化工工程設(shè)備管道與材料優(yōu)化設(shè)計研究

張灤育

（河北 唐山 063000）

化工工程是一項復(fù)雜特殊的工程，所生產(chǎn)的物品能夠給居民生活帶來巨大的便利。但化工工程同時又是典型的技術(shù)密集型工程，操作人員需要具備極強的施工工藝和管道材料設(shè)計技術(shù)，這樣才能有效地避免生產(chǎn)中產(chǎn)生有毒物質(zhì)，一旦沒有及時處理這些具有易燃易爆、腐蝕性能的有毒物質(zhì)，那么將會給現(xiàn)場操作人員的身體健康帶來嚴重影響。因此，化工工程技術(shù)人員和設(shè)計人員需要不斷地設(shè)計優(yōu)化方案，以確?；て髽I(yè)能夠順利投產(chǎn)、設(shè)備管道安全可靠地運行，從而使化工企業(yè)獲得目標收益?；すこ淘O(shè)備管道設(shè)計中，需要做好材料的布置，明確標準原則和操作方式?；すこ坦艿朗┕ぶ?，需要逐步優(yōu)化設(shè)計方式，嚴選管道材料，確定加工工藝，分析管道設(shè)計中的注意內(nèi)容，實現(xiàn)化工工程管道設(shè)計水平的提升。

一、化工工程設(shè)備管道的布置標準原則

化工工程設(shè)置中，需要按照化工管道的標準布局實施。重視工程工藝設(shè)計與管道布局的規(guī)范管理。依據(jù)基礎(chǔ)管道鋪設(shè)情況，嚴格遵照化工生產(chǎn)工藝實施，集中優(yōu)化設(shè)置方式和操作方案標準，重視設(shè)備管理的布置操作。根據(jù)不同的設(shè)置操作要求，對不同的區(qū)域進行布置。結(jié)合各類輔助設(shè)備材料，分析其中可能存在的不利因素，以提升設(shè)備的安全化管理為要求，避免后續(xù)區(qū)域的不良因素發(fā)生。依據(jù)設(shè)備操作，降低損害。按照整體布局調(diào)整，分析設(shè)備結(jié)構(gòu)操作的整體方式，對設(shè)備整體實施一致化管理。例如，泵管道出口的對齊操作等。盡可能地避免使用化工設(shè)備，有效地節(jié)約土地資源，促進生產(chǎn)化防護管理。

二、化工工程前期勘察設(shè)計的重要性

（一）設(shè)備與管道布置的重要性

在化工工程的設(shè)計過程中，設(shè)備與管道的布置是根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求進行選擇和設(shè)計的，因而設(shè)備的功能、管道與主要設(shè)備和儀表等附件之間的連接關(guān)系等都需要滿足生產(chǎn)工藝流程的需要。此外，由于化工工程生產(chǎn)的特殊性，存在很多危險的化學(xué)物質(zhì)和壓力容器與管道，因此設(shè)備和管道布置又必須滿足安全生產(chǎn)的要求，對不同類型的容器、設(shè)備和管道進行合理的分區(qū)，設(shè)置必要的安全保護裝置和防護設(shè)施。此外，設(shè)備和管道布置的設(shè)計方案還決定了工程的經(jīng)濟性，一方面化工工程中設(shè)備和管道材料的成本在工程的總投資中占據(jù)了很大比例，因而對設(shè)計方案進行必要的優(yōu)化可以有效減少工程的投資[1]。另一方面，設(shè)備和管道布置方案會直接影響工程的施工和后期生產(chǎn)，首先，如果設(shè)備和管道的布置不合理，會造成設(shè)備與管道安裝在技術(shù)上不可行，需要在施工過程中臨時更改設(shè)計，甚至?xí)枰竺娣e變更設(shè)計方案，無疑會延誤工期并變相增加成本支出。其次，設(shè)備與管道布置不科學(xué)會導(dǎo)致工程達不到工藝要求，甚至頻繁發(fā)生故障或存在安全隱患，從而影響化工工程的經(jīng)濟效益。因而，鑒于目前化工企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的擴大以及工藝流程的日益復(fù)雜化，設(shè)備和管道布置變得越來越重要。

