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(中國五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430070)

設(shè)計技術(shù)

化工行業(yè)中硼硅玻璃管道的設(shè)計與安裝

邵穎霞，徐瑩

(中國五環(huán)工程有限公司，湖北 武漢 430070)

以某尼龍11項目為例，根據(jù)其工藝流程和介質(zhì)特性，確定了輸送強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)溴素和溴化氫的管道為硼硅玻璃管道，并重點闡述了玻璃管道的設(shè)計要求、管道的組成和安裝時的注意事項。

尼龍11；硼硅玻璃；管道；腐蝕

硼硅玻璃管道是一種非金屬管道，相較于優(yōu)質(zhì)合金管道的價格昂貴，且只能抵抗有限種類的介質(zhì)腐蝕，它不僅成本低廉，而且具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和耐腐蝕性，常用于輸送除氫氟酸和熱磷酸以外的任何無機(jī)酸和有機(jī)酸。

由于硼硅玻璃管道在石油化工項目中的應(yīng)用并不廣泛，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對于玻璃管道的設(shè)計和安裝描述并不詳盡，筆者以某尼龍11項目溴代工序中的硼硅玻璃管道為例，在現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和文獻(xiàn)資料的基礎(chǔ)上對玻璃管道的使用范圍、設(shè)計及安裝的注意事項進(jìn)行探討，為其他類似項目的工程設(shè)計與施工提供參考。

1 管道材質(zhì)的確定

1.1 工藝流程

尼龍11是以蓖麻油為原料合成的一種性能優(yōu)良的聚酰胺塑料，常用于汽車、軍工和電子電氣等行業(yè)。其合成的主要工藝流程見圖1。

圖1 尼龍11的主要工藝流程[1]

其中，溴代十一酸是合成尼龍11單體的中間體，它是采用10-十一烯酸的甲苯溶液與溴化氫發(fā)生反應(yīng)，生成11-溴代十一酸甲苯溶液，生成液再經(jīng)蒸餾、冷凍結(jié)晶工序得到產(chǎn)品11-溴代十一酸，此過程被稱為溴代工序。溴代工序中的反應(yīng)物溴化氫是以溴素和氫氣為原料，經(jīng)過合成、干燥和凈化而成，該工序的化學(xué)反應(yīng)式如下。

(1)

(2)

1.2 物料特性

溴代工序的最佳反應(yīng)溫度為5～20 ℃左右，其所涉及的主要物料的理化特性見表1。

表1 溴代工序主要物料的理化特性表

1.3 管道材質(zhì)比選

由于溴素和溴化氫均具有強(qiáng)腐蝕性，需采用合適的耐腐蝕性材料進(jìn)行輸送，常用的輸送腐蝕性物料的管道材質(zhì)有不銹鋼、聚丙烯、硼硅玻璃、鋼襯PTFE等[2]，其適用范圍見表2。

表2 不同抗腐蝕管道材質(zhì)的適用范圍

本尼龍11項目溴代工序中溴素的設(shè)計溫度為100 ℃，設(shè)計壓力為1.2 MPa(g)，溴化氫的設(shè)計溫度為130 ℃，設(shè)計壓力為1.5 MPa(g)，管道口徑為DN25～50，此種工況下選用硼硅玻璃或者鋼襯PTFE管道均可。但是，鋼襯PTFE管道成本較高，且無法觀察到管道內(nèi)介質(zhì)的流動情況。相較于硼硅玻璃管道的成本低廉、穩(wěn)定性好，從經(jīng)濟(jì)上和實際操作上綜合考慮，本項目選用硼硅玻璃管道。

