2.6　化工管道

化工生产中所用的各种管道总称为化工管道，它是化工生产装置中不可缺少的一部分。化工管道的功用是按工艺流程把各个化工设备和机器连接起来，以输送各种介质，如高温、高压、低温、低压、有爆炸性、可燃性、毒害性和腐蚀性的介质等。因此，化工管道种类繁多。化工管道由管子、管件、管道附件和阀门等零部件组成。

2.6.1　化工用管的种类

2.6.1.1　金属管的种类

在石油化工生产中，金属管占有相当大的比例，常用的金属管介绍如下。

（1）有缝钢管

有缝钢管可分为水煤气钢管和电焊钢管两类。

①水煤气钢管。其一般用普通碳素钢制成，按其表面质量分为镀锌管和不镀锌管两种。镀锌的水煤气管习惯上称为白铁管，不镀锌的习惯上称为黑铁管。按管壁厚度又可分为普通的、加厚的和薄壁的三种。它主要应用在水煤气管道上，所以称为“水煤气管”（水煤气管是水管、煤气管的统称）。

②电焊钢管。它是用低碳薄钢板卷成管形后电焊而成的。电焊钢管按焊缝形式不同有直焊缝和螺旋焊缝两种。直焊缝主要用于压力不大和温度不太高的流体管道，螺旋焊缝主要用于煤气、天然气、冷凝水管道。石油输送管道多采用螺旋焊缝电焊钢管。

（2）无缝钢管

无缝钢管按制造方法不同，可分为热轧无缝钢管和冷拔无缝钢管两类。无缝钢管的品种和规格很多，根据它的材质、化学成分和力学性能及其用途，又可分为普通无缝钢管、石油裂化用无缝钢管、化肥用高压无缝钢管、锅炉用高压无缝钢管、不锈耐酸无缝钢管等。无缝钢管强度高，主要用在高压和较高温度的管道上或作为换热器和锅炉的加热管。在酸、碱强腐蚀性介质管道上，可采用不锈耐酸无缝钢管。

无缝钢管用“ϕ外径×壁厚”来表示。例如，ϕ108×5表示外径为108mm，厚度为5mm。

（3）铸铁管

铸铁管可分为普通铸铁管和硅铁管两种。

①普通铸铁管。它是用灰铸铁铸造而成的，主要用于埋在地下的给水总管、煤气总管、污水管等，它对泥土、酸、碱具有较好的耐腐蚀性能。但它的强度低、脆性大，所以不能用于压力较高或有毒、爆炸性介质的管道上。

②硅铁管。它可分为高硅铁管和抗氯硅铁管两种。高硅铁管能抵抗多种强酸的腐蚀，它的硬度高，不易加工，受振动和冲击易碎。抗氯硅铁管主要能够抵抗各种温度和浓度盐酸的腐蚀。

（4）紫铜管和黄铜管

紫铜管和黄铜管主要用于制造换热器或低温设备，因为它们的热导率大，低温时力学性能好，所以深度冷冻和空分设备广泛采用。拉制紫铜管的最大外径为360mm，挤制的最大外径为280mm，管壁厚5～30mm，管长1～6m。当工作温度高于523K时，紫铜管和黄铜管都不宜在介质压力作用下使用。在低温时它们确有较好的力学性能，因此深度冷冻的管道则采用紫铜管或黄铜管。

（5）铝管

铝管有纯铝管和铝合金管两种，主要用于浓硝酸、乙酸、甲酸等的输送管道上，它们不耐碱的腐蚀。工作温度高于433K时，不宜用于压力管道。

（6）铅管

铅管质软、相对密度大，加入锑8%～10%可制成硬铅管，它能耐硫酸腐蚀，所以主要用于硫酸管道上。但是在安装时，管外壁必须有保护的托架，并且支承装置的间距不能太大，以防管子由于自重下垂而变形。

