化工工程設(shè)備管道與材料優(yōu)化設(shè)計

＊高洋 唐好斌 高未敏 袁海鵬

（大連市化工設(shè)計院有限公司 遼寧 116033）

引言

化學(xué)工程項目設(shè)計與建設(shè)是當(dāng)前最為典型的密集性技術(shù)工程，有關(guān)人員應(yīng)具備一定的專業(yè)技能和綜合素質(zhì)。在具體施工過程中，由于專業(yè)領(lǐng)域不同，有關(guān)設(shè)計與技術(shù)工作人員應(yīng)不斷強化工程設(shè)計施工方案，確保項目建設(shè)可以滿足其預(yù)期的生產(chǎn)設(shè)計需求，使得化工項目能力順利開展，從而為化工企業(yè)提供最大化的經(jīng)濟效益。

1.化工工程設(shè)備管道的優(yōu)化設(shè)計

(1)重視設(shè)備與管道布置

在當(dāng)前化工項目設(shè)計中，依照制造施工工序要求選擇和設(shè)計相適宜的設(shè)備管道布局。所以，設(shè)備功能，管路與主設(shè)備間進(jìn)行連接，以及器具與各個附件需要滿足實際制造工序的基本需求。由于化工項目自身生產(chǎn)的特點，其設(shè)備與管道之間的配置則需要滿足實際生產(chǎn)安全要求，并區(qū)分各類設(shè)備管道類別。同時對有關(guān)設(shè)計方案進(jìn)行合理的優(yōu)化，在一定程度上能夠降低項目投資。此外，設(shè)備與管道的設(shè)計與布局也將影響整個項目生產(chǎn)與建設(shè)。一旦設(shè)備與管道布局存在問題，在建設(shè)中就需要改變設(shè)計，增加不必要的成本；如果設(shè)備和管道布局不科學(xué)，生產(chǎn)中就會留下安全隱患。因此，必須要重視化工工程設(shè)備和管道的布設(shè)，提升其合理性和科學(xué)性。

(2)化工工程設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計

第一，要與化工項目工藝設(shè)計基本要求相契合。在設(shè)備實際設(shè)計過程中，要先明確生產(chǎn)流程。例如，針對同類設(shè)備可集中進(jìn)行設(shè)計，同時其位差也要滿足相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)；第二，對各類化工設(shè)備實施合理的優(yōu)化設(shè)計。我們將設(shè)備分為輔助性設(shè)備與主設(shè)備，輔助設(shè)備通常被布置在主要設(shè)備下風(fēng)方向，同時還要對兩種設(shè)備的具體位置進(jìn)行合理優(yōu)化，從而避免在爆炸區(qū)域內(nèi)布置設(shè)備，確保企業(yè)生產(chǎn)安全；第三，化工設(shè)備優(yōu)化設(shè)計時，要高度重視有關(guān)設(shè)備的磨損狀況，要求在具體設(shè)計中方便設(shè)備操作與檢修，這一過程通常以斜梯為主；第四，化工工程設(shè)備設(shè)計要使其外觀保持整齊性，從而打造更為良好的工作環(huán)境。如可以依照大小順序?qū)ぴO(shè)備進(jìn)行一定的排列，對泵群來說，要保證其排列順序的合理性和規(guī)范性。針對華龍項目設(shè)備優(yōu)化設(shè)計過程匯總，保持泵出口管的一致性，對操作控制過程中的誤差也具備一定作用；第五，化工設(shè)備優(yōu)化設(shè)計在露天環(huán)境下開展時，要達(dá)到和滿足設(shè)備通風(fēng)的基本目的，并提升對土地空間的應(yīng)用效率。

(3)化工工程管道優(yōu)化設(shè)計

第一，化工工程管道設(shè)計時，要處理好管道的架空，從而達(dá)到應(yīng)用功能質(zhì)量和節(jié)約空間的主要目的；第二，在對化工管道進(jìn)行布置時，因嚴(yán)格控制管道之間的距離，對部分管道表面突出的情況，要將其距離控制在2.5cm之上；第三，要嚴(yán)格控制化工管道安裝的具體位置，想要避免其氣體經(jīng)由管道上方輸入時，在安裝管道時還需要盡量避開吊裝或是拆卸區(qū)域；第四，針對沿地面管道的安裝，我們應(yīng)避免發(fā)生跨越設(shè)備及建筑行為；第五，對固體類管道來說，在實際安裝中彎曲半徑進(jìn)行控制，一般情況下，彎曲半徑應(yīng)盡量控制在管徑五倍左右。而管徑為6cm時，其彎曲半徑要至少滿足30cm。另外，管道的排放氣應(yīng)確保與相關(guān)法律及標(biāo)準(zhǔn)盡量保持一致。

