襯塑鋼管設(shè)計及施工探討

湯玉敏 ，楊 濤

(中海油石化工程有限公司,山東 青島 266101)

隨著現(xiàn)代化工的發(fā)展與應(yīng)用材料的日新月異，化工生產(chǎn)中應(yīng)用的腐蝕性物料逐漸增多，如各種化學(xué)藥劑、酸、堿等，輸送這一類介質(zhì)的管道材料既要求優(yōu)異的耐腐蝕性，又應(yīng)有良好的機械強度。普通碳鋼無法滿足耐腐蝕性要求，高合金鋼的大量使用會使項目成本大幅提高，非金屬材料有著絕佳的耐腐蝕性，但非金屬材料強度較低[1]，而襯塑鋼管由于外管為鋼管內(nèi)襯為塑料，因此其兼具耐腐蝕性與良好的機械強度，且相比高合金鋼，襯塑鋼管成本相對低廉，且聚合塑料能耐大多數(shù)酸、堿，應(yīng)用范圍更廣[2]。但襯塑鋼管的應(yīng)用有其自身的特點，成品襯里管道現(xiàn)場安裝不允許動火焊接以免破壞襯里層，因此襯塑鋼管的設(shè)計應(yīng)全面考慮，統(tǒng)籌規(guī)劃，本文主要從滿足施工、操作和生產(chǎn)安全可靠等幾方面來闡述襯塑鋼管設(shè)計要點及施工注意事項。

1 襯塑鋼管及管件設(shè)計

1.1 襯里材料的滲透性及襯里厚度選用

采用襯塑鋼管的介質(zhì)大多具有一定毒性或腐蝕性，在設(shè)計時要考慮襯里材料的滲透性。溫度和壓力是滲透的主要推動力，襯里的厚度及聚合物結(jié)晶度也對滲透有影響[2]。對常用的氟塑料來說，其滲透性隨聚合物結(jié)晶度和襯里厚度的增加而減少，但過高的結(jié)晶度和襯里厚度也會影響材料的使用性能和加工難度。常用塑料襯里材料耐溫性能見表1[3]，其中PTFE可耐除熔融金屬鈉和鉀、三氟化氯和氣態(tài)氟外的任何濃度的硫酸、鹽酸、氫氟酸、苯、堿、王水、有機溶劑和還原劑等強腐蝕性介質(zhì)[4]，是廣泛使用的襯里材料。

HG/T 20538對部分襯里材料最小厚度進行了規(guī)定，表格示例詳見表2[3]。在設(shè)計中應(yīng)結(jié)合介質(zhì)操作條件，綜合考慮標(biāo)準(zhǔn)要求和生產(chǎn)數(shù)據(jù)，對襯里層的種類、厚度正確的選型。但應(yīng)注意的是管道襯里后截面積變小，應(yīng)避免影響介質(zhì)的流量，襯里后管道實際截面積不小于該公稱尺寸截面積的2/3[5]。

表1 常用塑料襯里材料的使用范圍 ℃

注：*以上低溫數(shù)值僅適用于ASTM A106、A53等美標(biāo)材料。若使用國內(nèi)20號鋼鋼管材料，則低溫值應(yīng)高于-20℃。

表2 襯塑層最小厚度 單位：mm

1.2 管道及管件間法蘭連接

襯塑鋼管及管件均在工廠完成襯塑，現(xiàn)場安裝時不得動火施焊以免破壞襯里層，因此管道及管件均采用法蘭連接。在襯塑鋼管的安裝過程中，尤其是管道需要變向，或支管與主管相連，或管道變徑時，均容易出現(xiàn)法蘭螺栓孔對接困難，此時利用松套法蘭可避免拆卸返工[6]，因此襯里管道采用一端平焊法蘭一端松套法蘭的型式。

1.3 墊片設(shè)計

一般襯塑鋼管之間或與其他塑料襯里管連接時不需要另加墊片，因為在其法蘭側(cè)已有塑料襯里層翻邊，只要施加足夠的緊固力即可充當(dāng)墊片密封[7]。但在襯塑鋼管法蘭與異種材質(zhì)法蘭相接時應(yīng)采用相應(yīng)的墊片或墊環(huán)，以免損壞襯里。此外，襯塑鋼管現(xiàn)場安裝需要調(diào)整安裝長度誤差時，少量誤差可以用相應(yīng)厚度的墊片來調(diào)節(jié)，墊片的厚度不宜超過設(shè)計厚度的20%，誤差較大時可以用墊環(huán)來調(diào)整，墊環(huán)最大長度不宜超過150mm[4]。

