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基于化工工藝及化工設(shè)備適應(yīng)性設(shè)計研究

文檔作者：陳潤洪文檔來源：江西通安安全評價有限公司		更新日期： 2026年05月03日	點擊數(shù)：
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石油化工
引言
化工生產(chǎn)活動中，設(shè)備與工藝等同于系統(tǒng)硬件及軟
件，某一方有缺失，均會在另一方得到體現(xiàn)，因此，應(yīng)
當對二者采取綜合性探究，才能達到基本的適應(yīng)性，維
護化工生產(chǎn)品質(zhì)與效率。但實踐中由于生產(chǎn)原料的不斷
調(diào)整，工藝標準也在逐步提升，化工設(shè)備也要做出相適
應(yīng)的改變。
一、化工工藝與化工設(shè)備
化工工藝在相關(guān)工程設(shè)計中，位于首要環(huán)節(jié)，能對
設(shè)備結(jié)構(gòu)及性能有決定性影響，因此，應(yīng)當先了解化工
工藝的相關(guān)問題。所謂的化工工藝，便是把原料通過某
些化學(xué)反應(yīng)后，得到設(shè)計產(chǎn)品的過程，并且還包括把原
料變成產(chǎn)品中應(yīng)用的方法舉措。以此概念來說，化工工
藝似乎比較簡單，但其中牽扯到諸多復(fù)雜的問題。
總體而言，化工工藝基本上可總結(jié)成三個環(huán)節(jié)：
第一，原料預(yù)處理。例如：凈化、粉碎及濃縮等，
這類操作是為讓原料可以滿足復(fù)合化學(xué)反應(yīng)的標準。
第二，化學(xué)反應(yīng)。此環(huán)節(jié)是該種工藝中最關(guān)鍵的部
分，基于設(shè)定的反應(yīng)條件，使預(yù)處理后的原料參與各類
化學(xué)反應(yīng)，比如還原反應(yīng)以及聚合反應(yīng)等，由此得出產(chǎn)
物。
第三，將反應(yīng)后得到的產(chǎn)物實施提純與精煉。清理
其中的各類雜質(zhì)，生成滿足有關(guān)規(guī)范標準的產(chǎn)品。通過
概述化工工藝的基本步驟能發(fā)現(xiàn)，此項工藝就是在把原
料加工成產(chǎn)品的過程中，需要采取的操作方法，包括原
料、反應(yīng)方式等的選擇，也就是說，化工工藝對產(chǎn)品品
質(zhì)起到?jīng)Q定性作用，因而，在設(shè)計期間，應(yīng)當全面考量
各類要素，設(shè)計出滿足現(xiàn)實生產(chǎn)活動需要的工藝。
化工設(shè)備對于生產(chǎn)活動來說，相對簡單，也就是生
產(chǎn)期間用到的各類設(shè)備機械。化工生產(chǎn)期間，涉及的設(shè)
備主要有兩種：
一是，化工機器，主要部件為運動形態(tài)，例如：烘
干機、壓縮機等。
二是，部件為靜止形態(tài)的機械，例如：反應(yīng)裝置、
各類容器等。事實上，化工設(shè)備的類型極多，各類設(shè)備
的功能也不盡相同，化工生產(chǎn)期間要基于工藝需求，挑
選匹配的設(shè)備。而在設(shè)計設(shè)備時，就應(yīng)參考工藝規(guī)范，
確保設(shè)備的適應(yīng)性。
二、化工設(shè)備適應(yīng)性設(shè)計的意義
化工設(shè)備的設(shè)計需和工藝相適應(yīng)，滿足現(xiàn)階段相關(guān)
生產(chǎn)活動的需求，這是由于適應(yīng)性設(shè)計擁有顯著的存在
意義。