2.化工工程管道材料設(shè)計控制要點分析

(1)耐溫管道材料

在化學(xué)工程管道實際應(yīng)用過程中，常會運輸很多化學(xué)類物質(zhì)，該類物質(zhì)對其管道性能有著極為嚴(yán)格的要求。其溫度是其最為關(guān)鍵的參數(shù)，在具體設(shè)計中需要重點分析管道制作材料溫度的基本變化，要進(jìn)行合理設(shè)計。而一般情況下其溫度超過350℃則屬于高溫，其中碳素鋼的極限溫度則為425℃，在該范圍之內(nèi)碳素鋼會則會發(fā)生墨化現(xiàn)象，想要規(guī)避墨化問題的發(fā)生，在化工工程設(shè)計過程中要在碳素鋼之中添加適量的金屬穩(wěn)定元素。當(dāng)化學(xué)液體自身的溫度超過碳素鋼自身的極限溫度時，要想保證材料安全需要運用合理的沸騰鋼和碳元素類鎮(zhèn)定鋼。在具體的設(shè)計過程中，其管道處于低溫狀況下的材料則為12號類鋼，耐受最低溫度應(yīng)控制在-40℃；運輸介質(zhì)的溫度一旦小于-20℃時，管道材料則需要依照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對低溫性能進(jìn)行合理的測試與分析，確保其能夠滿足有關(guān)要求。而運輸時化學(xué)介質(zhì)的溫度則小于其最低的溫度，應(yīng)通過添加適當(dāng)?shù)钠渌惒牧咸岣吖艿佬阅埽_保其能夠在低溫狀況下能夠正常的應(yīng)用。

此外，化工管管材溫度規(guī)定也不同。在-70℃至-196℃間，盡量不應(yīng)用碳鋼管材。在-40℃至-70℃間，盡量利用合金結(jié)構(gòu)鋼化工管道材料。在-20℃到-40℃中間的位置，也要盡量利用碳鋼管化工類管道材料。所以，對合金結(jié)構(gòu)類鋼管道與碳管材料，而當(dāng)溫度小于0℃時造成延展性。針對該類情況下，部分企業(yè)傾向整個化工設(shè)計中應(yīng)用20號鋼材。此類低溫鋼不但可以有效控制溫度，并能確保運輸安全性。

(2)對于硫酸管道選用的材料

在管道材料選擇階段，有關(guān)技術(shù)施工人員要結(jié)合各類材料運輸介質(zhì)，對管道進(jìn)行制作，應(yīng)充分考慮易燃易爆且腐蝕性極高材料的運輸，要避免發(fā)生安全問題及不良事故。對高濃度類的硫酸，要具有一定的管理要求。有關(guān)技術(shù)施工人員應(yīng)合理把控管道內(nèi)外壓力與溫度。如在硫酸類運輸管道之內(nèi)，其溫度要保持控制在25℃左右，該類材料應(yīng)符合相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)壓力水準(zhǔn)。要長期保持到0.25MPa壓力之下，能承受1.6mm蝕時的處理。一旦普通鍍鋅鋼管作為運輸硫酸性管道類材料，需要在運輸過程保持一定的硫酸溫度。同時應(yīng)維持硫酸運輸穩(wěn)定速度來完成。一旦硫酸流速度過快，在不均勻速率狀況應(yīng)用時會出現(xiàn)不通暢。要將硫酸存儲在冷鐵器皿過程中，鐵器皿不易腐蝕。

