襯塑鋼管設計及施工探討

湯玉敏 ，楊 濤

(中海油石化工程有限公司,山東 青島 266101)

隨著現代化工的發展與應用材料的日新月異，化工生產中應用的腐蝕性物料逐漸增多，如各種化學藥劑、酸、堿等，輸送這一類介質的管道材料既要求優異的耐腐蝕性，又應有良好的機械強度。普通碳鋼無法滿足耐腐蝕性要求，高合金鋼的大量使用會使項目成本大幅提高，非金屬材料有著絕佳的耐腐蝕性，但非金屬材料強度較低[1]，而襯塑鋼管由于外管為鋼管內襯為塑料，因此其兼具耐腐蝕性與良好的機械強度，且相比高合金鋼，襯塑鋼管成本相對低廉，且聚合塑料能耐大多數酸、堿，應用范圍更廣[2]。但襯塑鋼管的應用有其自身的特點，成品襯里管道現場安裝不允許動火焊接以免破壞襯里層，因此襯塑鋼管的設計應全面考慮，統籌規劃，本文主要從滿足施工、操作和生產安全可靠等幾方面來闡述襯塑鋼管設計要點及施工注意事項。

1 襯塑鋼管及管件設計

1.1 襯里材料的滲透性及襯里厚度選用

采用襯塑鋼管的介質大多具有一定毒性或腐蝕性，在設計時要考慮襯里材料的滲透性。溫度和壓力是滲透的主要推動力，襯里的厚度及聚合物結晶度也對滲透有影響[2]。對常用的氟塑料來說，其滲透性隨聚合物結晶度和襯里厚度的增加而減少，但過高的結晶度和襯里厚度也會影響材料的使用性能和加工難度。常用塑料襯里材料耐溫性能見表1[3]，其中PTFE可耐除熔融金屬鈉和鉀、三氟化氯和氣態氟外的任何濃度的硫酸、鹽酸、氫氟酸、苯、堿、王水、有機溶劑和還原劑等強腐蝕性介質[4]，是廣泛使用的襯里材料。

HG/T 20538對部分襯里材料最小厚度進行了規定，表格示例詳見表2[3]。在設計中應結合介質操作條件，綜合考慮標準要求和生產數據，對襯里層的種類、厚度正確的選型。但應注意的是管道襯里后截面積變小，應避免影響介質的流量，襯里后管道實際截面積不小于該公稱尺寸截面積的2/3[5]。

表1 常用塑料襯里材料的使用范圍 ℃

注：*以上低溫數值僅適用于ASTM A106、A53等美標材料。若使用國內20號鋼鋼管材料，則低溫值應高于-20℃。

表2 襯塑層最小厚度 單位：mm

1.2 管道及管件間法蘭連接

襯塑鋼管及管件均在工廠完成襯塑，現場安裝時不得動火施焊以免破壞襯里層，因此管道及管件均采用法蘭連接。在襯塑鋼管的安裝過程中，尤其是管道需要變向，或支管與主管相連，或管道變徑時，均容易出現法蘭螺栓孔對接困難，此時利用松套法蘭可避免拆卸返工[6]，因此襯里管道采用一端平焊法蘭一端松套法蘭的型式。

1.3 墊片設計

一般襯塑鋼管之間或與其他塑料襯里管連接時不需要另加墊片，因為在其法蘭側已有塑料襯里層翻邊，只要施加足夠的緊固力即可充當墊片密封[7]。但在襯塑鋼管法蘭與異種材質法蘭相接時應采用相應的墊片或墊環，以免損壞襯里。此外，襯塑鋼管現場安裝需要調整安裝長度誤差時，少量誤差可以用相應厚度的墊片來調節，墊片的厚度不宜超過設計厚度的20%，誤差較大時可以用墊環來調整，墊環最大長度不宜超過150mm[4]。

1.4 支架設計

不同制造商制作襯里方法及加工水平有差異，其所能加工的襯塑鋼管長度也不同。基本參考數據詳見HG/T 20538，設計管道支架時應注意避開管道間的連接法蘭。襯塑鋼管支架應選用管卡或卡箍型式，但以下情況必須采用焊接型支架：①當豎直管線的支架是承重架時，管架最好采用假腿式的焊接管架；②當管架坐落在彎頭處時，必須采用焊接的假腿型式做支撐；③當水平管線上需要固定支架時，該支架也需要采用焊接型式[1]。采用焊接支架的管道或管件應在提供給制造商的圖紙上標示并繪制支架詳圖，注明支架尺寸、位置、型式，要求制造商做完支架后再進行襯里，以免現場施焊破壞襯里層。

1.5 靜電導出

由于塑料的絕緣性非常好，幾乎無法將流體流動所產生的靜電傳導到外層的金屬管道，存在安全隱患，因此襯塑鋼管應采取有效的防靜電措施。對于襯聚四氟乙烯的管道，一般采用添加了石墨的改性聚四氟乙烯管，以改善管道系統內靜電積聚問題。另外還可以在法蘭連接件之間插入一個接地的金屬探棒(例如鎳基合金等耐腐蝕材料)，探棒的另一端與管道的接地系統相接，這樣也可以將內部產生的靜電導出[2]。

