探讨苯乙烯装置高温管线支架的选型设计

探讨苯乙烯装置高温管线支架的选型设计

桑建宏

上海三鼎工程技术咨询有限公司 上海 200030

摘要：苯乙烯是我国合成树脂、合成橡胶的重要原料。本文以苯乙烯装置高温管线支架选型设计为主要研究对象，基于苯乙烯的负压绝热脱氢工艺开展高温管线支架选型设计分析，结合苯乙烯装置实际运行情况。以及参考苯乙烯生产、制造领域的多方科研及经验书籍，提出一系列高温管线支架的选型设计建议，为从事相关领域的设计人员，给予力所能及的帮助和支持。以供参考。

关键词：苯乙烯装置；高温管线；支架

引言：随着我国工业技术的不断腾飞，基于苯乙烯的工业生产领域迎来新的发展和变化，特别是苯乙烯装置的高温管线支架，产生翻天覆地的改变和创新。一方面，国内配管技术的深入发展和创新研究，为高温管线支架提供多种的应用发展方向，另一方面，传统土建工程随着技术的不断升级和优化，进一步提高管道支架的施工质量，为现代苯乙烯生产、制造提供稳定的发展环境，引发从业人员的思考和研究。

1. 苯乙烯装置的加工工艺类型

苯乙烯装置，对应的加工工艺共有三种，不同的加工工艺对应的生产环境存在极为明显的差异性，因此开展相关高温管线支架选型设计也会存在一定影响。通常，国内外生产苯乙烯的加工工艺共计有三种，其一为乙苯氧化脱氢技术，其二为乙苯共氧化法，其三为乙苯绝热脱氢工艺。总而言之，任何一种工艺基本都是以乙苯为原料，利用催化器进行催化作用，然后在550摄氏度到600摄氏度的范围内，实现苯乙烯的有效生产。随着时间的发展，绝热脱氢工艺成为主流的生产技术，一方面，该技术应用于工业生产加工领域，可以极大提升苯乙烯的生产数量，另一方面，该工艺的生产稳定性、安全性远远超过其他两种工艺。以乙苯共氧化法为例，在生产过程中不仅副产物较多，影响苯乙烯的生产，同时对应的资源消耗程度较大，生产成本极高，而乙苯氧化脱氢工艺则极有可能产生爆炸等安全隐患，对应的生产工艺极为危险，因此无法成为主流的生产工艺。基于绝热脱氢工艺的选择，需要根据生产工艺的加工路线，科学选择对应的管线设计，从而保障苯乙烯生产加工工艺的有序开展。

2. 传统高温管线支架选型设计

虽然苯乙烯的生产工艺已经不断被国内工业企业所掌握，但是对于高温管线支架的选型设计，一直是国内管线支架设计领域的攻关重点。自上世纪90年代，我国先后突破DN600管径的高温管线设计，但是随着工业技术的不断创新和发展，面对苯乙烯产业的强大市场需求，对高温管线支架设计的要求不断提升和增加。因此，传统高温管线支架的选型设计，面临一系列的瓶颈和困难。以高温管线支架的管托为例，传统高温管线管托的设计图纸虽然简单易懂，施工方便，可操作性高，但是对应的设计参数较少，并且基于苯乙烯绝热脱氢生产工艺的要求相差甚远，对应的管架承载系数以及管托受热极限等相关要求无法满足生产工艺的标准。同时管托轴向位移与当前苯乙烯装置的位移控制范围相差较大，传统管线支架仅仅能够维持50毫米的位移范围，无法满足当前工艺的设计要求。另外在施工过程中，管线支架隔热层厚度也是生产工艺的重要参考因素，由于传统高温管线设计无法实现隔热层厚度的变化，因此对应的温度无法进行调整和调节，从而导致施工现场需要增加相应的辅助设施，进而增加施工成本。

三、新型苯乙烯装置管道支架选型设计要点

（一）苯乙烯装置管道支架选型原则

苯乙烯装置管道支架选型原则，主要是根据绝热脱氢工艺进行生产，因此管道中的蒸汽温度最高到达880摄氏度，由于温度过高的管道环境，必然带来强大的蒸汽压力，因此管道支架需要维系好苯乙烯生产加工带来的各种影响。现代工业管道支架选型设计，结合当前生产工艺的基本要求，结合应力计算结果对管道支架进行科学选择。一方面，需要合理设计高温管线支架形式以及支架位置，结合特殊工艺环境的标准和细则，开展管道支架的选型优化举措，另一方面，确保高温管道支架相关强度可以满足工业生产的各项生产要求，对支架形式进行改良和提升。

