化工管道材料合理選擇與研究

楊磊磊（廣東寰球廣業(yè)工程有限公司 廣東 廣州 510655）

在化工生產(chǎn)過程中，一直以來發(fā)生的管道事故都比較多，并且在這些事故中，因為管道材料選擇不當(dāng)引起的比例非常大。因此，怎樣正確選擇管道材料，使其可以達到化工生產(chǎn)的實際需求，成為了確保化工生產(chǎn)安全、可靠的主要基礎(chǔ)與前提。

一、耐熱管道材料選擇與研究

1.耐熱管道材料應(yīng)具備的性能

耐熱材料指的就是具有一定的高溫強度、耐氣體腐蝕性、耐氧化性、抗熱沖擊強度大、抗高溫脆化等性能的材料。本文主要對耐氧化性材料選擇進行研究。

2.耐氧化性材料選擇研究

在化工生產(chǎn)過程中，高溫鋼管一般均是暴露在高溫氣體或者特殊氣體、液體當(dāng)中，此時，需要鋼管具有很強的耐氧化性，這樣才可以確?；どa(chǎn)的正常進行。然而，碳素鋼鋼管在氧化作用下，會在表面形成一層氧化膜，卻無法有效保護鋼管基體。為了保證鋼管具有很強的耐氧化性，一定要添加適量的硅元素、鋁元素、鉻元素等有關(guān)金屬元素，通過這些元素的添加，可以使鋼管表面形成的氧化膜難以剝離。

鉻元素會比鐵元素提前氧化，在金屬表面形成一層氧化膜，在一定程度上，限制了氧化作用的進一步深入。所以，在鋼管材料中添加適量的鉻元素、鉬元素，形成鉻-鉬系合金，具有很強的耐氧化性。當(dāng)管道材料中含有5%-9%鉻元素的時候，可以有效提高管道的耐氧化性，一般均是將其應(yīng)用在石油化工生產(chǎn)中；當(dāng)管道材料中含有12%的鉻元素時，可以有效改善管道的耐氧化性。

二、低溫管道材料選擇與研究

1.低溫金屬材料脆性

通常情況下，低溫范圍指的就是從零下20℃到零上196℃，溫度再低就是深低溫、超低溫狀態(tài)。針對鋼管材料而言，在低溫范圍內(nèi)的選擇劃分可以為：在零下20℃到零上40℃的時候，最好不要使用碳素鋼鋼管；在40℃到70℃的時候，最好不要使用低合金鋼鋼管；在70℃到196℃的時候，最好不要使用一般合金鋼鋼管。

通常而言，碳素鋼、低合金鋼等鐵素體剛，在冰點之下就會體現(xiàn)出一種韌性急劇下降的情況，其脆性會逐漸提升，此種現(xiàn)象可以稱之為冷脆現(xiàn)象。為了確保管道材料具有良好的性能，不僅要保證材料在常溫狀態(tài)下具有良好的韌性、焊接性、強度，在低溫狀態(tài)下的時候，也要具有良好的脆性，這樣才可以為化工生產(chǎn)提供可靠的基礎(chǔ)。

2.低溫管道材料選擇

在化工生產(chǎn)過程中，最為常用的就是20號鋼，其韌性與脆性的轉(zhuǎn)變溫度一般為零下40℃左右，通常建議在零下20℃之上進行轉(zhuǎn)換，進而保證化工生產(chǎn)的安全。如果其轉(zhuǎn)換溫度低于零下20℃，一定要根據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，進行同溫度的沖擊韌性試驗，在保證其韌性與脆性轉(zhuǎn)換溫度符合生產(chǎn)要求的情況下，繼續(xù)開展生產(chǎn)活動。

如果選用更低溫度管道鋼材，通常可以選用一些含有錳元素、鎳元素等具有改善鋼材溫度脆性的管道材料。如果鋼材中含有2.25%的鎳元素，通常適合應(yīng)用在零下60℃的生產(chǎn)中；如果鋼材中含有的鎳元素達到了3.25%的時候，可以在零下100℃的生產(chǎn)條件下予以應(yīng)用，這兩種鋼材都屬于鐵素體剛。如果鋼材中鎳元素的含量達到了9%，那么可以將其應(yīng)用在零下196℃到零下120℃的生產(chǎn)中，此種鋼材屬于馬氏體剛。

三、高溫管道材料選擇與研究

1.金屬材料高溫力學(xué)性能

在化工生產(chǎn)過程中，管道經(jīng)常處在高溫作業(yè)狀態(tài)下。在高溫條件下，材料性能經(jīng)常會變得越加復(fù)雜，并且非常多變。通常而言，和常溫作業(yè)狀態(tài)相較而言，高溫承載金屬材料的力學(xué)性能主要具備以下特點：其一，金屬材料的屈服強度會隨著溫度的不斷升高而下降，塑性會隨著溫度的不斷升高而增強；其二，金屬材料的力學(xué)性能和荷載持續(xù)時間有著一定的聯(lián)系，隨著時間的不斷推移，會逐漸出現(xiàn)蠕變問題；其三，金屬材料的抗拉強度會隨著溫度的不斷升高而降低；其四，在高溫環(huán)境下，金屬材料的腐蝕性會逐漸增大。

