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摘要：在化工工程的设计和施工过程中，设备与管道的布置以及管道材料的选择是非常关键的工作，不仅决定了施工能否顺利有序的完成，还会直接影响化工企业生产过程的安全性、经济性以及设备的维护保养。因此，在工程的设计阶段要依据国家的相关法规、行业标准以及工程的设计目标，对设备与管道的布置、管道材料的选择进行优化设计，确保设计方案对施工、生产和维护工作而言在技术上完全可行，并且在满足规范要求和生产工艺需要的前提下经济又实用。本文首先阐释了化工工程设计中设备与管道布置应遵循的一般准则，分析管道材料的设计和选用的原则和方法，进而对优化设备与管道布置以及管道材料的设计提出了几点建议。
关键词：设备布置；管道材料；化工工程；设计原则；优化方法
化工工程的设计和施工是典型的技术密集型工程，存在专业性很强的化工工程的生产工艺、施工技术以及工艺管道材料的设计等重要课题。需要不同专业的工程技术人员和设计人员通力合作，不断优化工程设计方案，才能确保工程的建设达到预期的生产需要，让化工企业能够顺利投产并确保设备和工艺管道安全可靠的运行，让企业取得预期的经济效益。
1 设备布置以及管道材料设计对化工工程的重要性
1.1 设备与管道布置的重要性
在化工工程的设计过程中，设备与管道的布置是根据生产工艺的要求进行选择和设计的，因而设备的功能、管道与主要设备和仪表等附件之间的连接关系等都需要满足生产工艺流程的需要。此外，由于化工工程生产的特殊性，存在很多危险的化学物质和压力容器与管道，因此设备和管道布置又必须满足安全生产的要求，对不同类型的容器、设备和管道进行合理的分区，设置必要的安全保护装置和防护设施。此外，设备和管道布置的设计方案还决定了工程的经济性，一方面化工工程中设备和管道材料的成本在工程的总投资中占据了很大比例，因而对设计方案进行必要的优化可以有效减少工程的投资[1]。另一方面，设备和管道布置方案会直接影响工程的施工和后期生产，首先，如果设备和管道的布置不合理，会造成设备与管道安装在技术上不可行，需要在施工过程中临时更改设计，甚至会需要大面积变更设计方案，无疑会延误工期并变相增加成本支出。其次，设备与管道布置不科学会导致工程达不到工艺要求，甚至频繁发生故障或存在安全隐患，从而影响化工工程的经济效益。因而，鉴于目前化工企业生产规模的扩大以及工艺流程的日益复杂化，设备和管道布置变得越来越重要。
1.2 管道材料设计的重要性
在化工工程中，管道是连接各种设备、仪表以及容器并输送介质的关键设施，因此不同位置的管道需要接触具有不同物理形态、化学性质和相应温度、压力的介质。而由于化工企业生产所用的原材料、中间产物以及最终产品通常具有较强的腐蚀性，加之生产工艺下的高温高压等特殊条件，使管道材料需要具备一定的抗腐蚀性，才能确保生产的安全。此外，化工工程的管道大部分架空布置，加之管道内介质流动和压力管道需要承受较大的工作压力，所以管道材料还要具有良好的物理性能。
2 化工工程设备与管道布置应遵循的一般准则及其优化
2.1 化工工程设备布置的一般准则
化工工程的设备布置应同时满足生产安全、工艺流程、施工和运维检修的要求，首先由于化工工程所使用的设备功能和安全等级不同，根据相关规范的要求应进行合理的分区布置。确保不同设备之间以及设备分区与消防通道之间保持符合规范要求的距离，并且根据气象特点设计设备和设施之间的位置关系，以防在发生火情时因热辐射或风向导致相邻设备被引燃[2]。其次，在安排设备的相邻关系和具体空间位置时，要考虑根据工艺流程需要的设备之间管口的承接关系，使其满足工艺要求。
最后，设备的布置需要考虑到施工技术方案的可行性、运维检修人员工作的便利，根据施工现场的环境条件充分考虑设备吊装是否可行，并且合理的预留检修通道、设计操作平台等。
2.2 化工工程管道布置的一般准则
化工工程的管道错综复杂，其布置方案首先必须满足相关规范的要求，管道之间保持规范的距离，并且在空间位置的关系上不得存在冲突。其次，管道的走向和管口位置要与相关设备、仪表等的安装要求相匹配，以便满足生产工艺的要求。最后，在管道的空间布置上要避免与设备和建筑物出现矛盾，也要避开拆卸区和吊装孔。
2.3 化工工程设备与管道布置的优化设计
在依据前文所述的准则初步确定了化工工程的设备和管道布置方案后，要由施工、工艺以及生产等各方面的专业工程技术人员对设计方案进行深入分析，充分论证方案的科学性、可行性和经济性，从而及时发现问题和深化设计。首先，在满足安全技术规范和施工需要的前提下，管道的起止点间距尽量缩短，并且复核管道的规格、取样口、回流口以及与设备仪表之间接口的位置和方向。其次，功能相同和相似的设备尽量相邻布置，提高其可操作性并便于管理。最后，对于需要利用高度差实现自流的设备，尽量利用施工现场的天然地势布置，可降低施工成本。
3 化工工程管道材料的设计与选择
3.1 常用的化工工程管道材料及其适用范围
根据不同的设计压力、温度和生产工艺，化工工程的管道材料有完善的国家标准体系，因此在设计过程中可以通过分析和计算，确定管道的直径、壁厚和长度等技术参数，之后根据相关标准选择相应的管道材料[3]。除了钢管之外，目前化工工艺管道常用的管道材质还有聚丙烯、化工玻璃以及复合型管材，具有不同的耐腐蚀特点，可以根据工艺管道的生产工艺需要进行选择。
3.2 工艺管道材料的设计选择及其优化
管道材料的设计和选择包括管道材质选择、管道的连接以及附件的设计，设计方案是否合理决定了工艺管道运行的安全性和可靠性。因此，首先要确保相关材料可以满足生产的温度、压力和介质输送要求，管道和附件的材质要具有足够的耐腐蚀性。其次，管道材料的选择要考虑其加工性能，能够满足工程的管道布置要求，并且材料的选择要确保经济性。因此，在确定管道的材质和相关附件标准体系的过程中，除了根据工艺管道的级别确定相关设计参数，还要充分利用设计人员的生产经验，对管道的设计方案进行优化，深入分析设计的可行性和经济性。例如，在选择耐腐蚀性的工艺管道材料时，要在能够满足工艺防腐需要的材质中选择成本相对低廉的管材，尽量使用加工性能和防腐性能都比较可靠又经济的不锈钢管材[4]。并且在施工前对管道的布置方案进行审核，确保不存在管道之间以及管道与设备之间的空间位置冲突。
4 结语
由于化工工程设备和管道布置与生产工艺要求和施工进程关系密切，因此有必要在施工前对设计方案进行反复论证和优化，确保施工过程的顺利和工程的质量可以达到设计要求。
参考文献：
[1]赵璐琪 . 化工工程设备管道与材料优化设计研究[J]. 化工管理，2017（12）：207.
[2]张正民 . 化工工程设备管道与材料优化设计研究[J]. 化工管理，2018（2）：231-231.
[3]雷明 . 化工工程设备管道与材料优化设计研究[J]. 化工设计通讯，2018（2）.
[4]戴承波 . 化工工程设备布道与管道材料的优化设计[J].化工设计通讯，2018（2）.