李 峰

華陸工程科技有限責(zé)任公司 西安 710065

隨著化工新工藝的不斷發(fā)展，在化工裝置中腐蝕性流體的應(yīng)用也越來越多，為了滿足腐蝕性流體對管道材料的抗腐蝕要求，非金屬襯里管道的應(yīng)用越來越廣泛。

非金屬襯里管道就是以碳鋼管道或鑄鐵管道為載體、在管道內(nèi)壁敷設(shè)非金屬材料，二者結(jié)合為一體的管道。非金屬襯里管道對管內(nèi)流體有較強的耐化學(xué)腐蝕能力，對大多數(shù)無機酸、有機酸、堿及各種鹽類、醇類等都耐腐蝕，同時鋼管有較強的剛度和強度，因此，被廣泛應(yīng)用于化工裝置中各種耐腐蝕或有特殊要求的流體輸送中。非金屬襯里具有保護(hù)金屬或其他基體免受各種流體侵蝕的能力，并有良好的彈性、耐磨性、抗沖擊性及金屬和其他基體的粘合性能。但是非金屬襯里管道施工過程復(fù)雜，含內(nèi)、外焊接，焊縫的打磨、噴砂、襯膠、硫化、預(yù)組裝、回裝等工序。目前各種標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范鮮有對襯膠管道設(shè)計的指導(dǎo)性條文，如果配管不當(dāng)，會造成制造和安裝的重復(fù)和返工，增加費用，延誤工期，因此，非金屬襯里管道的設(shè)計顯得尤為重要。

1 非金屬襯里管道分類及應(yīng)用

1.1 非金屬襯里管道的分類

由于不同化工流體對管道材料腐蝕程度及使用場合的不同，內(nèi)襯非金屬材料的種類也就不同。設(shè)計中選用相關(guān)襯里材料時，應(yīng)以具體標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，還應(yīng)根據(jù)流體介質(zhì)腐蝕性、使用壓力、使用溫度、材料成分與性能差異以及襯里制造商的化學(xué)品防腐數(shù)據(jù)等因素綜合考慮,最終確定輸送流體的具體內(nèi)襯材料。非金屬襯里材料的使用范圍見表1。

除以上襯塑類襯里管道外，還有內(nèi)襯復(fù)合陶瓷管道和內(nèi)襯搪玻璃管道等。內(nèi)襯陶瓷復(fù)合管道適用于輸送含有固體顆粒的兩相流介質(zhì)，適合使用在流體對管壁有強烈撞擊、沖刷，對管道內(nèi)壁有長期磨損和腐蝕的地方。內(nèi)襯搪玻璃管道可以抗氫氟酸和工業(yè)磷酸以外的大多數(shù)酸的侵蝕，除了防止酸蝕的作用外，玻璃襯里還有抗磨蝕的優(yōu)點。

表1 非金屬襯里管道的使用范圍

1.2 非金屬襯里管道的應(yīng)用

在化工行業(yè)中，非金屬襯里管道主要應(yīng)用在酸、堿、鹽制造業(yè)、石油、化工、化肥、制藥、紡織、印染、橡膠塑料等行業(yè)輸送腐蝕性流體的管道中。

以某無水氟化氫項目為例，對酸濃度較高、設(shè)計溫度較高的介質(zhì)(如氫氟酸，濃硫酸，氟硅酸，HF氣體等)采用內(nèi)襯PTFE的管道輸送；對操作溫度低于70℃的流體介質(zhì)(四氟化硅、廢氣、氟硅酸)采用內(nèi)襯PP的襯里管道輸送?，F(xiàn)場使用情況見圖1。

圖1 某無水氟化氫項目現(xiàn)場襯里管道配管情況

在另一項目中，對輸送HCL、NACL的管道采用內(nèi)襯PTFE的襯里管道，見圖2。

圖2 某項目現(xiàn)場襯里管道配管情況

2 非金屬襯里管道的安裝工藝

2.1 非金屬襯里管道安裝原理

非金屬襯里管道即在碳鋼管道內(nèi)襯非金屬材料的膠板，在內(nèi)襯完膠板后，不能在管道的任何部位進(jìn)行焊接，否則膠板會受熱破壞，因此，襯里管道需分段設(shè)計且必須全部采用法蘭連接，管道、彎頭、三通、四通、異徑管、閥門等均需制成法蘭式。襯里管道一般為兩端帶法蘭，一端為固定式平焊法蘭，另一端為松套法蘭或者固定式平焊法蘭，松套法蘭可以直接與工程中的管道、設(shè)備管口用螺栓連接。由于襯膠長度受限，管道不能過長，否則很難完成襯膠，最短長度要滿足工業(yè)管道兩端法蘭焊接要求，一般最短長度根據(jù)HG/T20592-2009法蘭尺寸計算可得，見表2。襯里管道與管件見圖3。

