化工管道中的压力和温度设计初探

摘要：本文根据作者多年的工作经验，对化工管道中的压力和温度设计进行了探讨，阐述了各类系统中的设备的最高压力和温度确定的注意事项和方法，并探讨了管道压力和温度设计中的选取原则和方法，希望能够帮助大家。

关键词：化工；管道；压力设计；温度设计

中图分类号：S611文献标识码： A 文章编号：

引言

设备和管道的压力和温度设计是设备和管道强度设计的主要依据。在确定设备设计压力和温度时，应在满足设备长周期安全生产的基础上，做到既经济又合理。不能静止、单独地考虑每台设备的最高工作压力和温度，要将设备置于工艺系统内进行分析，考虑各种工况下可能出现的最高压力和温度以及系统附加条件对最大压力和温度的影响。

1.压力设计

1.1各类系统中设备最高压力的确定

（1）承受多种不同工况的设备

化工生产中，当同一设备需承受多种不同工况时，如某些反应器要适应吹扫、试压、升温还原、化学反应、催化剂再生等多种化工过程的多种工作条件变化，应向设备专业说明各阶段工作压力及工作温度相应变化的时间及介质变化情况。

（2）特殊介质的设备

①剧毒介质的泄漏直接影响到人身和环境安全，一般都把这类设备的设计压力定为高于相关规定值的原则，以确保安全。

②对一些凝固点较高的介质，如沥青、石蜡等，由于较容易使系统堵塞或者在排放时堵塞安全装置和排放系统，引起系统压力的升高，故除了考虑伴热措施外，可适当提高此类设备的设计压力。

③对某些贵重物料，一旦泄漏将会引起一定经济损失，在作经济权衡后，可提高设计压力。

④对某些介质，由于化学反应或物理过程可能引起工作压力的急剧变化，应根据具体情况来确定设计压力。

（3）容积式泵系统

泵的输出压力主要受泵壳体的强度和驱动机的力矩限制，因此对容积式泵通常不用“关闭压力”一词，而用“停止压力”一词，其值等于使驱动机停止运转所需压差。

“停止压力”通常比容积式泵正常工作压力高许多，因此，容积式泵输出管道上的设备不应按“停止压力”设计。容积式泵输出管道上设备最高压力是化工工艺专业提出的设备最大工作压力加上系统附加条件。

（4）冷冻系统

化工工艺专业通常提供冷冻系统在工作过程中预期达到的最大工作压力。但在停车后，高压侧压力将降低而低压侧压力将升高至系统中两侧压力相等，此时的压力即为“停车压力”。

1.2管道设计压力的选取

（1）适用范围

适用于设计压力p在以下工作范围的管道。

①压力管道0MPa（G）

（2）管道设计压力的确定原则

①管道设计压力不得低于最大工作压力。②装有安全泄放装置的管道，其设计压力不得低于安全泄放装置的开启压力（或爆破压力）。③所有与设备相连接的管道，其设计压力应不小于所连接设备的设计压力。④输送制冷剂、液化气类等沸点低的介质的管道，按阀被关闭或介质不流动时介质可能达到的最大饱和蒸气压力作为设计压力。⑤管道或管道组成件与超压泄放装置间的通路可能被堵塞或隔断时，设计压力按不低于可能产生的最大工作压力来确定。

（3）管道设计压力的选取

①设有安全阀的压力管道p大于等于安全阀开启压力。②与未设安全阀的设备相连的压力管道p大于等于设备设计压力。③离心泵出口管道p大于等于泵的关闭压力。④往复泵出口管道p大于等于泵出口安全阀开启压力。⑤压缩机排串管道p大于等于安全阀开启压力+压缩机出口至安全阀沿程最大正常流量下的压力降。⑥真空管道p等于全真空。

2.温度设计

2.1设备设计温度的确定

设备的设计温度系指正常工作过程中，设备所用材料在最高设计压力下所对应的温度。当需要工艺系统专业提出设备的设计温度（作为设计条件）时，可参照本条款确定。

①设备内介质用蒸汽直接加热或被内置加热元件（如加热盘管、电热元件等）间接加热时，设计温度取正常工作过程中介质的最高温度。

②设备器壁两侧与不同温度介质直接接触，并有可能出现只与单一介质接触时，应按较高介质温度确定设计温度；但当任一介质温度低于-20℃时，则应按较低介质温度确定最低设计温度。

③设备壳体的材料温度仅由大气环境气温条件确定时，其最低设计温度可按该地区气象资料，取历年来“月平均最低气温”的最低值。

④设备的不同部位在工作过程中可能出现不同温度时，应按不同温度选取元件相应的设计温度。

2.2管道设计温度的确定

管道设计温度T系指管道在正常工作过程中，相应设计压力下可能达到的管道材料温度。工艺系统专业人员根据化工工艺专业提供的正常工作过程中各种工况的工作温度，按“最苛刻条件下的压力温度组合”来选取管道设计温度。

①以传热计算或实测得出的正常工作过程中，介质的最高工作温度下的管道壁温，作为设计温度。

②在不便于传热计算或实测管壁温度的情况下，以正常工作过程中介质的最高（或最低）工作温度作为管道设计温度。

③以化工工艺专业提出的正常工作过程中，介质的正常工作温度加（或减）一定裕量作为设计温度，可按下式确定设计温度。

④当流体介质温度接近所选材料允许使用温度界限时，应结合具体情况慎重选取设计温度，以免增加投资或降低安全性。

⑤当工作压力和对应工作温度有各种不同工况或周期性的变动时，工艺系统设计人员应将化工工艺专业提出的各种工况数据列出，并向管道材料专业加以说明。

3.结语

化工管道中的压力和温度设计时一门复杂的学问，需要设计者仔细考虑与管道相关联的各种设备要求，通过对相关设备的认识更好的对管道进行设计，在设计的过程中尽可能的节约投入，降低成本。

参考文献：

[1]黄婉露.石油化工装置管道工艺设计探讨[J].化学工程与装备.2010(03)

[2]刘娜.工业压力管道应力分析简化模型研究[D].北京化工大学.2003