化工管道設計中材料的選用分析

摘 要：在化工管道設計中，材料選擇是極為重要的一環節，直接影響到管道作用的發揮及化工生產的安全性。因此，對化工管道設計中材料的選用分析，具有重要的現實意義。而在實際中，化工生產由于涉及到的介質性質與物料壓力不同，對管道材料的要求也不同，這就要求設計人員能綜合考慮多方面因素，選擇最佳性價比的管材。文章在闡述化工設計中管道材料重要性及材料選用原則的基礎上，根據不同化學介質的特征，對化工管道材料的選用作出了詳細分析。

關鍵詞：化工管道材質；化工介質；材料選用

1 管道材料在化工設計中的重要性

化工產品由于其特殊性，在生產過程中，一旦出現任何失誤，都極有可能造成泄漏或腐蝕狀況的發生，威脅到化工生產人員的人身安全。因此，為了確保化工產品生產過程中的安全性，還需注重對化工管道設計中材料的選用。化工管道設計中材料的選擇，需要根據不同化工產品的具體特性，結合不同管道材料的耐腐蝕性、抗壓力、設計溫度等，選擇最為適宜的材料，以保證化工設計能達到預期質量。

2 選擇管道材料的基本原則

（1）化工材料的選擇應遵循化工生產管道設計的相關規定。（2）管道選擇需要以生產運輸化學產品的特性作為主要依據，不同特性的化工產品生產，需選用的管道材料也不同。如易燃易爆化學產品則需避免使用塑料材料設計管道，而具備較強腐蝕性的化學產品則不可使用碳鋼材質的材料。（3）管道材料不僅要考慮到化學生產的不同特性，還要注意管道的抗壓力、抗沖擊力以及抗溫性等，在綜合考量的基礎上進行選擇。如，在溫度較低的情況下，應避免選擇鋁鎳合金鋼、不銹鋼等材料。

3 化工設計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抗高溫性、抗熱沖擊性的材料。并且，為確保化工產品生產過程的安全，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物質運輸的重要途徑，其抗氧化性能有效防止化學物質運輸過程中，有毒有害氣體或液體的滲漏，有效提升了化工生產的安全性。現階段，在化工生產管道抗氧化方面，所采用的碳素鋼管往往會形成一層氧化膜覆蓋于其表面，以增強其抗氧化功效。在這個過程中，可將一些金屬元素，如鉻元素、鋁元素、硅元素等合理添進鋼管內。鉻元素相比于鐵元素，氧化時間更短，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，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中的管道設計。

3.2 低溫管材的選用

對于化工管道設計中材料的選擇，還需考慮到溫度問題，在-20℃至-196℃的低溫環境下，應根據實際溫度差異選擇較合適的材質。如，溫度在-20℃至-40℃時，則不可使用碳素鋼管材料；溫度在-40℃至-70℃時，則不能選擇低合金鋼管材料；溫度低于-70℃時，便不能選擇合金鋼管材。通常而言，當溫度下降至0℃以下時，鐵素鋼管的韌性為大幅度降低，而脆性而會相應提升。因此，為保證化學物質運輸的安全，必須考慮到管道材料的耐低溫性能。

3.3 高溫管材的選用

一些化工產品的生產是處在高溫狀態下，因而其運輸管道也需具備較強的抗高溫性。而在化工管道設計中，對高溫材料的選擇，需要考慮到以下方面：（1）不同溫度下，管道材料的屈服強度所呈現出的反比例變化及塑性的正比例變化；（2）隨時間推移而出現的管道材質力學性及荷載強度可能產生的變化；（3）不同溫度條件下，管道材料的抗拉強度大小變化；（4）溫度變化而引起的管道材料的腐蝕性變化。

在化工生產過程中，當溫度達到350℃時，即為高溫環境。在此情況下，管道材料不可避免會受到一定程度的腐蝕。因此，在其高溫環境下的管道材料選擇中，還應對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，極有可能會出現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生，并增強碳鋼素財材料的穩定性。同時，也可選擇鋁元素鎮靜鋼、沸騰鋼等，以更好地提升化工管道使用的安全性能。

3.4 特殊介質管材的選用

（1）塑料襯里材料的選用。在化工產品生產中，要確保化學物質運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。相關設計人員在進行材料選擇時，還需將其應用環境納入考慮范疇，避免將其使用于苯溶解介質中。

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

（3）硫酸管材的選用。化工生產中的硫酸類化學產品因具備較強的腐蝕性，必須選擇抗腐蝕性較強的運輸管道。總體而言，當硫酸濃度在95%～98%時，應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，管材的腐蝕裕量需為1.5。在硫酸物質的輸送過程中，硫酸亞鐵保護膜直接決定了其碳鋼管材抗腐蝕性的強弱。因此，為了確保保護膜的完整、不被破壞，需將其所運輸硫酸的流速掌握在合理范圍內。同時，對于不同溫度條件下的硫酸運輸，所選用的管道材料型號也不同，應根據實際情況而定。

（4）氧氣管材的選用。在氧氣類化學生產中管道材料的選擇上，通常以不銹鋼、碳鋼為首選管材。并且，這類管道的設計，主要考慮因素為兩點，即溫度與壓力。因氧氣屬于助燃氣體，當與其他氣體混合后，一旦在運輸過程中受到外力沖擊，極易引發爆炸事故，所以在對氧氣運輸管道的設計上，大多數為GC2類型。同時，爆炸事故的發生，情況嚴重的可能會造成化工生產的停產。因此，氧氣管材選用必須慎重，既要考慮到氧氣的強壓問題，也要考慮到其流速問題。當氧氣的壓強在0.33pa～0.55pa時，則管道材料應為碳鋼管。而在氧氣壓強過高時，則需選用不銹鋼管道。其中，為最大限度降低氧氣輸送中存在的安全隱患，應避免使用褶皺彎頭來制作管道，并確保管道直徑與外徑的比例大于4：1，而管道的長度需>2m，并選擇大半徑彎頭的管件，將彎頭半徑與管道外徑的比例控制在6：1以上，實施無縫焊接的工藝，完成運輸管徑之間的焊接。此外，還需注重對氧氣運輸管道閥門材料的選擇，根據其運輸中的真實壓強狀況及具體因素，將不銹鋼材料作為閥門材料的首選。

（5）鹽酸管材的選用。在化學生產中，對于鹽酸管道設計中材料的選擇，必須考慮到鹽酸的腐蝕性特點。當鹽酸濃度為15%～30%時，應選擇抗腐蝕性較強的聚丙烯材料。聚丙烯材料相比于其他管材，在復雜的溫度及大壓強下，仍然能表現較強的耐腐蝕性，能有效應對鹽酸運輸中形成的復雜環境。同時，由于聚丙烯材料在管道設計中的應用，導入率較低，因而具備較高的保溫性。此外，聚丙烯材料在管道中的應用，擁有較高的熔口強度，能有效防止管道斷裂，提升化工生產的安全性。相比于其他管材，聚丙烯管道具備質量輕、密度小、成本低的優點，投入使用極為便捷，并且使用期限較長。但同樣，聚丙烯管材也存在一些不可避免的缺點，如老化現象出現頻繁，易受自然氣候的影響，特別是在降雪、降水或風力等惡劣天氣下，聚丙烯管道的使用質量便會大打折扣。

參考文獻

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作者簡介：姜澄（1982，2-），男，漢族，江蘇省姜堰市，大專，研究方向：化工工藝設計。

劉迅升（1987，5-），男，漢族，江蘇省海安縣，助理工程師，本科，研究方向：化工工藝設計。