摘要：襯里管道相比耐腐蝕性合金鋼管道，在化學(xué)穩(wěn)定性及經(jīng)濟合理性方面有著顯著的優(yōu)勢，在煤化工廢水項目中被廣泛的應(yīng)用。介紹了常見襯里管道的特性;并對煤化工廢水項目中襯里管道的連接形式、直管段的設(shè)置、支架的選用等設(shè)計要點及安裝要求進(jìn)行了研究與分析。

　　關(guān)鍵詞：煤化工;廢水;襯里管道;直管段;管道支架

　　化工師評職論文投稿刊物：《煤化工》雜志煤化專業(yè)技術(shù)類期刊，目前是科技源核心期刊，能夠有效的反映該行業(yè)基礎(chǔ)理論研究、行業(yè)技術(shù)進(jìn)展、生產(chǎn)操作經(jīng)驗、技改、工藝技術(shù)路線選擇與評價等。

　　我國能源表現(xiàn)為以煤炭能源為基礎(chǔ)，天然氣、石油及其他可再生新能源全面發(fā)展的結(jié)構(gòu)。但是，傳統(tǒng)的煤化工項目會產(chǎn)生大量的廢水，在國家“十三五”明確提出嚴(yán)格實行水資源管理制度的要求下，煤化工廢水的綜合處理及回收利用已成為各個煤化工項目亟待解決的問題[1-2]。目前，煤化工廢水處理工藝主要是先通過預(yù)處理(物化法)，再經(jīng)過生化法、膜處理(超濾、納濾反滲透等)使水中氨氮、COD等成分穩(wěn)定，最后由化學(xué)藥劑深度處理并蒸發(fā)結(jié)晶形成各項指標(biāo)均符合標(biāo)準(zhǔn)的、無污染、可回收用水的過程[3]。

　　由于煤化工廢水中含有大量氨氮及有機酚類等污染雜質(zhì)，腐蝕性較強，特別是來自煤氣化脫硫工序的廢水，其中含有H2S等酸性雜質(zhì)，在處理過程中，需考慮廢水對管道的腐蝕及裂化影響[4-5]。目前，工程中主要應(yīng)用四種方法來對其進(jìn)行防腐處理：①含腐蝕余量的碳鋼管道;②含抗腐蝕添加劑的碳鋼管道;③固體耐腐蝕性合金鋼管道;④內(nèi)襯高聚物的襯里管道。前兩種方法雖然可以抵抗管道裂化，但防腐蝕效果不穩(wěn)定，且高腐蝕余量意味著管道壁厚的增加，為管道加工增添困難且會增加成本[6]。所以，在含酸性介質(zhì)的化工項目中，通常使用后兩種管道作為管道材料。煤化工廢水處理項目中，性價比較高的襯里管道更為常見。

　　1煤化工廢水項目中常見襯里管道的特性

　　襯里管道是指內(nèi)襯高聚化合物材料的碳鋼管道，第一根襯里管道在20世紀(jì)40年代后期出現(xiàn)在美國，使用的第一種內(nèi)襯材料是PVDC。相比耐腐蝕合金鋼管道(如不銹鋼材料316L、2205和2507)，襯里管道在經(jīng)濟性上更為合理，有效使用襯里管道可以更好地控制項目成本，降低項目風(fēng)險[6]。不同的內(nèi)襯材料決定了襯里管道的耐化學(xué)性，在煤化工廢水項目中，常見的內(nèi)襯材料為聚四氟乙烯(PTFE)和聚烯烴類(PO)中的乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)材料。

　　1.1內(nèi)襯

　　EAA襯里管道將乙烯-丙烯酸共聚物內(nèi)襯到碳鋼鋼管之中，構(gòu)成EAA襯里管道，該種類型的管道是復(fù)合結(jié)構(gòu)材料之中最廣泛的形式之一。EAA襯里管道具有較多的優(yōu)點。(1)該種襯里管道既具有EAA的耐腐蝕性，同時也保持了碳鋼的機械性能和抗壓性能[7]。(2)EAA具有優(yōu)異的耐磨性能、較好的吸振性能，且具有優(yōu)異的防污性能，可減少結(jié)垢，清理周期較一般鋼管長[8]。