首先，優(yōu)化設(shè)備的實用性。在設(shè)計環(huán)節(jié)中，貼合化
工工藝的需要，能有效解決相關(guān)設(shè)備生產(chǎn)的不足，提高
其可用性。假設(shè)生產(chǎn)活動中，化工設(shè)備對于工藝的適應(yīng)
性不足，也就是工藝標準偏高，加之設(shè)計中不能進行相
應(yīng)的調(diào)整，就不可能達到生產(chǎn)應(yīng)用的實際要求，這會降
低生產(chǎn)成品的質(zhì)量，甚至還會到導(dǎo)致生產(chǎn)效率下降。因
此，提高化工工藝與設(shè)備最終的適應(yīng)性是有現(xiàn)實價值
的，可以整體提高設(shè)備的應(yīng)用效果。在化工設(shè)備擁有良
好實用性的基礎(chǔ)上，能提升經(jīng)濟收益，所以企業(yè)也對此
會較為重視。
其次，提升生產(chǎn)水平。現(xiàn)代化工領(lǐng)域中，生產(chǎn)效率
與產(chǎn)出品質(zhì)直接影響公司的經(jīng)濟收益，而且企業(yè)若要更
好地發(fā)展，便應(yīng)從質(zhì)量與效率入手。二者與生產(chǎn)工藝、
設(shè)備機械有著莫大關(guān)聯(lián)，在工藝選擇合理、設(shè)備運轉(zhuǎn)效
率較高、達到工藝標準，便能提升生產(chǎn)水平。因此，將
工藝與設(shè)備實行有機整合，讓二者有效適應(yīng)，確保生產(chǎn)
品質(zhì)與效率穩(wěn)步提高，為企業(yè)良好發(fā)展提供基礎(chǔ)條件。
最后，優(yōu)化設(shè)備養(yǎng)護成效。化工生產(chǎn)進行中，作業(yè)
強度較高，并且時常面臨磨損及腐蝕等問題，使設(shè)備機
械會面臨各類問題，運轉(zhuǎn)效率及質(zhì)量受到干擾，為保障
基于化工工藝及化工設(shè)備適應(yīng)性設(shè)計研究
陳潤洪　　江西通安安全評價有限公司
【摘　要】在化工領(lǐng)域中，工藝和設(shè)備關(guān)聯(lián)性較強。基于化工工藝的確定，挑選及設(shè)計合適的化工設(shè)備，開展生產(chǎn)
活動。以實際狀況來講，工藝與設(shè)備對化工生產(chǎn)成效有關(guān)鍵性影響，兩者適應(yīng)性提高，可帶動生產(chǎn)效
率，進一步穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量。在此背景下，簡述化工工藝及設(shè)備，并分析化工設(shè)備進行適應(yīng)性設(shè)計的意
義，重點探究具體的設(shè)計方向，包括環(huán)保性設(shè)計、合理優(yōu)化設(shè)備參數(shù)、材料選用以及防腐處理四個要
點，旨在加強設(shè)備與工藝的適配度。
【關(guān)鍵詞】化工工藝；化工設(shè)備；適應(yīng)性設(shè)計
【DOI】10.12316/j.issn.1674-0831.2022.17.003
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石油化工
化工生產(chǎn)的持續(xù)性，定期維修及養(yǎng)護設(shè)備。假設(shè)設(shè)備機
械與化工工藝的適應(yīng)性不足，不僅會使生產(chǎn)品質(zhì)及效率
受影響，還會引起養(yǎng)護及維修效果的波動。目前，化工
企業(yè)設(shè)備機械制造成本偏高，對生產(chǎn)活動也有較高的價
值。因而日常運轉(zhuǎn)中會定期養(yǎng)護，相關(guān)花費也比較大。
在強化設(shè)備機械與工藝的適應(yīng)性后進行生產(chǎn)加工，會使