表2 襯里鋼管的最大及最小尺寸 (mm)

圖3 現(xiàn)場襯里管道及管件

2.2 襯里管道的施工

襯里管道制造商根據(jù)每根管道的單線圖設(shè)置固定段與調(diào)節(jié)段。固定段由廠家按圖加工，成品運至施工現(xiàn)場，安裝時由調(diào)節(jié)段來調(diào)節(jié)現(xiàn)場施工誤差，安裝完成后拆下調(diào)節(jié)段，在現(xiàn)場進(jìn)行襯膠，然后回裝調(diào)節(jié)段。這種安裝方式適用范圍廣，減少了來回運輸?shù)墓ぷ?，回裝的工作量也會比較少(只有調(diào)節(jié)段進(jìn)行回裝)，但是對設(shè)計的合理性要求更高。

3 非金屬襯里管道配管設(shè)計

3.1 非金屬襯里管道配管設(shè)計要點及注意事項

非金屬襯里配管設(shè)計時除了要滿足SH/T 3154-2009中襯里管道的一般要求外，還需注意以下幾個方面。

3.1.1 襯里管道的樓面及墻面開孔

管道設(shè)計中，管道穿過樓面或者平臺時，通常會根據(jù)管道外徑進(jìn)行樓面或者平臺開孔大小的確定，但襯里管道不同，襯里管道是法蘭連接的，因此，在預(yù)留穿孔時，應(yīng)以法蘭盤外徑確定。此外，配管設(shè)計時應(yīng)盡量將法蘭設(shè)計在樓面以上便于操作的高度，方便緊固件的安裝與拆卸，如果是混凝土樓面或墻面，需要預(yù)埋套管時，套管尺寸應(yīng)考慮襯里管道安裝與拆卸時法蘭的影響(應(yīng)以法蘭尺寸為依據(jù)預(yù)留套管)，嚴(yán)禁將襯里管道的法蘭設(shè)計在套管內(nèi),如圖4所示。

圖4 襯里管道樓面穿孔

3.1.2 介質(zhì)流向?qū)σr里管道的影響

一般情況下，對于口徑較大的管道，襯膠需要多張膠板進(jìn)行拼接，拼接處是將兩塊膠板切成坡口進(jìn)行搭接，遇到環(huán)形搭接縫時需特別注意：搭接處坡口應(yīng)與管道內(nèi)介質(zhì)流向保持一致，避免介質(zhì)的沖刷對搭接口造成破壞，因此，在設(shè)計襯里管道的空視圖時，必須正確地將管道流向標(biāo)注在單線圖及管道布置圖中，因為廠家是按設(shè)計的空視圖來加工與制作襯里管道的。

3.1.3 襯里管道與其他管道的間距

襯里管道與其他管道并排布置時，應(yīng)充分考慮管線彼此之間的最小間距要求，因為襯里管道各個管段是通過法蘭進(jìn)行連接的，管道布置時應(yīng)考慮法蘭的影響。此外，襯里管道禁止與高溫管道并排布置，也不能設(shè)置在高溫管道上方存在熱影響的地方，防止高溫對襯里材料造成損壞，尤其對于內(nèi)襯PP、PVC和PE等材料的襯里管道，管道設(shè)計時需特別注意周圍管道的操作溫度。

3.1.4 對夾式蝶閥的布置

襯里管道設(shè)計時應(yīng)考慮到對夾式蝶閥的布置，為了方便蝶閥碟板的啟閉，對夾式蝶閥不能與彎頭相連，因為彎頭處的壁厚要比管道厚，且還要加上襯里層厚度。因此，在彎頭處布置蝶閥時，最好在靠近彎頭的地方加一段支管，見圖5。

3.1.5 與襯里設(shè)備管口相連的問題

襯里管道與襯里設(shè)備管口連接時，如果管口有閥門或者經(jīng)常拆卸的儀表件，則管道設(shè)計時需在管口處先加一段特定長度的短管，然后再連接閥門或儀表件，這樣可以有效的保護(hù)設(shè)備管口的襯里層。

