱保溫；

（10）輸送泵設(shè)有冷媒時(shí)，泵的各路冷媒管道應(yīng)并聯(lián)連接，不應(yīng)串聯(lián)。

2.4 閥門及管道附件的安裝

（1）極度危害介質(zhì)、強(qiáng)腐蝕介質(zhì)的管道和設(shè)備上的閥門不應(yīng)布置在人的頭部高度范圍；

（2）垂直管道上閥門手輪中心距操作面的距離宜為1.2米，最大距離不應(yīng)超過2米，當(dāng)超過2米時(shí)，應(yīng)設(shè)置手輪或?qū)㈤y門集安裝并增設(shè)操作平臺(tái)；

（3）水平管道上的閥門的閥桿方向不得垂直向下；

（4）安全閥應(yīng)垂直安裝并盡可能靠近被保護(hù)的設(shè)備或管道，當(dāng)安全閥出口管道排向大氣時(shí)，出口不能朝向設(shè)備、平臺(tái)、電纜等，安全閥出口下端彎頭的最低處開一個(gè)淚孔，必要時(shí)將凝液接入收集罐，當(dāng)安全閥（DN≥50）出口管道排向密閉系統(tǒng)時(shí),應(yīng)順介質(zhì)流向45°斜接在排放總管的頂部；

（5）呼吸閥應(yīng)安裝在儲(chǔ)罐氣相空間的最高點(diǎn)，當(dāng)儲(chǔ)罐設(shè)有惰性氣體保護(hù)系統(tǒng)時(shí)，惰性氣體進(jìn)氣口應(yīng)遠(yuǎn)離呼吸閥；

（6）止回閥有升降式和旋啟式兩種，升降式應(yīng)安裝水平管道上，旋啟式優(yōu)先安裝在水平管上，當(dāng)立式升降式或旋啟式安裝在垂直管道上時(shí)，應(yīng)保證管內(nèi)介質(zhì)由下而上流動(dòng)；

（7）疏水閥安裝位置不宜高于疏水點(diǎn)；浮球式疏水閥、熱動(dòng)力型疏水閥、倒吊桶式疏水閥應(yīng)水平安裝，脈沖式疏水閥宜安裝在水平管道上，雙金屬片式疏水閥可水平或直立安裝；多個(gè)疏水閥同時(shí)安裝時(shí)必須并聯(lián)；

（8）調(diào)節(jié)閥組立面安裝時(shí)，調(diào)節(jié)閥應(yīng)安裝在旁路下方，調(diào)節(jié)閥進(jìn)口側(cè)與上游切斷閥之間的管道的低點(diǎn)應(yīng)設(shè)排凈閥；

（9）輸送可燃介質(zhì)的尾氣總管進(jìn)出生產(chǎn)裝置處均應(yīng)設(shè)置阻火器；可燃物料儲(chǔ)罐用阻火器應(yīng)直接安裝在儲(chǔ)罐頂?shù)墓芸谏?，也可直接安裝阻火式呼吸閥；

（10）過濾器形式不同，安裝要求也不同：角式T 型應(yīng)安裝在管道90 度拐彎的場合，直通式T 型必須安裝在管道的直管上，Y型安裝在水平管道上時(shí)濾芯抽出方向應(yīng)向下，反流式Y(jié)型安裝在介質(zhì)自下而上的垂直管道上；

（11）在設(shè)計(jì)條件和輸送介質(zhì)允許時(shí)，優(yōu)先選用∏型補(bǔ)償器，∏型補(bǔ)償器最好設(shè)置在兩固定點(diǎn)中部，當(dāng)施工現(xiàn)場受限時(shí)可適當(dāng)調(diào)節(jié)，但不應(yīng)小于兩固定點(diǎn)間距的三分之一；

（12）輸送可燃或有毒介質(zhì)的管道進(jìn)出界區(qū)處均應(yīng)裝設(shè)切斷閥和盲板。

2.5 其他注意事項(xiàng)

（1）根據(jù)工藝需要設(shè)置溫度、壓力、流量等檢測儀表，適時(shí)監(jiān)測管道運(yùn)行狀態(tài)；

（2）根據(jù)物料溫度和安裝環(huán)境，合理設(shè)置絕熱材料；

（3）根據(jù)設(shè)計(jì)條件對高溫管道進(jìn)行柔性設(shè)計(jì)，并根據(jù)柔性分析結(jié)果設(shè)置相補(bǔ)償器、導(dǎo)向架、滑動(dòng)架和固定架等；

（4）根據(jù)管道直徑、輸送介質(zhì)、管道及其絕熱材料最大跨距，結(jié)合施工現(xiàn)場情況確設(shè)置相應(yīng)的管道支吊架；廠外輸送管道還應(yīng)保證消防救援、應(yīng)急檢修車輛的通行；

（5）管道安裝完畢應(yīng)按要求對管道焊縫檢測、吹掃和壓力試驗(yàn)、防腐處理，壓力管道還應(yīng)報(bào)當(dāng)?shù)刭|(zhì)檢部門備案。

3 結(jié)語

化工管道的設(shè)計(jì)與安裝的質(zhì)量對化工安全有著重要影響。本文從塔與容器管線設(shè)計(jì)安裝、泵的管線設(shè)計(jì)安裝、閥門及管道附件安裝等方面進(jìn)行了探討，提高管道運(yùn)行的安全性，降低安全事故出現(xiàn)的幾率。