化工工艺设计常见问题综述及建议刘魁

刘魁

浙江天成工程设计有限公司浙江杭州310000

摘要：对于化工工艺设计的常见问题主要有：管道设计压力和设计温度的确定、管径选择、管径材料的选择、阻火器的设置和种类、安全阀、安全泄放量、等问题，对于这些问题，我将提出一些建议。

关键词：化工工艺设计；管道；安全阀；泄放量；建议

一、管道设计压力和设计温度的确定

1.管道设计压力

管道的设计压力是指应在正常操作情况下，在最苛刻的条件下由内压、外压、温度联合决定的压力的大小。在工程中，对于管道设计压力有一定的确定准则：

管道设计压力不能低于最大的正常工作压力。

在一些需要设计安全泄放装置的设计压力不能够低于安全泄放装置的开启装置时候的压力，如果高于了这个压力，安全泄放装置就会爆破来保护其他的装置。

在所有和设备有连接的管道或装置地方，在设计管道设计压力的时候不应该小于连接装置的压力。

在一些特殊的管道的设计当中，比如输送制冷剂这些沸点较低的管道，应该遵循阀门在安全的情况和运输物质不流动或者是无运输介质时可达到的最大饱和的压力值作为管道设计压力的压力。

在安装有离心泵的出口管的设计压力时候，应该注意设计压力和离心泵的关闭压力相配合。

在往复泵出口管道的设计压力时候，其压力值也应该配合泵的设定压力，如果有安全泄放装置时，应该不能小于安全泄放装置的设定的压力值。

在管道设计压力和工作压力也遵循一些压力的基本准则。

工作压力Pw（MPa）

Pw≤1.81.8≤Pw≤4.04.0≤Pw≤8.0Pw≤8.0

设计压力P（MPa）

P=Pw+0.18P=1.1PwP=Pw+0.4P=1.05Pw

在了解了管道设计压力的确定准则和设计压力和工作压力的基本准则之后，对于在管道设计压力中的问题就是忽略各类设有安全装置和运输特殊介质管道的压力的限定条件。在遇到这类的问题，我们应该将我们设计的工程中所涉及的压力大小和需要运输的介质弄明白，针对这些压力设计合理的设计压力，在最初的设计压力应该大于在各种情况小的最大压力，以免发生安全问题，特别要注意安全装置的工作压力和设计压力的关系。

2.管道设计温度

设计温度是指容器或者是管道在正常工作情况下，设计温度一般选取管道所组成材料的金属的最高温度为装置的设计温度。

对于管道设计温度所遇到的问题最多的就是忽略和相应的设计压力相配合起来，这就造成了一些的设计温度较低，而在工作时候的温度较高毁坏了设备。

对于管道设计温度的设计，我们需要了解管道所要运输的介质所能达到的最高温度来选择管道的材料，还要时刻记住管道设计温度要与相应的设计压力相配，在一些情况可能会出现压力过大导致的温度升高的情况，设计之前应该了解各种的压力和最高温度的情况以免出错。

二、管径选择

（1）如果是根据介质流速来决定管径大小，可以运用以下式子来计算管径：

d表示管道内径；mm；

W表示管道内介质的质量流量大小，kg/h；

V0表示管道内介质的体积流量大小，m3/h；

ρ表示管道运输介质在工作时的密度大小，kg/m3；

u表示管道运输介质的平均流速的大小，m/s。

（2）如果根据每100m计算管长的压降控制值来决定管径大小，可以运用以下式子来计算管径：

μ表示介质的动力粘度；Pa•S；

ΔPf100表示100m计算管长的压力降控制值，kPa。

在管径设计中，设计者往往会不知道选择哪种管径计算方式也出错，在计算管径大小的时候，单位也容易出错。

根据不同的管径选择方式计算管径的式子也不相同，所以设计要特别注意在设计管径的大小，在选择了方式只会，所要运用的数据都有该是相关的要求的数据，要根据要求进行管径的设计。在计算中要注意单位的换算。在计算过程中，应该先将单位化为国际标准的单位，这样出错的概率就会大大降低。

三、管径材料

在管道材料选择要求中，管道的材料决定了运输介质的种类，所以需要结合工程学、材料学、化学等各个方面的知识综合来对管道材料的选择。管道材料选择还要根据管道运输介质的种类和它们特殊的性质和在正常操作条件时的温度、压力等，在现有的化工工艺设计的管道中常用材料有铸铁、普通、优质碳素钢、低、高合金钢、特种合金钢等。