1.4 支架設(shè)計

不同制造商制作襯里方法及加工水平有差異，其所能加工的襯塑鋼管長度也不同。基本參考數(shù)據(jù)詳見HG/T 20538，設(shè)計管道支架時應(yīng)注意避開管道間的連接法蘭。襯塑鋼管支架應(yīng)選用管卡或卡箍型式，但以下情況必須采用焊接型支架：①當(dāng)豎直管線的支架是承重架時，管架最好采用假腿式的焊接管架；②當(dāng)管架坐落在彎頭處時，必須采用焊接的假腿型式做支撐；③當(dāng)水平管線上需要固定支架時，該支架也需要采用焊接型式[1]。采用焊接支架的管道或管件應(yīng)在提供給制造商的圖紙上標(biāo)示并繪制支架詳圖，注明支架尺寸、位置、型式，要求制造商做完支架后再進行襯里，以免現(xiàn)場施焊破壞襯里層。

1.5 靜電導(dǎo)出

由于塑料的絕緣性非常好，幾乎無法將流體流動所產(chǎn)生的靜電傳導(dǎo)到外層的金屬管道，存在安全隱患，因此襯塑鋼管應(yīng)采取有效的防靜電措施。對于襯聚四氟乙烯的管道，一般采用添加了石墨的改性聚四氟乙烯管，以改善管道系統(tǒng)內(nèi)靜電積聚問題。另外還可以在法蘭連接件之間插入一個接地的金屬探棒(例如鎳基合金等耐腐蝕材料)，探棒的另一端與管道的接地系統(tǒng)相接，這樣也可以將內(nèi)部產(chǎn)生的靜電導(dǎo)出[2]。

1.6 排氣措施

所有襯塑的管道和管件都必須按照ASTM F1545標(biāo)準(zhǔn)采取排氣措施，排氣系統(tǒng)用于排放由于滲透等多種原因留存于內(nèi)襯和鋼管之間的氣體，這些氣體的阻塞和累積可能導(dǎo)致內(nèi)襯管道的過早報廢。一般采用的方法是在遠離法蘭和螺栓的鋼外套上鉆排氣孔[8]，排氣孔在安裝時應(yīng)盡量朝下。對于不保溫的襯塑鋼管，在排放孔上安裝絲堵，對于保溫的襯塑鋼管，在排放孔上安裝尾管并使尾管伸出到保溫層外[9]。應(yīng)注意當(dāng)排放氣體會與周圍空氣中的濕氣形成腐蝕性介質(zhì)時，應(yīng)當(dāng)安裝特殊金屬接管作為犧牲陽極，以保護金屬管件的完好。

2 襯塑鋼管布置的一般規(guī)定

襯塑鋼管的布置除應(yīng)與金屬管道布置一樣嚴格遵守相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、整齊美觀、便于操作檢修外，根據(jù)襯里管線的特性及介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，還應(yīng)滿足以下幾點要求[4]：

(1)襯塑鋼管上的法蘭不宜布置在設(shè)備、機泵、操作通道等的上方。如不可避免時，應(yīng)在法蘭連接處設(shè)置安全防護措施如防濺環(huán)。

(2)因為襯塑鋼管都是法蘭連接，管線并排布置時要充分考慮管線之間的最小間距[1]。

(3)多層管廊上輸送腐蝕性介質(zhì)的襯塑鋼管應(yīng)布置在下層。

(4)襯塑鋼管不應(yīng)與高溫管道相鄰布置，也不應(yīng)布置在高溫管道上方有熱影響的位置。襯塑鋼管不得緊靠不保溫的熱介質(zhì)管道。

(5)在襯塑鋼管及管道組成件加工工藝允許的情況下，應(yīng)盡量減少連接法蘭的數(shù)量。

3 襯塑鋼管施工注意事項

襯塑鋼管安裝時一般是先將外部鋼管現(xiàn)場預(yù)安裝，之后將外部鋼管拆下至工廠進行襯里，襯里完成后再運輸至現(xiàn)場進行二次安裝；或者是制造商嚴格按照設(shè)計院提供的圖紙制作并完成管道及管件襯里，之后將其運輸至現(xiàn)場直接安裝，根據(jù)以往項目經(jīng)驗，設(shè)計時全面考慮以上問題，施工一般都可順利進行。