（二）管道材料設(shè)計的重要性

在化工工程中，管道是連接各種設(shè)備、儀表以及容器并輸送介質(zhì)的關(guān)鍵設(shè)施，因此不同位置的管道需要接觸具有不同物理形態(tài)、化學(xué)性質(zhì)和相應(yīng)溫度、壓力的介質(zhì)。而由于化工企業(yè)生產(chǎn)所用的原材料、中間產(chǎn)物以及最終產(chǎn)品通常具有較強的腐蝕性，加之生產(chǎn)工藝下的高溫高壓等特殊條件，使管道材料需要具備一定的抗腐蝕性，才能確保生產(chǎn)的安全。此外，化工工程的管道大部分架空布置，加之管道內(nèi)介質(zhì)流動和壓力管道需要承受較大的工作壓力，所以管道材料還要具有良好的物理性能。

三、化工設(shè)備管道安裝問題的主要危害

近年來我國石油產(chǎn)量呈現(xiàn)逐年增加的趨勢，在此背景的前提下，對我國石化管道設(shè)備安裝水平有了較為嚴格的要求，只有科學(xué)有效地保障設(shè)備管道安裝才能保證石油運輸?shù)姆€(wěn)定性，但是在管道設(shè)備進行安裝的過程中，出現(xiàn)的各種問題中最主要的一個就是前期設(shè)計不夠合理，在安裝的過程中，沒有科學(xué)有效的管理工作，直接導(dǎo)致不合理的安裝造成安全事故。如果在管道的安裝中出現(xiàn)問題，就會導(dǎo)致油氣泄漏。一旦石油和天然氣泄漏，不僅會造成經(jīng)濟損失，還會對周圍環(huán)境造成嚴重污染。由于石油和天然氣毒性大，如果擴散到外部環(huán)境中，很容易發(fā)生爆炸，將對工作區(qū)域內(nèi)工作人員的生命財產(chǎn)安全構(gòu)成極大地威脅。因此，有必要做好設(shè)備管道的安裝工作，并在前期對設(shè)備管道和材料進行科學(xué)合理的優(yōu)化設(shè)計。

四、化工工程管道材料的優(yōu)化選配方案

（一）化工管道材料的選配設(shè)計標準

化工管道設(shè)備在布置中，存在各種不確定因素。為了保證化工材料配置設(shè)計的合理、安全，避免各類隱患問題的發(fā)生。需要對管道實際情況進行評估，分析化工制造加工的工藝，其中包含液體、氣體等。分析其加工的工藝特點，可能存在腐蝕性、易燃易爆性等。化工管道材料施工選擇上，需要考慮管道的整體經(jīng)濟價值和加工成本。根據(jù)管道的使用要求，分析化工管道的腐蝕性，結(jié)合加工要求合理地選擇分配。

（二）各類化學(xué)材料的使用分析

乙酸工業(yè)中常常使用鋯元素，其在乙酸管道的腐蝕性小。化學(xué)工程加工中可能在容器、管道泵、接觸裝置中存在?；す懿倪x擇上，鋯的加工工藝需要基于乙酸管道材料為前提，滿足化工工藝的制造條件。碳鋼、合金鋼的加工中，需要使用蒸汽、循環(huán)水生產(chǎn)加工，為了提升耐腐蝕性和穩(wěn)定性水平，需要使用甲醇工藝方式，保證其生產(chǎn)無腐蝕性，保證管道的安全。乙酸、甲烷碘化物均具有強腐蝕性，在化工管道加工中，需要保證化工管道材料的抗腐蝕性和抗耐磨性?？梢圆捎肅-277，對化學(xué)管道材料進行處理，提升化工管道生產(chǎn)加工接觸的合理性。根據(jù)材料加工的特性要求，選擇符合加工工藝標準要求的化學(xué)管道。如果存在強腐蝕性，就需要選擇抗腐蝕性的化工管道材料。如果生產(chǎn)加工產(chǎn)品溫度高，需要選擇抗高溫材料的化工管道。在化工管道生產(chǎn)加工中，需要根據(jù)不同的工藝要求，選配可以滿足不同要求的化工管道。