圖5 對夾式蝶閥的布置

3.1.6 襯里管道的墊片

內(nèi)襯聚四氟乙烯的襯里管道在設(shè)計及施工時，部分連接點處是不需要墊片的，因為在其法蘭密封面已經(jīng)有襯里層，只要施加足夠的緊固力即可充當(dāng)墊片密封，此情況比較適合低溫、低壓的管線。當(dāng)襯里管線與其他材質(zhì)的管線連接時，為了使密封效果達(dá)到最佳，需要對墊片進(jìn)行單獨安裝。此外，當(dāng)襯里管線中有經(jīng)常拆卸的儀表時，為了保護(hù)襯里層不被破壞，最好安裝相應(yīng)的墊片。

3.2 非金屬襯里管道調(diào)節(jié)段的設(shè)置

根據(jù)襯里管道特性，為了避免不必要的返修，襯里管線在設(shè)計時要考慮一定的調(diào)節(jié)段，用調(diào)節(jié)段來調(diào)節(jié)施工過程中出現(xiàn)的偏差，調(diào)節(jié)段要在施工現(xiàn)場實際測量后再加工安裝。

(1)一個調(diào)節(jié)段：

管線只在一個方向上布置，沒有彎頭改變方向，需設(shè)置一個調(diào)節(jié)段。見圖6：

圖6

(2)兩個調(diào)節(jié)段：

管道有一個彎頭改變管道走向，就產(chǎn)生兩個方向的距離，那么這種情況就需要設(shè)置兩個調(diào)節(jié)段；而如果管線在同一平面內(nèi)有兩個彎頭改變方向時，也只需要設(shè)置兩個調(diào)節(jié)段。當(dāng)管線在同一平面內(nèi)有三個及以上彎頭改變方向時，也只需要設(shè)置兩個調(diào)節(jié)段，這兩個調(diào)節(jié)段的位置可根據(jù)實際情況選取，且應(yīng)設(shè)置在不同的空間方向上。以上情況詳見圖7，調(diào)節(jié)段1 也可以用調(diào)節(jié)段1’代替，調(diào)節(jié)段2 可以用調(diào)節(jié)段2’代替，調(diào)節(jié)段優(yōu)先選取在與設(shè)備相連接處，其次選擇在與管件連接處。

圖7

(3)三個調(diào)節(jié)段：

如果管線在布置時有兩個及兩個以上的彎頭改變管道走向，且管線不在同一平面內(nèi)，就需要設(shè)置三個調(diào)節(jié)段，且三個調(diào)節(jié)段需設(shè)置在東西、南北、上下三個不同方位上，見圖8。

圖8

綜上所述，一根管線無論有多長，也不論管線中有幾個彎頭，管線在東西、南北、上下這三個方向上布置時，占用幾個方向，那么就設(shè)置幾個調(diào)節(jié)段。在設(shè)置調(diào)節(jié)段時需注意：①三個調(diào)節(jié)段中至少有一個調(diào)節(jié)段應(yīng)設(shè)置在管道的端部或者設(shè)備的管口；②調(diào)節(jié)段的長度應(yīng)盡量短，便于安裝和運輸；③調(diào)節(jié)段最好設(shè)置在便于施工和安裝的地方。

3.3 非金屬襯里管道排放孔及靜電接地的設(shè)計

襯里管線都是輸送腐蝕性的流體，而襯里層又都有一定程度的滲透性。當(dāng)管線中含有滲透性極強的介質(zhì)時，介質(zhì)就會滲透到襯里層外面，從而腐蝕外面的碳鋼管道。為了有效地預(yù)防外層碳鋼管道的腐蝕，管材生產(chǎn)廠家一般都在金屬外壁上開一放空口，及時地把滲透的物質(zhì)排出去，以減少腐蝕性物質(zhì)的積聚，減少對襯里管道外殼的腐蝕，放空口詳見圖9。

為防止非金屬管道在輸送流體時產(chǎn)生靜電積聚而引起爆炸和火災(zāi)危險，含有這種易燃易爆流體的襯里管道要安裝靜電接地極。靜電接地極安裝在放空口的對面。襯里管道的接地應(yīng)在管道軸側(cè)圖上標(biāo)注出，接地耳或接地柱必須由襯里管道制造商預(yù)先焊好，不能在施工現(xiàn)場就行焊接，圖10是項目現(xiàn)場靜電接地的情況。

