化工行业中硼硅玻璃管道的设计与安装

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(中国五环工程有限公司，湖北 武汉 430070)

设计技术

化工行业中硼硅玻璃管道的设计与安装

邵颖霞，徐莹

(中国五环工程有限公司，湖北 武汉 430070)

以某尼龙11项目为例，根据其工艺流程和介质特性，确定了输送强腐蚀性介质溴素和溴化氢的管道为硼硅玻璃管道，并重点阐述了玻璃管道的设计要求、管道的组成和安装时的注意事项。

尼龙11；硼硅玻璃；管道；腐蚀

硼硅玻璃管道是一种非金属管道，相较于优质合金管道的价格昂贵，且只能抵抗有限种类的介质腐蚀，它不仅成本低廉，而且具有良好的化学稳定性和耐腐蚀性，常用于输送除氢氟酸和热磷酸以外的任何无机酸和有机酸。

由于硼硅玻璃管道在石油化工项目中的应用并不广泛，相关标准规范对于玻璃管道的设计和安装描述并不详尽，笔者以某尼龙11项目溴代工序中的硼硅玻璃管道为例，在现有标准规范和文献资料的基础上对玻璃管道的使用范围、设计及安装的注意事项进行探讨，为其他类似项目的工程设计与施工提供参考。

1 管道材质的确定

1.1 工艺流程

尼龙11是以蓖麻油为原料合成的一种性能优良的聚酰胺塑料，常用于汽车、军工和电子电气等行业。其合成的主要工艺流程见图1。

图1 尼龙11的主要工艺流程[1]

其中，溴代十一酸是合成尼龙11单体的中间体，它是采用10-十一烯酸的甲苯溶液与溴化氢发生反应，生成11-溴代十一酸甲苯溶液，生成液再经蒸馏、冷冻结晶工序得到产品11-溴代十一酸，此过程被称为溴代工序。溴代工序中的反应物溴化氢是以溴素和氢气为原料，经过合成、干燥和净化而成，该工序的化学反应式如下。

(1)

(2)

1.2 物料特性

溴代工序的最佳反应温度为5～20 ℃左右，其所涉及的主要物料的理化特性见表1。

表1 溴代工序主要物料的理化特性表

1.3 管道材质比选

由于溴素和溴化氢均具有强腐蚀性，需采用合适的耐腐蚀性材料进行输送，常用的输送腐蚀性物料的管道材质有不锈钢、聚丙烯、硼硅玻璃、钢衬PTFE等[2]，其适用范围见表2。

表2 不同抗腐蚀管道材质的适用范围

本尼龙11项目溴代工序中溴素的设计温度为100 ℃，设计压力为1.2 MPa(g)，溴化氢的设计温度为130 ℃，设计压力为1.5 MPa(g)，管道口径为DN25～50，此种工况下选用硼硅玻璃或者钢衬PTFE管道均可。但是，钢衬PTFE管道成本较高，且无法观察到管道内介质的流动情况。相较于硼硅玻璃管道的成本低廉、稳定性好，从经济上和实际操作上综合考虑，本项目选用硼硅玻璃管道。

2 硼硅玻璃管道的设计

2.1 玻璃管道的设计要求

玻璃管道是由定型管材逐段拼接而成，并根据工艺条件、设备布置和管道连接实况的要求，来确定其具体走向。当进行玻璃管道设计时，有以下要求需要注意[5]：①管道走向以最短距离为佳，垂直玻璃管线最大偏移量为±10 mm；②玻璃管线如必须穿墙、穿楼板时，要在开孔处加金属套管，并加衬软胶垫，将玻璃管稳定在套管中；③尽量避免在地表铺设玻璃管道，必须铺设时，则要加金属套管，并埋在混凝土中，两头加软接头，以防破损；④玻璃管道与其他管道交叉时，玻璃管道应安装于其他管道的上方，距离不得小于150 mm；⑤玻璃管与其他管道平行铺设时，外壁间距不得小于200 mm；⑥玻璃管道沿墙铺设时，墙与其外壁的水平间距不得小于200 mm；⑦玻璃管道铺设在车间内交通要道上并输送危险液体时，应在接头处加保护罩；⑧任何设备或管道系统的操作都要符合该系统设计所规定的范围。当工艺过程可能使压力超过设计压力时，在设备的适当位置设置减压阀、防爆隔膜、报警装置等以便保护。

2.2 玻璃管道的管架设置

管架设置是管道设计中不可缺少的一部分。根据管道的受力情况，合理设置管架，能使管道运行更加安全、稳定。管道上承受的载荷主要包括重力载荷、压力载荷、位移载荷、机械震动载荷、风载荷和地震载荷等。

根据HG/T 2435—1993规定，玻璃在20～300 ℃范围内的平均热线膨胀系数α为(3.3+0.1)×10-6K-1；当DN<100 mm时，玻璃管道和管件的耐热温度冲击差应≥120 ℃；当DN≥100 mm时，玻璃管道和管件的耐热温度冲击差应≥110 ℃[6]。除了特别为满足较大温差而设计的管道，管道内的工作条件造成的温差，即在玻璃两侧表面测定的流体温差不得超过120 ℃[7]。根据管道热伸长量公式ΔL=αL(t2-t1)，当温度差为120 ℃时，每米管道的热伸长量约为1.3×10-3m。所以，由于温度变化对玻璃管道产生的线位移十分微小，故位移载荷可以忽略。