　　(3)EAA材料抗老性能較強，其使用壽命在正常壓力及溫度下可達(dá)15年以上，且可以反復(fù)使用。(4)EAA材料與耐腐蝕性金屬管相比，除具有顯著的成本優(yōu)勢，還有安裝簡單方便、制作周期短、可緩解工期進(jìn)度壓力等優(yōu)點。在煤化工廢水處理項目中，EAA襯里管道用于輸送較低溫度、1.6MPa(g)或1.0MPa(g)的煤化工反滲透濃水等介質(zhì)。

　　1.2內(nèi)襯

　　PTFE襯里管道PTFE為聚四氟乙烯，由于其具有耐高溫、性能穩(wěn)定等特點，在工業(yè)上有著廣泛的應(yīng)用，被稱作“塑料之王”[9]。PTFE襯里管道相比其他內(nèi)襯高聚物管道，具有更好的耐高溫性能、耐壓性能及耐化學(xué)性能。(1)耐高溫性能。PTFE襯里管道適用溫度范圍為-29℃～180℃，遠(yuǎn)大于EAA等襯里管道的溫度適用范圍[10]。且其在200℃溫度下，仍然保持耐酸耐堿性，使其應(yīng)用更加廣泛[11-12]。(2)耐壓性能。PTFE襯里管道在正常溫度適用條件下，可耐受高達(dá)3MPa(g)的壓力，在化工項目中，多用于需要高溫高壓的環(huán)境。(3)耐腐蝕性能。PTFE具有極強的化學(xué)穩(wěn)定性，幾乎能耐受除某些熔融金屬及高流速液態(tài)氟等介質(zhì)以外的所有化學(xué)物質(zhì)的腐蝕[13]，在煤化工廢水項目中，主要用于稀硫酸等高腐蝕性介質(zhì)的運輸。

　　2煤化工廢水項目中襯里管道的設(shè)計

　　相比于普通碳鋼管道或合金鋼管道，襯里管道在管件連接形式、管道布置、管道支架設(shè)計等方面有著其特殊的要求。并且，在煤化工廢水處理項目中，較多使用大口徑襯里管道，其設(shè)計與安裝更需要工程設(shè)計人員對其進(jìn)行深入研究。

　　2.1管道連接

　　2.1.1法蘭

　　由于襯里管道內(nèi)襯高聚物，施工時不可動火明焊，所以其管件均需通過法蘭連接。同時，襯里管道與鋼制管道不同，其直管段有標(biāo)準(zhǔn)要求，可以視為與三通、彎頭、異徑管相似的管件。根據(jù)襯里管道直管段法蘭型式，可將其分為3種型式。應(yīng)用平焊法蘭時，可能會出現(xiàn)螺栓孔對接困難，導(dǎo)致需要管道拆卸返工的問題。在煤化工廢水項目中，大管徑水管較多，在設(shè)計時應(yīng)當(dāng)充分考慮管道的安裝與拆卸，使用松套法蘭，則可以解決上述問題。通常，在以下情況中，使用松套法蘭較平焊法蘭更為合理：①在管道變徑、變向及三通位置;②管件與管件，管件與設(shè)備管口連接位置;③大管徑閥門或儀表連接位置;④大管徑管道單方向長距離布置時，其端部位置。另外，在某些特定環(huán)境，如相鄰兩裝置之間，也常設(shè)置松套法蘭，方便管道之間的連接[14]。

　　2.1.2墊片

　　由于襯里管道在制作時會對其法蘭面進(jìn)行襯里，所以在兩個標(biāo)準(zhǔn)直管段(定長管)連接時通常無需添加墊片，襯里管道自身即可對管系進(jìn)行密封。但是，在以下情況時，需添加墊片，防止泄漏。(1)襯里管道與鋼制管道連接。如襯里管道埋地變更管道材料時，煤化工廢水處理項目中有大量的襯里管道需埋地進(jìn)入地下反應(yīng)池設(shè)備，此時，為便于安裝，多將管道材料由襯里鋼管變更為耐腐蝕合金鋼材料，在材質(zhì)變更時，襯里管道與埋地管道法蘭之間應(yīng)增加墊片，防止鋼管損壞襯里層。(2)管道與設(shè)備管口、需要經(jīng)常拆卸的管件、閥門連接時，為了避免磨損導(dǎo)致介質(zhì)泄漏，需在連接處增加墊片。襯里管道是否選用墊片需根據(jù)項目實際情況確定，需要結(jié)合介質(zhì)類型、管道布置的具體情況綜合考慮。

