化工設(shè)計(jì)過程中管道材料的選擇探討

（山東華魯恒升集團(tuán)德化設(shè)計(jì)研究有限公司 山東 253024）

化工管道生產(chǎn)過程中，最重要的問題就是化工管道安全問題，化工管道材料對(duì)化工管道應(yīng)用的安全性產(chǎn)生著重要影響，在常規(guī)情況下，化工管道運(yùn)輸?shù)奈镔|(zhì)腐蝕性比較強(qiáng)，具有特殊性能，所以必須科學(xué)的對(duì)化工管道材料進(jìn)行選擇，以降低運(yùn)輸過程中管道破裂的可能性，這就需要在化工設(shè)計(jì)過程中，優(yōu)化管道材料的選擇，以確?；ぎa(chǎn)品運(yùn)輸?shù)陌踩浴?/p>

1.化工設(shè)計(jì)中管道材料選擇

(1)管道材料選擇依據(jù)

化工設(shè)計(jì)屬于一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，工作設(shè)計(jì)難度較大，管道材料的選擇具有一定的特殊性和限制性。所以在進(jìn)行材料選擇的過程中，必須以具備介質(zhì)特性的材料為主。由于化工設(shè)計(jì)過程中，開展管道材料的選擇工作，必須考量材料的耐腐蝕性、不具備易燃易爆性、耐高溫性，降低意外事故的發(fā)生幾率?；ぴO(shè)計(jì)中，必須對(duì)管道材料的參數(shù)進(jìn)行明確，我國(guó)對(duì)介質(zhì)工作參數(shù)的要求比較高，依照介質(zhì)參數(shù)，合理進(jìn)行管道材料的選擇，依據(jù)管道應(yīng)用的實(shí)際情況，合理進(jìn)行管道參數(shù)的調(diào)整。此外，必須保障管道材料選擇的經(jīng)濟(jì)性，一方面來說，在進(jìn)行管道材料選擇過程中，必須綜合機(jī)械性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)和物力性質(zhì)開展，此外，在進(jìn)行管道材料選擇過程中，必須保障材料的充足程度，以強(qiáng)化材料的采購工作[1]。

(2)管道材料選擇的原則

當(dāng)前化工設(shè)計(jì)已經(jīng)趨于完善，管材選擇中制定了對(duì)應(yīng)的原則，在進(jìn)行管材選擇過程中，首先，必須優(yōu)化檢驗(yàn)步驟、熱處理步驟、焊接步驟、制作步驟和設(shè)計(jì)內(nèi)容等，以實(shí)現(xiàn)有關(guān)規(guī)定的相關(guān)內(nèi)容。其次，必須從管道材料選擇的原則出發(fā)，由于介質(zhì)材料與其他材料存在差異性，具備特殊性質(zhì)，所以必須保障運(yùn)送的安全性。最后，必須保障材料的設(shè)計(jì)原則符合運(yùn)輸特殊物質(zhì)的要求。針對(duì)不同的運(yùn)輸物質(zhì)，所選用的管道材料必須與之相符合。比如：在運(yùn)輸過程中，若是運(yùn)輸物質(zhì)存在腐蝕性，必須對(duì)物質(zhì)的腐蝕范圍進(jìn)行考量，強(qiáng)化抗腐蝕干預(yù)，考量材料的防腐范圍，增強(qiáng)抗腐蝕效果，以滿足運(yùn)輸過程中的溫度要求，可開展溫度沖擊測(cè)試，以促進(jìn)材料符合設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

2.化工管道應(yīng)用中的質(zhì)量缺陷

(1)相關(guān)部門缺少對(duì)化工管道工程安全責(zé)任的明確

在進(jìn)行化工管道工程管理過程中，監(jiān)管部門、施工部門和政府相關(guān)部門，缺少對(duì)設(shè)計(jì)管理的重視程度，監(jiān)督管理力度不足，在開展化工管道建設(shè)中，將管道施工交托施工企業(yè)開展，并不能協(xié)調(diào)多方部門對(duì)化工管道工程進(jìn)行管理，直接影響施工圖紙施工效果，無法明確檢驗(yàn)施工材料質(zhì)量，施工技術(shù)應(yīng)用欠缺合理性。除此以外，在化工管道工程建設(shè)竣工以后，相關(guān)部門并不能派遣專業(yè)人員對(duì)管道質(zhì)量進(jìn)行檢查，極易導(dǎo)致后期化工管道問題的發(fā)生[2]。

(2)化工管道施工圖紙內(nèi)容不精準(zhǔn)

