大型化學(xué)漿廠管道設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

關(guān)鍵詞：化學(xué)漿；工程設(shè)計(jì)；管道設(shè)計(jì)；工程經(jīng)驗(yàn)中圖分類號(hào)：TS78 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI： 10.11980/j.issn.0254-508X.2025.07.019

Abstract：Thispaperdiscuedtekeypointsofpipeinedsignforlarge-salechemicalpulpils，asedontheproesstechnologsoc es，workflows，andegineingdsignexperieneofcertainrge-salechmicalpulpillBasedonanitroductiontotefuaental requirementsofpipeliedsign，itprovidedadetaildanalysisoftepipeliedesignciteriafortheoxygendligfatioandshgs lectionsectios，sellstleacingsctoAditioallddresdreetsfipeupportsindll tions.Thepaperproposedametodthatecnicalbreakthroughsandindustialupgradinginpipeliedsigncouldbeachievedtroughpath wayssuchasstrengtheningtecnologicalreseach，emphasizingdesignplanng，implementingstandadizedandodulardsigpaches，ensuring maintainability considerations，and leveraging domestic and international experience.

Key words：chemical pulp；engineering design；pipeline design；engineering experience

近年來，我國(guó)紙漿需求迅猛增長(zhǎng)，木漿的產(chǎn)量也隨之逐年攀升。槳廠作為現(xiàn)代制漿造紙工業(yè)的重要組成部分，其管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)在保障生產(chǎn)效率、安全性以及環(huán)境保護(hù)方面具有至關(guān)重要的意義。管道系統(tǒng)是連接各個(gè)生產(chǎn)單元的橋梁，其設(shè)計(jì)的合理性是確保生產(chǎn)工藝系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵，并與輸送生產(chǎn)介質(zhì)是否順暢、介質(zhì)輸送能耗的大小以及生產(chǎn)過程的安全性相關(guān)。在全球和我國(guó)加速減少溫室氣體排放的大背景下，大型紙漿廠面臨著提高生產(chǎn)效率、降低能耗、減少碳排放、提升經(jīng)濟(jì)效益的更高要求。因此，優(yōu)化管道設(shè)計(jì)成為提升紙漿廠整體效能的迫切需求。

南方某大型紙漿廠年產(chǎn)390萬t林漿紙一體化項(xiàng)目的化學(xué)漿工程，是國(guó)內(nèi)規(guī)模最大的化學(xué)漿單條生產(chǎn)線。本文結(jié)合該大型紙漿廠制漿車間管道設(shè)計(jì)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，從制漿車間主要工藝技術(shù)要求、工藝流程及管道設(shè)計(jì)要點(diǎn)等多個(gè)維度展開分析，總結(jié)出一套科學(xué)、實(shí)用的管道設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

1主要工藝技術(shù)及流程

制漿是利用化學(xué)或機(jī)械的方法或二者結(jié)合的方法，使植物纖維原料離解變成本色紙漿或漂白紙漿的生產(chǎn)過程。化學(xué)法制槳中硫酸鹽法主要用于蒸煮各種植物纖維原料，以生產(chǎn)各種用途的化學(xué)漿、半化學(xué)漿等-2]。本項(xiàng)目采用硫酸鹽法制漿工藝，生產(chǎn)漂白闊葉木漿，圖1為制漿工藝主流程。

蒸煮工段采用低能耗塔式連續(xù)蒸煮工藝，配置木片倉(cāng)、木片泵和立式連續(xù)蒸煮塔。木片通過汽蒸及藥液進(jìn)行充分的低溫預(yù)浸漬，料片藥液滲透均勻，蒸煮時(shí)間較長(zhǎng)、可在較低溫度下運(yùn)行，有利于保證成漿質(zhì)量。

圖1 制漿工藝流程圖

Fig.1Flow chart of pulping process

洗選工段采用封閉篩選、逆流洗滌、兩段中濃氧脫深度脫木質(zhì)素技術(shù)，減少用水量，提高提取廢液的濃度和溫度，降低生產(chǎn)能耗。逆流洗滌系統(tǒng)采用雙輥洗漿機(jī)，漿濃可達(dá) 30% 以上，漿料洗凈度達(dá) 99% ，送漂白漿料殘堿低，有利于減少漂白化學(xué)藥品消耗，降低了外排廢水的污染負(fù)荷。同時(shí)，送蒸發(fā)的黑液濃度高，有效地減少了蒸汽消耗，降低了制漿生產(chǎn)線整體能耗。

