化工工艺管道设计的配管注意事项研究

孙源鹤

（南京英凯工程设计有限公司，江苏南京 21000）

在化工领域，石油、天然气及各种危险化学品是主要的原料，通过诸多的物理和化学反应，从而生产各种有价值的产品。由于可能存在苛刻的操作条件比如长期与高温和高压化学品接触，化学管壁会受到不同温度和浓度的酸碱盐的腐蚀，也会受到气相以及液相的快速冲击的影响，从而容易腐蚀以及剥落管壁的材料，并带来很多的安全隐患，这就对工艺配管的设计提出了更高的要求。管道是化工行业设备的重要连接部件，系统各部分的设计应保证统一性，并根据实际情况进行调整以及管路设计的优化，使管路的设计契合实际，确保管道设计的参数和结构布置的合理性，最大限度地提高管道设计的质量，为安全生产和公司经济效益的提升打下基础，所以应特别注意化学工艺当中的配管设计。

本文对化工工艺管道设计的配管注意事项进行了研究。

1 化学工艺的管道设计要求以及考虑因素

1.1 基本的要求

化学工艺管道的设计必须满足下面几点要求：首先，契合化学工艺的流程需求。其次，管道阀门操作的管理较为方便，能保证化工生产的安全性。再次，管道的安装以及维护较为方便。最后，管道较为齐整以及美观，能够节省基本的材料以及成本。

1.2 需要考虑的要素

设计化工工艺管道时，应考虑以下因素：一些化学介质可能具有很高的腐蚀性，会加速管道的老化。另外，在运输易燃易爆物料时，除需用法兰连接外，均应采用焊接连接。高温管道在配管设计时需考虑热应力的影响，并且采用合理的柔性配管设计方案。其次，为方便施工、操作以及维护，需要减少弯管以及相交节点的数量，并合理布置管道的位置。如果分支太多，则需要进一步优化管道的布局。其次，考虑安全生产的必要性。例如，埋在地下的管道应装有套管，套管应接地以防止静电流的危害。输送具有腐蚀性物质的管道和公用工程管道布置在同一管架采用多层布置时，腐蚀性物料管道应布置在下层，高温管道布置在上层。最后，其他因素：包括环境因素、基于邻近性原理的管道路线设计以及成本因素等。例如在寒冷的冬天需要避免管道的冻结带来的影响，北方建设项目需考虑采用耐低温管道材料，易凝结介质管道需采取伴热措施。

1.3 基本的原则

化学工艺管道的管道设计应根据以下原则进行设计：首先，管道布置设计人员需要认真掌握相关的技术标准、规范和手册等技术要求。其次，设计人员需根据化工工艺流程图和设备布置确定大体的总管布置走向和位置。在此阶段需与业主保持沟通和反馈，以便了解业主的预想方案，尽量满足其要求设计。

2 化工工艺的管道设计中的配管注意事项

2.1 化工过程管道的材料选择以及耐蚀性

化工物料例如强酸以及强碱，具有高度的腐蚀性，并且容易与管道发生化学反应而损坏管道。腐蚀的发生不仅与管道材料、化学原料以及产品的性质有关，而且与温度、湿度以及流速等许多因素有关。

化学管道的防腐，首先需要确保管道在工作条件下不会与化学原料以及产品发生反应。由于使用不同的介质来生产化学品，因此第一步是为化学品的管道选择具有防腐功能的管道。当今市场上常见的管道材料包括金属、塑料、玻璃以及复合型的材料，但是各种管道材料都有其独特的优缺点、实际情况以及应用的条件，需要根据实际的需要来做出相应的选择。

化工管道的材质种类很多，在材料选取时应考虑其在操作工况下的适用性。碳素钢、碳锰钢的使用温度不应该高于425℃。低温管道应该采用镇静钢。低合金钢、碳素钢的管道设计温度等于或者低于-20℃时应做低温冲击试验。近年来，由于材料工程的飞速发展，通过将金属材料的优异机械性能与塑料、树脂以及玻璃相结合，出现了用途广泛的复合材料。它具有良好的抗耐性，同时具有金属材料的优异机械性能，从而最大限度地发挥了各种材料的优势并相互补充。

在管道设计时，除了要考虑其耐腐蚀性、耐高温和耐压性以及适用性之外，还要权衡其经济效益并全面地考虑其经济性以及安全性。需要严格计算其使用的寿命、预算以及其他的参数，并合理地选择管道。应严格按照以下原则来选择管道的材料：①基于管道的压力、温度以及化学性质等多种参数，综合确定管道材料的选择范围。②对范围内的几种候选管道的成本、使用寿命、维护成本以及化学制品的生产收入，以优化经济效益进行比较。③具体问题具体分析，为特殊情况选择合适的管道。化工生产是一个动态过程，管道设计护也需要根据实际情况及时进行调整，基于安全和经济原则来优化配管，进行灵活设计。

2.2 蒸汽支管相关的设计

（1）蒸汽管道宜架空采用管架布置，不应埋地敷设。蒸汽支管应从主管的顶部引出，作为重要的公共管道，蒸汽管道必须十分的经济、美观以及安全。当支管上需设置切断阀时，此阀门应该布置在靠近蒸汽主管的水平管道上。

