化工設(shè)計過程中管道材料的選用分析

何思然（重慶化工設(shè)計研究院，重慶 九龍坡 400039）

0.引言

隨著我國工業(yè)領(lǐng)域的不斷發(fā)展，工業(yè)在提升社會生產(chǎn)力及生產(chǎn)效率，提升人們生活質(zhì)量的同時，也為社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展作出巨大貢獻(xiàn)?；ば袠I(yè)是我國最基本也是最重要的基礎(chǔ)工業(yè)之一，其近年來的快速發(fā)展，為人們提供了大量高質(zhì)量的日常生活用品及其他化工產(chǎn)品，為人們生活質(zhì)量的提升起到關(guān)鍵作用。同時化工行業(yè)的巨大社會經(jīng)濟(jì)效益，也使得人們對其要求越來越高，進(jìn)而反過來促進(jìn)它進(jìn)一步的創(chuàng)新和發(fā)展。其中化工設(shè)計是一項(xiàng)非常復(fù)雜而細(xì)致的工作，它是以化工工藝專業(yè)為主體，由其他各專業(yè)如土建、給排水、采暖通風(fēng)、電氣、環(huán)保、安全、儀表等專業(yè)協(xié)作完成的。在化工及石化工程項(xiàng)目實(shí)施過程中，管道安裝是以管道設(shè)計為依據(jù)的，管道安裝所使用的管道材料也是由管道設(shè)計所確定的，對于化工工藝專業(yè)來說，影響其設(shè)計成果質(zhì)量高低與安全性的一個重要因素，就是對管道材料的選擇，合理的材料選擇能保證化工裝置本質(zhì)安全要求，并能極大的提升化工設(shè)計的質(zhì)量及降低業(yè)主方采購的成本，因而加大對管道材料選擇的研究有著積極意義。下文將就化工工程項(xiàng)目實(shí)施過程中，管道材料選擇時應(yīng)遵循的基本原則，并在此基礎(chǔ)上對化工設(shè)計過程中管道材料的選用情況進(jìn)行分析。

1.選擇管道材料應(yīng)遵循的基本原則

在管道材料科學(xué)合理的選擇方面，首先要根據(jù)化工項(xiàng)目的實(shí)際情況及其設(shè)計對材料的類型及質(zhì)量的要求情況等來進(jìn)行選擇。材料的選擇隨著化工工藝條件及環(huán)境的改變，也會發(fā)生一定變化，其還受到相關(guān)化工設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及用途的影響，同時還要參照相關(guān)的國家對于化工材料的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行，因此管道材料的選擇要綜合考慮多個方面的因素，必須遵循的基本原則也較多。我國化工工程公司在化工設(shè)計過程中對管道材料的選擇必須要符合GB 50316-2000（2008版）《工業(yè)金屬管道設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，在此基礎(chǔ)上才能對管道的施工及驗(yàn)收等環(huán)節(jié)實(shí)施正常工作，而套用ASTM規(guī)則的管道，其管道材料則擁有自己的相關(guān)選用原則，相關(guān)的檢驗(yàn)方面的規(guī)定也視材料的類型而改變。管道材料的選擇必須根據(jù)管道內(nèi)部所運(yùn)輸介質(zhì)的性質(zhì)、溫度、壓力和流量等因素來決定，不可隨意選用代材或誤用，不得使用存有缺陷的管材。選用優(yōu)質(zhì)鋼作為管道材料時，一般運(yùn)輸具有較大危險程度的化學(xué)物質(zhì)，如運(yùn)輸液化烴的管道就是采用優(yōu)質(zhì)鋼來制造的；而在運(yùn)輸易燃易爆化學(xué)物質(zhì)時，管道材料的選擇應(yīng)注意不能選用塑料管道，大多情況下我們都選擇鋼襯四氟等襯里管道；另外在運(yùn)輸腐蝕性化學(xué)物質(zhì)時，不宜選用碳鋼材料的管道，應(yīng)根據(jù)化學(xué)物質(zhì)腐蝕性的強(qiáng)弱，選擇耐腐蝕性能力不同的管道材料。此外，在選擇管道材料時，還要考慮管道對溫度的承受能力，例如要求高溫強(qiáng)度時，350℃以下使用沸騰鋼和半鎮(zhèn)靜鋼，在350℃時，應(yīng)根據(jù)不同溫度分別使用鎮(zhèn)靜鋼、鉬鋼、Cr—Mo鋼和不銹鋼，不得使用碳鋼；為了防止低溫脆性，要使用奧氏體不銹鋼以及鋁、鎳銅合金的管材。管道材料的選擇要嚴(yán)格按照GB 50316與A SMEB31.3的相關(guān)規(guī)定，對于部分低溫管道，選擇材料時還要做相關(guān)低溫沖擊實(shí)驗(yàn)等，以確保其符合管道設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)[1]。