管径材料选择应该注意的情况：

（1）在设计GC1级的压力管道时，应该避免用铸铁碳素结构的管道材料。

（2）在运输有毒、有辐射、有挥发性介质的管道优先选择优质碳素钢材料的管道。

（3）在管道材料为碳素钢的管径中最高工作温度为425℃。

（4）如果管道选择了金属材料的管道应避免腐蚀、有发生化学反应的组合环境。

在这些注意的地方都是容易出错的地方，不同材料的管径运输的介质也就不同，容易出现介质和管径材料发生反应、介质温度高于管径材料的熔点等问题。

在管径材料的选择时，应该考虑到各种可能发生的化学反应，各种材料的组成成分和组成成分的熔点。在设计之前，应该了解一些常见的化学反应和常用管径材料的熔点。

四、阻火器的设置和种类

这种能够具有选择性的能够让流体通过，却又能将管道的火焰扑灭的安全防护装置就是阻火器。

在化工工艺设计中的阻火器可分为阻爆燃型阻火器、阻爆轰型阻火、放空阻火器、管道阻火器等。

阻火器的在不同的情况要设置不同的阻火器。

如果是运输的介质是可能产生爆燃的混合气体管道和能够和管道材料反应分解导致爆炸并且引起火焰的气体管道设置阻爆燃型阻火器。

在需要安装明火设备连接的可燃气体减压后的管道，如果有需要可以安装水封装置。

五、安全阀

安全阀是由弹簧作用的阀门，当入口的静压力和管道的静压力超过管道设定的压力时，阀门会保护管道而发生一系类的自我和保护其他设备的反应，最后直到压力值回到正常工作的压力值之后，阀门会停止反映回到安全位置的泄放装置。

安全装置设置场所：

（1）当外部的压力超出了设定压力时，出口就会被堵住的管道系统；

（2）在管道运输时需要冷却、回流和再沸器里产生了过多的热量，这些热量让压强增加的管道；

（3）在能够对运输介质进行加热的加热炉出口管道需要切断阀门的上游管道；

（4）在介质的放热反应可能过快的发生器、蒸汽发生器的出口处需要关闭阀门的管道系统；

（5）由于运输管道的工质有沸点较低的液体的出口管道；

（6）管程可能会出现破裂情况的热交换器的有侧的压力会较低的出口管道。

安全阀门型式选择也有一定的要求：在管道需要排放气体的情况下应该选用全启式安全阀；在管道需要排放液体时，应该选用微启式安全阀；在管道需要排放空气时应该选用带扳手的安全阀；在管道设计压力大于3.0MP和最高温度超过235℃的气体，如果要用安全阀，应该考虑带散热片的安全阀；如果管道排放的介质（允许泄漏至大气）时，应该选用开放式阀帽的安全阀，如果排放的介质不允许泄漏至大气的，则应该选用封闭式安全阀；管道在排放有毒、腐蚀性、极度危险的介质，应该安装有过滤功能的安全阀；在一些需要的场合，可以安装互为备用的两个安全阀。

六、安全泄放量

在化工工艺设计中也有一定的安全泄放量的要求，在根据物料平衡和能量平衡，应该计算各种超压的工作情况下的安全泄放量；如果在工作的情况下出现了超常的压力的情况，应该需要分别计算各种超压工作情况下的安全泄放量，在这些计算的安全泄放量中选取最大的泄放量作为最终的安全泄放量；安全泄放量的计算应符合相应的国家标准的规定。

泄放量还有一个重要的指标就是最小泄放面积，在设计管道最小泄放面积时应根据安全泄放量的大小、最大泄放压力、泄放流体温度、额定泄放系数以及流体的特性来计算管道的最小泄放面积。在管道中安装了安全阀和防止管道爆破的装置的最小泄放面积应符合国家特有的相应标准的规定。在管道中选用的安全泄放装置的实际泄放面积应该和设计的最小安全泄放面积相符合。

结语：在化工工艺设计中，不同的设计者所遇到的问题也不同，以上是在各种遇到问题最多的情况的，选择标准和基本要求。当我们在设计化工工艺管道的时候，了解清楚他们的用途，根据已有的资料设计出最初的管道数据，然后经过简单的想象的运行，精化设计的数据。

参考文献：

【1】任磊.浅谈化工工艺设计的现状及存在问题[J].2016：0025-0054.

【2】GB/T122414《安全阀一般要求》

【3】HG/T20570.6-95《工艺系统工程设计技术规定-管径选择》

【4】HG/T20570.1-95《工艺系统工程设计技术规定-设备和管道系统设计压力和设计温度的确定》.