由于管路自身的弯曲度、法兰接头端面的平整度、紧固件接头时螺丝钉受力不均衡以及泵和搅拌设备产生的震动，都可用聚四氟乙烯软连接消除玻璃管道连接时产生的机械应力。因此，在设置玻璃管道支吊架时主要考虑重力载荷和压力载荷对管道产生的影响(特殊工况除外)，并根据玻璃管的管径和介质类型来选择支吊架的跨距，一般以2 m左右为宜。

玻璃管道支架的主要形式有水平管支架、垂直管支架和悬臂支架(见图2)。

图2 玻璃管道支架类型示意

水平管支架上管夹材质是铝，管夹与玻璃管道间用5mm以上软性橡胶垫隔开，并与铁卡子配合使用，将管架与由厂家提供的镀锌管或不锈钢管拼成的框架相联系。垂直管支架与悬臂支架配合使用，用于垂直方向玻璃管道的支撑与稳固，一般根据管道口径进行选型，由玻璃管道制造厂提供成品。

3 硼硅玻璃管道的组成与安装

3.1 管子与管件

硼硅玻璃管道一般由一定长度的玻璃管拼接而成，常用长度尺寸见表3[5]。

表3 硼硅玻璃管道主要长度尺寸表

硼硅玻璃管件按使用功能可分为调整垫、异径管、弯头(90°、135°、160°)、U形弯、三通、四通和阀门。其中，调整垫是在两端头之间调整长度的四氟垫片，用于补偿玻璃管道间的误差积累，长度一般为25 mm或50 mm。

3.2 连接形式

玻璃管道相互拼接时的连接面分为扩口平型端面和球型端面。

(1)扩口端面的玻璃管道之间用法兰连接，其联接示意见图3。

图3 扩口管道法兰联接示意

(2)球口端面的玻璃管道之间同样也用法兰连接，其联接示意见图4。

图4 球口管道法兰联接示意

3.3 管道安装

3.3.1 安装的注意事项

玻璃管道是脆性材料，其抗拉强度、抗弯强度和冲击强度都较低，绝不允许有过大的扭曲或拉伸，所以在安装玻璃管道的过程中需注意如下几点[5]：

①玻璃管口必须对正，衬垫位置要放正，法兰垫片、玻璃管道要相互吻合；②不允许用力敲击玻璃管道，必要时可以用橡皮锤轻敲；③安装时应先装好支架或底座，然后放上管道，管道装好后不得移动或者敲打支架或底座；④拧紧管卡或管夹螺栓时必须用力均匀，不得拧得过紧；⑤室内玻璃管道的架设，应在土建和其他金属管道设备施工完毕后再进行安装；⑥避免草率运输或同其他材料接触对玻璃管道引起的撞击损伤或擦伤。

3.3.2 压力检验

玻璃管道安装完成后，必须按照设计压力及介质类型，将管道分为若干试压包进行压力检验，只有压力检验合格的管系才可投入使用。并且，在没有供货厂家或双方认可的部门参加时，用户不得进行现场压力检验。

根据GB/T 21409—2008 中规定，玻璃管道压力检验通常为液压试验，用水作为实验介质。设备连接时，应注意排净系统中的空气，加到整个管系上的总压力不得超过其最大工作压力。玻璃设备和所装配系统的最高工作温度一般不超过150 ℃。而其最大工作压力不得超过制造厂所建议数据[7](见表4)。

表4 玻璃管最大允许工作压力值

4 结语

硼硅玻璃管道是化工防腐中应用较多的管道，它具有成本低廉、表面光滑、清晰透明、无污染、耐腐蚀、耐温度急变的优点。合理使用玻璃管道，不仅能够节约项目成本，也为后期维护检修提供了方便。在设计和安装玻璃管的研究上，我们还需不断积累经验、归纳总结。

[1]朱志伟，杜文书，胡国胜.蓖麻油深加工产物——尼龙11的合成及应用[J].中国油脂，2007(3)：57-59.

[2]阿布力克木·达吾提.浅谈化工工艺管道安装及材质选择[J].科技与企业，2013(9)：349-350.

[3]HG/T21579-1995，聚丙烯/玻璃钢(PP/FRP)复合管和管件[S].

[4]HG/T21562-1994，衬聚四氟乙烯钢管和管件[S].

[5]范正明.硼硅玻璃管道的应用[J].化工设计，2001(5)：15-16.

[6]HG/T 2435-1993，玻璃管和管件[S].

[7] GB/T 21409-2008，玻璃设备、管道和管件检验、安装和使用的一般规则[S].

修改稿日期：2017-08-25

DesignandInstallationofBorosilicateGlassPipelineinChemicalIndustry

SHAO Ying-xia，XU Ying

(WuhuanEngineeringCo.，Ltd.，WuhanHubei430223，China)

Taking a nylon 11 project as an example，this paper discusses the determination of the borosilicate glass pipe as the pipeline for transporting bromine and hydrogen bromide-the highly corrosive media based on its technological process and media characteristics. The design requirements，composition of the pipe and the precautions during installation are also elaborated on in this paper.

nylon 11；borosilicate glass；pipe；corrosion

10.3969/j.issn.1004-8901.2017.05.004

TQ050.9

B

1004-8901(2017)05-0014-04

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2017.05.004

邵颖霞(1984年—)，女，湖北武汉人，2007年毕业于武汉理工大学油气储运专业，工程师，现主要从事管道布置等工作。