漂白工段采用漂序DA-EP ?D₁ -P的ECF漂白工藝。ECF漂白即采用 ClO₂ 取代 Cl₂ 的無元素氯漂白，能顯著降低漂白廢水中的氯化有機(jī)化合物的含量。 ClO₂ 是一種強(qiáng)氧化劑，在有效地脫除木質(zhì)素及其他有色物質(zhì)的同時(shí)，對(duì)纖維素和半纖維素的氧化作用較弱，可獲得較高白度和強(qiáng)度較高的紙漿。

由堿回收車間苛化工段送來的白液送入白液氧化反應(yīng)器中，在一定的壓力及溫度下進(jìn)行氧化反應(yīng)，將白液中含有的 Na₂S 氧化成 Na₂S₂O₃ 和 NaOH ，氧化后的白液用于氧脫木質(zhì)素。

2大型漿廠管道設(shè)計(jì)基本要求

與其他現(xiàn)代化工業(yè)相同，制漿生產(chǎn)線的管道設(shè)計(jì)應(yīng)遵循工業(yè)管道布置的一些布置準(zhǔn)則和要求。槳廠管道設(shè)計(jì)必須具備下列條件3：

（1）管道布置設(shè)計(jì)應(yīng)遵守有關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和規(guī)定；（2）管道布置專業(yè)工程設(shè)計(jì)統(tǒng)一規(guī)定；（3）管道及儀表控制流程圖（即PID圖）、公用系統(tǒng)流程圖；（4）管道表；（5）設(shè)備布置圖、設(shè)備表、設(shè)備規(guī)格書及設(shè)備圖；

（6）儀表規(guī)格表；（7）有關(guān)專業(yè)的設(shè)計(jì)條件，如與電儀專業(yè)關(guān)于管廊上和電纜橋架的位置協(xié)調(diào)條件等；（8）管道材料等級(jí)規(guī)定、管道布置材料數(shù)據(jù)庫(kù)；（9）與外管道的界區(qū)條件表，包含應(yīng)力計(jì)算協(xié)調(diào)條件等。

2.1 PID圖要求

在管道設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)根據(jù)儀表專業(yè)終版訂貨的清單，同步設(shè)計(jì)自控閥及流量計(jì)等，滿足不同類型流量計(jì)前后直管段長(zhǎng)度的要求。

（1）電磁流量計(jì)，閥前直管段 5D ，閥后 3D

（2）孔板、噴嘴、渦街流量計(jì)，閥前直管段最小10D ，閥后 5D/ ：

（3）閥類流量計(jì)，閥前直管段 3D ，閥后直管段 1D 。

以上是最小的直管段要求，若前面有彎頭、閥門或其他管件，直管段長(zhǎng)度需預(yù)留更大，同時(shí)要注意濃度計(jì)、取樣閥的安裝位置，儀表測(cè)點(diǎn)需預(yù)留出足夠的直管段長(zhǎng)度。

閥門選擇與設(shè)置需滿足工藝要求以保障介質(zhì)順暢流動(dòng)，以便于維護(hù)檢修。如止回閥用于防流體逆向流動(dòng)，為避免污染、升溫或機(jī)械損壞，要按結(jié)構(gòu)形式合理布置；如直通式升降式止回閥裝在水平管道，立式升降式止回閥裝在垂直管道且介質(zhì)自下而上流動(dòng)等。

2.2主管廊管道設(shè)計(jì)要求

在施工圖設(shè)計(jì)的初期階段，為達(dá)到招標(biāo)要求，首先需依據(jù)界區(qū)條件表，優(yōu)先對(duì)主管廊進(jìn)行布置設(shè)計(jì)。主管廊管道主要分為工藝管道、公用工程管道、儀表和電儀電纜橋架3大類，其布置設(shè)計(jì)原則如下。

