管道材料的選用分析

摘 要：管道材料選用的標(biāo)準(zhǔn)化，系列化，國際化，中國化，是材料選用的四大特征，選取時(shí)先考慮安全適用性，然后最重要的就是看材料的經(jīng)濟(jì)性了，在這個(gè)成本節(jié)約型的社會，降低成本是必然趨勢，，掌握了最優(yōu)化的選取材料的規(guī)則，多咨詢廠家，比較價(jià)格，定會給我們的各類項(xiàng)目降低昂貴的成本，提升項(xiàng)目的整體競爭力。文章主要探討一些管道材料的選取及選用的注意點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：管道材料；選用；節(jié)約成本

1 概述

管道材料的設(shè)計(jì)，必須參照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，ASME標(biāo)準(zhǔn)以及國標(biāo)和化工部標(biāo)準(zhǔn)等。現(xiàn)在國內(nèi)的采購主要涉及ASTM，GB標(biāo)準(zhǔn)，有時(shí)候，也有一些制造商自己的標(biāo)準(zhǔn)要求。常用的管道材料有碳鋼，以及不銹鋼，主要是用316L以及304L，還有是塑料管道，常用的有pp管，pvc管道，玻璃鋼等，采購時(shí)成套的比采購量少的會便宜。

2 管道材料的選取

2.1 鹽酸管道選材

百分之三十和百分之十五的鹽酸取用pp材料的管道，外包裹玻璃鋼，在選取時(shí)我們首先要考慮聚丙烯的材料特性。

2.1.1 聚丙烯材料特性

短期液壓強(qiáng)度（環(huán)應(yīng)力16Mpa，1h，20）不破裂，不滲漏。

長期液壓強(qiáng)度（環(huán)應(yīng)力4.8Mpa，48h，80）不破裂，不滲漏。

長期液壓強(qiáng)度（環(huán)應(yīng)力4.2Mpa，170h，80）不破裂，不滲漏。

此管材不僅具有長久的使用壽命而且在某些在額定溫度、壓力狀況下，此管材卓越的耐腐蝕性能，能耐大多數(shù)化學(xué)物品的腐蝕，可在很大的范圍內(nèi)承受PH值范圍在1-14的高濃度酸和堿的腐蝕。常見的酸、堿有機(jī)溶劑對它幾乎不起作用。耐熱保溫節(jié)能，管材最高使用溫度95度左右，該產(chǎn)品的導(dǎo)熱系數(shù)僅為鋼管的1/200，故有較好的保溫性能。可靠的連接性能-PP管材熱熔接口的強(qiáng)度高于管材本體，接縫不會由于土壤移動或載荷的作用而斷開。良好的施工性能-PP管材質(zhì)輕，焊接工藝簡單，施工方便，工程綜合造價(jià)低。

FRP是良好的耐腐材料，對大氣、水和一般濃度的酸、堿、鹽以及多種油類和溶劑都有較好的抵抗能力。已應(yīng)用到化工防腐的各個(gè)方面，正在取代碳鋼、不銹鋼、木材、有色金屬等。老化現(xiàn)象是塑料的共同缺陷，F(xiàn)RP也不例外，在紫外線、風(fēng)沙雨雪、化學(xué)介質(zhì)、機(jī)械應(yīng)力等作用下容易導(dǎo)致性能下降。

2.1.2 聚丙烯材料特性

FRP/PP復(fù)合管道是由聚丙烯管作內(nèi)襯，玻璃鋼作外增強(qiáng)層，經(jīng)機(jī)械纏繞工藝復(fù)合制成。具有耐腐蝕性能好、耐溫性好（-15～100℃）、耐高壓、可設(shè)計(jì)性強(qiáng)、抗沖擊性能良好、流體阻力小、無電化學(xué)腐蝕、無毒、投資省、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)、可廣泛用于油田、化工、機(jī)械、冶金、輕工、電力、礦山等行業(yè)，還由于PP的無毒性，可應(yīng)用于食品、制藥等領(lǐng)域。聚丙烯/玻璃纖維增強(qiáng)塑料（PP/FRP）復(fù)合管可以克服單一PP管道和FRP管道的缺點(diǎn)。

