探析石油化工中管道设计应注意的事项

探析石油化工中管道设计应注意的事项

刘长斌 姚树华

中海油安全技术服务有限公司 , 天津市， 300451

摘要：在石化管道的设计中，影响因素较多。石化管道是一种特殊的输送材料，其在石化装置中的地位不可低估，根据其应用和工作条件的不同而不同，其管道类型也是五花八门。一个好的管道设计，既要考虑管道布置、应力分析、吊架选择、材料选择等，还要考虑到现场的建设和材料的购买。因此，在石化管道的设计中，应全面考虑其影响因素和应注意的问题。

关键词：石油管道；应用；管道类型；影响因素

引言：随着经济的迅速发展，石油化学工业的发展迅速，目前，石化工业已成为国民经济的支柱产业。但目前，石油化工管道机械损坏、腐蚀、密封失效等问题时有发生，对人民的生命和财产构成了巨大的威胁。所以，在石化行业中，必须注意管道的设计。

1.影响石油化工管道设计的因素

1.1腐蚀方面的影响

腐蚀是指管道周边的介质发生化学反应，从而对管道的安全产生不利的影响，由于各种材质的复杂和变化，会对管道的腐蚀程度有很大的影响，再加上大多数管材自身的缺陷，使得管道的腐蚀在某种程度上无法预测和控制。

1.2密封方面

目前石化管道的密封方法有两种，一种是管法兰密封，一种是阀门密封，两者都可以有效地避免管道的腐蚀和渗漏，从而确保管道的安全，一旦发生位移，就会影响到法兰的密封效果，从而影响到管道的安全。此外，阀门泄漏分为内外泄漏，若阀门和法兰泄漏，将会造成难以预计的严重后果。因此，必须采取相应的预防措施，以避免泄漏，从而保证石化设备的安全。

1.3物理损伤方面

原油管道的物理损伤有两种，一种是由于低温造成的脆性断裂，另一种是由于高温造成的失效，当管道的温度比它的脆性转变温度低时，很容易使管道的冲击韧性降低，进而造成管道的断裂，而在高温环境中，由于管道的材质会发生恶性的改变，造成管道的脆化和软化，造成管道的变形、损坏、断裂，对管道的安全造成极大的威胁。

2.化工设计中的管道材料选用的分析

2.1低温管材的选用

在化工管道的选材上，也要考虑到温度的问题，在-20~-196℃时，要根据不同的实际温度，选用不同的材料。如果是-20-40摄氏度的高温下，就不能采用碳钢管。在-40~-70℃的条件下，不能选用低合金钢管。在-70摄氏度以下，合金钢管是不能选用的。一般说来，在低于0℃时，铁素钢管的韧性会显著下降，而脆性也会随之升高。为了确保化工原料的安全输送，应充分考虑管材的耐冷性。

2.2高温管材的选用

有些化学制品处于高温环境中，因此输送管道必须具有很好的耐高温性能。在化工管道的设计中，选用的高温材质应从以下几个方面入手：（1）管材在不同的温度条件下，屈服强度的反比关系以及塑性的正比关系。（2）随着时间的流逝，管道材料力学性能和载荷强度的变化。（3）管材在不同温度下拉伸强度的幅度。（4）由于温度的改变，管道材料的腐蚀性改变。在化学生产中，当温度达到350℃时，就进入了高温状态。在这种条件下，管材必然会被腐蚀。因此，在选用其高温环境下的管材时，必须对其耐蚀性能有一定的要求。一般高温钢管也有一定的耐热极限，比如碳钢，但是超过425℃时，很容易出现石墨化现象，所以为了避免这种现象，需要添加适当的合金元素，提高碳钢的耐热性能。另外，还可以选用铝质镇静钢、沸腾钢等，以提高化工管道的使用安全性。