2 硼硅玻璃管道的設(shè)計

2.1 玻璃管道的設(shè)計要求

玻璃管道是由定型管材逐段拼接而成，并根據(jù)工藝條件、設(shè)備布置和管道連接實況的要求，來確定其具體走向。當(dāng)進(jìn)行玻璃管道設(shè)計時，有以下要求需要注意[5]：①管道走向以最短距離為佳，垂直玻璃管線最大偏移量為±10 mm；②玻璃管線如必須穿墻、穿樓板時，要在開孔處加金屬套管，并加襯軟膠墊，將玻璃管穩(wěn)定在套管中；③盡量避免在地表鋪設(shè)玻璃管道，必須鋪設(shè)時，則要加金屬套管，并埋在混凝土中，兩頭加軟接頭，以防破損；④玻璃管道與其他管道交叉時，玻璃管道應(yīng)安裝于其他管道的上方，距離不得小于150 mm；⑤玻璃管與其他管道平行鋪設(shè)時，外壁間距不得小于200 mm；⑥玻璃管道沿墻鋪設(shè)時，墻與其外壁的水平間距不得小于200 mm；⑦玻璃管道鋪設(shè)在車間內(nèi)交通要道上并輸送危險液體時，應(yīng)在接頭處加保護(hù)罩；⑧任何設(shè)備或管道系統(tǒng)的操作都要符合該系統(tǒng)設(shè)計所規(guī)定的范圍。當(dāng)工藝過程可能使壓力超過設(shè)計壓力時，在設(shè)備的適當(dāng)位置設(shè)置減壓閥、防爆隔膜、報警裝置等以便保護(hù)。

2.2 玻璃管道的管架設(shè)置

管架設(shè)置是管道設(shè)計中不可缺少的一部分。根據(jù)管道的受力情況，合理設(shè)置管架，能使管道運(yùn)行更加安全、穩(wěn)定。管道上承受的載荷主要包括重力載荷、壓力載荷、位移載荷、機(jī)械震動載荷、風(fēng)載荷和地震載荷等。

根據(jù)HG/T 2435—1993規(guī)定，玻璃在20～300 ℃范圍內(nèi)的平均熱線膨脹系數(shù)α為(3.3+0.1)×10-6K-1；當(dāng)DN<100 mm時，玻璃管道和管件的耐熱溫度沖擊差應(yīng)≥120 ℃；當(dāng)DN≥100 mm時，玻璃管道和管件的耐熱溫度沖擊差應(yīng)≥110 ℃[6]。除了特別為滿足較大溫差而設(shè)計的管道，管道內(nèi)的工作條件造成的溫差，即在玻璃兩側(cè)表面測定的流體溫差不得超過120 ℃[7]。根據(jù)管道熱伸長量公式ΔL=αL(t2-t1)，當(dāng)溫度差為120 ℃時，每米管道的熱伸長量約為1.3×10-3m。所以，由于溫度變化對玻璃管道產(chǎn)生的線位移十分微小，故位移載荷可以忽略。

由于管路自身的彎曲度、法蘭接頭端面的平整度、緊固件接頭時螺絲釘受力不均衡以及泵和攪拌設(shè)備產(chǎn)生的震動，都可用聚四氟乙烯軟連接消除玻璃管道連接時產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力。因此，在設(shè)置玻璃管道支吊架時主要考慮重力載荷和壓力載荷對管道產(chǎn)生的影響(特殊工況除外)，并根據(jù)玻璃管的管徑和介質(zhì)類型來選擇支吊架的跨距，一般以2 m左右為宜。

玻璃管道支架的主要形式有水平管支架、垂直管支架和懸臂支架(見圖2)。

圖2 玻璃管道支架類型示意

水平管支架上管夾材質(zhì)是鋁，管夾與玻璃管道間用5mm以上軟性橡膠墊隔開，并與鐵卡子配合使用，將管架與由廠家提供的鍍鋅管或不銹鋼管拼成的框架相聯(lián)系。垂直管支架與懸臂支架配合使用，用于垂直方向玻璃管道的支撐與穩(wěn)固，一般根據(jù)管道口徑進(jìn)行選型，由玻璃管道制造廠提供成品。

3 硼硅玻璃管道的組成與安裝

3.1 管子與管件

硼硅玻璃管道一般由一定長度的玻璃管拼接而成，常用長度尺寸見表3[5]。

表3 硼硅玻璃管道主要長度尺寸表

硼硅玻璃管件按使用功能可分為調(diào)整墊、異徑管、彎頭(90°、135°、160°)、U形彎、三通、四通和閥門。其中，調(diào)整墊是在兩端頭之間調(diào)整長度的四氟墊片，用于補(bǔ)償玻璃管道間的誤差積累，長度一般為25 mm或50 mm。