襯塑鋼管及其管件在搬運和安裝等過程中，應(yīng)避免強烈震動或碰撞；襯塑鋼管安裝前應(yīng)檢查襯里層的完好情況；不得對已襯里的管道進行施焊、加熱、扭曲或敲打作業(yè)[3]。

襯塑鋼管現(xiàn)場裝配建議使用帶扭力指示的扭力扳手，以確保給密封面提供恰當(dāng)?shù)拿芊饬Γぞ剡^大可能會造成塑料翻邊襯里層永久性損壞，扭矩過小則可能無法為密封面提供足夠的密封力。廠家供貨時一般會提供安裝扭矩指南，表3是某德國襯里管件廠家的聚四氟乙烯襯里管道螺栓扭矩表，僅供參考[2]。

如出現(xiàn)法蘭泄露，應(yīng)將對邊的螺栓開半圈，然后將泄露一邊的螺栓上緊半圈，假如仍有泄露，則將所有的螺栓都卸掉，檢查密封面的徑向劃痕和凹坑[8]。

襯塑鋼管投入使用并經(jīng)過最初的熱循環(huán)后，應(yīng)檢查所有螺栓，如有需要應(yīng)再次將其擰緊。如果工藝過程有頻繁的熱循環(huán)，則應(yīng)對螺栓的緊固情況作周期檢查[2]。

表3 某德國廠家聚四氟乙烯襯里管道螺栓扭矩表

4 結(jié)語

隨著化工生產(chǎn)過程中物料種類越來越多，物化性質(zhì)各異，襯塑鋼管以其介質(zhì)適應(yīng)性廣、經(jīng)濟可靠的特點會獲得越來越廣泛地應(yīng)用。襯塑鋼管的設(shè)計比普通金屬管線復(fù)雜得多，除應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范布置管道外，還應(yīng)考慮管道長度、內(nèi)襯厚度、支架設(shè)計、靜電接地、管道排氣等問題。此外，襯塑鋼管現(xiàn)場安裝時應(yīng)注意保護襯里層不被破壞。通過不斷地探討與經(jīng)驗總結(jié)，襯塑鋼管的設(shè)計與施工技術(shù)也會日臻完善，為后續(xù)工程項目提供參考，以實現(xiàn)施工順利及生產(chǎn)操作安全可靠。

[1] 張秀蓮.淺談石油化工裝置中襯里管道的工程設(shè)計[J].化工管理，2014(9)：147-149.

[2] 梁智銘.聚四氟乙烯襯里管在精細化工行業(yè)中的設(shè)計應(yīng)用[J].科技信息，2010(13)：798-799.

[3] 中華人民共和國工業(yè)和信息化部.HG/T 20538-2016，襯塑鋼管和管件選用系列[S].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2016.

[4] 中國石油化工集團公司配管設(shè)計技術(shù)中心站.SH/T 3154-2009 石油化工非金屬襯里管道技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國石化出版社，2009.

[5] 全國非金屬化工設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(SAC/TC 162).GB/T 26500-2011 氟塑料襯里鋼管、管件通用技術(shù)要求[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

[6] 劉 婭，汪 蓓.對焊環(huán)松套法蘭在襯里管線中的靈活運用[J].化肥設(shè)計，2013，51(1)：15-16.

[7] 易志丹.襯里管調(diào)整段的設(shè)置方法[J].化工設(shè)備與管道，2015，52(2)：80-82.

[8] 周 烽.鋼制PTFE襯里管道研討[J].化工管理，2015(5)：154.

[9] 張梅先.襯里管道設(shè)計中的幾個設(shè)計要點[J].化工設(shè)備與管道，2011，48(4)：49-54.