2.管道材料的選用分析

2.1 硫酸管道材料

如果對管道的要求是運(yùn)輸硫酸等具有強(qiáng)腐蝕性及毒性級別為高度危害的化學(xué)物質(zhì)，管道材料選擇時則要充分考慮硫酸的化學(xué)性質(zhì)，掌握不同濃度硫酸的化學(xué)性質(zhì)上的差異，從而合理選擇材料。對于濃度為96.5-99.5%的濃硫酸，在管道溫度控制方面，材料的化學(xué)及物理性質(zhì)等要能夠在25攝氏度左右保持穩(wěn)定，在壓強(qiáng)方面，材料的化學(xué)及物理性質(zhì)等要能夠在0.25MPa左右保持穩(wěn)定，能夠耐受得了1.6mm的腐蝕裕量。如果是使用普通碳鋼管作為運(yùn)送濃硫酸的管道材料，則其運(yùn)輸過程中，一定要保持濃硫酸溫度的穩(wěn)定性，這可以從保持濃硫酸運(yùn)輸速率穩(wěn)定方面來實(shí)現(xiàn)，硫酸的流速不宜過快也不宜快慢不均，這主要是由濃硫酸的化學(xué)性質(zhì)決定的，濃硫酸能夠在冷的鐵制容器中保存而不腐蝕鐵制容器，其中原理是濃硫酸遇到冷的鐵制容器，能在其表面形成一層致密的Fe3O4氧化膜，從而阻礙濃硫酸對碳鋼管道的進(jìn)一步腐蝕，而一旦濃硫酸在管道中流速過快或不均勻，則會導(dǎo)致濃硫酸的溫度發(fā)生變化，溫度升高后，F(xiàn)e3O4氧化膜會遭到破壞，從而失去對鐵質(zhì)材料的保護(hù)，對管道的腐蝕速率會極大的提高。因此如果化工技術(shù)條件難以有效控制濃硫酸流速的話，可以選用不銹鋼作為管道材料，這樣就可以在壓強(qiáng)為2.5MPa及溫度為30攝氏度的條件下，保持管道材料化學(xué)及物理性質(zhì)的穩(wěn)定，還能耐受3.5mm的腐蝕裕量，從而實(shí)現(xiàn)對濃硫酸安全有效的運(yùn)輸。

2.2 鹽酸管道材料

對于15%-30%濃度的鹽酸，其運(yùn)輸通常選擇聚丙烯材料的管道，因該材料具有較強(qiáng)的耐腐蝕能力，能夠在很大范圍內(nèi)的壓強(qiáng)及溫度下都能保持良好的耐腐蝕性能，同時在不同的酸堿環(huán)境下，這種管道耐腐蝕性能依然能夠得到很好的保持。與此同時該材料具有導(dǎo)入率不高的特點(diǎn)，因而具有良好的保溫功能。此外該材料做成的管道，因熔口具有很好的強(qiáng)度，故在使用過程中不容易出現(xiàn)斷開的情況，加之該材料密度較小質(zhì)量較輕，在施工等過程中使用起來十分便捷，且耐用使用時間較久，另外該材料最大優(yōu)勢之一就是其成本低，可以大量使用。然而該材料的一個巨大缺陷是較易出現(xiàn)老化的情況，在風(fēng)雪及外力等長期作用下，其性能會受到極大的影響。

2.3 氧氣管道材料

輸送氧氣的化工管道，材料的選擇一般為不銹鋼或碳鋼，此種管道根據(jù)設(shè)計壓力、設(shè)計溫度的不同大多情況下為GC2型壓力管道。由于氧氣是一種助燃?xì)怏w，它與其他氣體不同比例的混合，再加上外力的沖擊會引發(fā)爆炸，容易導(dǎo)致極為嚴(yán)重的安全事故，因此其材料的選擇必須十分慎重。氧氣管道材料選擇主要考慮以下幾個因素：一是氧氣的壓強(qiáng)，二是氧氣的流速。在0.35-0.58MPa的壓強(qiáng)下，通常選擇碳鋼作為管道材料。此外，對于壓力等級要求較高的管道，材料一般選擇不銹鋼，同時其直徑必須為管道外徑的4倍以上，且長度超過2m，杜絕褶皺彎頭用作于管件的制造，因?yàn)檫@樣容易引發(fā)安全事故。在管道管件方面一般選擇大半徑彎頭，其半徑要超過外徑的6倍，同時焊接方式采用無縫的形式。在閥門材料的選擇方面，要根據(jù)實(shí)際壓強(qiáng)情況選擇不銹鋼材料制造的閥門[2]。

3.結(jié)語

總之，在化工設(shè)計過程中，在管道材料的選用方面，既要考慮到成本因素，又要考慮到管道的安全、穩(wěn)定及長期使用，達(dá)到設(shè)計的質(zhì)量要求，因此加深對管道選材分析研究有著重要意義。

[1]張惠.管道材料的選用分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2014，（33）：105-106.

[2]李一文.化工裝置管道材料的設(shè)計和選用分析[J].化工管理,2014，（08）：197.