（2）在蒸汽管道的π 型补偿器上，不得引出支管。在靠近π 型补偿器两侧的直管上引出支管时，支管不应妨碍主管的位移。因主管热胀而产生的支管引出点的位移，不应使支管承受过大的应力。采用管道连接使主管或支管的蒸汽引接到工艺设备或者管道上时，应将其设计为三阀组。在两个切断阀之间设有可随时打开以及关闭的检查阀，以便于随时检查发现蒸汽泄漏，以保障蒸汽管的安全性。

2.3 蒸汽凝水管道相关的设计

在许多情况下，排水管与蒸汽管位于管架上的同一高度。不同压力的蒸汽凝结水应送至各自的凝结水回收管。如果支管的直径为50mm 或更大，冷凝水应沿着介质流入45°回收管，这样设计可以减小凝结水管道的压力降，不要将疏水阀的入口管做成袋状。此外，疏水阀的出口管道应尽量减少弯曲，减少向上的管线。如果回收管线的位置高于疏水阀的设计位置，在疏水阀后面应当设置止回阀。

2.4 管廊上管道相关的设计

管廊上的管道种类包括工艺物料管道，公用工程介质管道及其辅助的仪表电缆桥架。工艺物料管道包括进出装置的原料、产品、废气和废水等。公用工程介质管道包括蒸汽、冷凝水、氮气、空气和循环水等。为了达到管廊管道的合理布局需要，设计中通常将大直径的管子靠近管廊的柱子布置。若是单柱管廊，应当尽量保证两边的重量均衡，这样可以减小弯矩。在实际设计工作中，对于管道比较多的管廊可以将其布置成上下两层或三层，输送液体、腐蚀性介质、液化烃等管道应当布置在管架的下层，输送热介质管道、蒸汽、氮气等管道应当布置在上层。低温管道应当远离热介质管道。高温管道需考虑热应力的影响采用柔性设计。管道采用45°弯头引出至两侧可以减小两层管廊的高度差。

2.5 安全阀的管道设计

安全阀应当安装在压力稳定和尽量靠近被保护的管道上，一般采用竖向垂直安装。阀门入口管道的直径不得小于安全阀进口的直径。安全阀的出口管道排向大气时不得朝向平台、梯子等。当安全阀的进口或者出口管道上装有切断阀时，应当设置为铅封开。当排向总管的介质有凝液或容易凝结的气体时，安全阀出口的位置应当高于总管的位置。如果低于总管则应该在低处采用排液设计。

3 化工工艺中管道设计的优化

在设计化学工艺管道时，必须仔细地考虑到管道中气体以及液体的性质并进行科学设计。在化工泵的入口以及出口管道的设计中，泵的入口管道应当采用短而直的布置，但还应当考虑具有一定的柔性。出口管道的设计重心是需考虑管道上阀门操作方便。同心异径管安装在化学泵的出口处垂直管上，偏心异径管应设置在卧式泵的进口处以及顶部，以防止液体在管道中积聚。管道设计过程中，需要基于工艺的流程对管道进行整体的布局，以使管道尽可能短，并减少压力上的损失。管道的合理设计需要过程的合理设计为前提，化工企业需要遵守相应的环境保护的原则，考虑制造设备的维护成本、具体环境、安全性能以及建造成本等。采取措施来改善三种废物的后处理相应的环节，并对对应的工艺流程进行设计优化。

化工装置的各种设备采用管道连接，工艺设备的合理布置对于化学管道的合理布局十分的重要。在确定设备布置方案时，应该预先考虑管道布置的走向和空间，例如在确定塔的设备布置时，需同时考虑将塔的周围区域划分为操作检修侧和管道布置侧。管道应尽可能沿塔布置，应首先考虑大管道和重力流管道的设计。塔顶油气管道去冷凝设备管线应采用步步低设计来避免袋形。

管架起到支持管道以及固定系统的作用。应根据管架之间的距离以及管架的承载能力，合理选择管架的材料和管架的设计方式。不合理的管道设计会给管道造成不必要的压力，增加损坏管道、连接件以及阀门的可能性，并带来很大的安全隐患。一般来说，在设计化学过程管道时，需要符合这些原则：首先，输送极、高度毒性介质、可燃介质或者操作条件比较苛刻的管道，宜使用无缝钢管。其次，输送有毒和可燃物质的管道法兰不能用板式平焊式。输送剧毒物质的管道不可以采用脆性材料。最后，夹套管的内管宜选取无缝管，氧气管道应进行脱脂处理。

4 结束语

化工装置管道的设计十分复杂，内容比较的广泛，安全事故导致的后果十分严重，部分是由于配管的不合理设计。化工产品可能具有很强的腐蚀性酸，在特殊条件下，需要管道承受高温以及高压，对设计的要求很高。所以，在实际设计化工工艺的管道时，为了提高设计的质量并确保管道能够正常运行，需要从各个方面入手，对总管、支管、放空、排液设施以及管廊管道等设计环节的质量加以控制，审慎地进行相关的设计，为工作有序开展奠定扎实基础，以便成功地完成相应的设计工作。