　　2.2直管段的設(shè)置

　　2.2.1定長管的設(shè)置

　　襯里管道直管段可分為定長管和調(diào)整段。定長管即生產(chǎn)廠家根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)在其工廠預(yù)先制定的標(biāo)準(zhǔn)直管段，EAA、PE、PO等襯里管道定長管長度一般設(shè)置為1000mm、1500mm、2000mm、3000mm、4000mm、6000mm。最大長度由管道公稱直徑?jīng)Q定。PTFE襯里管道與其他高聚物襯里管道不同，其最大長度一般小于4000mm。

　　2.2.2調(diào)整段的設(shè)置

　　若將襯里管道直管段全部設(shè)置為定長管，則項目施工現(xiàn)場很可能出現(xiàn)由于施工誤差導(dǎo)致定長管無法安裝的情況。所以，襯里管道在設(shè)計過程中，通常需要在其直管段設(shè)置調(diào)整段來避免誤差。調(diào)整段的長度由管道設(shè)計具體條件來確定，一般不宜小于200mm，不宜大于1000mm，否則現(xiàn)場制作比較困難。在煤化工廢水處理項目中，調(diào)整段的設(shè)置需遵循以下原則。(1)襯里管段每一個方向均需至少設(shè)置一個調(diào)整段。由于管道走向的改變或支管的連接，每一個方向都會形成一段新的直管，此時，需要在每一段直管上設(shè)置一個調(diào)整段。(2)大管徑管道在同一方向直管段較長時，需在端部設(shè)置一段調(diào)整段，如有需要，可以設(shè)置兩段調(diào)整段。由于大管徑管道安裝及拆卸較為困難，為避免重復(fù)安裝返修，在其端部設(shè)置調(diào)整段有利于施工。

　　(3)調(diào)整段應(yīng)設(shè)置在靠近設(shè)備管口、特殊儀表、特殊閥門附近。因為這些地方需要經(jīng)常檢修維護(hù)，并且在煤化工廢水項目中，特殊儀表、閥門、一些外包設(shè)備到貨資料較晚，調(diào)整段設(shè)置在附近，可以盡可能地減少施工工作量。(4)調(diào)整段應(yīng)集中布置，且調(diào)整段應(yīng)盡可能布置在易操作位置。由于調(diào)整段通常布置在管線端部，且最后施工，所以將調(diào)整段布置在方便安裝、操作的位置，可以提高施工工作效率。

　　2.3襯里管道管件

　　防腐襯里管道的管件與管道之間均采用法蘭連接。彎頭、三通、異徑管等管件均制造成法蘭式。如2.1.1節(jié)所述，為方便管道安裝，襯里管道的管件與直管段之間可采用平焊法蘭連接，但管件與管件、管件與設(shè)備管口之間，優(yōu)先采用松套法蘭進(jìn)行連接。與鋼制管道相比，襯里管道的管件兩端需預(yù)制法蘭，其法蘭面與管件軸心直管段長度應(yīng)設(shè)置為可供調(diào)整的管件直管段。

　　管件直管段長度和規(guī)格應(yīng)符合以下要求。(1)當(dāng)DN≤50mm時，管件之間、管件與直管之間管件直管段長度不應(yīng)小于150mm;與管件相連的直管調(diào)整段長度不應(yīng)小于100mm。(2)當(dāng)50mm

