化工工程設備管道與材料優化設計

＊高洋 唐好斌 高未敏 袁海鵬

（大連市化工設計院有限公司 遼寧 116033）

引言

化學工程項目設計與建設是當前最為典型的密集性技術工程，有關人員應具備一定的專業技能和綜合素質。在具體施工過程中，由于專業領域不同，有關設計與技術工作人員應不斷強化工程設計施工方案，確保項目建設可以滿足其預期的生產設計需求，使得化工項目能力順利開展，從而為化工企業提供最大化的經濟效益。

1.化工工程設備管道的優化設計

(1)重視設備與管道布置

在當前化工項目設計中，依照制造施工工序要求選擇和設計相適宜的設備管道布局。所以，設備功能，管路與主設備間進行連接，以及器具與各個附件需要滿足實際制造工序的基本需求。由于化工項目自身生產的特點，其設備與管道之間的配置則需要滿足實際生產安全要求，并區分各類設備管道類別。同時對有關設計方案進行合理的優化，在一定程度上能夠降低項目投資。此外，設備與管道的設計與布局也將影響整個項目生產與建設。一旦設備與管道布局存在問題，在建設中就需要改變設計，增加不必要的成本；如果設備和管道布局不科學，生產中就會留下安全隱患。因此，必須要重視化工工程設備和管道的布設，提升其合理性和科學性。

(2)化工工程設備的優化設計

第一，要與化工項目工藝設計基本要求相契合。在設備實際設計過程中，要先明確生產流程。例如，針對同類設備可集中進行設計，同時其位差也要滿足相應的標準；第二，對各類化工設備實施合理的優化設計。我們將設備分為輔助性設備與主設備，輔助設備通常被布置在主要設備下風方向，同時還要對兩種設備的具體位置進行合理優化，從而避免在爆炸區域內布置設備，確保企業生產安全；第三，化工設備優化設計時，要高度重視有關設備的磨損狀況，要求在具體設計中方便設備操作與檢修，這一過程通常以斜梯為主；第四，化工工程設備設計要使其外觀保持整齊性，從而打造更為良好的工作環境。如可以依照大小順序對化工設備進行一定的排列，對泵群來說，要保證其排列順序的合理性和規范性。針對華龍項目設備優化設計過程匯總，保持泵出口管的一致性，對操作控制過程中的誤差也具備一定作用；第五，化工設備優化設計在露天環境下開展時，要達到和滿足設備通風的基本目的，并提升對土地空間的應用效率。

(3)化工工程管道優化設計

第一，化工工程管道設計時，要處理好管道的架空，從而達到應用功能質量和節約空間的主要目的；第二，在對化工管道進行布置時，因嚴格控制管道之間的距離，對部分管道表面突出的情況，要將其距離控制在2.5cm之上；第三，要嚴格控制化工管道安裝的具體位置，想要避免其氣體經由管道上方輸入時，在安裝管道時還需要盡量避開吊裝或是拆卸區域；第四，針對沿地面管道的安裝，我們應避免發生跨越設備及建筑行為；第五，對固體類管道來說，在實際安裝中彎曲半徑進行控制，一般情況下，彎曲半徑應盡量控制在管徑五倍左右。而管徑為6cm時，其彎曲半徑要至少滿足30cm。另外，管道的排放氣應確保與相關法律及標準盡量保持一致。

2.化工工程管道材料設計控制要點分析

(1)耐溫管道材料

在化學工程管道實際應用過程中，常會運輸很多化學類物質，該類物質對其管道性能有著極為嚴格的要求。其溫度是其最為關鍵的參數，在具體設計中需要重點分析管道制作材料溫度的基本變化，要進行合理設計。而一般情況下其溫度超過350℃則屬于高溫，其中碳素鋼的極限溫度則為425℃，在該范圍之內碳素鋼會則會發生墨化現象，想要規避墨化問題的發生，在化工工程設計過程中要在碳素鋼之中添加適量的金屬穩定元素。當化學液體自身的溫度超過碳素鋼自身的極限溫度時，要想保證材料安全需要運用合理的沸騰鋼和碳元素類鎮定鋼。在具體的設計過程中，其管道處于低溫狀況下的材料則為12號類鋼，耐受最低溫度應控制在-40℃；運輸介質的溫度一旦小于-20℃時，管道材料則需要依照有關標準對低溫性能進行合理的測試與分析，確保其能夠滿足有關要求。而運輸時化學介質的溫度則小于其最低的溫度，應通過添加適當的其他類材料提高管道性能，要確保其能夠在低溫狀況下能夠正常的應用。

