化工工艺管道设计的配管注意事项研究

徐绿军

（广东政和工程有限公司宁波分公司，浙江 宁波 315040）

化工行业以石油、天然气为原料，经一系列物理、化学反应，生成石油、化工产品。化工配管不同于其他行业，因化工行业往往具有毒性，高压，高、低温，易燃易爆，腐蚀性，因此，对于化工配管应做更高的要求。化工管壁因长时间与高温高压化工产品接触，经受不同温度和不同浓度酸碱盐的“洗礼”以及气液相的高速冲刷，极易发生腐蚀、管壁材质剥离等问题，造成严重的安全隐患。因而，化工工艺中的配管设计应被格外重视。

1 化工工艺管道设计优化方案

化工工艺管道设计过程中，要充分考虑到管内气、液体的性质，进行合理的设计。对于化工泵进出口的管道设计时，要根据化工泵的扬程确定进出口管路的直径，采用同心异径管设置为化工泵出口的竖直管来控制管内流速大小。焊接的时候要注意防止变径处汇集气体发生汽蚀。水平的泵的入口处要设置偏心异径接头，并顶平安装，以防止管内液体积存。在设计管道时，应根据工艺流程梳理管道走向和尺寸进行管道的整体布置与分层，尽量做到管程短、压损小。合理的管道设计是基于合理的工艺流程设计的，化工企业设计工艺流程时，应充分考虑生产环境、生产成本和建筑成本、设备维护费用、安全性能等，同时还要符合现行对环境保护的相关规定，完善三废的后处理环节，最优化工艺流程的设计工作。

连接各化工设备是化工管路的使命，因而，合理安排化工设备摆放对合理布设化工管路意义重大。在安排化工设备摆放上，应注意节省空间、管程尽可能短、但设备间应保持有效的安全距离，高危设备远离人群和其他设备，设备周围少设阀门。对于分馏塔与回流罐之间的管路，重点在调节阀的位置，因为分馏塔一般是通过热旁路控制塔顶压力，因此，需要避免热旁路过短的情况发生，选择合适的调节阀位置。对于分馏塔与汽提塔之间的管路，调节阀成组安装在汽提塔附近，系统的液柱可由调节阀组来控制，以实现系统内液体的运输[1]。

管架是支撑管路、固定系统的部件，是管路安装的基石，应根据管架间距与管架的承重情况合理选择管架材质、安设管架。不合理的管架设计会给管道带来不必要的应力，增加管路、接口、阀门等的受损可能，带来安全隐患。目前化工企业常使用的弹簧管架存在着一定的安全隐患，由于弹簧寿命有限，当弹簧失效后，难以起到支撑管路的作用，需定期检查、维护、更新换代。安设管架时，应尽可能减少管架与管道间的相对位移，防止二者在移动中给管道带来损伤，对于负荷较小的管架可直接支在主管上，来减少管架与管道间的相对位移。总体而言，对于化工工艺管路设计，应遵循的原则是： （1） 当前后压力一致时，螺栓、阀门一定要选用较优的材质，而法兰、垫片可以稍次之； （2） 当全管路材质一致时，所有的连接部件，如螺栓、阀门、垫片等都必须选用高压材质； （3） 当前后压力不同时，螺栓和阀门应该选用高压侧的较优材质，而法兰和垫片可以适当次之[2]。

2 化工工艺管道材质选取与耐腐蚀处理

化工产品往往是强酸强碱，具有很强的腐蚀性，极易与管材发生化学反应而破坏管材，腐蚀的发生不仅与管路的材质、化工原料与产品的种类有关，还与温度、湿度、压力等多种因素相关。

化工管道的防腐首先要保证管材在工作条件下不会与化工原料及产品发生反应，由于化工生产所涉及的介质种类众多，因此，化工管道的防腐管材的选取是第一步。目前市场上常见的管材包括金属、塑料、玻璃及复合材料，不同的管材有其特有的适用条件及各自的优缺点，应根据实际情况合理选取。

化工管材种类众多，每个种类下另有分支。就不锈钢为例，添加不同成分的适用于不同条件的多种不锈钢。而今，依托于材料工程的高速发展，出现了越来越多具有优异耐腐蚀性能的复合材料，它们将金属材料优异的机械性能与玻璃、树脂、塑料等有机结合，具有更高的普适性，在具有金属材料良好的机械性能的同时，克服了不锈钢材料不耐受含氯介质腐蚀的弱点，充分发挥各种材质的优势，取长补短。

（1） 不锈钢具有良好的机械性能，高温下稳定的耐腐蚀性能。缺点是容易发生应力腐蚀，一旦腐蚀发生，会发生管道断裂。可耐受高温，可耐受高压。

（2） 硼硅玻璃为透明材质，便于观察管内液体流动情况，具有优异的耐腐蚀性能，流动阻力小。缺点为热稳定性及机械性能差。适用温度为-30～140 ℃。适用压力为低压。

（3） 钢衬玻璃对于常见各种无机有机化合物及酸类均可耐受。缺点为不耐强碱、氢氟酸、氟化物、浓磷酸。适用温度 ：-20～320 ℃。适用压力 ：＜2 MPa。

（4） 聚丙烯机械性能好，耐受酸碱种类多。缺点为不耐低温冲击，容易发生氧化。适用温度：-30～140 ℃。适用压力为低压。

（5） 钢衬聚四氟乙烯适宜高温条件下酸碱的输送。缺点为钢衬易发生脱落。适用温度：-100～240 ℃。适用压力常温下＜70 kPa，瞬间最大值可达2.5 MPa。

以上是常见的五种化工管材及其适用条件与性能对比，从表中对比可以看出，不锈钢最大的优势是机械性能好，同时具有耐高温高压的能力；硼硅玻璃突出的特点是透明，便于观察管内液体流动与介质反应情况，其光滑的管壁为流体流动减小了阻力，且易于清洗。作为复合材料的钢衬管材综合了两种材料的优点，在具有良好机械性能的同时，耐酸碱性能得到了大幅度的提升，又避免了硼硅玻璃、聚四氟乙烯等材料强度、刚度不足等情况，适合长距离、特殊环境的管路铺设，但经济成本较高。

化工管道的选取除了考虑其耐腐蚀、耐高温高压的性能，还要权衡其经济效益，综合考虑其安全性、经济性，严格核算其使用年限、预算等参数，合理地选用管材。在管材的选取上，应遵循以下原则：首先，根据管道压力、温度、介质化学性质等参数确定复合化工工艺管道工艺要求的管材范围。然后，对比范围内几种备选管材的成本、使用寿命、维护费用及化工生产收益情况，最优化经济效益。最后，面对特殊情况特殊对待，选取适合特殊情况下适用的管材。化工配管应根据具体情况，灵活地进行设计，管路即使已经投入生产，也不是一成不变的。化工生产是一个动态变化的过程，管道的设计与维护也应紧随实际情况适时调整，在以安全第一为最高原则的基础上，实现配管最优化。

3 结语

基于化工生产的复杂性，安全事故的影响力及危害程度深远，其中有一些问题是在管路铺设时发生的。化工产品往往是带有腐蚀性的酸碱盐，且在特殊条件下需设备、管路耐受高温高压。因此，化工管道的设计工作往往十分复杂，涉及的内容广泛，对设计的要求也比较高。工作人员应着重优化化工管路设计方案、选择合适的管材，确保每个环节都可以平稳地运行，将安全隐患降至最低，防患于未然。