2.2 硫酸管道選材

95～98%濃硫酸，介質(zhì)類別屬于劇毒或有毒流體A2*2類，管線操作溫度在20度，操作壓力在0.2MPa，腐蝕裕量取1.5，用20#管，20g材料使用的壓力等級在1.6MPa，溫度可以達(dá)到200度，對于普通碳鋼管來說，對于流速限制要求嚴(yán)格，由于碳鋼在硫酸中的抗腐蝕性取決于其表面生成的一層硫酸亞鐵保護(hù)膜，當(dāng)這層保護(hù)膜被破壞時(shí)，其抗腐蝕能力大大下降，結(jié)果是腐蝕速率急劇增加。為了保護(hù)這層保護(hù)膜，應(yīng)嚴(yán)格限制硫酸的流速，相同的對于濃硫酸這種介質(zhì)來說，如果溫度不同，有伴熱，那需要重新考量材料的選取，可選擇不銹鋼，在操作溫度29度，操作壓力2.0MPa下，硫酸的腐蝕裕量達(dá)到3，相應(yīng)管道材料可選用316L。

2.3 氧氣管道選材

氧氣管道屬于GC2類管道，如果氧氣管道出現(xiàn)意外，輕則停產(chǎn)搶修，出于成本控制等原因的前提下，一般以選取碳鋼和不銹鋼管為主，在壓力為0.33～0.55MPa下，可優(yōu)先選用碳鋼管，但需綜合考慮，氧氣選材時(shí)要充分考慮，氧氣管道的選材依據(jù)一是管道的流速和氧氣管道的壓力，國內(nèi)對氧氣管道流速最高流速表詳見表1。

表1

對于易受氧氣沖擊的地方，通常要選用5倍外徑并不小于1.5米長度的不銹鋼管，紫銅管或者黃銅管，以并且氧氣管道管件選材的時(shí)候，彎管是禁用褶皺彎頭的，一旦使用，氧氣氣流沖擊很可能引起爆燃事故，而且此管道上多用大半徑彎頭，采用冷彎或者熱彎制造碳鋼彎頭，我們設(shè)計(jì)時(shí)需要保證碳鋼彎頭的彎曲半徑不小于管道外徑的5倍，采用無縫或者壓制焊接碳鋼彎頭，彎曲半徑應(yīng)當(dāng)不小于管外徑的1.5倍，采用不銹鋼無縫或壓制彎頭，彎頭彎曲半徑不應(yīng)小于管道外徑，氧氣管道上選取閥門時(shí)，在工作壓力為0.55MPa和0.33MPa時(shí)不能采用閘閥，閥門的閥體材料必須選用全不銹鋼或者銅材料的。

3 管道材料代用

3.1 代用狀況

特別是在管理不嚴(yán)格的施工中，這在老廠集中大修期間表現(xiàn)的尤為明顯，由于老廠停車檢修的時(shí)間是有限的，很多時(shí)候，裝置停車時(shí)間也不會一致，有個(gè)可以切斷不影響其他裝置運(yùn)行的可能先停，但這時(shí)候是需要施工立即補(bǔ)上去，把該換的換了的，管道的材料已經(jīng)提前很久分發(fā)給了承包商，但由于各種原因承包商造成管道材料的丟失，時(shí)間又很緊急，有個(gè)可以切斷不影響其他裝置運(yùn)行的可能多停一天還可以減小損失，但有些裝置一天都多停不得，停了整個(gè)廠都得癱瘓，開車在即，畢竟多停一天對業(yè)主來說就是一個(gè)有清楚數(shù)目能看得到的巨大經(jīng)濟(jì)損失，所以這時(shí)候管道材料代用就出現(xiàn)了，材料的代用范圍很廣，我們通常從管道材料設(shè)計(jì)過程進(jìn)行考慮。

3.2 代用形式

3.2.1 壁厚代用

材料牌號、制造標(biāo)準(zhǔn)等都符合設(shè)計(jì)要求，壁厚小于設(shè)計(jì)值時(shí)要進(jìn)行強(qiáng)度核對；壁厚大于設(shè)計(jì)值要考慮該管道是否由于壁厚增加而引起管子剛性增大，引起管系應(yīng)力以及設(shè)備管口的力和力矩超出設(shè)計(jì)范圍，在老廠改造中，老管線很可能是好幾年以前的了，壁厚肯定和我們最新的選用壁厚不同，而且看起來，老管線壁厚都是偏薄，需要應(yīng)力分析專業(yè)進(jìn)行確認(rèn)。有些項(xiàng)目中大多數(shù)動設(shè)備的配對法蘭都是由廠家供貨，而在設(shè)計(jì)過程中并未給廠家提供管道的管表號或者是壁厚，導(dǎo)致現(xiàn)場到貨的配對法蘭大部分的壁厚同管道不一致，有些差別還比較大，必須進(jìn)行二次加工。這也是設(shè)計(jì)選材時(shí)候需要注意的。