圖9 襯里管道的排放孔設(shè)計

圖10 襯里管道的靜電接地

3.4 非金屬襯里管道支架設(shè)計

非金屬襯里管道的允許跨距可參考其它金屬管道，支吊架的間距應(yīng)小于等于管道的允許跨距，但須注意：襯里管道所有的管件及管道都是法蘭連接，尤其是大直徑襯里管道的管件及管道，都是分節(jié)組裝的，見圖11。

圖11

為了保護(hù)襯里層，襯里管道的支架必須使用管夾型管托，不能使用焊接型管托，否則會損壞襯里。當(dāng)襯里管道空間不足時，可考慮采用單夾子管托，當(dāng)有閥門集中荷載時，支架應(yīng)布置在靠近集中荷載處。

襯里管道應(yīng)盡可能少地使用假腿焊接支架，以下幾種情況除外：

(1)當(dāng)豎直管線的支架是承重架時，為了達(dá)到更好的承重效果，此時管架最好采用假腿式的焊接管架，假腿的個數(shù)依照管線的管徑大小及支架的受力情況來確定。一般在受力大時，要采用兩個假腿來支撐，對受力小的，一個假腿就夠了。

(2)當(dāng)管架在彎頭處時，無論管徑大小，都必須采用焊接的假腿型式做支撐。

(3)當(dāng)水平管線上需要固定支架時，為了達(dá)到固定管線的目的，支架也需要焊接型式的假腿支架。

綜上所述，當(dāng)襯里管道帶有任意一個焊接支架時，這根管線的單管圖上必須繪出管架的尺寸、位置和型式，并畫出管架詳圖，將詳圖連同單線圖一起提供給襯里管道制造商，由制造商提前預(yù)焊好管道支架。常見的襯里管道假腿支架大體分為以下四種形式，見圖12。

圖12 襯里管道假腿支架

當(dāng)一根管道(包括固定段和調(diào)節(jié)段)預(yù)組裝后，需將調(diào)節(jié)段拆下襯膠。設(shè)計管道支吊架時，需考慮調(diào)節(jié)段拆下后，沒有調(diào)節(jié)段的支撐，剩余的固定段是否還能保持在原安裝位置，此時，管架的設(shè)計就顯得尤為重要。因此，在設(shè)計襯里管道支架時，應(yīng)盡量將支架做在固定段上，并且考慮在調(diào)節(jié)段拆下后，剩余管道能依靠管架固定，如不能，則增加管架數(shù)量。

3.5 非金屬襯里管道設(shè)計及優(yōu)化

3.5.1 襯里管道最短長度不能滿足時用特殊件代替

某些工藝管線由于受安裝空間的限制，標(biāo)準(zhǔn)管件連接不能滿足襯里管道最小長度的要求。比如，某個空間加一個標(biāo)準(zhǔn)的彎頭后，剩余直管段就比最小長度要求還小，就需要材控專業(yè)做特殊彎頭來滿足安裝空間的要求，同樣的問題還可能出現(xiàn)在三通或異徑三通處。

3.5.2 襯里管道的放空及放凈支管設(shè)計

一般情況下，管道的放空及放凈支管都比較小，為DN25～40不等，如果使用異徑三通將會占用較大空間，影響整體配管。在某項目中，對于DN25～40的支管連接借鑒使用儀表的對夾式三通。在新發(fā)布的《襯塑鋼管和管架選用系列標(biāo)準(zhǔn)》-HG/T20538-2016中，也將此儀表三通稱為放凈環(huán)，圖13所示為放凈環(huán)的型式，圖14為現(xiàn)場施工圖。

圖13 放凈環(huán)的型式

圖14 現(xiàn)場放凈環(huán)的安裝圖

3.5.3 襯里管道調(diào)整墊塊的使用

普通管道的設(shè)計項目及施工現(xiàn)場中，管道可以是任意長度，生產(chǎn)及安裝都可以實現(xiàn)。但是襯里管道由于其制造及安裝的要求精準(zhǔn)程度高，如果出現(xiàn)幾毫米或者幾十毫米的長度正偏差，管道安裝位置又不夠，為避免重新制造管道而造成浪費，在襯里管道的安裝空間內(nèi)剩余3～50mm以內(nèi)的情況可以用調(diào)整墊塊來調(diào)整，調(diào)整墊塊的材料可以是整體PP或PTFE等非金屬材料，具體尺寸可參考HG/T20538-2016。