（1）大管徑管道靠近管廊柱子布置，小直徑、氣體管道、公用工程宜布置在管廊中間；（2）需設(shè)置“π”型補(bǔ)償器的高溫管道，如中低壓蒸汽管道，應(yīng)布置在靠近柱子處，且“π”型補(bǔ)償器宜集中設(shè)置；（3）對(duì)于雙層管廊，氣體管道、熱管道、公用工程管道、儀表和電氣電纜槽架等宜布置在上層；一般工藝管道、腐蝕性介質(zhì)管道、低溫管道等宜布置在下層；（4）管廊在進(jìn)、出裝置界區(qū)處通常有較多閥門，應(yīng)設(shè)置操作平臺(tái)，平臺(tái)宜位于管道的上方；（5）工藝管道應(yīng)根據(jù)兩端所連接設(shè)備管口的高度可布置在上層或下層，以便做到“步步高”或“步步低”；（6）電氣及儀表橋架宜布置在上層，橋架附近或正下方不應(yīng)布置有熱影響的管道。

主管廊管道布置設(shè)計(jì)考慮的同時(shí)，還需注意管廊上管道直管段中心間距要求：對(duì)于公稱直徑lt;150mm 的管道，直管段中心間距不應(yīng)小于外徑，且不應(yīng) lt;50mm ；對(duì)于公稱直徑 ?150mm 的管道，直管段中心間距不應(yīng) lt;150mm ；環(huán)焊縫距支、吊架邊緣凈距不應(yīng) lt;50mm ；需要熱處理的焊縫距支、吊架邊緣最小凈距離應(yīng)大于焊縫寬度的5倍，且不得 lt;100mm ；還需考慮管道保溫厚度對(duì)管道間距的影響，如果管道帶有保溫，以上的間距要求應(yīng)加上保溫層厚度。

2.3施工、通行、操作和維修等方面要求

如主通行通道的暢通、設(shè)備的吊裝、人孔的打開半徑、就地儀表盤的打開半徑、換熱器的抽芯空間、過濾器過濾網(wǎng)的抽芯空間、液位計(jì)的觀察空間、高架閥門的操作空間和機(jī)泵部件的維修空間等。

2.4力學(xué)要求

通過良好空間走向與合理支撐，滿足相連設(shè)備附加力/彎矩要求以及管道跨距要求，涵蓋一次應(yīng)力、位移應(yīng)力、疲勞、振動(dòng)等所有持續(xù)與瞬時(shí)荷載的力學(xué)要求。圖2為管道支架設(shè)計(jì)。圖2（a）管道一次支架應(yīng)分散布置在 1^# 、 2^# 、 3^* 型鋼，型鋼均勻受力，現(xiàn)場(chǎng)安裝方便。二次支架截面方向凹槽不宜朝上，容易形成凹槽積水（雨水），易生銹破壞型鋼。二次支架應(yīng)采用圖2（b）的設(shè)計(jì)，型鋼平面朝上。

2.5 經(jīng)濟(jì)及美觀要求

管道應(yīng)統(tǒng)籌規(guī)劃，做到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理、整齊美觀。如使用集中管廊布置以便于管道支撐和集中操作，縱向和橫向分層布置，應(yīng)充分利用固定支架、導(dǎo)向支架、可調(diào)支架、彈簧支架等。

3大型漿廠主要工藝管道設(shè)計(jì)要點(diǎn)

大型漿廠是制漿造紙工業(yè)的重要構(gòu)成部分，其管道設(shè)計(jì)在保障生產(chǎn)安全與效率方面起著關(guān)鍵作用。鑒于本項(xiàng)目具有“三邊工程”（邊設(shè)計(jì)、邊采購(gòu)、邊施工）的特性，對(duì)設(shè)計(jì)效率、設(shè)計(jì)質(zhì)量以及與項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)安裝施工的配合度均有較高要求，所以設(shè)計(jì)的條理性十分關(guān)鍵。以下以制槳車間洗選漂工段為例，對(duì)管道設(shè)計(jì)要點(diǎn)的詳細(xì)分析。

3.1洗選氧脫工段管道設(shè)計(jì)要點(diǎn)