常規(guī)情況下，施工人員大都依照施工圖紙進(jìn)行化工管道工程管理，若是圖紙欠缺精準(zhǔn)性，施工人員依照不精準(zhǔn)的圖紙進(jìn)行化工管道施工，將導(dǎo)致管道安全隱患的存在。此外，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行管道施工圖紙繪制過程中，若不能從區(qū)域地理環(huán)境出發(fā)，對(duì)施工圖紙內(nèi)容進(jìn)行驗(yàn)證，而施工人員按部就班的進(jìn)行施工，對(duì)圖紙精確度問題忽視，則會(huì)嚴(yán)重影響化工管道施工質(zhì)量。

(3)缺少管道施工材料的監(jiān)管工作

化工管道在施工過程中，所涉及的原料比較多，包括閥門設(shè)備、保護(hù)裝置、管子、補(bǔ)償器和管件，這些材料的質(zhì)量將對(duì)化工管道工程施工產(chǎn)生負(fù)面影響，管理人員在進(jìn)行施工材料采辦過程中，必須對(duì)供應(yīng)商的資質(zhì)進(jìn)行審核，分析施工材料是否符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，是否具備合格證書，并開展抽樣質(zhì)量檢驗(yàn)工作。但是，在施工過程中，企業(yè)為了縮減施工成本，應(yīng)用劣質(zhì)管道材料施工的情況時(shí)有發(fā)生，也時(shí)常忽略材料的質(zhì)量檢驗(yàn)問題[3]。

3.化工設(shè)計(jì)過程中管道材料的選擇

(1)低溫材料的選擇

化工管道設(shè)計(jì)過程中，低溫情況時(shí)有發(fā)生，低溫情況下進(jìn)行工程建設(shè)，溫度大都在-20℃以下，必須保障化工管道施工具有極強(qiáng)的耐低溫性能，所以，在化工管道低溫材料設(shè)計(jì)過程中，必須根據(jù)溫度情況，合理選擇材料。由于不同低溫環(huán)境對(duì)施工材料的要求存在差異性，若是溫度在-20℃到-40℃之間，則在進(jìn)行管道設(shè)計(jì)過程中，不可選擇碳素鋼材料，若是溫度在-40℃到-70℃之間，不可選擇低合金鋼管材料，若是溫度在-70℃到-196℃之間，不可選擇合金材料。在不同溫度段之下，分別對(duì)管道材料的溫度有不同的需求。在進(jìn)行管道建設(shè)過程中，必須合理對(duì)環(huán)境溫度進(jìn)行把控。由于低溫條件下，碳素鋼管材和低合金管材的性能下降明顯，無法實(shí)現(xiàn)常溫環(huán)境下的材料功能，且低溫環(huán)境下，管道破壞概率隨之增加，想要保障管道材料性能，就必須合理進(jìn)行低溫管道材料的選取[4]。

(2)高溫管材

部分化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程為高溫狀態(tài)生產(chǎn)，由于運(yùn)輸管道必須對(duì)高溫產(chǎn)品進(jìn)行運(yùn)輸，所以必須保障材料具有耐高溫性質(zhì)。在開展化工管道的設(shè)計(jì)過程中，必須從以下幾個(gè)方面進(jìn)行材料的選取，不同溫度條件下，管道材料不同，管道的屈服強(qiáng)度也存在一定的差異性，塑形會(huì)呈現(xiàn)正比例變化，屈服強(qiáng)度會(huì)呈現(xiàn)反比例變化，隨著運(yùn)輸時(shí)間的延長(zhǎng)，管道材質(zhì)的力學(xué)性能和荷載強(qiáng)度也會(huì)隨之發(fā)生變化。在不同的溫度條件下，管道材料的抗拉強(qiáng)度也會(huì)產(chǎn)生不同程度的變化。溫度變化會(huì)在不同程度對(duì)管道材料產(chǎn)生腐蝕作用，化工生產(chǎn)中，一旦溫度超過350℃，就可視為高溫環(huán)境，高溫材料存在高溫極限，以碳素鋼為例，一旦其溫度值在425℃以上，碳素鋼將出現(xiàn)石墨化情況，必須在碳素鋼之中添加合金元素，以降低石墨化現(xiàn)象的發(fā)生，確保碳素鋼材料性能的穩(wěn)定性。除此以外，可以采用鎮(zhèn)靜鋼、添加鋁元素鎮(zhèn)靜鋼的材質(zhì)進(jìn)行管道設(shè)計(jì)，以促進(jìn)管道安全性能的提升[5]。

