浅析钢衬塑管道配管设计
石振华
【摘 要】结合某催化剂生产装置的工程实例,分析了石油化工装置中钢衬塑管道的配管设计,分析其与普通钢管在工程设计中的难点要点,以期对同类工程有借鉴作用. 【期刊名称】《化工设备与管道》 【年(卷),期】2018(055)005 【总页数】3页(P82-84)
【关键词】钢衬塑管道;配管设计;难点;要点 【作 者】石振华
【作者单位】中石化宁波工程有限公司兰州分公司,兰州 730060 【正文语种】中 文
【中图分类】TQ055.8;TH142
石油化工装置往往涉及到腐蚀性浆液介质输送的场合，目前国内外普遍采用钢衬塑管道。钢衬塑管道是以碳钢管材作为基体，内壁衬以化学稳定性优良的塑料层管道，衬层厚度一般为几毫米不等。它既有钢管的物理性能，又有塑料管耐腐蚀的性能。钢衬塑管道同时具有钢管和塑料管的优点，同时又摒弃了它们的缺点，是输送酸、碱、盐等有腐蚀性液体的理想管道。 1 钢衬塑管道配管设计 1.1 连接方式
钢衬塑管道和普通钢管设计施工时的难点就在于钢衬塑管道采用法兰连接以及管材和介质的特殊性，现场不能对管道有任何施焊作业[1]，否则会破坏衬塑层，管段和管件采用标准化规格，这就要求施工必须精确，安装维护过程都非常复杂，通过对本工程的分析，可采取以下方法将难度化解。 1.1.1 分段长度
钢衬塑管道是制造厂根据图纸加工完成，管子成段整体到货进行安装。在设计过程中，为了便于后续的采购、生产制造以及安装维护，应在设计阶段就对钢衬塑管段的长度规格进行统一。可参考相关标准，结合工程经验，及时同业主、供货商进行沟通，以确定规格。在设计过程中直管最大长度不宜过长，一是要保证连接后管系的抗折强度，不能对法兰连接处产生过大的弯曲应力，以免接触面密封不好；二是解决衬塑层内缩的现象（见第1.2节应力分析）。本工程最终确定所有的管段长度为100 mm的整数倍，根据以往的生产运行经验，最终按照L=100 mm、200 mm、300 mm、500 mm、1000 mm、2000 mm的标准长度进行了设计，其余不足100 mm处用调整块进行调整，如图1所示。
图1 直管段与调整块的组合示例Fig.1 Example combination of straight pipe section and adjusting block 1.1.2 调整块的设计（解决施工误差）
钢衬塑管道现场法兰连接，但是施工的尺寸总会存在偏差；另外按照1.1.1进行分段，那么一段径直走向的管子最后剩余的几十毫米就需要用调整块补充，可以参考HG/T20538等相关标准规范，调整块的长度为3 ～ 50 mm。管段安装结束后，调整块长度最后现场测量，也就解决了施工偏差的问题，如图1。 1.1.3 松套法兰的设置
为便于现场安装，一般将钢衬塑管道的直管和管道组成件的一端的连接型式设置为松套法兰。根据本工程的分析，所有管段和管件都设置松套法兰会给制造厂增加经
济成本和制造难度。这样做的目的是使管段或管件的一端能自由旋转，从而使连接处的两片法兰的螺栓孔对齐。但螺栓孔数量的变化会导致法兰随着管段整体以一定的角度旋转，见表1[2]。
表1 钢衬塑管法兰旋转角度Table1 Rotation Angle of steel liner flange公称直径/mm 法兰螺栓孔数量 可旋转角度/(° )≤DN50490≥DN80，且≤DN150845≥DN200 ≥12 ≤30
当无法旋转至指定角度的情况下才真正需要使用松套法兰。如图2所示，某塔管口与东向成30°，管口与DN150的管线相接，DN150的法兰可以整体成45°旋转，但管口处的水平管线与管口的方向一致即与东西向成30°，导致与之连接的竖直管段的法兰螺栓无法与之对齐，这时需在竖直管线上使用一个松套法兰（即图中松套法兰2）；另外为了使仪表阀阀杆朝向正西，需在三通分支处设置一个松套法兰（即图中松套法兰1）。
