化工工艺管道设计安装维护研究

2021-01-08陈秀玉

化工设计通讯 2020年12期

陈秀玉

（神华工程技术有限公司安徽分公司，安徽合肥 230009）

化工工艺管道作为化工生产的重要组成部分，发挥着关键作用，主要是指为了满足一定的生产需要接连而成的管道。化工工艺管道无论是在前期的设计方面还是在后期的安装维护方面，都是一项比较繁杂的工作，涉及的内容比较多，需要掌握其关键技术，运用科学有效的管理手段，确保每个环节的实施质量，为相关工作的有序开展提供保障。

1 工艺管道设计以及安装维护现状

工艺管道在石油化工生产中扮演着重要的角色，其功能地位是不可撼动的，设计以及安装的合理性对设备的使用状况以及运行效率来说都是十分关键的。工艺管道的设计优化需要建立在装置工艺设计理念的基础上，基于此，工艺管道设计在一定程度上容易受到工艺设计的影响，在实际的设计环节，需要和工艺设计思路达成一致，并且后期的安装维护工作也是十分重要的。如果安装质量控制不到位，施工人员以及后期的维护人员责任意识不强，都会埋下严重的安全隐患，危及作业人员的健康以及管道的使用寿命，无法发挥工艺管道的实际效用。从目前的情况来看，一些化工企业缺乏工艺管道维护方面的知识，再加上一味追求经济效益，为了最大限度控制成本投入，工艺设计并不完整，或者是直接照搬其他企业，而没有充分结合自身的实际情况，工艺管道设计存在不合理的情况，安装质量也没有得到很好的控制，后期维护更是流于表面，安全隐患较大。甚至有些化工企业明知道化工管道的重要性，却未严格遵守有关的消防要求以及安全方面的具体规定，存在侥幸心理，这样怠慢的态度会直接体现在工艺管道的设计上，导致管道设计不合理，一旦发生紧急情况，就会束手无策，缺乏有效的预警机制以及应对措施，不利于化工企业的长足发展。

2 工艺管道设计

2.1 工艺流程设计

工艺流程设计可以作为管道设计的核心内容和重要的参考依据，对发挥设计功能具有促进作用。因为化工企业的特殊性，所以对工艺管道的设计尤为重视，在设计的最初阶段，要结合企业的业务特点以及发展现状，将各方面的因素充分考虑进去，进行综合考量，例如地形、空间等因素，在此基础上进行针对性的设计，不断优化工艺流程[1]。同时还要考虑管道设计的经济性，尽可能选择流程简化、技术领先，并且可以满足安全环保要求的工艺。只有这样，才能在确保产品生产质量的同时，对工艺管道设计进行不断优化升级。另外，针对工艺流程设计必须要严格遵循相关的技术要求和法律法规，在保障管道运行效率的基础上增设防爆、消防以及应急疏散等安全设施。

2.2 工艺设备的科学布置

工艺管道是最重要的工艺设备之一，工艺设备在实际的布置阶段不仅要考虑设备关系要素，还要参考管道和工艺设备的内在联系，树立全局观念，科学规划，统筹布局。只有这样，才可以让工艺系统布置变得更加顺捷流畅，给后期的生产、控制以及维护提供便利条件。在进行设备的布局时，针对工艺管道要留出足够的安装空间，制定明确的施工标准。作为设计人员要不断提高自身专业素养，运用先进的设计软件，充分了解相关的介质特性，例如温度、压力以及物质是否存在危害性、可否易燃等[2]。同时掌握管道的特点，要明确管件的具体控制要求，科学规划管距等。将上述内容作为管道设计的基础以及有力保障，为发挥工艺设施功能创造有利条件。

如果在工艺设备布置环节，没有将管道布置空间预留充足，那么管道安装将会比较被动，设备间的协调关系将会被破坏，工艺管道的安装质量将无法保证，甚至还有可能出现安装和维护不便等矛盾，管道设计的价值得不到体现，功能无法有效发挥。无论是工艺设备布置还是管道布置都需要按照一定的操作流程和技术规范，对布置空间进行科学安排。