(3)塑料襯里材料

化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，襯里層材料的溫度耐受程度必須在襯里管道使用溫度之下，在進(jìn)行襯里材料選擇過程中，必須以聚丙烯材料和聚四氟材料為主，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行塑料襯里材料的選擇中，必須從生產(chǎn)環(huán)境特征出發(fā)，不可將材料在不同的的環(huán)境下應(yīng)用。

(4)硫酸管道材料

若是管道輸送的介質(zhì)物質(zhì)為硫酸的情況下，進(jìn)行管道材料的選擇，確保管道材料能夠適應(yīng)硫酸的化學(xué)性質(zhì)，對(duì)不同濃度的硫酸物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行分析，了解性質(zhì)差異性，以合理進(jìn)行硫酸材料的選擇。若是所選用的材料為普通碳鋼管，以碳鋼管進(jìn)行濃硫酸的輸送過程中，必須保障濃硫酸輸送的穩(wěn)定速率，以保障濃硫酸溫度數(shù)值的穩(wěn)定性能，確保硫酸的流速穩(wěn)定，降低硫酸速度快慢不均或者流速過快的情況發(fā)生。濃硫酸的性質(zhì)在鐵質(zhì)容器中，可有效保存，且不會(huì)對(duì)鐵質(zhì)容器產(chǎn)生腐蝕效果，其主要由于濃硫酸遇到鐵質(zhì)容器以后，可在鐵質(zhì)容器的表面形成密度較高的四氧化三鐵氧化膜，對(duì)濃硫酸對(duì)碳鋼管道產(chǎn)生的腐蝕作用進(jìn)行隔離，若是濃硫酸的流動(dòng)速度不均勻或者流動(dòng)速度過快，將導(dǎo)致濃硫酸自身溫度數(shù)值的變化，溫度一旦升高，氧化膜就會(huì)受到影響而破壞，對(duì)鐵質(zhì)材料的保護(hù)作用隨之下降，管道腐蝕效率上升。若是化工條件無法對(duì)濃硫酸的流動(dòng)速度進(jìn)行控制，就可以用不銹鋼材料金屬管道設(shè)計(jì)，以確保管道內(nèi)部壓強(qiáng)在2.5MPa以下，溫度控制在30℃以下，維持不銹鋼管材化學(xué)和物理性質(zhì)的穩(wěn)定性，以保障濃硫酸能夠安全穩(wěn)定的輸送。

(5)鹽酸管材

鹽酸材料的腐蝕性依然比較強(qiáng)，為合理選擇鹽酸輸送管材，必須對(duì)鹽酸應(yīng)用情況進(jìn)行分析，若是鹽酸的濃度在15%-30%范圍以內(nèi)，在輸送過程中，可以采用非金屬材料進(jìn)行鹽酸輸送，非金屬材料的抗鹽酸腐蝕效果較好，可保持良好的耐腐蝕性和溫度的合理性。此外，若是鹽酸環(huán)境復(fù)雜，應(yīng)用非金屬材料的效果也十分顯著。比如，采用聚丙烯材料進(jìn)行管道的制作，其導(dǎo)入效率不足，保溫性能較強(qiáng)，聚丙烯管材具有較高的熔口強(qiáng)度，應(yīng)用該材料的過程中，可有效降低管道斷開情況的出現(xiàn)，確保管材使用質(zhì)量的良好性，且由于聚丙烯材料所制作的管材密度值比較小，質(zhì)量輕，應(yīng)用具有便捷性，具有較長(zhǎng)的使用壽命，且應(yīng)用聚丙烯材料進(jìn)行管道的制作，成本投入量較低，可大范圍應(yīng)用。只是其在進(jìn)行鹽酸輸送過程中，也存在一定的缺陷，比如其突遇降水或者強(qiáng)降雪天氣，管材使用性能會(huì)大程度降低，若是在惡劣的天氣條件下施工，建議應(yīng)用塑料襯里材料或者其他類型的非金屬材料進(jìn)行建設(shè)。

4.結(jié)束語

綜上所述，化工設(shè)計(jì)中，管道材料的選擇十分重要，由于化工生產(chǎn)環(huán)境存在多變、復(fù)雜的特征，所以，在進(jìn)行化工管材選擇中，必須依據(jù)施工實(shí)際情況，從輸送介質(zhì)的類型出發(fā)，合理選擇管道材料，以確保輸送效率，保障管道應(yīng)用的有效性，為化工企業(yè)謀取較大的經(jīng)濟(jì)效益。