2.3特殊介质管材的选用

（1）选择塑料内衬材料。在化工产品的制造过程中，应保证在120摄氏度以下的环境下，输送化学品的管道塑料内衬。在内衬材料方面，聚四氟、聚丙烯等是其主要原料。有关的设计者在选用原料时，也要将其应用环境考虑在内，以避免在苯的溶媒中使用。（2）选择碱性溶液管道。在选用苛性钠管时，必须考虑到腐蚀介质和拉应力的双重作用，如果选用不合适的管道，很有可能会发生断裂。为了确保化工产品的安全性，应对其进行适当的温度和浓度控制。（3）选择硫磺管道。由于化工行业中的硫酸盐具有很强的腐蚀性，因此在输送过程中应选用耐腐蚀性能好的输送管道。总之，在95%~98%的硫酸溶液中，管路的温度应该控制在20℃左右，压力在1.6 Pa左右。管道的耐蚀性应达到1.5。硫酸亚铁在输送硫酸盐时，其碳钢管的耐腐蚀性能取决于硫酸亚铁的保护薄膜。因此，必须保证所输送的硫酸的流量在一个合理的范围之内，以保证其完整和不被破坏。同时，在不同的温度下，采用不同的输送管材质，要视具体情况而定。

3.石油化工中管道设计应注意的事项

3.1塔的管道设计

3.1.1布置分馏塔和汽提塔的管道

在安装塔和容器管道时，要综合考虑到介质的特性，然后再进行设备的安装和设计。分馏塔管道、汽提塔管道和流罐管道的布置，一般都是在汽提塔和分馏塔之间安装一个调节阀，这样可以保证阀门在气提塔和分馏塔之间的位置上，这样既能保证阀门的液柱，又能满足设计的需要，也能更安全。

3.1.2设置热旁路

热旁路的作用是控制于分馏塔塔顶部的大量压力，在进行控制时，热旁路的隔热性能要好很多，同时也可以防止液体滞留在防水袋上，防止液体积聚，同时也可以在回馏罐的上端安装一个调节阀，这样可以达到更好的效果，而且冷却器的高度不能超出回馏罐的高度。

3.2设计泵线管道

3.2.1使用泵入口离心异径管

为了保证水泵正常工作，必须合理地设计泵吸管。当泵进管系统内管径发生改变时，应注意在设置泵进口变径管时，要注意使气体不会聚集在变径位置，从而有效地阻止了安装的影响，使其不会发生空化。在设置水泵在水平进口处时，要选用偏心的异径管，对于这种偏心的异径管，最好是采用顶安装，并在底部位置增加排气阀门。

3.2.2设置泵入口直管段

当液体通过管道进入泵口的时候，如果叶轮中有旋涡和偏流，那么，就会影响到流体的平衡，从而影响到泵的扬程，从而导致泵的工作效率下降，从而降低泵的使用寿命。在设计管道时，可以利用在进入水泵之前的直管段来控制泵的效果，使然水泵的型式不正确，则吸气口对直管也有很高的要求。如果是从侧面抽吸，那么在完全抽吸之前，必须要长到三倍以上。另外，双吸式离心泵也是如此，为了有效地控制水平离心泵的空化现象，必须对双向抽吸模式进行严格的控制。在抽吸管与泵轴平行的情况下，抽吸管前端应该有七倍直径的直管。在进水口管道与泵轴垂直的情况下，弯头、大小头和阀门均可视为直管段。

3.3冷换设备的管道设计

3.3.1设备检修和操作空间

管壳式换热器不管是分列或集中排列或分开排列，其管路布局应注意：不影响管箱末端抽出管束的空间，且不影响管箱与壳程头盖法兰侧的可拆卸空间。换热器的管路布局应该便于操作和维护，同时不影响运行和检修通道的畅通。配有阀及调整阀的管路，必须在换热器工作通道附近，并与装置平行设置。在换热器附近的管道上，如温度表、阀门等的管件，应该设置在接近通道的地方，以方便使用和观察，并与换热器设备法兰、筒体保持一定的距离。

3.3.2管道热应力

一般情况下，换热器固点设在管箱末端，与管口相连的管口应充分考虑热膨胀引起的热变形。冷换装置的管道不能让管子受到太大的压力和热膨胀。当出现温度较高的管路时，管路外形应具有适当的热补偿功能，并可采用适当的固定托架和适当的引导架，使其不会集中于管嘴。

结束语

在工艺管道的设计中，设计者要认真地、详细地分析生产要求、工艺意图等，并将工艺管道的设计理论与自身的实际工作结合起来，以确保工艺设计的科学性和合理性。如果在设计时遇到突发状况，要根据实际情况进行分析，在理论支撑下进行相应的调整，使自身的设计水准得到改进和完善。

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