此外，化工管管材溫度規定也不同。在-70℃至-196℃間，盡量不應用碳鋼管材。在-40℃至-70℃間，盡量利用合金結構鋼化工管道材料。在-20℃到-40℃中間的位置，也要盡量利用碳鋼管化工類管道材料。所以，對合金結構類鋼管道與碳管材料，而當溫度小于0℃時造成延展性。針對該類情況下，部分企業傾向整個化工設計中應用20號鋼材。此類低溫鋼不但可以有效控制溫度，并能確保運輸安全性。

(2)對于硫酸管道選用的材料

在管道材料選擇階段，有關技術施工人員要結合各類材料運輸介質，對管道進行制作，應充分考慮易燃易爆且腐蝕性極高材料的運輸，要避免發生安全問題及不良事故。對高濃度類的硫酸，要具有一定的管理要求。有關技術施工人員應合理把控管道內外壓力與溫度。如在硫酸類運輸管道之內，其溫度要保持控制在25℃左右，該類材料應符合相應標準壓力水準。要長期保持到0.25MPa壓力之下，能承受1.6mm蝕時的處理。一旦普通鍍鋅鋼管作為運輸硫酸性管道類材料，需要在運輸過程保持一定的硫酸溫度。同時應維持硫酸運輸穩定速度來完成。一旦硫酸流速度過快，在不均勻速率狀況應用時會出現不通暢。要將硫酸存儲在冷鐵器皿過程中，鐵器皿不易腐蝕。

此外，硫酸一旦遇到冷鐵，在高密度類的復合器具表面上會形成相應的空氣氧化膜，會更好的避免硫酸腐蝕鍍鋅鋼管。當管道中的硫酸流動過快或是不均勻時，硫酸的溫度會發生一定的變化，應盡量避免高溫因素發生化學反應。最佳溫度可以更好的保證硫酸穩定運送的速度和實現管道均速運輸的目的，且硫酸還能夠在低溫鐵制類的管道中長時間被儲存。在該類管道中，其能夠產生氧化膜，并附著在表面，可以避免管道運輸階段硫酸液體與鐵制管道出現腐蝕。如果在運輸管道過程中，硫酸液體其速度處于時快時慢的狀態時，極易造成管道內外失衡，使得兩者之間的接觸出現持續性的腐蝕問題。此外，我們應結合管道內硫酸類材料的特殊性，不能過于控制液體流速，在管道制作和設計過程中，當運輸濃度較高且溫度較低的硫酸時，我們要選擇碳鋼進行制作，而在高溫作用下時，要盡量選擇鑄鐵作為主要的管道制作材料，在低濃度類的硫酸輸送過程中，可以選擇塑料類的材料作為管道材料，保證管道中硫酸運輸時其化學性和溫度能夠更加穩定，從而避免安全問題的發生。

(3)對于鹽酸管道選用的材料

在高濃度類的鹽酸材質運輸過程中，要盡量選取聚丙烯管道材質，該類材料具有一定的防腐性，可以更好的把持管道內外環境壓力的穩定性，同時在鹽堿不穩定的環境下，能夠更好的保證管道內外的壓力。在選擇聚丙烯管道材質時，不易斷裂還能夠更好避免液體外流，其還具備密度小，自重要輕便，便于人們搬運與施工等特點。在耐久度與應用功能方面，聚丙烯更具備耐用性，該類材料成本低，可以進行購買與應用。但該類材料容易老化，一旦受到來自外界因素的影響，就會降低材料自身的功能。

(4)氧氣類介質管道材料

輸送介質作為氧氣時應重視氧氣壓力和流速，以及溫度等方面參數，選取最佳的管材類型。而在一般情況下，還應運用碳鋼或是不銹鋼等材料。此外，氧氣是阻燃物，在其與環境氣體進行混合后，銅鼓壓力作用極易發生爆炸等各類問題，所以，我們要不斷強化和重視氧氣管道各類材料的選擇。造成各類管道中發生氧氣爆炸的主要因素就是流速和壓力。所以，在壓力較低狀況下時，要選取碳鋼類材料，而在壓力過高時應選擇不銹鋼類材質。

(5)其它特殊介質運輸管道材料地選用

在化工生產工作環節常牽連到很多特殊類介質，其自身的性能也有很大不同，應選擇具有針對性且理想化的材料，并契合各類材料運輸的要求。如部分非金屬類管道材料的應用尤為重要，在當前PP管道材料的應用中體現了很強的使用價值，能夠確保各類化學管道材料的合理性和穩定性，從而避免出現壓力或是溫度因素影響出現安全隱患，而在挑選非金屬類材料時要重點分析和考慮化學材料會出現各類化學反應。

3.結束語

總之，現階段，化工產業備受我國各方面的關注，該行業主要致力于可以提供更為完善化工材料，其優化設計可以提升生產工作效率。其管道材料直接影響化工工程建設質量，同時還應關注管道材料優化設計工作，綜合考慮各類因素，確?；すこ虄灮O計工作的牢固性，從而提高化工產業的健康發展。