化工工藝管道設計的配管注意事項研究

孫源鶴

（南京英凱工程設計有限公司，江蘇南京 21000）

在化工領域，石油、天然氣及各種危險化學品是主要的原料，通過諸多的物理和化學反應，從而生產各種有價值的產品。由于可能存在苛刻的操作條件比如長期與高溫和高壓化學品接觸，化學管壁會受到不同溫度和濃度的酸堿鹽的腐蝕，也會受到氣相以及液相的快速沖擊的影響，從而容易腐蝕以及剝落管壁的材料，并帶來很多的安全隱患，這就對工藝配管的設計提出了更高的要求。管道是化工行業(yè)設備的重要連接部件，系統(tǒng)各部分的設計應保證統(tǒng)一性，并根據實際情況進行調整以及管路設計的優(yōu)化，使管路的設計契合實際，確保管道設計的參數和結構布置的合理性，最大限度地提高管道設計的質量，為安全生產和公司經濟效益的提升打下基礎，所以應特別注意化學工藝當中的配管設計。

本文對化工工藝管道設計的配管注意事項進行了研究。

1 化學工藝的管道設計要求以及考慮因素

1.1 基本的要求

化學工藝管道的設計必須滿足下面幾點要求：首先，契合化學工藝的流程需求。其次，管道閥門操作的管理較為方便，能保證化工生產的安全性。再次，管道的安裝以及維護較為方便。最后，管道較為齊整以及美觀，能夠節(jié)省基本的材料以及成本。

1.2 需要考慮的要素

設計化工工藝管道時，應考慮以下因素：一些化學介質可能具有很高的腐蝕性，會加速管道的老化。另外，在運輸易燃易爆物料時，除需用法蘭連接外，均應采用焊接連接。高溫管道在配管設計時需考慮熱應力的影響，并且采用合理的柔性配管設計方案。其次，為方便施工、操作以及維護，需要減少彎管以及相交節(jié)點的數量，并合理布置管道的位置。如果分支太多，則需要進一步優(yōu)化管道的布局。其次，考慮安全生產的必要性。例如，埋在地下的管道應裝有套管，套管應接地以防止靜電流的危害。輸送具有腐蝕性物質的管道和公用工程管道布置在同一管架采用多層布置時，腐蝕性物料管道應布置在下層，高溫管道布置在上層。最后，其他因素：包括環(huán)境因素、基于鄰近性原理的管道路線設計以及成本因素等。例如在寒冷的冬天需要避免管道的凍結帶來的影響，北方建設項目需考慮采用耐低溫管道材料，易凝結介質管道需采取伴熱措施。

1.3 基本的原則

化學工藝管道的管道設計應根據以下原則進行設計：首先，管道布置設計人員需要認真掌握相關的技術標準、規(guī)范和手冊等技術要求。其次，設計人員需根據化工工藝流程圖和設備布置確定大體的總管布置走向和位置。在此階段需與業(yè)主保持溝通和反饋，以便了解業(yè)主的預想方案，盡量滿足其要求設計。

2 化工工藝的管道設計中的配管注意事項

2.1 化工過程管道的材料選擇以及耐蝕性

化工物料例如強酸以及強堿，具有高度的腐蝕性，并且容易與管道發(fā)生化學反應而損壞管道。腐蝕的發(fā)生不僅與管道材料、化學原料以及產品的性質有關，而且與溫度、濕度以及流速等許多因素有關。

化學管道的防腐，首先需要確保管道在工作條件下不會與化學原料以及產品發(fā)生反應。由于使用不同的介質來生產化學品，因此第一步是為化學品的管道選擇具有防腐功能的管道。當今市場上常見的管道材料包括金屬、塑料、玻璃以及復合型的材料，但是各種管道材料都有其獨特的優(yōu)缺點、實際情況以及應用的條件，需要根據實際的需要來做出相應的選擇。

化工管道的材質種類很多，在材料選取時應考慮其在操作工況下的適用性。碳素鋼、碳錳鋼的使用溫度不應該高于425℃。低溫管道應該采用鎮(zhèn)靜鋼。低合金鋼、碳素鋼的管道設計溫度等于或者低于-20℃時應做低溫沖擊試驗。近年來，由于材料工程的飛速發(fā)展，通過將金屬材料的優(yōu)異機械性能與塑料、樹脂以及玻璃相結合，出現了用途廣泛的復合材料。它具有良好的抗耐性，同時具有金屬材料的優(yōu)異機械性能，從而最大限度地發(fā)揮了各種材料的優(yōu)勢并相互補充。

在管道設計時，除了要考慮其耐腐蝕性、耐高溫和耐壓性以及適用性之外，還要權衡其經濟效益并全面地考慮其經濟性以及安全性。需要嚴格計算其使用的壽命、預算以及其他的參數，并合理地選擇管道。應嚴格按照以下原則來選擇管道的材料：①基于管道的壓力、溫度以及化學性質等多種參數，綜合確定管道材料的選擇范圍。②對范圍內的幾種候選管道的成本、使用壽命、維護成本以及化學制品的生產收入，以優(yōu)化經濟效益進行比較。③具體問題具體分析，為特殊情況選擇合適的管道?；どa是一個動態(tài)過程，管道設計護也需要根據實際情況及時進行調整，基于安全和經濟原則來優(yōu)化配管，進行靈活設計。

2.2 蒸汽支管相關的設計

（1）蒸汽管道宜架空采用管架布置，不應埋地敷設。蒸汽支管應從主管的頂部引出，作為重要的公共管道，蒸汽管道必須十分的經濟、美觀以及安全。當支管上需設置切斷閥時，此閥門應該布置在靠近蒸汽主管的水平管道上。

