化工設計過程中管道材料的選用分析

何思然（重慶化工設計研究院，重慶 九龍坡 400039）

0.引言

隨著我國工業領域的不斷發展，工業在提升社會生產力及生產效率，提升人們生活質量的同時，也為社會經濟的快速發展作出巨大貢獻。化工行業是我國最基本也是最重要的基礎工業之一，其近年來的快速發展，為人們提供了大量高質量的日常生活用品及其他化工產品，為人們生活質量的提升起到關鍵作用。同時化工行業的巨大社會經濟效益，也使得人們對其要求越來越高，進而反過來促進它進一步的創新和發展。其中化工設計是一項非常復雜而細致的工作，它是以化工工藝專業為主體，由其他各專業如土建、給排水、采暖通風、電氣、環保、安全、儀表等專業協作完成的。在化工及石化工程項目實施過程中，管道安裝是以管道設計為依據的，管道安裝所使用的管道材料也是由管道設計所確定的，對于化工工藝專業來說，影響其設計成果質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安全要求，并能極大的提升化工設計的質量及降低業主方采購的成本，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目實施過程中，管道材料選擇時應遵循的基本原則，并在此基礎上對化工設計過程中管道材料的選用情況進行分析。

1.選擇管道材料應遵循的基本原則

在管道材料科學合理的選擇方面，首先要根據化工項目的實際情況及其設計對材料的類型及質量的要求情況等來進行選擇。材料的選擇隨著化工工藝條件及環境的改變，也會發生一定變化，其還受到相關化工設計標準及用途的影響，同時還要參照相關的國家對于化工材料的標準來進行，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計過程中對管道材料的選擇必須要符合GB 50316-2000（2008版）《工業金屬管道設計規范》的規定，在此基礎上才能對管道的施工及驗收等環節實施正常工作，而套用ASTM規則的管道，其管道材料則擁有自己的相關選用原則，相關的檢驗方面的規定也視材料的類型而改變。管道材料的選擇必須根據管道內部所運輸介質的性質、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。選用優質鋼作為管道材料時，一般運輸具有較大危險程度的化學物質，如運輸液化烴的管道就是采用優質鋼來制造的；而在運輸易燃易爆化學物質時，管道材料的選擇應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；另外在運輸腐蝕性化學物質時，不宜選用碳鋼材料的管道，應根據化學物質腐蝕性的強弱，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，例如要求高溫強度時，350℃以下使用沸騰鋼和半鎮靜鋼，在350℃時，應根據不同溫度分別使用鎮靜鋼、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格按照GB 50316與A SMEB31.3的相關規定，對于部分低溫管道，選擇材料時還要做相關低溫沖擊實驗等，以確保其符合管道設計的標準[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輸硫酸等具有強腐蝕性及毒性級別為高度危害的化學物質，管道材料選擇時則要充分考慮硫酸的化學性質，掌握不同濃度硫酸的化學性質上的差異，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，材料的化學及物理性質等要能夠在25攝氏度左右保持穩定，在壓強方面，材料的化學及物理性質等要能夠在0.25MPa左右保持穩定，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送濃硫酸的管道材料，則其運輸過程中，一定要保持濃硫酸溫度的穩定性，這可以從保持濃硫酸運輸速率穩定方面來實現，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性質決定的，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，則會導致濃硫酸的溫度發生變化，溫度升高后，Fe3O4氧化膜會遭到破壞，從而失去對鐵質材料的保護，對管道的腐蝕速率會極大的提高。因此如果化工技術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，這樣就可以在壓強為2.5MPa及溫度為30攝氏度的條件下，保持管道材料化學及物理性質的穩定，還能耐受3.5mm的腐蝕裕量，從而實現對濃硫酸安全有效的運輸。

2.2 鹽酸管道材料

對于15%-30%濃度的鹽酸，其運輸通常選擇聚丙烯材料的管道，因該材料具有較強的耐腐蝕能力，能夠在很大范圍內的壓強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入率不高的特點，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度，故在使用過程中不容易出現斷開的情況，加之該材料密度較小質量較輕，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老化的情況，在風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，此種管道根據設計壓力、設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氣體，它與其他氣體不同比例的混合，再加上外力的沖擊會引發爆炸，容易導致極為嚴重的安全事故，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，二是氧氣的流速。在0.35-0.58MPa的壓強下，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，因為這樣容易引發安全事故。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，要根據實際壓強情況選擇不銹鋼材料制造的閥門[2]。

3.結語

總之，在化工設計過程中，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、穩定及長期使用，達到設計的質量要求，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].科技創新與應用,2014，（33）：105-106.

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