2.3 安全性设计

安全性设计是工艺管道设计必须要遵循的基本原则，因为工艺管道用途的特殊性，工艺管道设计必须可靠和安全，并且还要便于操作和日后的维护。在管道的选材上要严把质量关，确保管件和阀门等配件的使用性能，机械强度要满足实际的管道设计需求，并且对管道使用期限也要严格控制，无论是管道设计还是制造安装都要和国家现行标准匹配。与此同时，设计工艺管道还要将抗震、抗裂、失稳等问题考虑进去，确保管道设计的科学性以及合理性，提高管道设计水平，确保工艺管道的使用性能以及运行效率，为了更好面对上述问题采取针对性的安全措施。在工艺管道上需要安装性能较好的安全阀以及防爆膜等，这些安全防护措施是必不可少的。另外，检查仪表以及报警装置也是十分重要的。在工艺管道体系中，应力管线是重要的构成内容，在设计阶段，需要采取必要措施将内部残余应力有效排除，常见的方法有安装“π”形补偿器，除了这种方法外，还可以通过加装膨胀节等手段来实现。如果工艺管道是专门输送一些高危险介质，在其线路规划时要尽可能避免人群集中的地方，同时多个管道汇集处要留足距离。

2.4 合理性设计

因为工艺管道需要承受不同的压力和温度，再加上连接点众多，这给工艺管道设计带来了不小的难度。工艺管道设计是一项比较复杂的工程，涉及的内容比较多，需要结合各方面的条件，在设计上要求比较严苛。特别是管道连接点的相关设计，需要严把设计质量关，确保连接点设计的合理性。泵周围管线也是设计的重要内容，为了保证泵周围管线的设计效果，需要对偏心管进行精细化设计，使其满足实际的使用需求，设计的原则和目标是要确保泵的运行顺畅，从而体现出设计的合理性。当管道直径出现变化时，会破坏气体聚集的规律，导致气蚀现象发生。基于此，在进行泵口管道安装时，为了确保管道安装质量，可以采用顶平安装的方法，并在此基础上搭配使用排液阀，确保泵的安全。值得注意的是，泵口管道支架在选择上要尽可能使用可调式，因为泵从结构原理上分析属于一种回旋机械，因此在实际的应用中，泵口对管道会产生一种推力作用，导致轴发生偏移，如果不采取有效措施进行控制，那么管道的使用安全便无法保证。基于这样的情况，需要在设计阶段，针对这方面的问题进行泵口受力优化，将受力控制在一个可控范围内。

除此之外，管道阀门设计也是一项十分重要的内容，管道设计中会使用到很多阀门，为了确保阀门设计的合理性，并且每个阀门都可以发挥出实际的作用，需要先进行采样点了解，在阀门的选择上要尽量选择位于主管线的阀门，在采样阶段，要尽可能避免接触死角位置，确保样品质量。另外，管架与管道存在着密不可分的关系，管架的设计质量直接关系着管道的设计水平，如果管架设计不合理，和实际要求不符，就会影响管道正常运动，甚至损坏管道。不仅会造成资源浪费，还会缩短管道的服役时间，影响运行效率。因此，在实际设计环节，要将管架和管道间的位移因素考虑进去，尽可能减少位移，将位移距离控制在合理范围内。在常见的蒸汽管道中，通常情况下，都会存在排水小管，如果支架位置设计得不合理或者是安装不当，那么弹簧移动就会受到影响。在这样的情况下，管道的热应力将无法消散，势必会埋下严重的安全隐患，导致设备严重受损。基于此，在实际的设计环节，可以将支架安装在主管上，这样设计的目的是为了可以让支架和管道一起移动，将两者间的位移有效控制。同时管架的科学设置，也可以在一定程度上起到避免资源浪费的作用。

3 工艺管道的安装与维护

3.1 安装要点

3.1.1 阀门的安装

阀门安装要考虑到日后更换的问题，因此在安装时阀门要尽可能安装在便于操作的地方。阀门水平安装要确保阀杆的方向不得朝下，针对一些重量比较大的阀门，可以通过起吊的方法进行安装。另外，在安装阀门时，要适当错开安装，缩短管道间距。值得注意的是，和一些高危险介质管道连接的阀门不可以采用链轮操纵的方法。关于消防处理阀的安装，需要遵循操作安全的原则，既要确保阀门可以发挥应有的效用，又要便于操作。最好的方案是采用分散布置的方法，将其安装在控制室后，即使突发安全事故，也可以方便人员操作。在没有特殊要求的情况下，水平管道上安装的阀门切记不能垂直向下安装。

