摘" " " 要： 我國工業(yè)發(fā)展迅速，各化工企業(yè)均認識到管道設(shè)計與材料選擇的重要性。對化工管道設(shè)計和材料選擇原則及參考依據(jù)進行分析，同時，對耐熱管道、低溫管道、高溫管材、苛性鈉堿液管材、硫酸管材、陶瓷管材、其他管材的選用進行分析，以期幫助工作人員選擇適合管材。

關(guān)" 鍵" 詞：化工管道設(shè)計；材料等級；選用

中圖分類號：TQ052" " "文獻標識碼： A" " "文章編號： 1004-0935（2023）08-1165-04

管材選用不當會為化工工程帶來危險性，甚至引發(fā)安全事故，因此，在化工管道設(shè)計及材料選用上，工作人員需根據(jù)選用原則，結(jié)合選用依據(jù)，同時，考慮管材自身特性、原材料特性選擇一個適合管材。對化工企業(yè)來說，選擇適合管材既能保障生產(chǎn)全過程的安全，還能保障企業(yè)經(jīng)濟效益。

1" 化工管道設(shè)計和材料選用原則

1.1" 化學工程管道設(shè)計

對國內(nèi)管材與ASTM管材的設(shè)計、制造、焊接的標準有所不同，兩種管材進行設(shè)計與制造時需遵循相關(guān)標準，如國內(nèi)管材需遵循GB50316標準。此外，由于標準不同，兩種管材的檢驗標準也有所不同。

化工企業(yè)工作人員可把輸送介質(zhì)作為選材標準，選擇適合本企業(yè)化工生產(chǎn)的管材，如輸送的材料具有易燃特點，就可選擇沸騰鋼；如輸送材料危害性較強，就可選擇優(yōu)質(zhì)鋼；如輸送的介質(zhì)腐蝕性較強，就可選擇耐腐蝕的管材[1]。常見的化工管道設(shè)計圖如圖1所示。

1.2" 選用原則

1.2.1" 管材性質(zhì)為重點考慮因素

對于化工設(shè)計來說，選擇適合的管材必須考慮該種材料的性質(zhì)，同時，考慮該種管材的可用范圍、特性與原材料的適應(yīng)性，只有充分考慮到管材性質(zhì)，才能確保管材選擇科學合理。比如，許多化工生產(chǎn)項目的原材料具有高危險性，此時，工作人員不應(yīng)選擇鐵質(zhì)材料，可從鋼制材料中選擇適合的材料，以保障管道的腦腐蝕性。如該化工工程作業(yè)時需輸送易燃物質(zhì)，就必須使用沸騰鋼，確保輸送全過程安全[2]。

1.2.2" 管道設(shè)計流程為選材基礎(chǔ)

選擇管材時，工作人員需嚴格按設(shè)計流程開展工作，必須保證管材完全符合設(shè)計要求，才能為化工生產(chǎn)的運輸環(huán)節(jié)提供安全保障?？梢哉f，管材設(shè)計流程是選擇的基礎(chǔ)。管材選定后，工作人員可根據(jù)設(shè)計流程確定后續(xù)工作和工期，進一步提高化工生產(chǎn)、材料運輸?shù)陌踩浴?/p>

1.2.3" 介質(zhì)溫度為選材主要依據(jù)

對化學原材料進行加工后會產(chǎn)生化學反應(yīng)，這個過程也會釋放熱量，使溫度升高或降低，基于此，工作人員選材時需考慮介質(zhì)溫度。除此之外，工作人員還需了解化學介質(zhì)特性，避免運輸、化學反應(yīng)等環(huán)節(jié)中溫度升高或降低帶來的危險[3]。

1.2.4" 管道厚度為安全保障

化工工程中，管道起到運輸作用，而化工工程中所使用的材料常常具備腐蝕性，如管道厚度不夠，腐蝕性強的原材料泄露，就會產(chǎn)生嚴重的安全問題，甚至引發(fā)重大事故，因此，工作人員不僅要根據(jù)相關(guān)標準選材，還要重視管道厚度。只有管材厚度符合標準，才能保障化工工程按期完成生產(chǎn)任務(wù)，進而保障企業(yè)經(jīng)濟性。

2" 管材選用參考依據(jù)分析

首先，管材選用需以相關(guān)法律法規(guī)為依據(jù)，保障所選管材能達到設(shè)計標準，其次，管材特性及參數(shù)應(yīng)是工作人員重點關(guān)注內(nèi)容。在對管材進行檢測時，工作人員需認真分析該類材料的成分、抗腐蝕性等，重點考慮有毒成分，同時，對管材的易燃問題、易爆問題進行監(jiān)測，該檢測結(jié)果是管材選用的重要依據(jù)，既對工程安全有影響，又與企業(yè)經(jīng)濟性有直接聯(lián)系?；すこ讨?，運輸具有腐蝕性的材料較多，因此，必須把耐腐蝕性檢測作為重點，以保障管道使用有效性。此外，經(jīng)濟性也是管材選用的主要依據(jù)之一，對化工企業(yè)來說，主要的成本支出來自于設(shè)施建設(shè)，而管材是設(shè)施建設(shè)中不可缺少的重要部分，要想提高經(jīng)濟收益，才保證安全的前提下控制成本，就必須考慮管材成本，因此，工作人員應(yīng)基于經(jīng)濟價值角度，考慮選擇管材[4]。

