化工工程设备管道与材料优化设计

＊高洋 唐好斌 高未敏 袁海鹏

（大连市化工设计院有限公司 辽宁 116033）

引言

化学工程项目设计与建设是当前最为典型的密集性技术工程，有关人员应具备一定的专业技能和综合素质。在具体施工过程中，由于专业领域不同，有关设计与技术工作人员应不断强化工程设计施工方案，确保项目建设可以满足其预期的生产设计需求，使得化工项目能力顺利开展，从而为化工企业提供最大化的经济效益。

1.化工工程设备管道的优化设计

(1)重视设备与管道布置

在当前化工项目设计中，依照制造施工工序要求选择和设计相适宜的设备管道布局。所以，设备功能，管路与主设备间进行连接，以及器具与各个附件需要满足实际制造工序的基本需求。由于化工项目自身生产的特点，其设备与管道之间的配置则需要满足实际生产安全要求，并区分各类设备管道类别。同时对有关设计方案进行合理的优化，在一定程度上能够降低项目投资。此外，设备与管道的设计与布局也将影响整个项目生产与建设。一旦设备与管道布局存在问题，在建设中就需要改变设计，增加不必要的成本；如果设备和管道布局不科学，生产中就会留下安全隐患。因此，必须要重视化工工程设备和管道的布设，提升其合理性和科学性。

(2)化工工程设备的优化设计

第一，要与化工项目工艺设计基本要求相契合。在设备实际设计过程中，要先明确生产流程。例如，针对同类设备可集中进行设计，同时其位差也要满足相应的标准；第二，对各类化工设备实施合理的优化设计。我们将设备分为辅助性设备与主设备，辅助设备通常被布置在主要设备下风方向，同时还要对两种设备的具体位置进行合理优化，从而避免在爆炸区域内布置设备，确保企业生产安全；第三，化工设备优化设计时，要高度重视有关设备的磨损状况，要求在具体设计中方便设备操作与检修，这一过程通常以斜梯为主；第四，化工工程设备设计要使其外观保持整齐性，从而打造更为良好的工作环境。如可以依照大小顺序对化工设备进行一定的排列，对泵群来说，要保证其排列顺序的合理性和规范性。针对华龙项目设备优化设计过程汇总，保持泵出口管的一致性，对操作控制过程中的误差也具备一定作用；第五，化工设备优化设计在露天环境下开展时，要达到和满足设备通风的基本目的，并提升对土地空间的应用效率。

(3)化工工程管道优化设计

第一，化工工程管道设计时，要处理好管道的架空，从而达到应用功能质量和节约空间的主要目的；第二，在对化工管道进行布置时，因严格控制管道之间的距离，对部分管道表面突出的情况，要将其距离控制在2.5cm之上；第三，要严格控制化工管道安装的具体位置，想要避免其气体经由管道上方输入时，在安装管道时还需要尽量避开吊装或是拆卸区域；第四，针对沿地面管道的安装，我们应避免发生跨越设备及建筑行为；第五，对固体类管道来说，在实际安装中弯曲半径进行控制，一般情况下，弯曲半径应尽量控制在管径五倍左右。而管径为6cm时，其弯曲半径要至少满足30cm。另外，管道的排放气应确保与相关法律及标准尽量保持一致。

2.化工工程管道材料设计控制要点分析

(1)耐温管道材料

在化学工程管道实际应用过程中，常会运输很多化学类物质，该类物质对其管道性能有着极为严格的要求。其温度是其最为关键的参数，在具体设计中需要重点分析管道制作材料温度的基本变化，要进行合理设计。而一般情况下其温度超过350℃则属于高温，其中碳素钢的极限温度则为425℃，在该范围之内碳素钢会则会发生墨化现象，想要规避墨化问题的发生，在化工工程设计过程中要在碳素钢之中添加适量的金属稳定元素。当化学液体自身的温度超过碳素钢自身的极限温度时，要想保证材料安全需要运用合理的沸腾钢和碳元素类镇定钢。在具体的设计过程中，其管道处于低温状况下的材料则为12号类钢，耐受最低温度应控制在-40℃；运输介质的温度一旦小于-20℃时，管道材料则需要依照有关标准对低温性能进行合理的测试与分析，确保其能够满足有关要求。而运输时化学介质的温度则小于其最低的温度，应通过添加适当的其他类材料提高管道性能，要确保其能够在低温状况下能够正常的应用。

