大型化學漿廠管道設計要點分析

關鍵詞：化學漿；工程設計；管道設計；工程經驗中圖分類號：TS78 文獻標識碼：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，我國紙漿需求迅猛增長，木漿的產量也隨之逐年攀升。槳廠作為現代制漿造紙工業的重要組成部分，其管道系統設計在保障生產效率、安全性以及環境保護方面具有至關重要的意義。管道系統是連接各個生產單元的橋梁，其設計的合理性是確保生產工藝系統正常運行的關鍵，并與輸送生產介質是否順暢、介質輸送能耗的大小以及生產過程的安全性相關。在全球和我國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效率、降低能耗、減少碳排放、提升經濟效益的更高要求。因此，優化管道設計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390萬t林漿紙一體化項目的化學漿工程，是國內規模最大的化學漿單條生產線。本文結合該大型紙漿廠制漿車間管道設計的實際經驗，從制漿車間主要工藝技術要求、工藝流程及管道設計要點等多個維度展開分析，總結出一套科學、實用的管道設計要點。

1主要工藝技術及流程

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

蒸煮工段采用低能耗塔式連續蒸煮工藝，配置木片倉、木片泵和立式連續蒸煮塔。木片通過汽蒸及藥液進行充分的低溫預浸漬，料片藥液滲透均勻，蒸煮時間較長、可在較低溫度下運行，有利于保證成漿質量。

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素技術，減少用水量，提高提取廢液的濃度和溫度，降低生產能耗。逆流洗滌系統采用雙輥洗漿機，漿濃可達 30% 以上，漿料洗凈度達 99% ，送漂白漿料殘堿低，有利于減少漂白化學藥品消耗，降低了外排廢水的污染負荷。同時，送蒸發的黑液濃度高，有效地減少了蒸汽消耗，降低了制漿生產線整體能耗。

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化合物的含量。 ClO₂ 是一種強氧化劑，在有效地脫除木質素及其他有色物質的同時，對纖維素和半纖維素的氧化作用較弱，可獲得較高白度和強度較高的紙漿。

由堿回收車間苛化工段送來的白液送入白液氧化反應器中，在一定的壓力及溫度下進行氧化反應，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素。

2大型漿廠管道設計基本要求

與其他現代化工業相同，制漿生產線的管道設計應遵循工業管道布置的一些布置準則和要求。槳廠管道設計必須具備下列條件3：

（1）管道布置設計應遵守有關設計標準、規范和規定；（2）管道布置專業工程設計統一規定；（3）管道及儀表控制流程圖（即PID圖）、公用系統流程圖；（4）管道表；（5）設備布置圖、設備表、設備規格書及設備圖；

（6）儀表規格表；（7）有關專業的設計條件，如與電儀專業關于管廊上和電纜橋架的位置協調條件等；（8）管道材料等級規定、管道布置材料數據庫；（9）與外管道的界區條件表，包含應力計算協調條件等。

2.1 PID圖要求

在管道設計過程中，應根據儀表專業終版訂貨的清單，同步設計自控閥及流量計等，滿足不同類型流量計前后直管段長度的要求。

（1）電磁流量計，閥前直管段 5D ，閥后 3D

（2）孔板、噴嘴、渦街流量計，閥前直管段最小10D ，閥后 5D/ ：

（3）閥類流量計，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，直管段長度需預留更大，同時要注意濃度計、取樣閥的安裝位置，儀表測點需預留出足夠的直管段長度。

閥門選擇與設置需滿足工藝要求以保障介質順暢流動，以便于維護檢修。如止回閥用于防流體逆向流動，為避免污染、升溫或機械損壞，要按結構形式合理布置；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自下而上流動等。

2.2主管廊管道設計要求

在施工圖設計的初期階段，為達到招標要求，首先需依據界區條件表，優先對主管廊進行布置設計。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，其布置設計原則如下。

（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）需設置“π”型補償器的高溫管道，如中低壓蒸汽管道，應布置在靠近柱子處，且“π”型補償器宜集中設置；（3）對于雙層管廊，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、腐蝕性介質管道、低溫管道等宜布置在下層；（4）管廊在進、出裝置界區處通常有較多閥門，應設置操作平臺，平臺宜位于管道的上方；（5）工藝管道應根據兩端所連接設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布置有熱影響的管道。

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

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、過濾器過濾網的抽芯空間、液位計的觀察空間、高架閥門的操作空間和機泵部件的維修空間等。

2.4力學要求

通過良好空間走向與合理支撐，滿足相連設備附加力/彎矩要求以及管道跨距要求，涵蓋一次應力、位移應力、疲勞、振動等所有持續與瞬時荷載的力學要求。圖2為管道支架設計。圖2（a）管道一次支架應分散布置在 1^# 、 2^# 、 3^* 型鋼，型鋼均勻受力，現場安裝方便。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。二次支架應采用圖2（b）的設計，型鋼平面朝上。

2.5 經濟及美觀要求

管道應統籌規劃，做到安全可靠、經濟合理、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，應充分利用固定支架、導向支架、可調支架、彈簧支架等。

3大型漿廠主要工藝管道設計要點

大型漿廠是制漿造紙工業的重要構成部分，其管道設計在保障生產安全與效率方面起著關鍵作用。鑒于本項目具有“三邊工程”（邊設計、邊采購、邊施工）的特性，對設計效率、設計質量以及與項目現場安裝施工的配合度均有較高要求，所以設計的條理性十分關鍵。以下以制槳車間洗選漂工段為例，對管道設計要點的詳細分析。

