浅析化工工艺管道设计

孙雪

【摘 要】化工作為特殊的行业，其产品相对其他行业而言，具有危险性，如何在生产中降低其危险性，这就需要相关部门提高管理质量，作为化工工艺的重要组成部分，管道运输的生产安全显得尤为重要，采用哪一种管道安装的方法最为有效，本文就来分析如何提高管道安装技术。

【关键词】化工；工艺管道；设计；措施

1、化工工艺设计的分类

1.1、概念设计。概念设计是假想设计，它是按拟建规模工业生产装置进行的，概念设计一般在中试前进行，主要目的是为了检查工艺条件和生产路线是否合理，确定数据和具体小试补充的内容，在这过程中，还包括必要时的中试规模以及中试目的等内容。

1.2、中试设计。中试内容和任务主要是检验小试确定的工艺路线和条件；试制产品考核的使用性能；考验工艺系统连续运转可靠性；获取设计工艺必需的工艺和工程数据；考察并检验校正放大模型；考核杂质积累对工艺过程及最终产品质量的影响；以上内容和业务在检验时可以是全部也可以是部分，视具体情况而定。

1.3、基础设计。基础设计是整个技术开发阶段的最终研究成果，目的是提供建设生产装置的一切技术要点。

1.4、初步设计。初步设计是精细化工工程设计的第一阶段，它的成果是初步设汁说明书和总概算书。根据基础设计和批准的设计任务书、厂址选择报告，对工程在技术和经济上进行总体研究与计算的具体建设方案。初步设计结果应能满足项目审查和施工推备，材料与设备订货，项目招标等要求，能提供建厂投资依据。

1.5、施工图设计。施工图设计是依据上级对初步设计的审批意见，将初步设计中确定的设计原则和方案，根据建筑与非标准设备制作的要求，以图样和文字方式按照工艺和设备各个组成部分的尺寸，布置和主要施工方法具体化，明确化，并解决初步设计阶段待定的各项问题。

2、阀门及管道的布置

阀门和管道的布置的合理性建立在同时符合施工、操作、检修等自身要求及满足流程工艺、装置设备的布置及生产要求的基础上。主要工作要点为：当泄压的总管和安全阀的出口相连接时，需将总管从上部以45°角顺着液体的流向插入，这样可防止总管内液体向支管倒流；在安全阀的定压大于7.0MPa的时候，为了降低安全阀背压，需采用45°角的方式插入；泵的入口的管线布置不能存在液袋或气袋，而且管道需尽量直而短，如遇上泵变径，为了防止气体集聚，应该使用偏心大小头，且大小头的放置一般需顶平。为了防止输送轻介质的离心泵发生气蚀现象，在其大小头的后端最好能有3～7D的直线管段；当安全阀的出口比泄压总管低时，需要在低处且较易接触的地方设置手动的放液阀，而且为了防止管段内发生液体积聚，需要定期将其排放向密闭的系统，同时，在一些北方较为寒冷的地区，必须进行伴热和防冻措施；当管道输送的介质危险性较高且穿越道路时，上方不能安装阀门和法兰，并且需让净高满足相关的要求；应使用经焊接连接并配置相应的无缝隙管道，使用的弯头直径为1.0，焊缝对接的间距应>200mm。内管的焊缝若需装配外管必须先经过无损检测和试压试验合格后才能进行；内外管的支承块的材质要和内管的材质保持一致，不能阻碍外管与内管的胀缩；当介质凝固点高且带有腐蚀性时，为避免产生积聚液体现象，其调节阀的旁路阀需水平安装。

3、塔与容器管线的设计

在化工装置中，塔与容器的管道和线路设计必须要全面考虑其科学的设计原理以及工艺中的特殊需求。主要有分馏塔与回流罐之间的管道线路设置、分馏塔与汽提塔之间的管道线路设置。

分馏塔与回流罐之间的管线敷设要求：当分馏塔运用热旁路掌控塔顶压力时，需要全面考虑热旁路短而无袋形的情形，将调节阀设置在回流罐的上面位置；分馏塔与汽提塔之间的管架：在通常情况下，分馏塔中装有调节阀组，该调节阀组组应在汽提塔附近进行安装，进而确保调节阀有足够的液柱；敷设汽液两相流的管道时，管道上的调节阀应在最大程度上靠近接收介质的容器，达到降压管道的压力，减少和杜绝管道出现震动现象，同时要注意管线不可随意操作，必须根据实际情况进行相应的科学分析和设计。