图2 工程中松套法兰使用情况示例Fig.2 Examples of loose flange use in engineering
1.1.4 衬里管的排净设置
钢衬塑管道的排净也是配管设计的一个要点，本工程浆液中含有固体颗粒物，为了防止颗粒物沉积堵塞，将钢衬塑管的排净管从主管的底部切向引出，排净阀应尽量靠近主管，使排净管尽量短[3]。 1.1.5 调节阀配管
钢衬塑管道浆液介质调节阀的布置是容易犯错的常见问题，因为与蒸汽等常规管道的调节阀布置完全相反，带有颗粒物的浆液管道的调节阀应设置在管道的最高点，以便调节阀关闭时，浆液可从调节阀两侧排空防止淤塞，见图4。 图3 浆液排净Fig.3 Pulp drain
图4 调节阀的布置Fig.4 Layout of regulator valve
1.2 应力分析
此处着重分析钢衬塑管道不同于普通钢管的应力分析要点： 管道运行时其膨胀量ΔX，为[4]：
查得碳钢的线膨胀系数α为12.9×10-6/℃，而本工程钢衬塑管道内衬层PO的线膨胀系数α可按9×10-5/℃计。本工程浆液介质的温度为T = 70 ℃，T0为常温20 ℃，管道设计的最大长度2000 mm。则钢管基体的位移量 ΔX = α ( T-T0 ) L = 12.9×10-6× ( 70-20 )×2000=1.3 mm，而PO衬塑层的位移量ΔX=α(T-T0 ) L= 9×10-5×(70-20 )×2000=9 mm。
由此可见2000 mm的一段钢衬塑管，钢管基体和内衬层伸缩的长度差约为7.7 mm，这就容易导致衬塑层内缩从而造成两层分离的现象，从这一点考虑也应使管段不宜过长。 1.3 其他注意要点
（1）钢衬塑管道穿平台或穿墙的预留孔大小与普通碳钢管道不同，因为钢衬塑管道两端为法兰连接，预留孔大小应满足管道安装时的穿管要求。法兰等连接处不得布置在预留孔内。一般开孔的孔径应以法兰外径加30 mm计算。
（2）配管专业一般将框架里未安装阀门等元器件的金属管道布置于梁底，这样能够最大程度地节省平台的空间。但钢衬塑管道法兰连接处泄漏会给现场检修带来不便。所以建议将钢衬塑管道布置在平台之 上。
（3）靠近需要维护检修的管口要使用软连接与其相连，尤其某些喷淋管管口需要抽芯，法兰连接的钢衬塑管道长期运行往往管道老化，导致尺寸有偏差从而出现拆卸后难以重新安装的情况。
（4）管道的取样口的布置主要是遵循取样要具有代表性的原则：本工程含有固体颗粒的液体介质管道的取样口应设在管道的侧面[5]。
（5）因为钢衬塑管道法兰连接处易泄漏，框架平台可考虑设置为封闭式楼板（如花纹钢板）。这样一旦发生泄漏，可以防止浆液介质在整个框架随意滴 撒。 （6）钢衬塑管道普通切断功能的阀门一般采用硬密封刀闸阀。选用刀闸阀主要是基于它长度和重量小，方便安装和运行。 2 结语
综上所述，钢衬塑管道在配管设计过程中要时时注意其难点、要点，稍有不慎容易造成工程质量问题以及材料浪费和工期延误，为此应从设计阶段就要引起足够重视。 参考文献
【相关文献】
[1]SH/T3154—2009，石油化工非金属衬里管道技术规范[S]. [2]HG/T20538—2016，衬塑钢管和管件选用系列[S]. [3]GB50316—2000，工业金属管道设计规范[S].
[4]唐永进 . 压力管道应力分析 [M]. 北京 ：中国石化出版社，2003 ：8-10 [5]SH3012—2011，石油化工金属管道设计规范[S].