此外，化工管管材温度规定也不同。在-70℃至-196℃间，尽量不应用碳钢管材。在-40℃至-70℃间，尽量利用合金结构钢化工管道材料。在-20℃到-40℃中间的位置，也要尽量利用碳钢管化工类管道材料。所以，对合金结构类钢管道与碳管材料，而当温度小于0℃时造成延展性。针对该类情况下，部分企业倾向整个化工设计中应用20号钢材。此类低温钢不但可以有效控制温度，并能确保运输安全性。

(2)对于硫酸管道选用的材料

在管道材料选择阶段，有关技术施工人员要结合各类材料运输介质，对管道进行制作，应充分考虑易燃易爆且腐蚀性极高材料的运输，要避免发生安全问题及不良事故。对高浓度类的硫酸，要具有一定的管理要求。有关技术施工人员应合理把控管道内外压力与温度。如在硫酸类运输管道之内，其温度要保持控制在25℃左右，该类材料应符合相应标准压力水准。要长期保持到0.25MPa压力之下，能承受1.6mm蚀时的处理。一旦普通镀锌钢管作为运输硫酸性管道类材料，需要在运输过程保持一定的硫酸温度。同时应维持硫酸运输稳定速度来完成。一旦硫酸流速度过快，在不均匀速率状况应用时会出现不通畅。要将硫酸存储在冷铁器皿过程中，铁器皿不易腐蚀。

此外，硫酸一旦遇到冷铁，在高密度类的复合器具表面上会形成相应的空气氧化膜，会更好的避免硫酸腐蚀镀锌钢管。当管道中的硫酸流动过快或是不均匀时，硫酸的温度会发生一定的变化，应尽量避免高温因素发生化学反应。最佳温度可以更好的保证硫酸稳定运送的速度和实现管道均速运输的目的，且硫酸还能够在低温铁制类的管道中长时间被储存。在该类管道中，其能够产生氧化膜，并附着在表面，可以避免管道运输阶段硫酸液体与铁制管道出现腐蚀。如果在运输管道过程中，硫酸液体其速度处于时快时慢的状态时，极易造成管道内外失衡，使得两者之间的接触出现持续性的腐蚀问题。此外，我们应结合管道内硫酸类材料的特殊性，不能过于控制液体流速，在管道制作和设计过程中，当运输浓度较高且温度较低的硫酸时，我们要选择碳钢进行制作，而在高温作用下时，要尽量选择铸铁作为主要的管道制作材料，在低浓度类的硫酸输送过程中，可以选择塑料类的材料作为管道材料，保证管道中硫酸运输时其化学性和温度能够更加稳定，从而避免安全问题的发生。

(3)对于盐酸管道选用的材料

在高浓度类的盐酸材质运输过程中，要尽量选取聚丙烯管道材质，该类材料具有一定的防腐性，可以更好的把持管道内外环境压力的稳定性，同时在盐碱不稳定的环境下，能够更好的保证管道内外的压力。在选择聚丙烯管道材质时，不易断裂还能够更好避免液体外流，其还具备密度小，自重要轻便，便于人们搬运与施工等特点。在耐久度与应用功能方面，聚丙烯更具备耐用性，该类材料成本低，可以进行购买与应用。但该类材料容易老化，一旦受到来自外界因素的影响，就会降低材料自身的功能。

(4)氧气类介质管道材料

输送介质作为氧气时应重视氧气压力和流速，以及温度等方面参数，选取最佳的管材类型。而在一般情况下，还应运用碳钢或是不锈钢等材料。此外，氧气是阻燃物，在其与环境气体进行混合后，铜鼓压力作用极易发生爆炸等各类问题，所以，我们要不断强化和重视氧气管道各类材料的选择。造成各类管道中发生氧气爆炸的主要因素就是流速和压力。所以，在压力较低状况下时，要选取碳钢类材料，而在压力过高时应选择不锈钢类材质。

(5)其它特殊介质运输管道材料地选用

在化工生产工作环节常牵连到很多特殊类介质，其自身的性能也有很大不同，应选择具有针对性且理想化的材料，并契合各类材料运输的要求。如部分非金属类管道材料的应用尤为重要，在当前PP管道材料的应用中体现了很强的使用价值，能够确保各类化学管道材料的合理性和稳定性，从而避免出现压力或是温度因素影响出现安全隐患，而在挑选非金属类材料时要重点分析和考虑化学材料会出现各类化学反应。

3.结束语

总之，现阶段，化工产业备受我国各方面的关注，该行业主要致力于可以提供更为完善化工材料，其优化设计可以提升生产工作效率。其管道材料直接影响化工工程建设质量，同时还应关注管道材料优化设计工作，综合考虑各类因素，确保化工工程优化设计工作的牢固性，从而提高化工产业的健康发展。