設(shè)備受損程度下降，由此延長機械的服役年限。總之，
提升設(shè)備與工藝的適應(yīng)性，可以優(yōu)化機械的維護成效，
保障養(yǎng)護的作用，并可以加長設(shè)備應(yīng)用時間。
三、化工工藝與設(shè)備的適應(yīng)性設(shè)計探究
1.綠色環(huán)保設(shè)計
為緊跟時代前進腳步，化工行業(yè)在對工藝與設(shè)備進
行設(shè)計時，應(yīng)當謹記綠色環(huán)保的基本要求，綜合考量機
械結(jié)構(gòu)的問題，確保設(shè)備及工藝均具有環(huán)保性，并且不
易被其他因素干擾。比如，在傳統(tǒng)生產(chǎn)活動中，換熱管
的管束容易帶來噪聲污染。對此，需要在設(shè)計時，合理
調(diào)整設(shè)備尺寸規(guī)格，滿足降噪要求。如果是設(shè)計U型彎
管，需側(cè)重于抗震方面，并確保相應(yīng)的加持設(shè)計，達到
節(jié)能環(huán)保的標準。化工機械在設(shè)計環(huán)節(jié)，需要挑選高品
質(zhì)的傳熱裝置和有關(guān)的保溫物料，意在控制熱量冗余消
耗，實現(xiàn)合理化節(jié)能，加強設(shè)備和工藝的適應(yīng)性。
2.合理設(shè)置參數(shù)
組裝好的化工設(shè)備，在正式投入生產(chǎn)活動之前，會
按照具體的化工工藝要求，調(diào)整運行參數(shù)，這是該領(lǐng)域
生產(chǎn)活動中最為關(guān)鍵的一項操作。比如說，以往在設(shè)置
重沸器參數(shù)時，會先開展相關(guān)試驗。往設(shè)備機械中添加
試驗材料，經(jīng)過充分加熱后，觀察設(shè)備出口處的液態(tài)水
狀況，由此掌握被加熱材料的溫度調(diào)整方向。化工生產(chǎn)
期間，管道位置的水體會少于出口的蒸汽量，此種方法
的應(yīng)用難度比較高，而且對被加熱材料進行溫度控制，
有可能會出現(xiàn)水錘的情況，導(dǎo)致管道質(zhì)量下降，不能確
保管道穩(wěn)定，使其受損問題加重。在生產(chǎn)期間，要注重
介質(zhì)流量的管控，適度調(diào)整被加熱材料的溫度。經(jīng)過試
驗實踐后，根據(jù)所得的數(shù)據(jù)材料，合理設(shè)置工藝及設(shè)備
運轉(zhuǎn)參數(shù)，由此收獲最佳的生產(chǎn)效益。
比如，在換熱器的設(shè)計中，基本的設(shè)計標準是：達
到工藝操作要求、可以長時間運行、運維清洗便利、達
到工藝需要的傳熱面積等。對于介質(zhì)流程，如果是固定
管板結(jié)構(gòu)的換熱器，容易結(jié)垢的流體、高壓流體、腐蝕
性強以及毒性高的流體，需走管程。在冷卻中的熱流體
應(yīng)走殼程。為保證化工設(shè)備的傳熱效率與運行經(jīng)濟性，
需對其終端溫差參數(shù)進行有效設(shè)置及管控。其一，熱端
溫差需達到20℃；在冷卻環(huán)節(jié)中，冷端溫度差能適當降
低，但也要達到5℃；在采取冷卻劑對工藝流體進行處理
中，進口處的溫度需超過流體最高凝點至少5℃；空冷器
溫差最低也要超過20℃；在冷凝處理帶有惰性氣體的流
體中，出口溫度最少要小于冷凝露點5℃。另外，在流速
參數(shù)的設(shè)置中，需明確：流速快，傳導(dǎo)效率高，可加強
對污垢及沉積的沖刷能力，但同樣不可太大。以直管內(nèi)
的常用流速范圍為例，具體見表1。
表1　直管內(nèi)流體的常用流速參數(shù)
流體類型 流速（m/s）
冷卻用淡水 0.7～3.5