苯乙烯装置管道支架，务必要充分实现管道荷载的有效承载，同时能够避免在生产作业过程中出现其他位移或者变形问题，并且基于苯乙烯的特性和要求，还要确保苯乙烯不会出现泄漏或者外溢风险，确保管道运输的安全性，减少生产作业过程中出现的振动问题。因此，在开展相关内容的选型设计时，需要系统化分析苯乙烯装置管道设计的具体走向、附加管件、生根部件以及连接结构件，需要对各个构件进行多种化学参数的考量和分析，从而实现支架选型的科学性和高效性。苯乙烯其本身具有一定的毒性和危害性，因此在苯乙烯生产过程中，务必要保持管道的严密性，对应的支架构件与苯乙烯生产装置要实现二者的有效融合，既要克服高温环境的安装要求，同时还要考虑苯乙烯生产过程中的各项潜在问题，减少相关因素的干扰。作为高温管道支架选择设计人员，要对施工现场进行提前布控，了解生产作业环境以及可能产生的功能需求，通过系统化的综合调研，明确苯乙烯生产装置的管线支架要求，确定对应的设计型号、设计标准、支撑点位置、以及连接件形式。需要注意的是，严禁在管道走向确定后，进行管道支架设计修改，对应的设计内容必然会导致后续施工作业的影响，从而为苯乙烯的生产增加一系列不可控因素，因此基于科学的严谨性原则以及工业生产的安全性要求，设计人员开展苯乙烯装置管道支架设计时，需要充分考虑所有的设计环境，明确可能产生的干扰因素、影响因素，保障高温管道设计各项参数符合科学的选择标准，减少相关施工及运行问题的产生。

2. 高温管道支架承载力的设计要求

高温管道支架的选型设计，需要考虑对应管道的具体设计走向以及管道自身重力。一方面，作为管道支架需要满足对应的承载力要求，同时在设计时需要考虑可能存在的承载力极限以及对应的管道变形问题。苯乙烯装置的管道应力，需要结合管径设计、生产工艺、生产效率、管道材质等一系列因素进行选择和分析，并且所有影响因素进行科学测评，根据相应的评估结果确定管道支架承载应力，然后再进行支架选型的设计。众所周知，当管道自身重量过大或者管道出现不可控的材料变形，必然引发一系列危险事故，对管道支架可能造成极为严重的破坏和影响，因此在设计过程中，要充分考量管道的极限重力，同时按照极限承载力进行设计，增加对应的支架数量，减少局部管道应力的集中和影响，提升管道支架设计的安全性。

2. 高温管道支架二次应力的影响

高温管道支架选型设计与支架数量存在一定的关联，因此在进行选型设计时，要充分考虑单一支架的承载系数以及承载范围。特别是在实际应用过程中，需要充分考虑高温管道的变形问题，借助管道支架的二次应用调节，减少管道负荷转移带来的变形影响。另外，关于二次应力的影响，既要保障管道设备的运行要求，同时也要充分考虑管道支架维护是否方便有效。传统意义上，虽然减少支架数量，有助于提升管道支架的维修效率，但是对应的支架承载压力也会进一步提升，因此在进行支架数量设计时，要结合支架对应的承载力需要以及二次应力的影响。现代工业领域，苯乙烯装置高温支架选型设计，可以实现二次应力的有效调节，通过在管道连接处架设相应的管道连接件，可以提升管道支架的承载能力，同时能够减少管道设备的变形问题^[1]。

2. 高温管道支架位置的设计要求

苯乙烯装置在设计初始，需要进行合理的设备布置，因此对应支架位置的选择，要以生产设备为核心，对应的支架位置要充分考虑管道的排列方式。同时，基于苯乙烯的危险性和特殊性，需要选择强化系数较高的支架构件，从而满足不同的位置需求。既要减少对周边建筑物、梁、柱等位置的占据，同时还要在必要的管道走向中做好结构件的预埋工作。以生根在管道荷载超过10KN的支架为例，在确认位置后，要对支架承载荷载进行检测和检验，同时结合土建施工的要求和标准，保障管道传输的承载要求。另外，针对高温管道的应力，要充分考虑对应的受力范围，选择承重系数较高的承载构件安装到管道组件附近^[2]。

（五）管道支架上部隔热材料设计

苯乙烯装置的管道设备，需要满足880摄氏度的高温要求，因此对应的管道支架也要考虑相应的温度要求，需要在支架与管道之间设计对应的隔热装置。隔热装置的厚度与隔热系数息息相关，在开展相关设计时，要考虑需要对应的环境要求。另外，管道支架与隔热材料的连接处，需要保障隔热材料不会脱落和分离，减少高温环境对支架的实际影响^[3]。

结论：综上所述，苯乙烯装置管道支架选型设计，要充分考虑管道支架的设计标准、管道承载力要求、二次应力的影响、管道支架位置、管道支架隔热材料等各个方面要求，同时还要考虑苯乙烯的生产工艺以及对应的生产需求，从而有效保障工业生产的安全性。

参考文献：

[1]黄永富.苯乙烯抽提装置环丁砜系统换热器设备的腐蚀原因和对策[J].化工管理,2020(31):155-156.

[2]赵林涛.浅谈苯乙烯装置中脱氢反应区的设备布置[J].化工设计,2020,30(04):35-37+1-2.

[3]阚昊,于宸,金熙俊.苯乙烯装置产生聚合物的预防和解决办法[J].当代化工,2020,49(07):1488-1491.