3" 化工設(shè)計中常用管材選用分析

3.1" 耐熱管材

抗熱沖擊性強、耐高溫的管材被稱為耐熱管材，在化工生產(chǎn)中，如原材料或運輸介質(zhì)具有高溫特點，化工企業(yè)均會選擇該類管材。此外，該類管材還將具有耐氧性和抗腐蝕特點。一項化學工程中，運輸是必不可少的重要性，如該化工企業(yè)使用高溫鋼管，其抗氧性能為運輸環(huán)節(jié)提供保障，確保有毒氣味或液體不滲漏，極大地提高安全性[5]。

目前，我國化工均采用碳素鋼作為運輸原材料，其根本原因是，應(yīng)用碳素鋼后，材料表面會形成氧化膜，氧化膜會增加碳素鋼的抗氧性，此時，工作人員可加入鋁元素、鉻元素，以延長抗氧時間、深化抗氧效果。此外，許多化工企業(yè)會在碳素鋼中加入鉬元素，讓管道形成鉻-鉬合金，其主要原因是提高管道的抗氧化性，該種方法多應(yīng)用在石油化工企業(yè)生產(chǎn)中[6]。

3.2" 低溫管材

對化工企業(yè)來說，選擇管材需重點考慮溫度因素。通常情況下，化工企業(yè)生產(chǎn)過程中，經(jīng)多到生產(chǎn)工序后會發(fā)生化學反應(yīng)，原材料會散發(fā)溫度，讓室溫降低，就目前化工企業(yè)生產(chǎn)而言，最高低溫在-20 ℃，最低低溫在-196 ℃，因此，工作人員需根據(jù)溫度因素選擇管材。比如，該化工工程的溫度在-70 ℃以下時，合金鋼不作為可用管材，該化工工程生產(chǎn)的溫度在-70 ℃以上，但未達到-40 ℃，工作人員不可選擇低合金鋼管，該化工工程的溫度在-40 ℃以上，但未達到-20 ℃時，碳素鋼不做考慮。如該化工工程的溫度在0～20 ℃之間，企業(yè)使用鐵素鋼作為管材，該類管材的脆性提高、韌性降低，為確保運輸安全，就必須選擇低溫性能的管材[7]。

3.3" 高溫管材

許多化工工程的生產(chǎn)環(huán)境是高溫環(huán)境，因此，該類企業(yè)必須選擇抗高溫型的管材?；诨す艿涝O(shè)計，選擇高溫管材需考慮以下三個方面。一方面，由于不同環(huán)境的溫度不同，管材抗拉強度也會隨之變化；一方面，在溫度不同的環(huán)境中，管材強度會呈現(xiàn)出反比例變化；另一方面，受時間因素影響，管材荷載力、強度等都會降低。此外，溫度的升高會對管材產(chǎn)生影響，進而出現(xiàn)管材腐蝕等多個問題?；て髽I(yè)生產(chǎn)時，室內(nèi)溫度達到350 ℃或以上，就可判定為高溫環(huán)境，此環(huán)境中，無論管材耐腐蝕性高或低，均會出現(xiàn)不同程度的損傷。由此可見，選擇高溫管材時，也要考慮管材的耐腐蝕程度[8]。

碳素鋼具有硬度高、可焊性降低的特性，使用碳素鋼能減少成本，因此，許多化工企業(yè)均愿意使用碳素鋼作為主要剛才。碳素鋼如圖2所示。

化工工程的環(huán)境溫度為-30～425 ℃時，均可使用碳素鋼，然而，該工程環(huán)境大于425 ℃時，碳素鋼易出現(xiàn)石墨化，如企業(yè)發(fā)生此類情況，就必須添加合金元素，以增強碳素鋼的穩(wěn)定性。與此同時，工作人員可選擇元素鎮(zhèn)靜鋼等鋼材，提高工程穩(wěn)定性、安全性。

4" 化工設(shè)計中特殊介質(zhì)管材選用分析

4.1" 塑料襯里管材

塑料襯里管材屬于特殊介質(zhì)管材，該類管材是塑料襯里，襯里的主要材料有兩種，一種是聚四氟，另一種聚丙烯，僅有少部分塑料管材的襯里是其他材料。使用該類管材需注意環(huán)境溫度，溫度必須小于120 ℃，如高于120 ℃，就會出現(xiàn)苯溶解介質(zhì)[9]。4.2" 苛性鈉堿液管材

