化工压力管道设计中的安全问题研究

王子颖

宁波华中工程设计有限公司  浙江 宁波315010

摘要：石油、天然气等物质具有易燃易爆的特性，危险性非常大，容易引起重大安全事故，却是化工生产中必不可少的原材料。化工压力管道主要负责各种物料的运输，其安全性直接关系到化工生产能否顺利进行。本文阐述化工压力管道设计中安全的重要性，分析化工压力管道设计中安全问题，并提出如何保证化工压力管道安全性。

关键词：化工生产；压力管道设计；安全问题；焊接

一、化工压力管道设计中安全的重要性

目前，我国化工行业发展迅速，可是在化工行业快速发展的同时我们也发现了一些问题，其中最值得我们注意的就是安全问题。由于化工生产过程比较特殊，化工厂内部设备、管道等危险装置相互依赖，各种原材料具有易燃易爆、有毒等特性，物料存储、运输以及反应、处理等设备长时间处于高温高压的状态，一旦出现压力管道泄漏，将会造成重大安全事故。并且，安全事故的发生往往会引发一系列的连锁反应，造成巨大的财务损失与人员伤亡，严重影响生态环境。

二、化工压力管道设计中安全问题分析

1、焊接环节问题

对于化工压力管道的设计工作来说，明确压力管道焊接工作的重要性是做好压力管道设计的基本条件。化工压力管道设计工作中，设计人员应根据介质特性、设计温度、设计压力、标准规范的适用性等要求，有针对性地明确焊接要求，例如，焊接的方式、保护气体的选用、焊材的选择、无损检测的方式及比例等等。管道的环焊缝不宜在管托的范围内，不宜在管道焊缝及边缘上开孔与接管，当不可避免时，应经强度校核。

2、阀门选型及布置环节问题

在压力管道设计阶段，我们必须确定压力管道阀门的选型及安装方式，在管道阀门选型、布置环节加强安全控制。比如，在阀门的选型方面，应充分考虑管道的工作压力、阀门的结构类型、操作的力矩等方面的要求。在阀门的布置方面，应充分考虑安装和操作、维护等方面的便利性、安全性。然而，很多压力管道设计工作人员由于水平有限，专业技术能力不足，导致阀门的选型与布置存在安全隐患。同时，如果压力管道设计图与阀门安装要求不匹配，将直接导致阀门安装质量及安全问题。

三、如何保证化工压力管道安全性

1、考虑管道环境条件

了解管道的内外环境，是安全设计的基础。作为压力管道设计人员，应当在设计之初，充分了解设计对象的工作介质、工作压力、工作温度以及外部环境条件。化工装置的工作介质，各有理化特性，燃爆特性、毒性、腐蚀性等等，以及工艺洁净程度的要求，均会影响到管道的选材，正确的选材是压力管道安全设计的重要基础之一。了解管道的工作压力、工作温度，对于确定管道的耐压强度、许用应力等安全指标非常重要。正压管道与真空管道，高温管道与低温管道，在设计方面，均有不同的设计考量。管道所处的外部环境，如环境温度、气候条件、风雪荷载、支撑条件、安全条件等等事项，也是压力管道设计和布置应当充分考虑的安全事项。

2、增加管道柔性

化工工艺管道因介质和操作工况的不同，有高温、低温、易燃易爆、有毒、窒息等危害特性，为防止管道因热胀冷缩、端点位移等因素引起管道应力过大，引发管道变形、密封面错位、焊口断裂进而引发物质泄露；也可能因管道推力过大，使得与管道连接的设备产生过大的应力或变形，影响设备或仪表的正常运行；管道的位移或推力过大，可能导致支吊架脱落或破坏，影响管道系统和支吊架结构的安全与稳定。在管道的布置设计上，常常通过增加管道的柔性，来降低管道系统的应力变化，削弱管道对支吊架和设备、仪表接口的作用力，增强工艺装置整体的安全性。增加管道柔性的方法中，通常优先采用增加管道的自然补偿能力，比如适当改变管道的走向，以增加整个管道的柔性；此外，还可以通过调整支吊架的形式和位置、增加补偿器、改变设备布置方位等方法，来实现增加管道整体柔性的目的。

3、安全阀设计

安全阀是压力管道的重要安全附件，安全阀的选型与计算，是确保压力管道安全运行的基础。针对不同的介质类型，如液体与气体或液化气体，选择安全阀的启动方式。针对不同的燃爆及毒性特征，选择安全阀排放方式的密封类型。针对不同的工艺安全条件及许可，选择安全阀的结构类型。根据工艺介质的理化特性、工作条件，进行科学的计算，确定合理的泄放量、排放口的大小，以确保管道系统在超压条件下的安全。另外，管道布置的时候，应充分考虑安全阀的安装位置、安装方式、排放口的朝向等因素。

4、排放管线设计

要保证化工压力管道安全性，在压力管道上需要设置排放管线，主要用于装置的开停车、检维修等工况。根据介质的不同理化特性，其排放管线的布置要求也不尽相同。尤其是具有高温、燃爆、窒息等危害特性的排放管线，在进行管道布置设计的时候，应充分考虑相关的安全事项。常减压蒸馏装置的初馏塔顶，常压塔顶、减压塔顶的不凝气，不应直接排入大气。连续排放的可燃气体排气筒顶或放空管口；间歇排放的可燃气体排气筒顶或放空管口；氧气、氮气、氩气等稀有气体的放空管口等均应综合考虑周边平台或建筑物的实际情况确定安装位置、安装方式、排放口的朝向。

5、静电接地设计

在生产加工、储运过程中，设备、管道、操作工具及人体等，有可能积聚和产生静电而造成静电危害，此类情况下，均应采取静电接地措施。静电接地措施是确保具有燃爆、助燃等危害特性介质工艺管道系统安全运行的重要措施之一。静电接地的方式可分为直接静电接地和间接静电接地，静电接地的电阻，应按照具体介质特性以及对应项目类型标准规范的要求予以确定。在静电接地安装时，应注意异种材料的焊接及过渡要求。

6、做好管道防腐工作

化工压力管道防腐处理是保证管道安全性的重要措施。压力管道防腐措施多种多样，我们可以在压力管道外部增加防腐涂层，或是内部使用隔离层，还可以运用阴极保护系统等方式来实现，最终达到提升化工压力管道防腐性能、维护管道强度的目标。压力管道的内衬可以选择PP、PE、PTFE等，外部防腐可以选择涂料、包覆以及二者相结合等方式。针对钢铁材质的压力管道，在面对高腐蚀性环境时，应适当加强防腐处理等级。以上所有的防腐措施应定期进行检查，确保防腐性能完好，能够发挥出应有的防腐作用，维护好管道的强度。

结束语

对于化工生产企业来说，压力管道是化工生产原材料进一步转变的重要依托，无论是化工生产原材料处理、原材料化工反应，还是化工产品精制，都需要在特定的条件以及设备和管道系统的辅助下进行，才能够生产出符合要求的化工产品。化工生产与其他工艺产品生产相比，生产期间的危险性更高，危险源更多。所以我们在化工压力管道设计方面要重点关注安全问题，有效识别安全风险，并采取相应的控制措施，消除安全隐患，确保化工生产安全运行。

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