（三）化工管道的設(shè)計方案

化工管道設(shè)計中，需要重視質(zhì)量水平的優(yōu)化。依據(jù)化工工藝要求，確定管道的抗腐蝕性、抗高溫性、抗壓力性等。管道材料需要選擇無縫連接方式。如果管道的壓力等級為C1，必須使用塑管，而不能使用鑄鐵管、碳化管?；すこ淌┕ぶ?，需要對金屬加工的腐蝕性、溫度等進行研究，做好前期工藝的設(shè)計，保證后續(xù)化工管材選配符合加工要求，降低成本，降低損耗。

五、化工工程設(shè)備管道優(yōu)化設(shè)計建議

（一）設(shè)備優(yōu)化設(shè)計

化工設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計直接影響著化工施工的質(zhì)量。因此，要保證化工設(shè)備的質(zhì)量，就必須從化工設(shè)備的優(yōu)化入手。其中，化工設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計可以從以下幾個方面考慮。第一，化工設(shè)備需要與化工工藝設(shè)計要求相協(xié)調(diào)。在化工設(shè)備的設(shè)計中，有必要明確化工生產(chǎn)流程。根據(jù)生產(chǎn)工藝進行化工設(shè)備的布局。例如，在同一類型的化工設(shè)備布局中，可以采用集中設(shè)計，但要注意化工設(shè)備的位置差異與制定的標準的一致性；二是針對不同的化工設(shè)備進行優(yōu)化設(shè)計?；な褂玫脑O(shè)備主要分為兩大類：主設(shè)備和輔助設(shè)備。主設(shè)備和輔助設(shè)備的布置不一樣，保證設(shè)備位置布置的安全性和合理性，防止化工設(shè)備布置在爆炸區(qū)域。輔助設(shè)備可布置在主設(shè)備的下風(fēng)位置，以滿足其化工生產(chǎn)的需要。第三，在化工設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計中，工作人員也需要將設(shè)備磨損的問題納入其中，在化工設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計中把設(shè)備的維護和保養(yǎng)放在重要的位置。例如，梯子在化學(xué)工程設(shè)備中更常見。梯子的設(shè)計應(yīng)以傾斜為主，更適合化工設(shè)備。第四，化工設(shè)備的設(shè)計需要與化工外觀要求相協(xié)調(diào)，設(shè)備的外觀要保持整潔，從而優(yōu)化運行環(huán)境。例如，化工中使用的泵組需要按尺寸順序排列，以保證泵出水管的一致性，這樣可以最大限度地減少化工生產(chǎn)中錯誤的發(fā)生；第五、化工設(shè)備應(yīng)盡量放置在露天，以保證設(shè)備有良好的通風(fēng)，提高其運行效率。

