化工工程设备管道与材料优化设计研究

张滦育

（河北 唐山 063000）

化工工程是一项复杂特殊的工程，所生产的物品能够给居民生活带来巨大的便利。但化工工程同时又是典型的技术密集型工程，操作人员需要具备极强的施工工艺和管道材料设计技术，这样才能有效地避免生产中产生有毒物质，一旦没有及时处理这些具有易燃易爆、腐蚀性能的有毒物质，那么将会给现场操作人员的身体健康带来严重影响。因此，化工工程技术人员和设计人员需要不断地设计优化方案，以确保化工企业能够顺利投产、设备管道安全可靠地运行，从而使化工企业获得目标收益。化工工程设备管道设计中，需要做好材料的布置，明确标准原则和操作方式。化工工程管道施工中，需要逐步优化设计方式，严选管道材料，确定加工工艺，分析管道设计中的注意内容，实现化工工程管道设计水平的提升。

一、化工工程设备管道的布置标准原则

化工工程设置中，需要按照化工管道的标准布局实施。重视工程工艺设计与管道布局的规范管理。依据基础管道铺设情况，严格遵照化工生产工艺实施，集中优化设置方式和操作方案标准，重视设备管理的布置操作。根据不同的设置操作要求，对不同的区域进行布置。结合各类辅助设备材料，分析其中可能存在的不利因素，以提升设备的安全化管理为要求，避免后续区域的不良因素发生。依据设备操作，降低损害。按照整体布局调整，分析设备结构操作的整体方式，对设备整体实施一致化管理。例如，泵管道出口的对齐操作等。尽可能地避免使用化工设备，有效地节约土地资源，促进生产化防护管理。

二、化工工程前期勘察设计的重要性

（一）设备与管道布置的重要性

在化工工程的设计过程中，设备与管道的布置是根据生产工艺的要求进行选择和设计的，因而设备的功能、管道与主要设备和仪表等附件之间的连接关系等都需要满足生产工艺流程的需要。此外，由于化工工程生产的特殊性，存在很多危险的化学物质和压力容器与管道，因此设备和管道布置又必须满足安全生产的要求，对不同类型的容器、设备和管道进行合理的分区，设置必要的安全保护装置和防护设施。此外，设备和管道布置的设计方案还决定了工程的经济性，一方面化工工程中设备和管道材料的成本在工程的总投资中占据了很大比例，因而对设计方案进行必要的优化可以有效减少工程的投资[1]。另一方面，设备和管道布置方案会直接影响工程的施工和后期生产，首先，如果设备和管道的布置不合理，会造成设备与管道安装在技术上不可行，需要在施工过程中临时更改设计，甚至会需要大面积变更设计方案，无疑会延误工期并变相增加成本支出。其次，设备与管道布置不科学会导致工程达不到工艺要求，甚至频繁发生故障或存在安全隐患，从而影响化工工程的经济效益。因而，鉴于目前化工企业生产规模的扩大以及工艺流程的日益复杂化，设备和管道布置变得越来越重要。

（二）管道材料设计的重要性

在化工工程中，管道是连接各种设备、仪表以及容器并输送介质的关键设施，因此不同位置的管道需要接触具有不同物理形态、化学性质和相应温度、压力的介质。而由于化工企业生产所用的原材料、中间产物以及最终产品通常具有较强的腐蚀性，加之生产工艺下的高温高压等特殊条件，使管道材料需要具备一定的抗腐蚀性，才能确保生产的安全。此外，化工工程的管道大部分架空布置，加之管道内介质流动和压力管道需要承受较大的工作压力，所以管道材料还要具有良好的物理性能。

三、化工设备管道安装问题的主要危害

近年来我国石油产量呈现逐年增加的趋势，在此背景的前提下，对我国石化管道设备安装水平有了较为严格的要求，只有科学有效地保障设备管道安装才能保证石油运输的稳定性，但是在管道设备进行安装的过程中，出现的各种问题中最主要的一个就是前期设计不够合理，在安装的过程中，没有科学有效的管理工作，直接导致不合理的安装造成安全事故。如果在管道的安装中出现问题，就会导致油气泄漏。一旦石油和天然气泄漏，不仅会造成经济损失，还会对周围环境造成严重污染。由于石油和天然气毒性大，如果扩散到外部环境中，很容易发生爆炸，将对工作区域内工作人员的生命财产安全构成极大地威胁。因此，有必要做好设备管道的安装工作，并在前期对设备管道和材料进行科学合理的优化设计。

四、化工工程管道材料的优化选配方案

（一）化工管道材料的选配设计标准

化工管道设备在布置中，存在各种不确定因素。为了保证化工材料配置设计的合理、安全，避免各类隐患问题的发生。需要对管道实际情况进行评估，分析化工制造加工的工艺，其中包含液体、气体等。分析其加工的工艺特点，可能存在腐蚀性、易燃易爆性等。化工管道材料施工选择上，需要考虑管道的整体经济价值和加工成本。根据管道的使用要求，分析化工管道的腐蚀性，结合加工要求合理地选择分配。

（二）各类化学材料的使用分析

乙酸工业中常常使用锆元素，其在乙酸管道的腐蚀性小。化学工程加工中可能在容器、管道泵、接触装置中存在。化工管材选择上，锆的加工工艺需要基于乙酸管道材料为前提，满足化工工艺的制造条件。碳钢、合金钢的加工中，需要使用蒸汽、循环水生产加工，为了提升耐腐蚀性和稳定性水平，需要使用甲醇工艺方式，保证其生产无腐蚀性，保证管道的安全。乙酸、甲烷碘化物均具有强腐蚀性，在化工管道加工中，需要保证化工管道材料的抗腐蚀性和抗耐磨性。可以采用C-277，对化学管道材料进行处理，提升化工管道生产加工接触的合理性。根据材料加工的特性要求，选择符合加工工艺标准要求的化学管道。如果存在强腐蚀性，就需要选择抗腐蚀性的化工管道材料。如果生产加工产品温度高，需要选择抗高温材料的化工管道。在化工管道生产加工中，需要根据不同的工艺要求，选配可以满足不同要求的化工管道。