2.6.1.2　非金属管

（1）塑料管

常用的塑料管为硬聚氯乙烯塑料管，它是以聚氯乙烯为原料，加入增塑剂、稳定剂、润滑剂等制成的热塑型塑料管。它易于加工成型，加热到403～413K时即成柔软状态，利用不同形状的模具便可压制成各种零件。它具有可焊性，当加热到473～523K时，即变为熔融状态，用聚氯乙烯焊条就能将它焊接，操作比较容易，冷却后能保持一定强度。硬聚氯乙烯管可用在压力0.49～0.588MPa和温度263～313K的管道上，耐酸、碱的腐蚀性能较好。

（2）玻璃钢管

玻璃钢管以玻璃纤维及其制品（如玻璃布、玻璃带、玻璃毡）为增强材料，以合成树脂（如环氧树脂、呋喃树脂、聚酯树脂等）为黏结剂，经过一定的成型工艺制作而成。它主要用于酸、碱腐蚀性介质的管道，但不能耐氢氟酸、浓硝酸、浓硫酸等的腐蚀。

（3）耐酸陶瓷管

耐酸陶瓷管的耐腐蚀性能很好，除氢氟酸外，输送其他腐蚀性物料均可采用它，但它承压能力低，性脆易碎，只能采用承插式连接或将管端做出凸缘用活套法兰进行连接。

（4）橡胶管

橡胶管的特点是能耐酸、碱腐蚀，但不能耐硝酸、有机酸和石油产品。由于是软管，一般不用于永久性连接，而是用于临时性连接和挠性连接，如与液体运输槽车、轮船的管道连接，煤气管、水管的连接等。现在，聚氯乙烯软管已经在许多场合取代了橡胶管。

2.6.2　管件

化工管道除了采用焊接的方法连接外，一般均采用管件连接，如改变管道的方向和管径大小以及管道的分支和汇合，都必须依靠管件来实现。管件的种类和规格很多，按其材质和用途可分为三种类型：水煤气管件、电焊钢管、无缝钢管和有色金属管件、铸铁管件。

（1）水煤气管件

水煤气管件通常采用“可锻铸铁”（白口铁经可锻化热处理，详见第5章）制造而成，要求较高时也可采用铸钢制作。水煤气管件都有标准，通常在市场上直接购买使用，如直通（管接头）、弯头、三通、堵头、活接头等（表2-2）。

（2）电焊钢管、无缝钢管和有色金属管的管件

这类管件包括弯头、法兰和垫片、螺栓等。

弯头有压制弯头和焊制弯头两种，目前多数情况采用压制弯头。对于大直径的中、低压管没有压制弯头，则采用焊制弯头（俗称虾米腰），一般在安装现场焊制。法兰和垫片、螺栓等详见2.6.3。

（3）铸铁管件

铸铁管件有弯头、三通、四通、异径管等。多数采用承插或法兰连接，高硅铸铁管因易碎常将管端制成凸缘，用对开松套法兰连接。

（4）其他管件

其他管件有使用渐多的塑料管件、适用于特殊场合的耐酸陶瓷管件等。

2.6.3　化工管道的连接

管件的用途是连接管道。为了方便对各种不同压力和管径的管道进行连接，需要有一个共同遵守的准则。经过长期实践，形成了我国化工管道压力和直径的标准系列，这就是公称压力和公称直径，详见表2-3和表2-4。化工管道中的管子、管件、阀门等构件，都有各自所适用的公称压力和公称直径，要按照公称压力和公称直径进行选用。

2.6.3.1　化工管道的公称压力和公称直径

（1）公称压力

公称压力用PN表示，如PN1.6表示公称压力为1.6MPa。管道实际工作时的最高工作压力应小于或等于公称压力，才能保证安全。其中碳钢材料管道构件在不同温度下允许的最大工作压力见表2-5（表中的试验压力是用试验来检验其强度和密封性时使用的压力）。

（2）公称直径

公称直径用DN表示，如DN150表示公称直径为150mm。往往公称直径既不是管子的外径也不是内径，而是接近管子内径的整数，例如，ϕ159×5是外径159mm、内径149mm的无缝钢管，其公称直径是150mm。