如化工工程中的運輸介質(zhì)就有腐蝕性，就需慎重選擇管材。具有腐蝕特性的介質(zhì)在拉應(yīng)力的影響下，可能會讓管道破裂，進而影響該工程進度，甚至帶來安全問題。因此，選擇苛性鈉堿液管材時，需考慮溫度因素及氫氧化鈉因素[10]。

4.3" 硫酸管材

許多化工企業(yè)所生產(chǎn)的產(chǎn)品都具備腐蝕性，尤其是酸堿類產(chǎn)品，此類企業(yè)必須選擇耐腐蝕的管材，比如，化工企業(yè)生產(chǎn)時硫酸濃度在95%以上，但不小于98%，就必須控制管道溫度與壓力，一般情況下，溫度在20 ℃，壓力在1.6 Pa。此外，還需注意腐蝕裕量，此種環(huán)境下，腐蝕裕量為1.5。此外，化工生產(chǎn)時需運輸硫酸物質(zhì)，可使用硫酸管材，該類管材保護膜為硫酸亞鐵保護膜，能大幅度提高抗腐蝕性，而保障保護膜的完整，讓該項工程如期完成，就必須控制硫酸流速。如化工企業(yè)溫度條件相同，在此環(huán)境中運輸硫酸，就必須根據(jù)工程實際情況安裝適合的管材[11]。

4.4" 陶瓷管材

在化工工程非金屬管材中，陶瓷管材是最常用管材之一。陶瓷管材具有三個特點，第一，陶瓷管材使用粘土制作而成，因原材料豐富，導致該類管材價格低、數(shù)量多；第二，陶瓷管材在耐腐性上表現(xiàn)優(yōu)異，在化工生產(chǎn)中，可應(yīng)用于各種有機介質(zhì)、無機酸運輸中，需要注意的是，運輸氫氟酸不可用該類管材；第三，由于制作成本低、方法簡單，該類管材的規(guī)模與種類最為豐富，可適用于多種工程中。陶瓷管道的類型可分為四種，第一種是離心澆鑄復(fù)合陶瓷，第二種是貼片耐磨陶瓷，第三種是點焊裝卡式耐磨陶瓷，第四種一體成型耐磨陶瓷。第四種陶瓷管道也被叫做陶瓷內(nèi)襯復(fù)合鋼管，該類管材的強度和耐熱沖擊性較好，與鋼材相比，該類管材的耐磨性更高?；谠擃惞懿牡母吣湍バ浴⒛透g性、耐熱沖擊性，可用于化工工程中，讓其負責輸送有腐蝕性的顆粒物料。現(xiàn)階段，化工行業(yè)已普遍使用陶瓷管材，讓其形成耐磨耐腐蝕的規(guī)模性管道，用以負責運送塑料等顆粒物料。

4.5" 其他管材

聚氟乙烯也叫做ETFE，被稱作塑料王，是化工" 企業(yè)使用的管材之一。該類管材具有較強抗腐蝕性和耐高溫性，如化工企業(yè)的運輸原材料具有較強酸性、堿性特征，就可選用ETFE。此外，該材料還具有耐蝕性，尤其是醇類物質(zhì)，需要注意的是，使用該類管材時，需注意運輸原材料是由含有聚四氟乙烯，其原因是聚四氟乙烯惠讓其產(chǎn)生溶脹現(xiàn)象。現(xiàn)階段，我國化工企業(yè)生產(chǎn)過程中，如材料具有腐蝕性物質(zhì)，就可選用ETFE。

5" 結(jié)束語

綜上所述，管材對化工工程的安全與經(jīng)濟性有直接影響，管材選擇關(guān)系到化工企業(yè)的生產(chǎn)進度，因此，化工工程的工作人員需根據(jù)相關(guān)標準與依據(jù)選擇管材，同時，要考慮原材料與管材特性，包括是否耐腐蝕、是否耐熱、是否耐低溫等，在結(jié)合該化工工程生產(chǎn)環(huán)境實際情況，選擇最佳管材。只有選擇好管材，才能保障運輸原材料的安全與穩(wěn)定，進而保障化工工程整體的經(jīng)濟性。

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Discussion on Chemical Pipeline Design and Material Grade Selection

GUAN Ya-nan

（Wood Zone Co.， Ltd. Liaoning Branch， Shenyang Liaoning 110004， China）

Abstract： With the rapid development of industry in China， all chemical companies have realized the importance of pipeline design and material selection. In this paper， the chemical pipeline design and material selection principles and reference basis were analyzed. At the same time， the selection of heat-resistant pipelines， low-temperature pipelines， high-temperature pipes， caustic soda lye pipes， sulfuric acid pipes， ceramic pipes， and other pipes was also analyzed， so as to help staff to select suitable pipe.

Key words： Chemical pipeline design; Material grade; Selection