4、工艺管架的设计

4.1、首先，减少管道和支架之间的相对位移。从下图可以看到：在左边的蒸汽管道中，主管道旁边一般情况下都有一个放水小管，如果将左边A点看做是一个支架，因为垂直的管段容易发生膨胀，会导致弹簧上下浮动，进而导致整个设备不能正常工作。如果想要解决这个问题，正确的设计图应该是如右图这样设计：将支在地面上的支架设在主管道上面，同时随着主管的支架上下浮动，这样的设计有利于降低支架和管道之间的移动距离。

4.2、其次，管道支架的合理设置还有利于节约资源，因为弹簧架用时间久之后，弹性就会消失，所以，在管道支架设计的过程中尽量减少弹簧支架的使用。

4.3、最后，管架的具体设置。沿塔管线的设置通常情况下只设置一个承载重量的支架，且支架和塔顶之间有焊接线，如果一个承载重量的支架压力过大时，可以增加一个小支架，这个小支架就设置为弹簧支架，并且每隔一段距离就设置导向支架，如果塔回流线和塔壁之间的温度相差比较大时，其产生的伸长量也会随之增大，在水平管段上的第一个支架应该垂直向下，设置弹簧支架，如果管段有多余的距离，可以设置一个导向支架。

5、工艺管道伴热的设计

5.1、工艺管道需选用夹套管或者伴管伴热。外表面的温度超过50℃或者外表面温度即使小于50℃但是其工艺需要保温的管道和设备需要采用伴管或者夹套管伴热。比如一些常年处于阳光照射环境中泵入口液化烃管道，或者精馏塔顶至冷凝器的管道，以及塔顶的回流管道和分液后燃料气管道等均需进行保温。此外，如果管道或设备介质的冰点或者凝固点比环境温度要高，比如原油的凝点为30℃，如果输油管道处于年均气温低于30℃的环境中，或者在严寒地区，尽管介质的凝固点不高但是其中含有水的管道设备等，均需要伴热。

5.2、伴熱的选择。以石油输送管道为例，由于其为埋地管道，所以防水性及绝缘性相对较差，不宜采用电伴热，因此本文主要介绍蒸汽伴热系统。蒸汽伴热的加热介质一般是压力为0.3～1.0MPa的饱和蒸汽，伴管的直径通常在15至76mm之间，常用的规格为18到25mm。如果输送的物料凝固点小于50℃，蒸汽伴管的压力可以选择0.3MPa进行保温；如果输送物凝固点超出50℃，则蒸汽伴管的介质压力可以选择0.3到1.0MPa的多根或者单根伴管进行保温；如果所输送的物料其凝固点超出150℃，此时需要选择蒸汽夹套管进行加热保温。

5.3、设置蒸汽分配站及疏水站。如果不超出三米的半径范围，设有三个以上伴热点或者回收点，则蒸汽伴热系统就需要配置相应的蒸气分配站及疏水站；如果是热水伴热系统则需要考虑热水分配站及热水回收站的设置。在设置站点时要进行综合考虑、合理布局，站点的设置要方便维修与操作。在设计时可以采用下面的公式进行管径的计算：

S=A+2B+3C

该式中：A：DN15、ф12、ф10伴管根数B：DN20伴管根数C：DN25伴管根数。各站点要注意预留一到两个备用口，S值要将备用接头的数量及管径包含在内。同一个分配站的蒸汽伴管当量长度最好大概相同，最短的蒸汽伴管其当量长度也要大于最长伴管当量长度的70%。分配站的安装可以做垂直或水平安装。

5.4、伴管设计的注意事项。在伴管的设计过程中应注意以下几点：第一，伴管的蒸汽要由主管蒸汽管的顶部引出，而且要在靠近引出处加设一个切断阀，切断阀安装在水平管道上；第二，为了防止蒸汽窜入凝结的水管网中，使得系统的背压升高，对凝结水系统的正常运行造成干扰，疏水阀应尽量不要加设旁路阀；第三，伴管的蒸汽最好由高点引入，沿着受热管道从高至低进行敷设；而凝结水要由低点排出，尽量减少使用U形弯，以避免出现液阻或者气阻；第四，受热管道中各类阀门，诸如取样阀、放空阀以及排液阀和扫线阀均需设置伴热；第五；如果只有管道的主管需要伴热，支管不需要时，那么支管中第一个切断阀要设置伴热。

总而言之，在实际工程中，对于化工工艺管道的设计要点，除了上述一些必要的设计之外，还有一些细节需要完善。这就要求我们在以后的具体操作中，相关人员要根据具体操作要求进行，切实保障管道设计的安全合理性，提高工作效率。

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