2.6.3.2　化工管道的连接方法

对于一定公称压力和公称直径的化工管道，除了使用合适的管子以外，还需要采用合适的连接方法、选用合适的管件进行连接。主要连接方法有螺纹连接、焊接、法兰连接和承插连接等几种。

（1）螺纹连接

螺纹连接也称丝扣连接，只适用于公称直径不超过65mm、工作压力不超过1MPa、介质温度不超过373K的热水管道，公称直径不超过100mm、公称压力不超过0.98MPa的给水管道；也可用于公称直径不超过50mm、工作压力不超过0.196MPa的饱和蒸汽管道；此外，只有在连接带螺纹的阀件和设备时，才能采用螺纹连接。螺纹连接时，在螺纹之间常加麻丝、石棉线、铅油等填料。现一般采用聚四氟乙烯填料，密封效果较好。

（2）焊接

焊接是长管道、高压管道连接的主要形式，一般采用气焊、手工电弧焊、手工氩弧焊、埋弧自动焊、埋弧半自动焊、接触焊（热熔焊）和气压焊等。在施工现场焊接碳钢管道，常采用气焊或手工电弧焊。电焊的焊缝强度比气焊的焊缝强度高，并且比气焊经济，因此应优先采用电焊连接。只有公称直径小于80mm、壁厚小于4mm的管子才用气焊连接。塑料管道常采用热熔焊。

（3）法兰连接

法兰连接（图2-85）在石油、化工管道中应用极为广泛，特别是需要经常拆卸或车间不允许动火时，必须使用法兰连接。它的优点是强度高、密封性能好、适用范围广及拆卸、安装方便。为了适应各种情况下的管道连接，管法兰及其垫片有许多种，早已有国家标准，可在市场上购买。

①管法兰。国家标准中有铸铁法兰、铸钢法兰、铸铁螺纹法兰、平焊钢法兰、对焊钢法兰、平焊松套钢法兰、对焊松套钢法兰和卷边松套法兰等多种。

②垫片。管法兰所用垫片种类很多，包括非金属垫片、半金属垫片和金属垫圈。石油化工管道的管法兰最常用的垫片有石棉板、橡胶石棉板、金属包石棉垫片、缠绕式垫片、齿形垫片和金属垫圈等。垫片的选择主要根据管内压力、温度、介质的性质等综合分析后确定，与法兰种类及密封面形式相一致。在选择法兰时就应该同时确定垫片的种类。

③螺栓、螺母。压力不大的管法兰（PN≤2.45MPa），一般采用半精制螺栓和半精制六角螺母；压力较高的管法兰应采用光双头螺栓和精制六角螺母。

中、低压管道常采用平焊法兰，高压管道则常采用对焊法兰或对焊松套法兰，有色金属管道则采用卷边松套法兰。法兰密封面形式有光滑式、凹凸式、榫槽式、梯形槽式和透镜式。低压时采用光滑密封面，压力较高时则采用凹凸密封面。通常采用的垫片为非金属软垫片。高压管道连接常采用平面形和锥面形两种连接法兰：平面形要求密封面必须光滑，采用软金属（铝、紫铜等）作垫片；锥面形的端面为光滑锥形面，垫片为凸透镜式，用低碳钢制成。

（4）承插连接

在化工管道中，用于输水的铸铁管多采用承插连接。承插连接适用于铸铁管、陶瓷管、塑料管等，如图2-86所示。它主要应用在压力不大的上、下水管道。承插连接时，插口和承口接头处留有一定的轴向间隙，在间隙里填充密封填料。对于铸铁管，首先填2/3深度的油麻绳，然后填一定深度的石棉水泥（石棉30%+水泥70%，在重要场合不填石棉水泥而灌铅），最后涂一层沥青防腐层。陶瓷管在填塞油麻绳后，再填水泥砂浆即可，一般应用于下水管。