（三）化工管道的设计方案

化工管道设计中，需要重视质量水平的优化。依据化工工艺要求，确定管道的抗腐蚀性、抗高温性、抗压力性等。管道材料需要选择无缝连接方式。如果管道的压力等级为C1，必须使用塑管，而不能使用铸铁管、碳化管。化工工程施工中，需要对金属加工的腐蚀性、温度等进行研究，做好前期工艺的设计，保证后续化工管材选配符合加工要求，降低成本，降低损耗。

五、化工工程设备管道优化设计建议

（一）设备优化设计

化工设备的优化设计直接影响着化工施工的质量。因此，要保证化工设备的质量，就必须从化工设备的优化入手。其中，化工设备的优化设计可以从以下几个方面考虑。第一，化工设备需要与化工工艺设计要求相协调。在化工设备的设计中，有必要明确化工生产流程。根据生产工艺进行化工设备的布局。例如，在同一类型的化工设备布局中，可以采用集中设计，但要注意化工设备的位置差异与制定的标准的一致性；二是针对不同的化工设备进行优化设计。化工使用的设备主要分为两大类：主设备和辅助设备。主设备和辅助设备的布置不一样，保证设备位置布置的安全性和合理性，防止化工设备布置在爆炸区域。辅助设备可布置在主设备的下风位置，以满足其化工生产的需要。第三，在化工设备的优化设计中，工作人员也需要将设备磨损的问题纳入其中，在化工设备的优化设计中把设备的维护和保养放在重要的位置。例如，梯子在化学工程设备中更常见。梯子的设计应以倾斜为主，更适合化工设备。第四，化工设备的设计需要与化工外观要求相协调，设备的外观要保持整洁，从而优化运行环境。例如，化工中使用的泵组需要按尺寸顺序排列，以保证泵出水管的一致性，这样可以最大限度地减少化工生产中错误的发生；第五、化工设备应尽量放置在露天，以保证设备有良好的通风，提高其运行效率。

在化学工程中，作为一种常见的设备，布置有很多种，如单排布置、多排布置和结构布置。一般情况下，塔身布置最常用的是单排布置。当管廊一侧有大于或等于2 塔或垂直容器时，可采用中心线对准。如果设置2 个以上的塔连接平台，可采用切向对准或中心线对准的方式。多排布置适用于直径小、体高的塔。这样可以将塔与平台连接在一起，提高塔的稳定性。连接塔的平台根构件可与滑动导向节点一起使用，提高了不同温度下的适应性，减少了热膨胀的影响。框架布置适用于直径≤1000mm的塔，这种布置方式可明显提高塔的稳定性。与塔相关联的设备应尽量按照相关工艺流程安排在一个区域内，不同设备之间应形成独立的操作系统，便于工作人员的维护和管理。化工行业塔的布置如图1 所示。双锅炉的布置及其要求：再沸器也是化工生产中常见的设备，再沸器的布置应注意以下问题，严格按照消防规范要求的加热塔与塔之间的距离要求再沸器与塔之间的距离；立式再沸器可设置在塔的一侧，塔可作为支撑，保证立式再沸器与塔之间有一定的高差。以上留出一定的维修空间，方便维修人员；用蒸汽或热载体加热的卧式再沸器应尽量靠近塔，两者之间应保持一定的高差和距离，以满足管道布置要求。再沸器吸入管束的一端应预留一定的通道和维护场地，为设备维护提供方便。

（二）管道优化设计

化工管道的优化设计如下。首先，化工管道的设计需要严格按照既定的化工工艺流程进行。在化工管道的设计中，工作人员需要进行架空处理，这样可以在保证管道质量的前提下节省空间。其次，在化工管道的优化设计中，控制管道之间的距离十分重要。例如，有些化工管道有部分表面是凸出的，此类管道之间的距离应大于2.5cm，至少2.5cm；第三，在化工管道的优化设计中，要合理安装管道的位置。管道应尽量避免在吊装孔区和拆卸区。一旦安装在提升孔区域或拆卸区域，气体很容易进入管道顶部。

（三）化工工程材料优化设计中的注意事项

由于化工工程生产和产品运输过程所接触的对象大多是化学物品，具有很强的腐蚀性，所以对于管道的材料有着极其特殊的要求。在管道材料选择阶段，不仅要考虑对管道的影响，还要根据化工建设任务，了解一系列化工设施的属性，以保证选择的材料是能够对其产生积极影响的。在化工工程管道材料优化设计中，要结合材料的属性，考虑多方面因素，如抗压性是化工材料的主要属性，在实际的操作过程中，需要根据不同的压强，选择不同的材料材质。若管道中的压力达到一定级别，就要对整个管道采用连接工艺，并辅之无缝焊接。在管道建设后期，需要根据管道材质的特殊性，对其进行建设阶段的声波检查，防止出现肉眼看不到的裂缝。

结束语

综上所述，化工工程设备制造加工过程中，需要重点对设备、管材进行合理的选配，保证工作和任务的顺利进行。依据化工生产的规范要求，对腐蚀性、有毒有害、高温高压等特殊情况进行评估，分析化工工艺加工中需要配置的管材方案。从化工工艺水平分析，重视优化化工生产建设，不断提升化工加工的施工质量管理水平，降低因材料不合理导致化工工艺施工质量下降问题的发生。