化工工程的設備、管道布置與管道材料優化設計

徐龍武

（河北英科石化工程有限公司遼寧分公司，遼寧 沈陽 110004）

化工企業生產是一個危險性大、專業性強的過程，無論是原材料，還是生產工藝均易產生安全問題，因此化工工程的設備、管道的布置和管材選擇的優化設計非常重要。工作人員需了解工藝、原材料，設計出一個切實可行的方案，確?；すこ躺a能如期運行，同時達到預期效果。設備、管道的布置和管材選擇的優化設計還能讓化工企業減少成本投入，更安全、穩定地生產與加工，為企業經濟效益提供保障。

1 化工工程中設備、管道的布置和管道材料設計的重要性分析

1.1 設備與管道布置的重要性

對于一項化工工程設計工作來說，生產工藝是設備與管道布置的選擇依據，也是設計基礎，因此，設備功能、主要設備、儀表之間的關系必須滿足工藝流程。一項化工工程的生產需經過多道工序，所使用設備也較多，其中包括危險性高的化學物質、管道，為保障安全，化工工程的設備、管道布置必須符合安全生產規范，做到分區管理容器、管道，也可以設置相關保護裝置或防護裝置。除此之外，化工工程設備、管道的布置與管材設計對經濟性有直接影響，化學生產工作中，設備、管道的布置直接影響該化工工程的施工進度與質量；設備、管道的成本很高，占據化工工程企業投資額的主要部分，對化工工程有很大影響，如優化設備、管道的布置和管道材料設計即可在保障安全的基礎上，減少投資，提高回報率[1]。

對于化工工程來說，如不能合理地設置管道等設備，就會讓安裝技術失去作用，實際安裝時，工作人員就必須對其進行更改，既延長工期、增加損耗，又增加成本。此外，化工工程設備、管道布置方案不合理會讓該工程工藝達不到標準，進而衍生出相應的安全隱患，對化工工程安全生產與經濟性造成影響?？梢钥闯?，設備、管道的布置與管道材料優化設計對化工工程的重要性[2]。

1.2 材料設計的重要性

管道材料是化工工程安全生產的關鍵因素，以前相關企業忽略管道材料及設計工作，實際生產中，往往產生各種安全問題，影響企業利益?，F階段，相關企業認識到管道材料的重要性以及設備之間不同管道的作用，越來越重視管道材料設計[3]?；て髽I生產環節中，原材料經過加工生產環節形成最終成品。原材料及最終成品均具備腐蝕特性，管道材料需具備抗腐蝕性，加工生產環節的溫度、壓力因素也對管道材料有一定要求，因此，必須重視管道材料設計工作，才能保障生產環節安全[4]。

2 設備、管道布置的一般準則

2.1 設備布置一般準則

設備布置應滿足化工工程生產、工藝等各方面的需求，同時保障生產全過程的安全。第一，化工工程中所使用的設備不同，每一種設備的功能也有所不同，這也代表每一種設備的安全等級也有所差異，化工企業需結合設備功能及安全等級做好分區布置。在化工企業生產過程中，必須保障設備之間、消防通道之間的距離符合標準，同時企業需根據當地氣候特點確定位置關系，杜絕設備引燃等安全問題。第二，化工工程的設備布置設計需考慮工藝流程、空間關系、接口等，無論如何安排空間位置，都必須以工藝為原則。第三，設備布置設計需把該化工工程的技術方案作為主要參考因素。為讓設計方案有效實施，可結合化工生產實際環境進行設計，重點考慮吊裝設備是否可行，預留的維修通道是否合理。第四，設備布置地點應以室外為主。因化工企業生產過程中，極易引發火災或爆炸等事故，而露天環境安裝既有利于設備通風，還能為消防工作提供便利。此外，室外環境還能減少土地使用面積，為化工企業節約成本。第五，設備布置應考慮外觀。如該企業設備整潔、完整、整齊，就能讓工作人員更精準、快速地開展一系列生產工作，還能降低操作誤差。布置相關容器時應根據一定規律或原則，以便工作人員拿取，減少工作失誤[5]。

2.2 管道布置一般準則

化工工程生產需多種不同材料的管道，管道布置需滿足相關規定，并符合生產需求，確保管道與管道之間的距離符合標準。同時，保障各管道科學分布在同一空間內。管道走向、位置等必須符合設備需求，避免因管道錯安、管道口位置錯誤導致生產問題。從空間布置角度看，管道布置要避開建筑物、生產設備等，也要避開吊裝孔，還要避開其他不可跨越的管道。一般情況下，管道距離大于2.5 cm。此外，還需注意固體物料管道布置。該類管道彎曲部分較多，布置時管道工程直徑要大于彎曲半徑，但不得超過彎曲管道半徑5倍[6]。

3 以某化工企業為例分析設備、管道布置優化設計

乙酸又被稱為醋酸，是一種有機化合物，許多化工企業生產都需要乙酸。目前，乙酸多用于農藥、醫藥、化工領域，在食品等其他領域也有應用?；て髽I乙酸生產的設備、管道的布置需注意管口位置、塔的高度等[7]。