主要設(shè)備如除節(jié)機(jī)、壓力篩、除砂器等的管道布置設(shè)計(jì)，需確保良漿管道高度（圖3）。洗漿機(jī)相關(guān)管道的布置要嚴(yán)格按照對(duì)稱布置原則進(jìn)行設(shè)計(jì)（圖4），且不得影響人員通行，凈空高度至少為2.2m 。同時(shí)，要保證設(shè)備運(yùn)輸?shù)跹b以及人員通行通道順暢，閥門應(yīng)設(shè)置在便于操作和檢修之處，安裝高度以距離操作面 1.2m 為宜，難以操作的閥門應(yīng)集中設(shè)置平臺(tái)。此外，不能妨礙設(shè)備本體及管道等的拆卸、安裝和檢修工作，還需特別注意滿足儀表流量計(jì)、濃度計(jì)等前后直管段的要求。

圖2管道支架設(shè)計(jì)

Fig.2Pipeline support design

室外氧噴放鍋及氧反應(yīng)器之間的管道設(shè)計(jì)，需統(tǒng)籌考慮爬塔管道的應(yīng)力要求及周邊平臺(tái)的協(xié)調(diào)性，出于這幾個(gè)塔的穩(wěn)定性考慮，塔與塔之間設(shè)置拉梁（圖5），塔底的中濃泵及進(jìn)塔管道要考慮塔底卸料器的干涉。對(duì)塔設(shè)備設(shè)計(jì)中貼板的提資，需包含二次架、平臺(tái)、拉梁等的貼板，不能有漏項(xiàng)。

3.2漂白工段管道設(shè)計(jì)要點(diǎn)

漂白工段涉及 ClO₂ 、 H₂O₂ 等化學(xué)品管道，這些管道中的介質(zhì)具有強(qiáng)腐蝕性等特點(diǎn)，決定了其管道材質(zhì)的特殊性。本項(xiàng)目大多采用鈦材或玻璃鋼管道，在設(shè)計(jì)相關(guān)管道時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)遵循管道最短、路徑最優(yōu)、材料最少的原則。彎頭宜選用標(biāo)準(zhǔn)角度（ 90^° 、 60^° 、 45^° 、

圖3洗滌管道布置設(shè)計(jì)

圖4洗漿機(jī)管道布置設(shè)計(jì)Fig.4Pipeline layout design of pulpwasher

30^° ）的彎頭，減少切割角度的情況。其他管件也宜選用標(biāo)準(zhǔn)管件，在與不同材質(zhì)管道連接時(shí)，需考慮匹配相應(yīng)的配對(duì)法蘭，閥門的配對(duì)法蘭及對(duì)焊環(huán)要嚴(yán)格按照項(xiàng)目統(tǒng)一規(guī)定要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，避免提供特殊材質(zhì)管道招標(biāo)材料時(shí)引起不必要的返工，提高設(shè)計(jì)效率。

與此同時(shí)，要優(yōu)先保證洗漿機(jī)、中濃泵、送漿螺旋的管道設(shè)計(jì)路徑，并統(tǒng)籌考慮管道一次架和二次架的支撐。尤其是中濃泵管道，其振動(dòng)大、漿濃較高，二次架支撐應(yīng)比普通管道設(shè)置更多，保證其穩(wěn)定性 （圖6）。

3.3管道支撐設(shè)計(jì)

由于大型漿廠的物料特性，制漿車間主要工藝管道內(nèi)介質(zhì)通常是各種紙漿纖維、濾液、白水、化學(xué)藥品等，管道支撐和固定點(diǎn)的設(shè)計(jì)應(yīng)符合相關(guān)規(guī)范，保證管道的穩(wěn)固性和可靠性。

圖5氧噴放鍋與氧反應(yīng)器支架設(shè)計(jì)

圖6中濃泵管道布置設(shè)計(jì)

Fig.6Pipeline layout design of MC pump

管道支撐設(shè)計(jì)要滿足管道強(qiáng)度和剛度需求，滿足不同管徑跨度要求。管道支吊架作用上分為承重、限制、減振支架。敷設(shè)目的是防止力破壞管道，設(shè)計(jì)時(shí)需考慮管道質(zhì)量、振動(dòng)、熱脹冷縮等因素，考慮管道上的重力、地震載荷、內(nèi)部壓力等一次載荷和熱膨脹力等二次載荷，設(shè)計(jì)合適的支吊架以保證管道穩(wěn)定性和安全性，管道支吊架分類見表1。

