论石油化工装置管道设计中的安全问题研究

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　　摘 要：在石油化工装置中，管道发挥着重要的功能作用。然而，管道实践运行过程中，因各种因素的影响，制约了管道的安全防护，产生了诸多的不安全因素。为了有效处理实际中存在的问题，提高管理运行的安全性，设计管道时应制定一系列的有效措施，严防各类安全问题的发生，保障管道设计的安全性，推动管道有序运转。
　　关键词：石油化工装置 管道设计 安全问题 措施
　　石油、天然气是石油化工装置最基本的加工处理材料，而这些材料最大的特点就是易燃易爆、毒性大，实际装置时存在诸如火灾、爆炸等重大危险源。如何提高管道设计的安全性，及时找出石油化工中的所有危险因素，通过相匹配的措施，处理好各类安全问题，这是我们目前需高度重视的任务。本文首先对石油化工装置危险因素及其管道防护失效的原因进行了分析，其次提出了石油化工装置管道安全设计的措施。
　　一、石油化工装置危险因素及其管道防护失效的原因
　　1.危险因素
　　1.1中毒危险；原料、成品、半成品形式是石油化工生产的最大特点，属于职业性接触毒物，会由现场工作人员的口、鼻、皮肤进入到体内，不仅会削弱人体的生理功能，而且还会使人产生疾病，症状较轻的将打乱人的正常反应，影响人的正常判断，症状较重的将威胁到人的生命。
　　1.2火灾爆炸危险；当可燃气体、粉尘、油气、空气混合而成的物质浓度达到了爆炸极限时，若此时被引燃，将不可避免的产生火灾爆炸事故，火灾中散发的辐射热和爆炸中形成的冲击波会对操作人员、现场设备、周围建筑物造成极大的危害。尤其随着诸多的可燃气体或因其发生泄漏而产生的蒸汽云爆炸，危害程度将不言而喻。
　　1.3反应性质危险；吸热与放热是化学反应中的基本类型，其中，放热反应和吸热反应相比危险系数更高；以有机分子为基础引进卤素原子的卤化反应。通过硝基代替化合物中氢原子的硝化反应，只要出现失控现象后果将不堪设想。除此之外，石油化工中有部分原材料存在明显的反应活性特征，稍不注意将引发安全问题。
　　2.导致石油化工装置管道防护失效的原因
　　2.1机械破坏；机械破坏的涉及面较广，比如，低温脆性断裂、管道位置处温度太低，材料温度低于脆性转变温度，缺乏韧性，致使管道出现了严重的脆性断裂。再如，管道金属材料经常在交变荷载或温度周期不稳定情况下，加剧了金属材料的疲劳，存在变性损伤、断裂问题，对管道安全造成了极大威胁。
　　2.2腐蚀破坏；腐蚀同样影响到管道的安全性，主要体现在管道附近存在的环境介质会破坏掉管道。因管道存在复杂的运行环境，经常变化多端，再加上管道材料天生就有不足之处，因此，腐蚀破坏对管道安全性的影响较为复杂。腐蚀破坏具有多样化的表现形式，比如，局部腐蚀、均匀腐蚀、应力腐蚀等等。
　　2.3密封失效；实际中，为了避免管道发生腐蚀情况，提高管道的安全性，需要密封管道，通常通过管法兰与阀门进行密封。不过，法兰刚度、垫片性能、螺栓预紧力等会影响到管道密封效果，而一旦管道位置出现移动，还会对法兰密封效果造成影响，削弱了管道的安全性。阀门存在泄漏的可能性，若实际出现泄漏现象，在影响管道安全性的同时还将出现无法预料的后果，所以应积极制定完善高效的措施消除阀门泄漏问题，确保管道的安全设计。
　　二、石油化工装置管道安全设计的措施
　　1.消除机械破坏
