化工工程的设备、管道布置与管道材料优化设计

徐龙武

（河北英科石化工程有限公司辽宁分公司，辽宁 沈阳 110004）

化工企业生产是一个危险性大、专业性强的过程，无论是原材料，还是生产工艺均易产生安全问题，因此化工工程的设备、管道的布置和管材选择的优化设计非常重要。工作人员需了解工艺、原材料，设计出一个切实可行的方案，确保化工工程生产能如期运行，同时达到预期效果。设备、管道的布置和管材选择的优化设计还能让化工企业减少成本投入，更安全、稳定地生产与加工，为企业经济效益提供保障。

1 化工工程中设备、管道的布置和管道材料设计的重要性分析

1.1 设备与管道布置的重要性

对于一项化工工程设计工作来说，生产工艺是设备与管道布置的选择依据，也是设计基础，因此，设备功能、主要设备、仪表之间的关系必须满足工艺流程。一项化工工程的生产需经过多道工序，所使用设备也较多，其中包括危险性高的化学物质、管道，为保障安全，化工工程的设备、管道布置必须符合安全生产规范，做到分区管理容器、管道，也可以设置相关保护装置或防护装置。除此之外，化工工程设备、管道的布置与管材设计对经济性有直接影响，化学生产工作中，设备、管道的布置直接影响该化工工程的施工进度与质量；设备、管道的成本很高，占据化工工程企业投资额的主要部分，对化工工程有很大影响，如优化设备、管道的布置和管道材料设计即可在保障安全的基础上，减少投资，提高回报率[1]。

对于化工工程来说，如不能合理地设置管道等设备，就会让安装技术失去作用，实际安装时，工作人员就必须对其进行更改，既延长工期、增加损耗，又增加成本。此外，化工工程设备、管道布置方案不合理会让该工程工艺达不到标准，进而衍生出相应的安全隐患，对化工工程安全生产与经济性造成影响。可以看出，设备、管道的布置与管道材料优化设计对化工工程的重要性[2]。

1.2 材料设计的重要性

管道材料是化工工程安全生产的关键因素，以前相关企业忽略管道材料及设计工作，实际生产中，往往产生各种安全问题，影响企业利益。现阶段，相关企业认识到管道材料的重要性以及设备之间不同管道的作用，越来越重视管道材料设计[3]。化工企业生产环节中，原材料经过加工生产环节形成最终成品。原材料及最终成品均具备腐蚀特性，管道材料需具备抗腐蚀性，加工生产环节的温度、压力因素也对管道材料有一定要求，因此，必须重视管道材料设计工作，才能保障生产环节安全[4]。

2 设备、管道布置的一般准则

2.1 设备布置一般准则

设备布置应满足化工工程生产、工艺等各方面的需求，同时保障生产全过程的安全。第一，化工工程中所使用的设备不同，每一种设备的功能也有所不同，这也代表每一种设备的安全等级也有所差异，化工企业需结合设备功能及安全等级做好分区布置。在化工企业生产过程中，必须保障设备之间、消防通道之间的距离符合标准，同时企业需根据当地气候特点确定位置关系，杜绝设备引燃等安全问题。第二，化工工程的设备布置设计需考虑工艺流程、空间关系、接口等，无论如何安排空间位置，都必须以工艺为原则。第三，设备布置设计需把该化工工程的技术方案作为主要参考因素。为让设计方案有效实施，可结合化工生产实际环境进行设计，重点考虑吊装设备是否可行，预留的维修通道是否合理。第四，设备布置地点应以室外为主。因化工企业生产过程中，极易引发火灾或爆炸等事故，而露天环境安装既有利于设备通风，还能为消防工作提供便利。此外，室外环境还能减少土地使用面积，为化工企业节约成本。第五，设备布置应考虑外观。如该企业设备整洁、完整、整齐，就能让工作人员更精准、快速地开展一系列生产工作，还能降低操作误差。布置相关容器时应根据一定规律或原则，以便工作人员拿取，减少工作失误[5]。

2.2 管道布置一般准则

化工工程生产需多种不同材料的管道，管道布置需满足相关规定，并符合生产需求，确保管道与管道之间的距离符合标准。同时，保障各管道科学分布在同一空间内。管道走向、位置等必须符合设备需求，避免因管道错安、管道口位置错误导致生产问题。从空间布置角度看，管道布置要避开建筑物、生产设备等，也要避开吊装孔，还要避开其他不可跨越的管道。一般情况下，管道距离大于2.5 cm。此外，还需注意固体物料管道布置。该类管道弯曲部分较多，布置时管道工程直径要大于弯曲半径，但不得超过弯曲管道半径5倍[6]。

3 以某化工企业为例分析设备、管道布置优化设计

乙酸又被称为醋酸，是一种有机化合物，许多化工企业生产都需要乙酸。目前，乙酸多用于农药、医药、化工领域，在食品等其他领域也有应用。化工企业乙酸生产的设备、管道的布置需注意管口位置、塔的高度等[7]。