室外的管道應(yīng)集中敷設(shè)，對(duì)于不適合與大管徑管道布置一起的小管徑管道設(shè)置小管廊（圖7），有效降低對(duì)機(jī)械設(shè)備的附加荷載并防止管道振動(dòng)。

3.4管道的應(yīng)力計(jì)算

漿廠蒸汽管道設(shè)計(jì)中，應(yīng)力計(jì)算與布局策略要遵循工程原則，保障安全與效率。如蒸汽管道具有溫度變化時(shí)的膨脹特性，應(yīng)布置于主管廊外側(cè)且隔一定距離設(shè)π彎。為防冷凝水積聚，要設(shè)疏水設(shè)施（疏水閥或疏水器）及時(shí)排水，避免水錘，減少振動(dòng)與噪聲。疏水設(shè)施設(shè)置結(jié)合管道坡度，通過精確應(yīng)力計(jì)算優(yōu)化布局，確保蒸汽系統(tǒng)高效安全運(yùn)行。

在漿廠蒸汽管道的應(yīng)力計(jì)算過程中，采用精確的計(jì)算方法是確保管道安全運(yùn)行的關(guān)鍵，此外還需充分考慮連接設(shè)備對(duì)管道推力的承受能力，以下是應(yīng)力計(jì)算的主要步驟和需要考慮的因素。

表1管道支吊架分類

Table1 Classificationof pipe supportsand hangers

（1）確定計(jì)算參數(shù)；

（2）熱膨脹計(jì)算；

（3）應(yīng)力分析；

圖7漿廠額外小管廊設(shè)計(jì)

Fig.7Additional small-scale pipe gallery design for pulp mill

（5）校核計(jì)算；

（6）考慮特殊工況。

通過應(yīng)力計(jì)算與分析，可以有效評(píng)估和控制蒸汽管道在漿廠運(yùn)行中的應(yīng)力水平，保證管道系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定、安全運(yùn)行。

4結(jié)論與建議

大型紙漿廠管道設(shè)計(jì)是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，涉及眾多學(xué)科知識(shí)，包括流體力學(xué)、材料學(xué)、機(jī)械學(xué)等。設(shè)計(jì)過程中不僅要考慮管道的承載能力和耐久性、流體力學(xué)特征、應(yīng)力要求等，還要兼顧設(shè)計(jì)要求、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性和可維護(hù)性等。其優(yōu)化路徑包括以下5方面。

（1）強(qiáng)化技術(shù)研究：加大對(duì)新材料、新技術(shù)的研究和開發(fā)力度，尤其是在管道材料和監(jiān)控系統(tǒng)方面，以實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的獨(dú)立和自主可控；（2）重視設(shè)計(jì)規(guī)劃：在設(shè)計(jì)初期需做好全面規(guī)劃，包括管道走向、材料選擇、施工計(jì)劃等，制定確切可行的統(tǒng)一規(guī)定，確保設(shè)計(jì)方案的可行性和經(jīng)濟(jì)性；（3）標(biāo)準(zhǔn)化和模塊化設(shè)計(jì)：選用統(tǒng)一的管道尺寸、規(guī)格和連接方式，提高互換性和兼容性。將管道系統(tǒng)劃分為若干個(gè)模塊，便于生產(chǎn)和組裝，進(jìn)一步降低成本、縮短周期和提高設(shè)計(jì)質(zhì)量；

（4）兼顧后期維護(hù)：在設(shè)計(jì)時(shí)要預(yù)留足夠的空間和接口，以便于未來的維護(hù)和升級(jí)。同時(shí)，建立完善的維護(hù)體系，確保管道系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行；（5）借鑒國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)：積極學(xué)習(xí)和吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的管道設(shè)計(jì)理念和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，不斷提高我國(guó)大型紙漿廠管道設(shè)計(jì)的水平和競(jìng)爭(zhēng)力。綜上所述，大型紙漿廠管道設(shè)計(jì)需要綜合考慮材料選擇、設(shè)計(jì)優(yōu)化、施工流程和環(huán)保能效等多方面因素，并在實(shí)踐中不斷探索和創(chuàng)新，以實(shí)現(xiàn)技術(shù)上的突破和產(chǎn)業(yè)上的升級(jí)。

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（責(zé)任編輯：蔡慧）