2.高溫管道材料選擇

在化工生產(chǎn)過程中，當(dāng)溫度超出350℃的時候，就可以稱之為高溫。在化工生產(chǎn)中，在高溫狀態(tài)下，可能伴隨著一定的腐蝕作用，因此，在選擇管道材料的時候，一定要注意其耐腐蝕性；也可能不具有腐蝕作用，此時就要加強材料的耐高壓、耐高溫性能，這樣才可以保證化工生產(chǎn)的順利完成。

一般而言，碳素鋼的最高使用溫度是425℃上下，當(dāng)超出此溫度的時候，使用鋁元素鎮(zhèn)靜鋼、沸騰鋼的效果要比使用硅元素鎮(zhèn)靜鋼的效果好很多。并且，在425℃的生產(chǎn)環(huán)境下，碳素鋼經(jīng)常會出現(xiàn)石墨化情況，導(dǎo)致其強度極大降低，因此，可以適當(dāng)添加一些合金元素，提高碳素鋼的強度。鉬元素可以在鐵元素中進行固溶，形成穩(wěn)定化合物，在一定程度上提高了材料蠕變強度。

四、特殊介質(zhì)條件下的管道材料選擇與研究

1.非金屬材料

在化工生產(chǎn)過程中，當(dāng)介質(zhì)具有較強腐蝕性的時候，不可以使用碳鋼一類的金屬材料制作管道，此時，可以考慮使用一些非金屬材料，如FRP、PP等。但是，在實際應(yīng)用的時候，一定要對以下條件進行充分考慮：其一，保證材料溫度與壓力符合化工生產(chǎn)要求；其二，在環(huán)境溫度、壓力等因素突然變化的情況下，因為一些材料會失去韌性，產(chǎn)生一定的脆化，所以，一定要對此現(xiàn)象進行注意，保證化工生產(chǎn)的正常進行。

2.塑料襯里材料

通常而言，化工生產(chǎn)塑料襯里材料的應(yīng)用溫度是不大于120℃，比較適合應(yīng)用在具有腐蝕性的介質(zhì)當(dāng)中。此類材料主要有聚四氟、聚丙烯等。在使用此類材料的時候，經(jīng)常會受到很多的限制：一定要保證其使用溫度符合材料性能要求；保證介質(zhì)環(huán)境穩(wěn)定；不可以在苯溶解介質(zhì)中應(yīng)用等。應(yīng)用此類材料的時候，操作非常便利，但是在遭到破壞之后，就無法進行現(xiàn)場修復(fù)，不能直接予以焊接，因此，在正式使用之前，一定要進行全面的考慮與衡量，之后再進行確定下料。

3.苛性鈉堿液管道

在應(yīng)用此種管道的時候，會對碳鋼材料的使用產(chǎn)生一定的破壞作用，因為存在著一定的應(yīng)力腐蝕作用，進而致使出現(xiàn)開裂的情況，也就是堿脆。產(chǎn)生此種情況的主要原因就是在拉應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)的共同影響下，出現(xiàn)一定的開裂現(xiàn)象。因此，在進行設(shè)計的時候，一定要重視氫氧化鈉溫度與濃度的控制，保證其可以為化工安全生產(chǎn)提供可靠依據(jù)。

4.衛(wèi)生級管道

在一些化工生產(chǎn)中，選擇管道材料的時候，也要求其具有一定的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，比如醫(yī)藥化工生產(chǎn)，衛(wèi)生級管道可以保證在生產(chǎn)或運輸過程中，避免滋生微生物。對注射用水、純化水的材料選擇也非常嚴(yán)格，一定要保證其耐高溫、耐腐蝕，并且無毒。與此同時，在安裝衛(wèi)生級管道的時候，也要保證其過程無毒，在安裝之后，進行一定的純化、酸洗處理，保證管道的正常、安全使用。

結(jié)束語

總而言之，在化工生產(chǎn)過程中，管道材料選擇是非常重要的工作內(nèi)容，一定要引起人們的重點關(guān)注。因為管道工藝非常復(fù)雜、特殊，所以，在選擇管道材料的時候，一定要展開全面、綜合的分析，尤其是對環(huán)境、生產(chǎn)周期、采購等環(huán)節(jié)予以重視，保證其安裝之后，可以進行正常使用，保證化工生產(chǎn)的安全性、穩(wěn)定性、可靠性，進而實現(xiàn)化工生產(chǎn)的經(jīng)濟效益與社會效益。

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