1.6 排氣措施

所有襯塑的管道和管件都必須按照ASTM F1545標準采取排氣措施，排氣系統用于排放由于滲透等多種原因留存于內襯和鋼管之間的氣體，這些氣體的阻塞和累積可能導致內襯管道的過早報廢。一般采用的方法是在遠離法蘭和螺栓的鋼外套上鉆排氣孔[8]，排氣孔在安裝時應盡量朝下。對于不保溫的襯塑鋼管，在排放孔上安裝絲堵，對于保溫的襯塑鋼管，在排放孔上安裝尾管并使尾管伸出到保溫層外[9]。應注意當排放氣體會與周圍空氣中的濕氣形成腐蝕性介質時，應當安裝特殊金屬接管作為犧牲陽極，以保護金屬管件的完好。

2 襯塑鋼管布置的一般規定

襯塑鋼管的布置除應與金屬管道布置一樣嚴格遵守相關標準規范、整齊美觀、便于操作檢修外，根據襯里管線的特性及介質的化學性質，還應滿足以下幾點要求[4]：

(1)襯塑鋼管上的法蘭不宜布置在設備、機泵、操作通道等的上方。如不可避免時，應在法蘭連接處設置安全防護措施如防濺環。

(2)因為襯塑鋼管都是法蘭連接，管線并排布置時要充分考慮管線之間的最小間距[1]。

(3)多層管廊上輸送腐蝕性介質的襯塑鋼管應布置在下層。

(4)襯塑鋼管不應與高溫管道相鄰布置，也不應布置在高溫管道上方有熱影響的位置。襯塑鋼管不得緊靠不保溫的熱介質管道。

(5)在襯塑鋼管及管道組成件加工工藝允許的情況下，應盡量減少連接法蘭的數量。

3 襯塑鋼管施工注意事項

襯塑鋼管安裝時一般是先將外部鋼管現場預安裝，之后將外部鋼管拆下至工廠進行襯里，襯里完成后再運輸至現場進行二次安裝；或者是制造商嚴格按照設計院提供的圖紙制作并完成管道及管件襯里，之后將其運輸至現場直接安裝，根據以往項目經驗，設計時全面考慮以上問題，施工一般都可順利進行。

襯塑鋼管及其管件在搬運和安裝等過程中，應避免強烈震動或碰撞；襯塑鋼管安裝前應檢查襯里層的完好情況；不得對已襯里的管道進行施焊、加熱、扭曲或敲打作業[3]。

襯塑鋼管現場裝配建議使用帶扭力指示的扭力扳手，以確保給密封面提供恰當的密封力，扭矩過大可能會造成塑料翻邊襯里層永久性損壞，扭矩過小則可能無法為密封面提供足夠的密封力。廠家供貨時一般會提供安裝扭矩指南，表3是某德國襯里管件廠家的聚四氟乙烯襯里管道螺栓扭矩表，僅供參考[2]。

如出現法蘭泄露，應將對邊的螺栓開半圈，然后將泄露一邊的螺栓上緊半圈，假如仍有泄露，則將所有的螺栓都卸掉，檢查密封面的徑向劃痕和凹坑[8]。

襯塑鋼管投入使用并經過最初的熱循環后，應檢查所有螺栓，如有需要應再次將其擰緊。如果工藝過程有頻繁的熱循環，則應對螺栓的緊固情況作周期檢查[2]。

表3 某德國廠家聚四氟乙烯襯里管道螺栓扭矩表

4 結語

隨著化工生產過程中物料種類越來越多，物化性質各異，襯塑鋼管以其介質適應性廣、經濟可靠的特點會獲得越來越廣泛地應用。襯塑鋼管的設計比普通金屬管線復雜得多，除應按照標準規范布置管道外，還應考慮管道長度、內襯厚度、支架設計、靜電接地、管道排氣等問題。此外，襯塑鋼管現場安裝時應注意保護襯里層不被破壞。通過不斷地探討與經驗總結，襯塑鋼管的設計與施工技術也會日臻完善，為后續工程項目提供參考，以實現施工順利及生產操作安全可靠。

[1] 張秀蓮.淺談石油化工裝置中襯里管道的工程設計[J].化工管理，2014(9)：147-149.

[2] 梁智銘.聚四氟乙烯襯里管在精細化工行業中的設計應用[J].科技信息，2010(13)：798-799.

[3] 中華人民共和國工業和信息化部.HG/T 20538-2016，襯塑鋼管和管件選用系列[S].北京：化學工業出版社，2016.

[4] 中國石油化工集團公司配管設計技術中心站.SH/T 3154-2009 石油化工非金屬襯里管道技術規范[S].北京：中國石化出版社，2009.

[5] 全國非金屬化工設備標準化技術委員會(SAC/TC 162).GB/T 26500-2011 氟塑料襯里鋼管、管件通用技術要求[S].北京：中國標準出版社，2011.

[6] 劉 婭，汪 蓓.對焊環松套法蘭在襯里管線中的靈活運用[J].化肥設計，2013，51(1)：15-16.

[7] 易志丹.襯里管調整段的設置方法[J].化工設備與管道，2015，52(2)：80-82.

[8] 周 烽.鋼制PTFE襯里管道研討[J].化工管理，2015(5)：154.

[9] 張梅先.襯里管道設計中的幾個設計要點[J].化工設備與管道，2011，48(4)：49-54.