冷卻用海水 0.7～2.5
氣液混合體 2～6
低粘度油 0.5～1.8
粘度油 0.5～1.5
油類蒸汽 5～15
3.設(shè)備材料選擇
化工設(shè)備涉及的構(gòu)成材料，主要有兩類，即金屬與
非金屬。
一方面，金屬材料。首先是碳鋼，此類材料在國內(nèi)
產(chǎn)量規(guī)模較大，若要降低設(shè)備造價，可以選擇更多碳
鋼。和其他材質(zhì)相較，其的耐腐蝕性突出，可用在儲存
酸堿性弱、不和碳鋼有反應(yīng)的液體，例如，低濃度的苛
性鈉溶液。另外，如今在一些高腐蝕的生產(chǎn)環(huán)節(jié)上，也
會用到碳鋼材料。這時要采取防腐處理，比如，噴防
腐涂層、襯里處理等。簡單來講，如果材料厚度超過
12mm，采取襯里方法，應(yīng)當采用鈦與不銹鋼材料。而為
抑制造價上漲，需控制基底用料量。其次是不銹鋼，化
工生產(chǎn)進行中，難免會有腐蝕性高的產(chǎn)物，金屬設(shè)備接
觸后會受到影響。假設(shè)在高腐處采用碳鋼材質(zhì)，需要長
期配備防腐層，這勢必會導(dǎo)致成本規(guī)模擴大，而防腐層
也會在長期應(yīng)用中，性能逐漸下降。再加上化工設(shè)備一
般通過焊接實現(xiàn)材料整合，所以，選擇不銹鋼材料中，
也應(yīng)重視焊接效果。目前，奧氏體在化工行業(yè)中的使用
率較高，現(xiàn)有型號包括304、321等。最后，其他類型的
金屬。化工生產(chǎn)過程中，存在高溫及高壓的情況，為保
障設(shè)計適應(yīng)性，設(shè)備也要具備抗高溫與高壓的特點，再
加上，大多數(shù)反應(yīng)物具有腐蝕性，因此在設(shè)計中，應(yīng)當
綜合考慮。比如說，天然氣制氫裝置，包括廢熱鍋爐與
中溫變換爐，二者工作溫度高達300℃，并且會接觸到各
類腐蝕性物質(zhì)。所以，設(shè)計工程師一般采用鎳基合金，
特別是合金15CrMoR，在應(yīng)對高溫、腐蝕與高壓方面，
有優(yōu)秀的性能。
另一方面，非金屬材料。一是石墨，其在耐腐蝕與
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石油化工
傳熱性能的方面，能達到理想的狀態(tài)，比較適合運用到
設(shè)備內(nèi)側(cè)，用于抵抗強腐蝕材料對設(shè)備的侵害。實際挑
選石墨中，設(shè)計師要先合理處理材料，將其浸泡樹脂
中，而后才能用在高溫不足160℃、壓力不足0.5MPa的
化工生產(chǎn)環(huán)境中。另外，石墨還能承受稀硫酸及鹽酸等
類似液體的腐蝕，保障設(shè)備的應(yīng)用年限。加之石墨的熱
傳導(dǎo)能力較強，所以可用在傳熱構(gòu)件部分。但石墨也有
不足，延展性與可塑性較差，所以要求設(shè)計師能結(jié)合化
工工藝需求，合理選擇運用石墨，可采取適當?shù)膬?yōu)化措
施，如增加碳鋼膜。二是搪瓷，現(xiàn)如今化工設(shè)備會把搪
瓷應(yīng)用到碳鋼表層，這是由于此類材料的質(zhì)地硬，能保
護設(shè)備結(jié)構(gòu)。但倘若僅采用搪瓷，會因為力學(xué)性能較
差，無法達到化工工藝要求。另外，機械設(shè)計時，要避
免搪瓷處于會出現(xiàn)撞擊的區(qū)域，而且如果生產(chǎn)溫度快速
提高，搪瓷容易脫落，對此，為確保結(jié)構(gòu)密封性，使用
搪瓷的化工設(shè)備，內(nèi)部壓強需在1MPa以內(nèi)。三是玻璃鋼
與塑料。二者耐腐蝕性較好，特別是在保存強腐蝕物料
中的實用性更高。其中玻璃鋼密度低，質(zhì)量相對更輕。
