劉成江

濱州市耀華工程設(shè)計(jì)有限公司 山東濱州 256600

1 化工設(shè)計(jì)過(guò)程中管道材料選用的原則

化工設(shè)計(jì)中管道材料的選用是否合理將直接影響到整個(gè)化工設(shè)計(jì)質(zhì)量，因此，必須保證管道材料選用的合理性，需嚴(yán)格遵循著如下幾方面選用原則。①設(shè)計(jì)過(guò)程中要充分考慮管道材料的性質(zhì)，如，在運(yùn)輸一些高度危險(xiǎn)的液化炔等危險(xiǎn)介質(zhì)過(guò)程中，則管道材料的選取應(yīng)以優(yōu)質(zhì)鋼為主，如果是在運(yùn)輸一些可燃性介質(zhì)時(shí)，則不能采用沸騰鋼材料，以免影響到介質(zhì)運(yùn)輸?shù)陌踩訹1]。②管道材料的選擇應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定設(shè)計(jì)流程進(jìn)行，而且，在化工設(shè)計(jì)管道選材之后還需要進(jìn)行后續(xù)環(huán)節(jié)，如，制造、焊接、熱處理、檢驗(yàn)等，必須保證最后使用的管道材料與設(shè)計(jì)的相符。③很多化學(xué)介質(zhì)溫度偏高，這些介質(zhì)對(duì)管道材料的要求也很高，當(dāng)然也會(huì)有低溫的化學(xué)介質(zhì)運(yùn)輸，要求材料必須具有抗低溫的特性，為保證化學(xué)介質(zhì)能夠在管道中順利運(yùn)輸，需要結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)管道材料的溫度規(guī)定，并在運(yùn)輸使用中不能超過(guò)規(guī)定的最高溫度及最低溫度。④管道壁厚度的設(shè)計(jì)必須合理，尤其是在運(yùn)輸腐蝕性化學(xué)介質(zhì)中，設(shè)計(jì)的管道壁厚度須本著合理性原則。

2 化工設(shè)計(jì)過(guò)程中管道材料選用的依據(jù)分析

化工設(shè)計(jì)過(guò)程中管道材料的選用具有一定的依據(jù)，如，設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分考慮到運(yùn)輸介質(zhì)的工作參數(shù)，主要指壓力和溫度，以此為依據(jù)設(shè)置管道材料的參數(shù)值；應(yīng)考慮運(yùn)輸介質(zhì)的特性，如，易燃易爆、有毒、腐蝕等特性的物質(zhì)，需要保證管道選材具有抗腐蝕性、抗氧化性等特性；此外，還應(yīng)考慮到運(yùn)輸介質(zhì)的化學(xué)特性、物理特性、機(jī)械特性、焊接特性等相關(guān)要求，同時(shí)還要從經(jīng)濟(jì)性出發(fā)合理選擇管道材料[2]。

3 化工設(shè)計(jì)中的管道材料選用的分析

3.1 耐熱管材的選用

耐熱性管道材料通常是指具備較強(qiáng)抗高溫性、抗熱沖擊性的材料。并且，為確保化工產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程的安全，這些材料也擁有較高的抗腐蝕性、耐氧化性等功能。高溫鋼管作為化工生產(chǎn)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)闹匾緩?，其抗氧化性能有效防止化學(xué)物質(zhì)運(yùn)輸過(guò)程中，有毒有害氣體或液體的滲漏，有效提升了化工生產(chǎn)的安全性?，F(xiàn)階段，在化工生產(chǎn)管道抗氧化方面，所采用的碳素鋼管往往會(huì)形成一層氧化膜覆蓋于其表面，以增強(qiáng)其抗氧化功效。在這個(gè)過(guò)程中，可將一些金屬元素，如鉻元素、鋁元素、硅元素等合理添進(jìn)鋼管內(nèi)。鉻元素相比于鐵元素，氧化時(shí)間更短，因而能形成以氧化膜覆蓋于金屬表面，有效隔絕了深層次氧化作用的形成。此外，鉬元素與鉻元素添入管道內(nèi)，還能形成鉻-鉬合金，其在抗氧化方面具備較為顯著的功效，適用于石油化工生產(chǎn)中的管道設(shè)計(jì)。