3.2 連接形式

玻璃管道相互拼接時的連接面分為擴(kuò)口平型端面和球型端面。

(1)擴(kuò)口端面的玻璃管道之間用法蘭連接，其聯(lián)接示意見圖3。

圖3 擴(kuò)口管道法蘭聯(lián)接示意

(2)球口端面的玻璃管道之間同樣也用法蘭連接，其聯(lián)接示意見圖4。

圖4 球口管道法蘭聯(lián)接示意

3.3 管道安裝

3.3.1 安裝的注意事項

玻璃管道是脆性材料，其抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度都較低，絕不允許有過大的扭曲或拉伸，所以在安裝玻璃管道的過程中需注意如下幾點[5]：

①玻璃管口必須對正，襯墊位置要放正，法蘭墊片、玻璃管道要相互吻合；②不允許用力敲擊玻璃管道，必要時可以用橡皮錘輕敲；③安裝時應(yīng)先裝好支架或底座，然后放上管道，管道裝好后不得移動或者敲打支架或底座；④擰緊管卡或管夾螺栓時必須用力均勻，不得擰得過緊；⑤室內(nèi)玻璃管道的架設(shè)，應(yīng)在土建和其他金屬管道設(shè)備施工完畢后再進(jìn)行安裝；⑥避免草率運(yùn)輸或同其他材料接觸對玻璃管道引起的撞擊損傷或擦傷。

3.3.2 壓力檢驗

玻璃管道安裝完成后，必須按照設(shè)計壓力及介質(zhì)類型，將管道分為若干試壓包進(jìn)行壓力檢驗，只有壓力檢驗合格的管系才可投入使用。并且，在沒有供貨廠家或雙方認(rèn)可的部門參加時，用戶不得進(jìn)行現(xiàn)場壓力檢驗。

根據(jù)GB/T 21409—2008 中規(guī)定，玻璃管道壓力檢驗通常為液壓試驗，用水作為實驗介質(zhì)。設(shè)備連接時，應(yīng)注意排凈系統(tǒng)中的空氣，加到整個管系上的總壓力不得超過其最大工作壓力。玻璃設(shè)備和所裝配系統(tǒng)的最高工作溫度一般不超過150 ℃。而其最大工作壓力不得超過制造廠所建議數(shù)據(jù)[7](見表4)。

表4 玻璃管最大允許工作壓力值

4 結(jié)語

硼硅玻璃管道是化工防腐中應(yīng)用較多的管道，它具有成本低廉、表面光滑、清晰透明、無污染、耐腐蝕、耐溫度急變的優(yōu)點。合理使用玻璃管道，不僅能夠節(jié)約項目成本，也為后期維護(hù)檢修提供了方便。在設(shè)計和安裝玻璃管的研究上，我們還需不斷積累經(jīng)驗、歸納總結(jié)。

[1]朱志偉，杜文書，胡國勝.蓖麻油深加工產(chǎn)物——尼龍11的合成及應(yīng)用[J].中國油脂，2007(3)：57-59.

[2]阿布力克木·達(dá)吾提.淺談化工工藝管道安裝及材質(zhì)選擇[J].科技與企業(yè)，2013(9)：349-350.

[3]HG/T21579-1995，聚丙烯/玻璃鋼(PP/FRP)復(fù)合管和管件[S].

[4]HG/T21562-1994，襯聚四氟乙烯鋼管和管件[S].

[5]范正明.硼硅玻璃管道的應(yīng)用[J].化工設(shè)計，2001(5)：15-16.

[6]HG/T 2435-1993，玻璃管和管件[S].

[7] GB/T 21409-2008，玻璃設(shè)備、管道和管件檢驗、安裝和使用的一般規(guī)則[S].

修改稿日期：2017-08-25

DesignandInstallationofBorosilicateGlassPipelineinChemicalIndustry

SHAO Ying-xia，XU Ying

(WuhuanEngineeringCo.，Ltd.，WuhanHubei430223，China)

Taking a nylon 11 project as an example，this paper discusses the determination of the borosilicate glass pipe as the pipeline for transporting bromine and hydrogen bromide-the highly corrosive media based on its technological process and media characteristics. The design requirements，composition of the pipe and the precautions during installation are also elaborated on in this paper.

nylon 11；borosilicate glass；pipe；corrosion

10.3969/j.issn.1004-8901.2017.05.004

TQ050.9

B

1004-8901(2017)05-0014-04

doi：10.3969/j.issn.1004-8901.2017.05.004

邵穎霞(1984年—)，女，湖北武漢人，2007年畢業(yè)于武漢理工大學(xué)油氣儲運(yùn)專業(yè)，工程師，現(xiàn)主要從事管道布置等工作。