4 工程實例分析

4.1 發(fā)現(xiàn)問題

某項目在選用非金屬襯里管道時，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)如下問題：

(1)配管時未考慮管道制造商會將管道及管件分解制作，導(dǎo)致現(xiàn)場實際管道自重比設(shè)計值大很多。原設(shè)計支架數(shù)量嚴(yán)重偏少，同時管架的強度及剛度不夠。對于應(yīng)力管道，需根據(jù)現(xiàn)場配管情況，讓管機專業(yè)重新核算應(yīng)力管線，見圖15。

圖15 襯里管道現(xiàn)場安裝

(2)襯里管道上的系統(tǒng)特殊件(如視鏡，過濾器)到貨尺寸與PDS建模中的尺寸不一致，現(xiàn)場施工時只能手測實際需要的長度，補采相應(yīng)的襯里管道，造成現(xiàn)場襯里管道返工及重新制作，增加了施工工期。

(3)襯里管道PDS建模過程中并未考慮襯里廠家會將襯里管道、彎頭等分解成很多較短的管段以方便廠家襯膠制作，導(dǎo)致模型中法蘭連接處的螺栓缺少較多，現(xiàn)場施工時補采了大量的墊片、螺栓及螺母，增加了采購周期。

(4)襯里管道彎頭處及垂直管道上有彈簧支架，但是現(xiàn)場到貨襯里管道上并未預(yù)焊支腿及耳軸，導(dǎo)致管架無法施工，現(xiàn)場將管架設(shè)置在法蘭處，彎頭處支腿采用F15型支架，但這兩種支撐方式有如下問題：①管架強度不夠；②現(xiàn)場制作困難，施工量大。見圖16。

圖16 現(xiàn)場襯里管架情況

(5)某項目主項轉(zhuǎn)鼓過濾機氣相出口管線設(shè)計壓力為30KPA，此處采用內(nèi)襯PTFE的金屬軟管連接，用PPH管道輸送，現(xiàn)場開車發(fā)現(xiàn)，由于真空度較高，內(nèi)襯PTFE金屬軟管襯膠層脫落，后與業(yè)主及材控專業(yè)溝通，將此軟管設(shè)計為鈦材，長度L=800mm改為L=300mm。

4.2 解決措施

針對上述項目前期配管及現(xiàn)場施工等遇到的問題，總結(jié)之前的經(jīng)驗，采取了以下解決措施：

(1)在確定非金屬襯里管道的供貨商后，先與其溝通，了解制作廠家對襯里管道及管件(如大直徑彎頭等)的分解原則及最短直管段，確定每段襯里管道的理論長度，之后按照廠家資料搭建襯里管道模型，解決了現(xiàn)場襯里管道模型與現(xiàn)場不一致的問題，方便后期統(tǒng)一采買螺栓、螺母及墊片，正確設(shè)計襯里管道支吊架等問題。

(2)在確定系統(tǒng)特殊件(如視鏡和過濾器)的供貨廠家后，由廠家返回特殊件的外形尺寸圖，供配管設(shè)計，解決了設(shè)計時襯里管道長度與現(xiàn)場不符的問題。

(3)與襯里廠家協(xié)調(diào)好需要預(yù)焊支腿及耳軸的管道，當(dāng)襯里管道到貨，開箱驗收時需格外注意相關(guān)管道是否滿足設(shè)計要求。

(4)對于真空度較高管線，設(shè)計時應(yīng)提前與襯里管道廠家充分溝通，確保供貨管道能滿足設(shè)計要求。

5 結(jié)語

綜上所述，襯里管道不同于碳鋼管道和不銹鋼管道，不能在現(xiàn)場焊接。在設(shè)計后期，應(yīng)和材料生產(chǎn)廠家對襯里的材料進(jìn)行確認(rèn)，同時，還應(yīng)該對每根管子的相關(guān)材料量予以確認(rèn)。設(shè)計時，必須從整體出發(fā)，考慮周全，才能使設(shè)計更完美，施工更順利，業(yè)主更滿意。本文根據(jù)非金屬襯里管道的制作及安裝工藝原理出發(fā)，結(jié)合現(xiàn)場容易出現(xiàn)的問題，重點闡述了在非金屬襯里管道在配管設(shè)計中應(yīng)該注意的問題，希望能夠為以后襯里管道的設(shè)計提供一些參考。