化工設(shè)備設(shè)計中，鹽酸儲罐及通風(fēng)管等部分，經(jīng)常會采
用玻璃鋼。而高分子塑料的耐腐蝕性突出，多用在存放
腐蝕性原料。此外，兩種材料無法用于高溫條件中，
特別是玻璃鋼與硬聚氯乙烯，正常使用溫度不能達到
60℃，其余高分子塑料也要在100℃以內(nèi)。
3.強化防腐設(shè)計
在化工生產(chǎn)中，設(shè)備會遇到各類腐蝕性物質(zhì)，假設(shè)
未加有效控制，車間生產(chǎn)工作者極易會因此受傷，化工
設(shè)備同樣會有影響。事實上，腐蝕在諸多經(jīng)濟行業(yè)中都
有存在，由平日生活至工農(nóng)業(yè)活動，從一般技術(shù)手段到
高精尖科技，均無法脫離開腐蝕。而且因為腐蝕，導(dǎo)致
諸多材料變?yōu)閺U料。比如鋼鐵每年因腐蝕產(chǎn)生的廢料占
產(chǎn)量的三成左右，而且僅有2/3能被回收。由于腐蝕導(dǎo)致
的經(jīng)濟損失統(tǒng)計見表2。
表　2各行業(yè)因腐蝕產(chǎn)生的直接損失（約數(shù)）
行業(yè) 直接損失（億元）
化工 300
機械工業(yè) 512
能源行業(yè) 172
交通行業(yè) 303
對于化工設(shè)備設(shè)計的防腐處理，目前基本上有幾種
技術(shù)方法。其一，耐腐蝕材料。對于通用類的設(shè)備通常
選擇碳素鋼，不僅造價低廉，獲取便利，還容易加工處
理。一般工況下，碳素鋼不會受到腐蝕的影響，但在化
工生產(chǎn)中，高腐蝕性的物質(zhì)較多，其極易受損。比如，
Q235鋼在遇到鹽霧與酸氣時，腐蝕速度在0.5～1mm/a，
所以為和工藝保持較高的適應(yīng)性，會額外設(shè)置防腐層，
但如果漆膜有損壞，電化學(xué)腐蝕就會持續(xù)擴大，嚴重縮
短設(shè)備應(yīng)用年限。所以，化工設(shè)備通常不會選擇此材
質(zhì)，而基材一般采用一般的低合金鋼。此種材料的制造
價格較高，但整體經(jīng)濟效益更好。低合金鋼材料制成的
化工設(shè)備與碳素鋼機械相比，前者可用年限能達到后者
2～3倍。其二，設(shè)備表層防腐。從目前的防腐蝕技術(shù)情
況來看，表面涂層與金屬表面技術(shù)成本投入，約占全部
防腐處理的87%。通過表面防腐可延長化工設(shè)備應(yīng)用年
限，降低日常維修成本。除上述兩種防腐設(shè)計外，還
有電化學(xué)保護以及緩蝕劑的處理方式。通過設(shè)備防腐設(shè)
計，能提高機械對化工工藝生產(chǎn)的適應(yīng)程度。
四、結(jié)語
總之，化工工藝更新、設(shè)備運轉(zhuǎn)效率均和經(jīng)濟效益
有直接性的聯(lián)系，因而要持續(xù)提升設(shè)備運用中的適應(yīng)
性，優(yōu)化其應(yīng)用效果。為此，化工設(shè)備設(shè)計者應(yīng)當從多
個角度考量，和生產(chǎn)流程完整對接，確保設(shè)計結(jié)果適應(yīng)
化工工藝，為企業(yè)穩(wěn)定生產(chǎn)經(jīng)營，提供基礎(chǔ)條件。
參考文獻：
[1]潘成德.化工工藝與化工設(shè)備中適應(yīng)性設(shè)計的方法分
析[J].化工設(shè)計通訊，2020，46(04):88-89.
[2]王少偉.化工工藝與化工設(shè)備的適應(yīng)性設(shè)計[J].石化技
術(shù)，2019，26(02):203+205.
作者簡介：陳潤洪（1971—），男，漢族，江西九江瑞
昌人，本科，工程師，研究方向：化工安全評價。

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