3.2 低溫管材的選用

對(duì)于化工管道設(shè)計(jì)中材料的選擇，還需考慮到溫度問(wèn)題，在-20℃至-196℃的低溫環(huán)境下，應(yīng)根據(jù)實(shí)際溫度差異選擇較合適的材質(zhì)。如，溫度在-20℃至-40℃時(shí)，則不可使用碳素鋼管材料；溫度在-40℃至-70℃時(shí)，則不能選擇低合金鋼管材料；溫度低于-70℃時(shí)，便不能選擇合金鋼管材。通常而言，當(dāng)溫度下降至0℃以下時(shí)，鐵素鋼管的韌性為大幅度降低，而脆性而會(huì)相應(yīng)提升。因此，為保證化學(xué)物質(zhì)運(yùn)輸?shù)陌踩?，必須考慮到管道材料的耐低溫性能。

3.3 高溫管材的選用

一些化工產(chǎn)品的生產(chǎn)是處在高溫狀態(tài)下，因而其運(yùn)輸管道也需具備較強(qiáng)的抗高溫性。而在化工管道設(shè)計(jì)中，對(duì)高溫材料的選擇，需要考慮到以下方面：（1）不同溫度下，管道材料的屈服強(qiáng)度所呈現(xiàn)出的反比例變化及塑性的正比例變化；（2）隨時(shí)間推移而出現(xiàn)的管道材質(zhì)力學(xué)性及荷載強(qiáng)度可能產(chǎn)生的變化；（3）不同溫度條件下，管道材料的抗拉強(qiáng)度大小變化；（4）溫度變化而引起的管道材料的腐蝕性變化。

在化工生產(chǎn)過(guò)程中，當(dāng)溫度達(dá)到350℃時(shí)，即為高溫環(huán)境。在此情況下，管道材料不可避免會(huì)受到一定程度的腐蝕。因此，在其高溫環(huán)境下的管道材料選擇中，還應(yīng)對(duì)材料的耐腐蝕性提出一定要求。通常情況下，高溫管材也存在一定的高溫極限，如碳素鋼，但其承受溫度超出425℃左右時(shí)，極有可能會(huì)出現(xiàn)碳素鋼的石墨化狀況，因而必須添入適量的合金元素，以防止這種狀況的發(fā)生，并增強(qiáng)碳鋼材料的穩(wěn)定性。同時(shí)，也可選擇鋁元素鎮(zhèn)靜鋼、沸騰鋼等，以更好地提升化工管道使用的安全性能。

4 特殊介質(zhì)管材的選用

4.1 塑料襯里材料的選用

在化工產(chǎn)品生產(chǎn)中，要確?；瘜W(xué)物質(zhì)運(yùn)輸管道的塑料襯里的使用溫度不高于120℃。在其襯里材料的選擇上，主要為聚四氟、聚丙烯等。相關(guān)設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行材料選擇時(shí)，還需將其應(yīng)用環(huán)境納入考慮范疇，避免將其使用于苯溶解介質(zhì)中。

4.2 苛性鈉堿液管材的選用

對(duì)苛性鈉堿液管材的選擇，需要考慮到腐蝕介質(zhì)與拉應(yīng)力共同作用對(duì)其產(chǎn)生的不利影響，一旦管道材料選擇不當(dāng)，則極有可能會(huì)出現(xiàn)管道的破裂狀況。因此，為保證化工生產(chǎn)的安全，必須將氫氧化鈉的濃度及溫度控制在合理范圍內(nèi)。

4.3 硫酸管材的選用

化工生產(chǎn)中的硫酸類化學(xué)產(chǎn)品因具備較強(qiáng)的腐蝕性，必須選擇抗腐蝕性較強(qiáng)的運(yùn)輸管道?？傮w而言，當(dāng)硫酸濃度在95%-98%時(shí)，應(yīng)盡可能將管道溫度保持在20°左右、壓力控制在1.6Pa左右。同時(shí)，管材的腐蝕裕量須為1.5。在硫酸物質(zhì)的輸送過(guò)程中，硫酸亞鐵保護(hù)膜直接決定了其碳鋼管材抗腐蝕性的強(qiáng)弱。因此，為了確保保護(hù)膜的完整、不被破壞，需將其所運(yùn)輸硫酸的流速掌握在合理范圍內(nèi)。同時(shí)，對(duì)于不同溫度條件下的硫酸運(yùn)輸，所選用的管道材料型號(hào)也不同，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況而定。

總的來(lái)說(shuō)，化工設(shè)計(jì)過(guò)程中管道材料的選用需嚴(yán)格按照相關(guān)依據(jù)進(jìn)行選取，同時(shí)還要考慮化工材料的性質(zhì)，如，腐蝕性、氧化性、高溫性、低溫性、易燃易爆、有毒等，需根據(jù)實(shí)際的使用需求選用相關(guān)的管道材料，才能保證化工材料運(yùn)輸?shù)陌踩煽啃浴?/p>