　　具体应从三方面做起：首先，消除低温脆性断裂现象；当管道通过的区域的温度在零下二十摄氏度或者低于零下二十摄氏度时，必须根据规范的管道设计要求选择相应的低温材料。并且，因受区域环境温度的影响或液化气体出现了严重的气化情况，管道金属温度就会达到零下二十摄氏度或者低于零下二十摄氏度，此时，同样要根据管道的规范设计要求确立相应的低温材料。其次，消除高温带来的破坏；应时刻避免高温破坏管道金属材料，严防发生蠕变失效现象，当金属材料处于熔点温度状态下，若遭到恒应力的作用，那么，变形情况在所难免，在时间的不断发展下，其应变将逐渐加剧，出现塑性变形，严重者将发生断裂。所以，为了避免蠕变失效现象，必须选用合理的材料，积极找寻存在的问题并通过有效的措施予以处理，提高管道的安全性；避免材料发生石墨化，严格按照颁布实施的《钢制压力容器》中的要求，在碳素钢与碳锰钢温度达到四百二十五摄氏度时将出现石墨化，因此要加强防治，通过切实有效的措施保障材料良好的性能，消除石墨化；另外，消除疲劳破坏；当管道金属材料处于负荷超载或者高温状态下，极易出现断裂现象，所以管道设计过程中，必须根据规范的抗疲劳设计要求，提高管道使用寿命的同时，消除疲劳破坏。
　　2.消除腐蚀破坏
　　首先，消除均匀腐蚀；在化学或电化学反应下，材料表面金属消失，在所有种类的腐蚀失效中，因壁厚减薄失效而引起的均匀腐蚀达到了30%左右。从管道设计角度上分析，这一概率并非是最危险的，应按照丰富的参考经验和试验的腐蚀速率数据与设计寿命，进行一番费用比较后，采用具有较高耐腐蚀性的材料或不断提高管道的腐蚀裕量；通过在役检测方式准确获取管道的实际壁厚，同时有效监控均匀腐蚀。其次，消除应力腐蚀；当应力与腐蚀同时作用时，就会对结构材料造成破坏，致使其失效。主要包括应力腐蚀开裂、腐蚀等应力腐蚀情况，占整个腐蚀失效的三分之一；而应力腐蚀开裂现象出现次数最多，占到了整个腐蚀失效的20%左右，其破坏之前不会出现一丁点的征兆，具有脆性性质，该失效模式的危险系数大。为了有效防止应力腐蚀开裂现象，应时刻注重能够避免应力腐蚀开裂现象发生的材料，即环境组合。
　　项目开工之前，应让施工人员做好安全技术交底工作，主要交代工程具体范围、特点以及需要注意的安全事项等。施工工作场所应通过单层彩钢瓦楞板加强维护，把加油站内施工作业场所和加油站外公共场所进行隔离，以提高施工作业和公共场所的安全性。仔细查看油罐人孔井内各接管与地面中相应连接管口间是否做到了对应，如果彼此间的数量不等，应及时找出导致这种情况的原因。
　　3.消除密封失效
　　首先，消除法兰密封失效；购置匹配于法兰的设备，只有采用相配套的设备才会避免法兰密封失效，所以必须重视这一点，并且还要避免因材料差异大而削弱了密封效果。在管道等级的分界处的金属垫片方面，应通过低硬度法兰来保护法兰封面，消除密封失效。另外，消除阀门泄漏；对双密封座阀实施双向密封试验，确保各环节部位不会出现泄漏现象；结合具体的操作条件选择适用于阀门件的材料；通过火灾安全型阀，提高密封性，防止设备、管道中的危险物质外溢。此外，为了保证管道设计具有较高的安全性，还应全面掌握各类工艺条件与可能发生的偏离情况，对器材使用中的适用性及时有效的判断。
　　三、结论
　　综上所述可知，管道在石油化工装置中占据重要地位。管道正常运转时，有各种因素对管道安全性造成影响，所以在对管道设计过程中，应始终围绕“安全性”这一焦点话题，严格根据规范的管道设计要求及《压力容器压力管道设计单位资格许可与管理规则》中明确规定，通过有效的措施方法消除机械破坏、腐蚀破坏、密封失效等现象，提高管道设计的安全性，推动石油化工装置持续稳定运行。
　　参考文献：
　　[1]孙秀敏，张敏.石油化工装置设计与安全[J].甘肃科技.2009（03）.
　　[2]王怀义.石油化工管道安装设计[M]，北京：中国石化出版社，2010.
　　作者简介：李晨，出生年月：1985年8月7日，学历：本科，职称：助理工程师，工作单位：北京华福工程有限公司天津分公司， 目前从事的工作：化工管道设计。
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