此外，硫酸一旦遇到冷鐵，在高密度類的復(fù)合器具表面上會形成相應(yīng)的空氣氧化膜，會更好的避免硫酸腐蝕鍍鋅鋼管。當(dāng)管道中的硫酸流動過快或是不均勻時，硫酸的溫度會發(fā)生一定的變化，應(yīng)盡量避免高溫因素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。最佳溫度可以更好的保證硫酸穩(wěn)定運送的速度和實現(xiàn)管道均速運輸?shù)哪康?，且硫酸還能夠在低溫鐵制類的管道中長時間被儲存。在該類管道中，其能夠產(chǎn)生氧化膜，并附著在表面，可以避免管道運輸階段硫酸液體與鐵制管道出現(xiàn)腐蝕。如果在運輸管道過程中，硫酸液體其速度處于時快時慢的狀態(tài)時，極易造成管道內(nèi)外失衡，使得兩者之間的接觸出現(xiàn)持續(xù)性的腐蝕問題。此外，我們應(yīng)結(jié)合管道內(nèi)硫酸類材料的特殊性，不能過于控制液體流速，在管道制作和設(shè)計過程中，當(dāng)運輸濃度較高且溫度較低的硫酸時，我們要選擇碳鋼進(jìn)行制作，而在高溫作用下時，要盡量選擇鑄鐵作為主要的管道制作材料，在低濃度類的硫酸輸送過程中，可以選擇塑料類的材料作為管道材料，保證管道中硫酸運輸時其化學(xué)性和溫度能夠更加穩(wěn)定，從而避免安全問題的發(fā)生。

(3)對于鹽酸管道選用的材料

在高濃度類的鹽酸材質(zhì)運輸過程中，要盡量選取聚丙烯管道材質(zhì)，該類材料具有一定的防腐性，可以更好的把持管道內(nèi)外環(huán)境壓力的穩(wěn)定性，同時在鹽堿不穩(wěn)定的環(huán)境下，能夠更好的保證管道內(nèi)外的壓力。在選擇聚丙烯管道材質(zhì)時，不易斷裂還能夠更好避免液體外流，其還具備密度小，自重要輕便，便于人們搬運與施工等特點。在耐久度與應(yīng)用功能方面，聚丙烯更具備耐用性，該類材料成本低，可以進(jìn)行購買與應(yīng)用。但該類材料容易老化，一旦受到來自外界因素的影響，就會降低材料自身的功能。

(4)氧氣類介質(zhì)管道材料

輸送介質(zhì)作為氧氣時應(yīng)重視氧氣壓力和流速，以及溫度等方面參數(shù)，選取最佳的管材類型。而在一般情況下，還應(yīng)運用碳鋼或是不銹鋼等材料。此外，氧氣是阻燃物，在其與環(huán)境氣體進(jìn)行混合后，銅鼓壓力作用極易發(fā)生爆炸等各類問題，所以，我們要不斷強化和重視氧氣管道各類材料的選擇。造成各類管道中發(fā)生氧氣爆炸的主要因素就是流速和壓力。所以，在壓力較低狀況下時，要選取碳鋼類材料，而在壓力過高時應(yīng)選擇不銹鋼類材質(zhì)。

(5)其它特殊介質(zhì)運輸管道材料地選用

在化工生產(chǎn)工作環(huán)節(jié)常牽連到很多特殊類介質(zhì)，其自身的性能也有很大不同，應(yīng)選擇具有針對性且理想化的材料，并契合各類材料運輸?shù)囊蟆Ｈ绮糠址墙饘兕惞艿啦牧系膽?yīng)用尤為重要，在當(dāng)前PP管道材料的應(yīng)用中體現(xiàn)了很強的使用價值，能夠確保各類化學(xué)管道材料的合理性和穩(wěn)定性，從而避免出現(xiàn)壓力或是溫度因素影響出現(xiàn)安全隱患，而在挑選非金屬類材料時要重點分析和考慮化學(xué)材料會出現(xiàn)各類化學(xué)反應(yīng)。

3.結(jié)束語

總之，現(xiàn)階段，化工產(chǎn)業(yè)備受我國各方面的關(guān)注，該行業(yè)主要致力于可以提供更為完善化工材料，其優(yōu)化設(shè)計可以提升生產(chǎn)工作效率。其管道材料直接影響化工工程建設(shè)質(zhì)量，同時還應(yīng)關(guān)注管道材料優(yōu)化設(shè)計工作，綜合考慮各類因素，確?；すこ虄?yōu)化設(shè)計工作的牢固性，從而提高化工產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。