3.1.2 泵的安装

安装泵的时候，要充分考虑到防火等要求，结合物料性质进行合理布置。双排泵布置时，要提前预留检修通道的位置，并且要确保通道的空间足够，不会对检修造成影响。值得注意的是，泵基础和地面的距离要合理控制，以大于100mm 为宜。泵的吸入管在长度上要科学设计，不宜过长，如果过长很容易出现折弯。在泵出口管道位置需要安装止回阀，止回阀的作用是防止流体倒流，因为流体倒流很容易导致叶轮出现倒转，从而使泵损坏。如图1所示。

图1 止回阀示意图

3.1.3 压缩机的安装

在进行压缩机安装时，要尽可能避免弯头出现，同时为日后的检修创造条件。在实际安装中，压缩机管道不应该太高，在此基础上需要有支架进行保护支撑，避免管道振动，影响管道的安装效果。当基础较高时，为了确保安装质量，可以设置操作平台，在没有特殊情况的前提下，如果使用的是可燃气体压缩机，要将其安装在露天环境中。如图2所示。

图2 压缩机原理示意图

3.2 维护要点

3.2.1 设置安全装置

因为化工工艺管道经常需要输送一些高危介质，所以安全装置十分重要。针对一些带有爆炸可能的输送管道，要加强防护，配备惰性介质

保护装置；针对火灾危险系数较大的管网系统，要安装报警装置，自动检测可燃气体浓度，一旦超出标准数值，要及时发出警报。另外，当发现火险隐患时，可以通过水喷淋等灭火装置对火险隐患及时扑救。

3.2.2 采取必要的防腐措施

化工管道维护必要的防腐措施是必不可少的，因为化工工艺管道需要输送大量的腐蚀性介质，所以在管道的维护阶段，要采用涂层防腐或者是电化学防腐等有效措施对管道进行防腐处理，延长管道的服役时间。就目前的防腐手段来看，在众多的防腐措施中，涂层防腐使用频率最高，应用较为广泛。在实际工作中需要对管道的受腐情况进行定期检测，确保管道的运行状态，针对一些地下管线，一旦发现存在腐蚀情况要及时修复，避免腐蚀范围扩大，如果情况比较严重，就要考虑重新更换腐蚀位置管道。

3.2.3 管道残余应力要做到有效消除

管道残余应力消除是非常重要的一个步骤，不容忽视。为了防止管道出现振动的情况，可以借助减振装置，并在此基础上增加柔性设计，以此来达到避免振动的目的。因为热应力具有超强的破坏作用，因此为了减小这种破坏作用力，可以通过膨胀节对管道应力进行削弱，并且加设管弯，从而改变管道走向，或者是采用保温的手段，将管道残余应力有效消除。

3.2.4 规范安全操作

在实际的生产环节，为了维护好工艺管道，确保管道的使用性能，必须要严格要求物料的输送温度以及流速等，保证相关的工艺参数符合实际操作条件，维护管道的稳定性。特别是针对输送可燃物质的管道，无论是液体管道还是固体管道，都要严格控制输送温度，降低安全隐患的发生概率，输送温度要低于对应的工艺值。在生产的关键部位，例如热炉口、塔底部以及高温机泵等，在这些位置的进出口管道危险系数更高，要特别重视。除了一些可燃介质外，还有一些冷却介质也需要注意，输送管道要达到冷却介质的一定供给量，防止介质输送中断，在条件允许的情况下，可以通过双路水源（电源）进行控制，采用这样的手段可以防止出现超温或者超压的现象，产生恶性循环。另外，还要对管道存留的污垢以及沉淀物等进行及时清理，严禁使用铁质用具，因为铁质用具在实际的生产中很容易产生火星，极易引爆易燃易爆物质，造成安全事故。总而言之，化工工艺管道因为长时间与高危介质接触，如果其安装质量不达标，就会严重威胁作业人员的身体健康，与此同时还会给环境造成不小的压力，所以在设计环节应该把各种潜在因素考虑进去，确保安装质量和维护效果，保证其平稳运行。