3.2.2 材質(zhì)代用

（1）同材料的國標(biāo)材料代用美標(biāo)材料，首先要考慮材料使用的溫度范圍是否滿足要求。例如設(shè)計(jì)選用美標(biāo)的碳鋼材料、設(shè)計(jì)溫度低于-20℃就不能代用；當(dāng)設(shè)計(jì)溫度沒有超出代材范圍時(shí)，對于法蘭和閥門要核對溫壓表，超出溫壓范圍不能代用或提高其壓力級別；對于管子和管件需要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算、核對設(shè)計(jì)壁厚是否滿足要求。

（2）不同材料的代用，要考慮介質(zhì)對材料的腐蝕性，考慮溫度范圍是否滿足要求，考慮是否需要核對閥門和法蘭的溫度和壓力關(guān)系，考慮是否需要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。一般來講以高代低，如316可以代用304、316L可以代用304L。

（3）在施工材料不足并且采購周期不短的有些非常規(guī)時(shí)間，有時(shí)候一些新的閥門，我們通常直接用一些老廠同介質(zhì)同操作工況的相同材質(zhì)管線上老的閥門型號，也可以緊急用在新的管線上，項(xiàng)目倉庫應(yīng)該會有一些剩余的前期施工留下來的備件。

3.2.3 制造標(biāo)準(zhǔn)代用

原則以高代低，如GB5310可以代用GB/T8163。

3.2.4 有縫鋼管和無縫鋼管之間的代用

無縫鋼管可以代用有縫鋼管；有縫鋼管代用無縫鋼管其鋼管焊縫須進(jìn)行100%射線探傷，所有焊接管應(yīng)有與無縫管相同的機(jī)械性能。

4 管道設(shè)計(jì)選材

設(shè)計(jì)管道時(shí)材料選擇要慎重，某項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員選材出現(xiàn)錯(cuò)誤。地下管網(wǎng)（污水系統(tǒng)）的材料全部選錯(cuò)。按照管材專業(yè)發(fā)的條件要求，應(yīng)該選碳素鋼，而水道專業(yè)卻選成了塑料聚氯乙烯材料。到施工末期才發(fā)現(xiàn)該問題，所有的地下管網(wǎng)已經(jīng)施工完畢，水泥地面已經(jīng)施工結(jié)束。這樣的返工量相當(dāng)大。給項(xiàng)目帶來的損失也是不小的。此外，材料的選材還應(yīng)當(dāng)考慮螺栓螺母，墊片等等，這些緊固件雖小，但卻是不可缺少的，他們的質(zhì)量對工廠的安全起到至關(guān)重要的作用，很多時(shí)候的事故就是由這不起眼的一片墊片選擇有問題，或者螺栓強(qiáng)度不夠引起的。

5 結(jié)束語

在項(xiàng)目的執(zhí)行過程中，特別是設(shè)計(jì)選材階段，也要要求管道設(shè)計(jì)人員提高項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)意識，身為設(shè)計(jì)人員需要打破以前單純設(shè)計(jì)項(xiàng)目的觀念。為實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目成本控制，同管材以及工藝專業(yè)人員一道積極參與到管道選材上面來。

參考文獻(xiàn)

[1]HG/T20646-1999.化工裝置管道材料控制設(shè)計(jì)規(guī)定[S].

[2]GB699-2008.優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件[S].

[3]GB8163-2008.流體輸送用無縫鋼管[S].

[4]GB50316-2000.工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

作者簡介：張惠（1985，10-），女，漢，籍貫：江蘇省揚(yáng)州，本科學(xué)歷，職稱：初級工程師，現(xiàn)工作單位：南京中圖數(shù)碼科技有限公司，研究方向：化工工藝與管道設(shè)計(jì)。