該化工企業設備布置時，需把乙酸工藝、生產流程、原理考慮在內，并根據分區布置原則進行布置。該化工企業的乙酸生產流程可分為4步，設備分區工作需結合這4個步驟進行，可設置反應區、精餾區、催化劑區、蒸汽區和中間管廊區，需要注意的是，催化劑區會產生危害身體健康的化學物質，因此設備布置需重點考慮該區域，為保障該區域生產安全，可將其單獨放置在其他區域，把催化劑區與其他區隔離開來。醋酸工藝流程如圖1所示。

圖1 醋酸工藝流程

布置反應區時，需考慮檢查與維修工作以及反應器的操作，工作人員要注意反應器排列的密度，并保障反應器布置在鋼梁上面。在布置蒸汽區時，工作人員要重點考慮明火設備與蒸汽機、蒸汽機與非防爆裝置的距離，蒸汽機開始作業時，工作人員要根據該設備特點，把一部分設備放置在反應區，另一部分設備放在其他區，為后續管道連線提供便利。此外，化工企業生產空間有限，需充分利用可用空間，在靠近道路的位置上，可布置塔，布置時需考慮塔的平臺、梯子等。布置管口時，塔盤流堰的方位與取樣口、回流口、進料口位置息息相關，工作人員應先明確塔盤流堰的方位，確定塔盤流堰方位后，方可開展布置其他管口。設計階段非常關鍵，如該階段關口位置出錯，就會影響后續化工生產，因此必須重視該項工作。布置塔時，成品塔、脫水塔和脫氫塔是最重要的因素，3個塔的直徑都應大于100 cm，一般情況下，化工企業成品塔、脫水塔和脫氫塔的布置工作需脫離框架，而塔間距也需從多方面考慮，從塔的高度考慮，工作人員需結合工藝流程、操作要求及設備，確保樓層高度在60 cm。從管口角度考慮，塔的間距要不小于80 cm，3個塔的周圍空間均大于100 cm?；て髽I的再沸器均為立式，從安全生產角度看，要縮短再沸器與管道線的距離，如工作人員要縮短距離，需挪動再沸器，讓其靠近塔。完成設備布置后，工作人員需進行管口布置，布置的重點是管口方位，實際布置中工作人員要先了解乙酸生產的流程、所用設備結構，并以此為基礎，再結合塔的結構設計方案。通常情況下，化工企業會將脫水塔、成品塔放在一起，其主要原因是這2個塔高度相差不多，將二者布置在一起時，塔已在框架內，無需單獨設置平臺[8]。

4 管道材料優化設計

4.1 管道材料和適用范圍

由于化工生產中工藝、壓力、溫度等有所不同，所使用的材料也有很大差異。針對此類問題，我國已發布相關標準。在已有的標準基礎上，工作人員可結合自身企業實際情況對管道材料的直徑、長度等各個參數進行計算，對照選擇適合的材料?；どa的鋼管適用范圍如表1所示?，F階段，我國化工企業常用的管道材料還有復合型管材、玻璃等，此類材料更耐腐蝕，化工企業可根據工藝、原材料特性等選擇適合的管材[9]。

表1 鋼管適用范圍

4.2 管材優化設計

現階段，我國大多數化工企業均以性能、使用壽命為重點，選擇適合的管材，使用最多的管材有低合金鋼、碳素鋼和不銹鋼。從安全生產角度看，化工企業的管材選擇必須考慮鋼板厚度、剛度、結構。如該化工企業所使用的鋼板厚度小于0.8 cm，就應選碳素鋼板[10]。如化工企業管道強度較高，就必須根據壓力、溫度等進行選擇?；て髽I生產時會產生壓力，由于企業所使用原材料、工藝均有不同，對管道要求也有所不同。如管道需承受C1 級壓力，建議選擇鋼管，切勿使用鑄鐵、碳素鋼。從企業角度看，可參考鑄鐵或碳素鋼市場價格，選擇價格低廉質量最優的管材，達到安全生產與擴大經濟效益的目的。需要注意的是，化工企業生產過程中容易泄漏有毒氣體或物質，盡量選擇無縫管材確保工作人員及生產環節安全。如該化工企業生產過程需使用具有腐蝕性的材料，就不應選擇金屬管材，以防發生安全事故。由此可知，化工企業選擇管材需從2方面考慮：一方面，必須考慮鋼材是否實用，只有實用性較強的鋼板才能滿足生產需求，同時保障生產安全；另一方面，需考慮鋼材成本，只有鋼材成本符合預期，才能為化工企業帶來利潤，從而推動企業長遠發展?？傊?，化工企業生產過程中，管材發揮重要作用，應綜合考慮選擇適合的管材，保障安全生產，為化工企業帶來更多利潤[11]。

5 結 論

針對化工企業生產的安全問題和經濟性，工作人員應結合生產工藝、原材料特性、生產實際等布置設備和管道，并選擇適合的管材，以保障其耐腐蝕性、抗高溫性。生產過程中，原材料、生產環節均易產生有害物質，工作人員需了解生產工藝、管材特性，并在安全生產的基礎上，優化設計設備、管道的布置和管材，讓化工企業安全生產的同時，提高經濟效益。