该化工企业设备布置时，需把乙酸工艺、生产流程、原理考虑在内，并根据分区布置原则进行布置。该化工企业的乙酸生产流程可分为4步，设备分区工作需结合这4个步骤进行，可设置反应区、精馏区、催化剂区、蒸汽区和中间管廊区，需要注意的是，催化剂区会产生危害身体健康的化学物质，因此设备布置需重点考虑该区域，为保障该区域生产安全，可将其单独放置在其他区域，把催化剂区与其他区隔离开来。醋酸工艺流程如图1所示。

图1 醋酸工艺流程

布置反应区时，需考虑检查与维修工作以及反应器的操作，工作人员要注意反应器排列的密度，并保障反应器布置在钢梁上面。在布置蒸汽区时，工作人员要重点考虑明火设备与蒸汽机、蒸汽机与非防爆装置的距离，蒸汽机开始作业时，工作人员要根据该设备特点，把一部分设备放置在反应区，另一部分设备放在其他区，为后续管道连线提供便利。此外，化工企业生产空间有限，需充分利用可用空间，在靠近道路的位置上，可布置塔，布置时需考虑塔的平台、梯子等。布置管口时，塔盘流堰的方位与取样口、回流口、进料口位置息息相关，工作人员应先明确塔盘流堰的方位，确定塔盘流堰方位后，方可开展布置其他管口。设计阶段非常关键，如该阶段关口位置出错，就会影响后续化工生产，因此必须重视该项工作。布置塔时，成品塔、脱水塔和脱氢塔是最重要的因素，3个塔的直径都应大于100 cm，一般情况下，化工企业成品塔、脱水塔和脱氢塔的布置工作需脱离框架，而塔间距也需从多方面考虑，从塔的高度考虑，工作人员需结合工艺流程、操作要求及设备，确保楼层高度在60 cm。从管口角度考虑，塔的间距要不小于80 cm，3个塔的周围空间均大于100 cm。化工企业的再沸器均为立式，从安全生产角度看，要缩短再沸器与管道线的距离，如工作人员要缩短距离，需挪动再沸器，让其靠近塔。完成设备布置后，工作人员需进行管口布置，布置的重点是管口方位，实际布置中工作人员要先了解乙酸生产的流程、所用设备结构，并以此为基础，再结合塔的结构设计方案。通常情况下，化工企业会将脱水塔、成品塔放在一起，其主要原因是这2个塔高度相差不多，将二者布置在一起时，塔已在框架内，无需单独设置平台[8]。

4 管道材料优化设计

4.1 管道材料和适用范围

由于化工生产中工艺、压力、温度等有所不同，所使用的材料也有很大差异。针对此类问题，我国已发布相关标准。在已有的标准基础上，工作人员可结合自身企业实际情况对管道材料的直径、长度等各个参数进行计算，对照选择适合的材料。化工生产的钢管适用范围如表1所示。现阶段，我国化工企业常用的管道材料还有复合型管材、玻璃等，此类材料更耐腐蚀，化工企业可根据工艺、原材料特性等选择适合的管材[9]。

表1 钢管适用范围

4.2 管材优化设计

现阶段，我国大多数化工企业均以性能、使用寿命为重点，选择适合的管材，使用最多的管材有低合金钢、碳素钢和不锈钢。从安全生产角度看，化工企业的管材选择必须考虑钢板厚度、刚度、结构。如该化工企业所使用的钢板厚度小于0.8 cm，就应选碳素钢板[10]。如化工企业管道强度较高，就必须根据压力、温度等进行选择。化工企业生产时会产生压力，由于企业所使用原材料、工艺均有不同，对管道要求也有所不同。如管道需承受C1 级压力，建议选择钢管，切勿使用铸铁、碳素钢。从企业角度看，可参考铸铁或碳素钢市场价格，选择价格低廉质量最优的管材，达到安全生产与扩大经济效益的目的。需要注意的是，化工企业生产过程中容易泄漏有毒气体或物质，尽量选择无缝管材确保工作人员及生产环节安全。如该化工企业生产过程需使用具有腐蚀性的材料，就不应选择金属管材，以防发生安全事故。由此可知，化工企业选择管材需从2方面考虑：一方面，必须考虑钢材是否实用，只有实用性较强的钢板才能满足生产需求，同时保障生产安全；另一方面，需考虑钢材成本，只有钢材成本符合预期，才能为化工企业带来利润，从而推动企业长远发展。总之，化工企业生产过程中，管材发挥重要作用，应综合考虑选择适合的管材，保障安全生产，为化工企业带来更多利润[11]。

5 结 论

针对化工企业生产的安全问题和经济性，工作人员应结合生产工艺、原材料特性、生产实际等布置设备和管道，并选择适合的管材，以保障其耐腐蚀性、抗高温性。生产过程中，原材料、生产环节均易产生有害物质，工作人员需了解生产工艺、管材特性，并在安全生产的基础上，优化设计设备、管道的布置和管材，让化工企业安全生产的同时，提高经济效益。