3.1洗選氧脫工段管道設計要點

主要設備如除節機、壓力篩、除砂器等的管道布置設計，需確保良漿管道高度（圖3）。洗漿機相關管道的布置要嚴格按照對稱布置原則進行設計（圖4），且不得影響人員通行，凈空高度至少為2.2m 。同時，要保證設備運輸吊裝以及人員通行通道順暢，閥門應設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，難以操作的閥門應集中設置平臺。此外，不能妨礙設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、濃度計等前后直管段的要求。

圖2管道支架設計

Fig.2Pipeline support design

室外氧噴放鍋及氧反應器之間的管道設計，需統籌考慮爬塔管道的應力要求及周邊平臺的協調性，出于這幾個塔的穩定性考慮，塔與塔之間設置拉梁（圖5），塔底的中濃泵及進塔管道要考慮塔底卸料器的干涉。對塔設備設計中貼板的提資，需包含二次架、平臺、拉梁等的貼板，不能有漏項。

3.2漂白工段管道設計要點

漂白工段涉及 ClO₂ 、 H₂O₂ 等化學品管道，這些管道中的介質具有強腐蝕性等特點，決定了其管道材質的特殊性。本項目大多采用鈦材或玻璃鋼管道，在設計相關管道時，應重點遵循管道最短、路徑最優、材料最少的原則。彎頭宜選用標準角度（ 90^° 、 60^° 、 45^° 、

圖3洗滌管道布置設計

圖4洗漿機管道布置設計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準管件，在與不同材質管道連接時，需考慮匹配相應的配對法蘭，閥門的配對法蘭及對焊環要嚴格按照項目統一規定要求進行設計，避免提供特殊材質管道招標材料時引起不必要的返工，提高設計效率。

與此同時，要優先保證洗漿機、中濃泵、送漿螺旋的管道設計路徑，并統籌考慮管道一次架和二次架的支撐。尤其是中濃泵管道，其振動大、漿濃較高，二次架支撐應比普通管道設置更多，保證其穩定性 （圖6）。

3.3管道支撐設計

由于大型漿廠的物料特性，制漿車間主要工藝管道內介質通常是各種紙漿纖維、濾液、白水、化學藥品等，管道支撐和固定點的設計應符合相關規范，保證管道的穩固性和可靠性。

圖5氧噴放鍋與氧反應器支架設計

圖6中濃泵管道布置設計

Fig.6Pipeline layout design of MC pump

管道支撐設計要滿足管道強度和剛度需求，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。敷設目的是防止力破壞管道，設計時需考慮管道質量、振動、熱脹冷縮等因素，考慮管道上的重力、地震載荷、內部壓力等一次載荷和熱膨脹力等二次載荷，設計合適的支吊架以保證管道穩定性和安全性，管道支吊架分類見表1。

室外的管道應集中敷設，對于不適合與大管徑管道布置一起的小管徑管道設置小管廊（圖7），有效降低對機械設備的附加荷載并防止管道振動。

3.4管道的應力計算

漿廠蒸汽管道設計中，應力計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的膨脹特性，應布置于主管廊外側且隔一定距離設π彎。為防冷凝水積聚，要設疏水設施（疏水閥或疏水器）及時排水，避免水錘，減少振動與噪聲。疏水設施設置結合管道坡度，通過精確應力計算優化布局，確保蒸汽系統高效安全運行。

在漿廠蒸汽管道的應力計算過程中，采用精確的計算方法是確保管道安全運行的關鍵，此外還需充分考慮連接設備對管道推力的承受能力，以下是應力計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）確定計算參數；

（2）熱膨脹計算；

（3）應力分析；

圖7漿廠額外小管廊設計

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

（5）校核計算；

（6）考慮特殊工況。

通過應力計算與分析，可以有效評估和控制蒸汽管道在漿廠運行中的應力水平，保證管道系統長期穩定、安全運行。

4結論與建議

大型紙漿廠管道設計是一項復雜的工程，涉及眾多學科知識，包括流體力學、材料學、機械學等。設計過程中不僅要考慮管道的承載能力和耐久性、流體力學特征、應力要求等，還要兼顧設計要求、經濟性、環保性和可維護性等。其優化路徑包括以下5方面。

（1）強化技術研究：加大對新材料、新技術的研究和開發力度，尤其是在管道材料和監控系統方面，以實現技術上的獨立和自主可控；（2）重視設計規劃：在設計初期需做好全面規劃，包括管道走向、材料選擇、施工計劃等，制定確切可行的統一規定，確保設計方案的可行性和經濟性；（3）標準化和模塊化設計：選用統一的管道尺寸、規格和連接方式，提高互換性和兼容性。將管道系統劃分為若干個模塊，便于生產和組裝，進一步降低成本、縮短周期和提高設計質量；

（4）兼顧后期維護：在設計時要預留足夠的空間和接口，以便于未來的維護和升級。同時，建立完善的維護體系，確保管道系統的長期穩定運行；（5）借鑒國內外經驗：積極學習和吸收國內外先進的管道設計理念和實踐經驗，不斷提高我國大型紙漿廠管道設計的水平和競爭力。綜上所述，大型紙漿廠管道設計需要綜合考慮材料選擇、設計優化、施工流程和環保能效等多方面因素，并在實踐中不斷探索和創新，以實現技術上的突破和產業上的升級。

參考文獻

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（責任編輯：蔡慧）