在化學(xué)工程中，作為一種常見的設(shè)備，布置有很多種，如單排布置、多排布置和結(jié)構(gòu)布置。一般情況下，塔身布置最常用的是單排布置。當管廊一側(cè)有大于或等于2 塔或垂直容器時，可采用中心線對準。如果設(shè)置2 個以上的塔連接平臺，可采用切向?qū)驶蛑行木€對準的方式。多排布置適用于直徑小、體高的塔。這樣可以將塔與平臺連接在一起，提高塔的穩(wěn)定性。連接塔的平臺根構(gòu)件可與滑動導(dǎo)向節(jié)點一起使用，提高了不同溫度下的適應(yīng)性，減少了熱膨脹的影響?？蚣懿贾眠m用于直徑≤1000mm的塔，這種布置方式可明顯提高塔的穩(wěn)定性。與塔相關(guān)聯(lián)的設(shè)備應(yīng)盡量按照相關(guān)工藝流程安排在一個區(qū)域內(nèi)，不同設(shè)備之間應(yīng)形成獨立的操作系統(tǒng)，便于工作人員的維護和管理?；ば袠I(yè)塔的布置如圖1 所示。雙鍋爐的布置及其要求：再沸器也是化工生產(chǎn)中常見的設(shè)備，再沸器的布置應(yīng)注意以下問題，嚴格按照消防規(guī)范要求的加熱塔與塔之間的距離要求再沸器與塔之間的距離；立式再沸器可設(shè)置在塔的一側(cè)，塔可作為支撐，保證立式再沸器與塔之間有一定的高差。以上留出一定的維修空間，方便維修人員；用蒸汽或熱載體加熱的臥式再沸器應(yīng)盡量靠近塔，兩者之間應(yīng)保持一定的高差和距離，以滿足管道布置要求。再沸器吸入管束的一端應(yīng)預(yù)留一定的通道和維護場地，為設(shè)備維護提供方便。

（二）管道優(yōu)化設(shè)計

化工管道的優(yōu)化設(shè)計如下。首先，化工管道的設(shè)計需要嚴格按照既定的化工工藝流程進行。在化工管道的設(shè)計中，工作人員需要進行架空處理，這樣可以在保證管道質(zhì)量的前提下節(jié)省空間。其次，在化工管道的優(yōu)化設(shè)計中，控制管道之間的距離十分重要。例如，有些化工管道有部分表面是凸出的，此類管道之間的距離應(yīng)大于2.5cm，至少2.5cm；第三，在化工管道的優(yōu)化設(shè)計中，要合理安裝管道的位置。管道應(yīng)盡量避免在吊裝孔區(qū)和拆卸區(qū)。一旦安裝在提升孔區(qū)域或拆卸區(qū)域，氣體很容易進入管道頂部。

（三）化工工程材料優(yōu)化設(shè)計中的注意事項

由于化工工程生產(chǎn)和產(chǎn)品運輸過程所接觸的對象大多是化學(xué)物品，具有很強的腐蝕性，所以對于管道的材料有著極其特殊的要求。在管道材料選擇階段，不僅要考慮對管道的影響，還要根據(jù)化工建設(shè)任務(wù)，了解一系列化工設(shè)施的屬性，以保證選擇的材料是能夠?qū)ζ洚a(chǎn)生積極影響的。在化工工程管道材料優(yōu)化設(shè)計中，要結(jié)合材料的屬性，考慮多方面因素，如抗壓性是化工材料的主要屬性，在實際的操作過程中，需要根據(jù)不同的壓強，選擇不同的材料材質(zhì)。若管道中的壓力達到一定級別，就要對整個管道采用連接工藝，并輔之無縫焊接。在管道建設(shè)后期，需要根據(jù)管道材質(zhì)的特殊性，對其進行建設(shè)階段的聲波檢查，防止出現(xiàn)肉眼看不到的裂縫。

結(jié)束語

綜上所述，化工工程設(shè)備制造加工過程中，需要重點對設(shè)備、管材進行合理的選配，保證工作和任務(wù)的順利進行。依據(jù)化工生產(chǎn)的規(guī)范要求，對腐蝕性、有毒有害、高溫高壓等特殊情況進行評估，分析化工工藝加工中需要配置的管材方案。從化工工藝水平分析，重視優(yōu)化化工生產(chǎn)建設(shè)，不斷提升化工加工的施工質(zhì)量管理水平，降低因材料不合理導(dǎo)致化工工藝施工質(zhì)量下降問題的發(fā)生。