　　2.4支架的設(shè)置

　　襯里管道在支架設(shè)置時，除了需要遵循管道支架設(shè)計的一般標(biāo)準(zhǔn)外，還有著自己的特殊要求。若在襯里管道上設(shè)置焊接型支架，則會損壞襯里管道外層鋼管與內(nèi)層高聚物的密合性，可能會導(dǎo)致管道泄漏，因此，一般情況下，襯里管道的支架多采用非焊接型的單螺栓型管架、雙螺栓型管架、托板型管架。支架應(yīng)靠近法蘭、閥門、管件設(shè)置。對于輸送含污泥廢水的大管徑襯里管道，在滿足支架設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)間距的同時，應(yīng)盡可能在每一段定長管上設(shè)置一個支架。煤化工廢水處理項目中，某些位置由于管道應(yīng)力的需要，必須使用焊接型支腿管架，此時，需將此種管架與其所焊直管段做特殊件處理，由制造廠家預(yù)先制備，不與其他管架合并編入《管道支架表》中。

　　3煤化工廢水項目中襯里管道的安裝

　　在煤化工廢水處理項目中，襯里管道的用量較多，若對襯里管道的安裝要求不加重視，則可能造成人工與材料的浪費，甚至延誤工期。因此，從設(shè)計階段開始，工程技術(shù)人員即需對襯里管道的安裝加以考慮。(1)安裝過程應(yīng)避免破壞高聚物襯里層。襯里管道內(nèi)層多為高聚物材料，其物理、化學(xué)特性決定了過高溫度會使襯里層變形、損壞，因此，熔融焊接、火焰切割等高溫施工作業(yè)不得接近襯里管道;同時，對管道內(nèi)層與外層作用力有損害作用的扭曲、敲打等施工作業(yè)，也不可在襯里管道安裝過程中發(fā)生。(2)襯里管道公稱直徑在DN500以上時，施工人員可以鉆進(jìn)管道內(nèi)部進(jìn)行內(nèi)襯操作[15]。但對于小于DN500的襯里管道，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)將儀表、取樣點靠近直管端部設(shè)計，以方便施工人員在進(jìn)行焊接支管后的內(nèi)襯操作時，能在靠近主管的一端進(jìn)行涂抹。

　　(3)襯里管道安裝過程中，可能由于施工誤差導(dǎo)致直管段出現(xiàn)一定尺寸的負(fù)偏差，若誤差在10mm以內(nèi)，可用加厚墊塊來調(diào)整，由于墊塊材料一般為聚乙烯，此時需在兩端增加墊片后進(jìn)行密封。(4)襯里管道外層應(yīng)設(shè)置安全放氣孔，其作用為釋放高聚物內(nèi)層與鋼制外層之間由于襯里過程升溫產(chǎn)生的氣體，放氣孔應(yīng)做相應(yīng)防護(hù)措施，避免堵塞。(5)敷設(shè)在管廊上的襯里管道，設(shè)計階段應(yīng)考慮安裝過程中各管段連接時的法蘭碰撞問題，襯里管道定長管、調(diào)整段、管件等連接處法蘭應(yīng)避免與管廊結(jié)構(gòu)梁碰撞，成排管道之間應(yīng)留出足夠凈距，襯里管道不宜與高溫管道布置過近。(6)針對特殊位置的配管，非標(biāo)準(zhǔn)長度的管道現(xiàn)場預(yù)安裝后，再返回進(jìn)行襯里加工。

　　4結(jié)語

　　與其他含腐蝕性介質(zhì)的化工項目相比，煤化工廢水處理項目中，廢水介質(zhì)更為復(fù)雜，介質(zhì)組分更加不穩(wěn)定。因此，無論從經(jīng)濟上還是功能性上，化學(xué)性能穩(wěn)定的高聚物襯里管道均是廢水處理項目管材選用上的發(fā)展趨勢。相比其他金屬材料管道，襯里管道的設(shè)計更為復(fù)雜，材料統(tǒng)計更為精細(xì)，因此，工程設(shè)計者應(yīng)從管道的設(shè)計、安裝、襯里材料的選擇等多方面綜合考慮，合理、合規(guī)地對其進(jìn)行布置，從而提升工程質(zhì)量，保證工程進(jìn)度，減少項目投資。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]張冉.煤化工企業(yè)廢水深度處理與用水系統(tǒng)集成優(yōu)化[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2017.

　　[2]陳雁玲，劉琳琳，何湛聰，等.考慮再生操作的間歇過程用水網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[J].化工進(jìn)展，2017，36(4)：1173-1179.

　　[3]吳限.煤化工廢水處理技術(shù)面臨的問題與技術(shù)優(yōu)化研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2016.