（2）在蒸汽管道的π 型補償器上，不得引出支管。在靠近π 型補償器兩側的直管上引出支管時，支管不應妨礙主管的位移。因主管熱脹而產生的支管引出點的位移，不應使支管承受過大的應力。采用管道連接使主管或支管的蒸汽引接到工藝設備或者管道上時，應將其設計為三閥組。在兩個切斷閥之間設有可隨時打開以及關閉的檢查閥，以便于隨時檢查發(fā)現蒸汽泄漏，以保障蒸汽管的安全性。

2.3 蒸汽凝水管道相關的設計

在許多情況下，排水管與蒸汽管位于管架上的同一高度。不同壓力的蒸汽凝結水應送至各自的凝結水回收管。如果支管的直徑為50mm 或更大，冷凝水應沿著介質流入45°回收管，這樣設計可以減小凝結水管道的壓力降，不要將疏水閥的入口管做成袋狀。此外，疏水閥的出口管道應盡量減少彎曲，減少向上的管線。如果回收管線的位置高于疏水閥的設計位置，在疏水閥后面應當設置止回閥。

2.4 管廊上管道相關的設計

管廊上的管道種類包括工藝物料管道，公用工程介質管道及其輔助的儀表電纜橋架。工藝物料管道包括進出裝置的原料、產品、廢氣和廢水等。公用工程介質管道包括蒸汽、冷凝水、氮氣、空氣和循環(huán)水等。為了達到管廊管道的合理布局需要，設計中通常將大直徑的管子靠近管廊的柱子布置。若是單柱管廊，應當盡量保證兩邊的重量均衡，這樣可以減小彎矩。在實際設計工作中，對于管道比較多的管廊可以將其布置成上下兩層或三層，輸送液體、腐蝕性介質、液化烴等管道應當布置在管架的下層，輸送熱介質管道、蒸汽、氮氣等管道應當布置在上層。低溫管道應當遠離熱介質管道。高溫管道需考慮熱應力的影響采用柔性設計。管道采用45°彎頭引出至兩側可以減小兩層管廊的高度差。

2.5 安全閥的管道設計

安全閥應當安裝在壓力穩(wěn)定和盡量靠近被保護的管道上，一般采用豎向垂直安裝。閥門入口管道的直徑不得小于安全閥進口的直徑。安全閥的出口管道排向大氣時不得朝向平臺、梯子等。當安全閥的進口或者出口管道上裝有切斷閥時，應當設置為鉛封開。當排向總管的介質有凝液或容易凝結的氣體時，安全閥出口的位置應當高于總管的位置。如果低于總管則應該在低處采用排液設計。

3 化工工藝中管道設計的優(yōu)化

在設計化學工藝管道時，必須仔細地考慮到管道中氣體以及液體的性質并進行科學設計。在化工泵的入口以及出口管道的設計中，泵的入口管道應當采用短而直的布置，但還應當考慮具有一定的柔性。出口管道的設計重心是需考慮管道上閥門操作方便。同心異徑管安裝在化學泵的出口處垂直管上，偏心異徑管應設置在臥式泵的進口處以及頂部，以防止液體在管道中積聚。管道設計過程中，需要基于工藝的流程對管道進行整體的布局，以使管道盡可能短，并減少壓力上的損失。管道的合理設計需要過程的合理設計為前提，化工企業(yè)需要遵守相應的環(huán)境保護的原則，考慮制造設備的維護成本、具體環(huán)境、安全性能以及建造成本等。采取措施來改善三種廢物的后處理相應的環(huán)節(jié)，并對對應的工藝流程進行設計優(yōu)化。

化工裝置的各種設備采用管道連接，工藝設備的合理布置對于化學管道的合理布局十分的重要。在確定設備布置方案時，應該預先考慮管道布置的走向和空間，例如在確定塔的設備布置時，需同時考慮將塔的周圍區(qū)域劃分為操作檢修側和管道布置側。管道應盡可能沿塔布置，應首先考慮大管道和重力流管道的設計。塔頂油氣管道去冷凝設備管線應采用步步低設計來避免袋形。

管架起到支持管道以及固定系統(tǒng)的作用。應根據管架之間的距離以及管架的承載能力，合理選擇管架的材料和管架的設計方式。不合理的管道設計會給管道造成不必要的壓力，增加損壞管道、連接件以及閥門的可能性，并帶來很大的安全隱患。一般來說，在設計化學過程管道時，需要符合這些原則：首先，輸送極、高度毒性介質、可燃介質或者操作條件比較苛刻的管道，宜使用無縫鋼管。其次，輸送有毒和可燃物質的管道法蘭不能用板式平焊式。輸送劇毒物質的管道不可以采用脆性材料。最后，夾套管的內管宜選取無縫管，氧氣管道應進行脫脂處理。

4 結束語

化工裝置管道的設計十分復雜，內容比較的廣泛，安全事故導致的后果十分嚴重，部分是由于配管的不合理設計。化工產品可能具有很強的腐蝕性酸，在特殊條件下，需要管道承受高溫以及高壓，對設計的要求很高。所以，在實際設計化工工藝的管道時，為了提高設計的質量并確保管道能夠正常運行，需要從各個方面入手，對總管、支管、放空、排液設施以及管廊管道等設計環(huán)節(jié)的質量加以控制，審慎地進行相關的設計，為工作有序開展奠定扎實基礎，以便成功地完成相應的設計工作。