化工設(shè)計(jì)過(guò)程中管道材料的選用

劉 軍

（亞洲硅業(yè)（青海）股份有限公司，青海西寧 810007）

化工行業(yè)是推動(dòng)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的強(qiáng)大力量，現(xiàn)階段化工行業(yè)在新形勢(shì)下，面臨的挑戰(zhàn)也越來(lái)越大。化工設(shè)計(jì)涉及的內(nèi)容較多，任何細(xì)小的環(huán)節(jié)都有可能影響整個(gè)化工設(shè)計(jì)效果。化工管道作為化工設(shè)計(jì)的內(nèi)容之一，其管道材料的選用直接關(guān)系到化工管道的應(yīng)用情況，可見加強(qiáng)化工設(shè)計(jì)管道材料的嚴(yán)格管控是非常必要的。

1 化工管道設(shè)計(jì)中存在的安全問(wèn)題

化工管道運(yùn)輸?shù)陌踩耘c管道架設(shè)結(jié)構(gòu)、工藝流程和管道材料有重要的關(guān)系。化工設(shè)計(jì)人員強(qiáng)化對(duì)管道工藝流程的設(shè)計(jì)，可在有效節(jié)約材料成本的基礎(chǔ)上，保障管道的安全性。化工管道工藝流程設(shè)計(jì)中需要施工方和設(shè)計(jì)方共同參與，兩者彼此交流溝通，優(yōu)化設(shè)計(jì)工藝流程。化工管道的鋪設(shè)問(wèn)題也需要尤為注意，管道的架設(shè)需要嚴(yán)格遵照相關(guān)法律法規(guī)，避免管道架設(shè)不合理問(wèn)題的出現(xiàn)。化工管道安裝架構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)做好管道的固定處理，可以采用管道支架的方式增強(qiáng)化工管道的穩(wěn)定性[1]。化工管道輸送的氣體大多數(shù)屬于易燃易爆，在設(shè)計(jì)過(guò)程中為了避免事故的發(fā)生需要安裝警報(bào)裝置，檢測(cè)有毒氣體的泄漏。還需要注意操作溫度，防止介質(zhì)自燃，造成一定的危害性。化工管道材料的合理選用，和化工管道的使用年限有充分的聯(lián)系，由于外界環(huán)境等各種因素的影響，化工管道會(huì)出現(xiàn)破裂毀壞等問(wèn)題影響化工企業(yè)的安全生產(chǎn)，存在較高的安全隱患，因此需要合理地選擇化工管道材料，做好安全防范措施。

2 管道材料在化工設(shè)計(jì)中選用的原則

2.1 注意管道材料的安全性

化工管道材料的選用需要秉持相應(yīng)的原則，安全性是選用管道材料所必須遵守的原則之一。化工生產(chǎn)設(shè)計(jì)的步驟較多，整個(gè)生產(chǎn)工況都需要做到安全生產(chǎn)，避免因化工管道材料選用不合理而出現(xiàn)的安全問(wèn)題。其中化工管道材料選用的不合理性主要體現(xiàn)在，所選管道類型不一、管道直徑不匹配、管口類型不一樣等，上述問(wèn)題都可以造成化工原料泄漏，產(chǎn)生安全隱患。此外，若選用的化工管道材料耐腐蝕性不佳，一旦管道遇到腐蝕性化工原料將影響整個(gè)管道的安全生產(chǎn)。尤其是在運(yùn)輸一些毒性化工材料時(shí)更需要做好管道的安全防護(hù)，提高化工生產(chǎn)安全性，避免安全事故問(wèn)題的發(fā)生。因此化工設(shè)計(jì)中管道材料的選用需要秉持高度的適用性和匹配性，結(jié)合化工生產(chǎn)實(shí)際情況選用安全系數(shù)較高的管道材料[2]。

2.2 注意管道材料的經(jīng)濟(jì)性

經(jīng)濟(jì)性是化工設(shè)計(jì)管道材料選擇的又一原則。若化工管道材料在選用過(guò)程中不秉持經(jīng)濟(jì)性的原則，將會(huì)造成化工生產(chǎn)超預(yù)算的情況。因此參與化工管道設(shè)計(jì)的人員需要考慮到管道材料的價(jià)格因素，在確保管道材料安全性和適用性的基礎(chǔ)上，盡可能選用性價(jià)比高的管道材料。比如在化工管道管徑的選擇上，需要確保所選擇的管道管徑符合今后化工生產(chǎn)的需求，以免所選擇的管徑過(guò)大，而影響整個(gè)化工生產(chǎn)的正常進(jìn)行，產(chǎn)生不必要的經(jīng)濟(jì)損失。此外，化工管道設(shè)計(jì)中還要充分考慮不同類型管道材料在價(jià)格上的不同，針對(duì)要求較低的化工管道，可選擇造價(jià)較低的管道材料，而對(duì)于要求較高的化工管道，可選擇造價(jià)較高的管道材料，確保在滿足化工管道設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，盡可能節(jié)約成本，避免給化工廠帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)壓力[3]。

3 化工設(shè)計(jì)流程與要點(diǎn)

3.1 預(yù)處理

在化工設(shè)計(jì)中需要充分考慮原材料的性質(zhì)特征，做好預(yù)處理工作，確保其符合相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)處理的工作質(zhì)量能夠有效提高化學(xué)反應(yīng)的速率。

3.2 化學(xué)反應(yīng)過(guò)程優(yōu)化設(shè)計(jì)

做好化學(xué)反應(yīng)的設(shè)計(jì)工作，在化工設(shè)計(jì)中尤為重要，能夠提高化工的轉(zhuǎn)化速率，保障化工設(shè)計(jì)成品的質(zhì)量。但是一些化學(xué)反應(yīng)中會(huì)產(chǎn)生副反應(yīng)問(wèn)題，根據(jù)這一情況需要充分考慮化學(xué)反應(yīng)所應(yīng)用到的材料、條件、催化劑，合理地設(shè)計(jì)化學(xué)反應(yīng)，避免副反應(yīng)問(wèn)題對(duì)化工設(shè)計(jì)造成影響。

3.3 化工成品處理

化學(xué)反應(yīng)結(jié)束之后，對(duì)于其成品需要進(jìn)行萃取蒸餾處理，去除其中的雜質(zhì)，確保其符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4 化工設(shè)計(jì)中比較常見的管道材料

4.1 選用抗低溫管道材料

化工生產(chǎn)中會(huì)運(yùn)輸一些低溫介質(zhì)，因此為了滿足化工運(yùn)輸生產(chǎn)的需求，所選擇的化工管道材料需要具備抗低溫性能，這樣可避免化工管道在低溫環(huán)境中出現(xiàn)損壞等問(wèn)題。低溫化工管道材料的選擇需要結(jié)合實(shí)際的運(yùn)輸情況而定，針對(duì)實(shí)際的運(yùn)輸問(wèn)題選擇最佳的低溫管道材料，因此保障低溫管道化工材料設(shè)置的合理性。舉例來(lái)說(shuō)，鐵塑鋼管道材料避免在運(yùn)輸介質(zhì)為0℃的情況下使用，因?yàn)殍F塑鋼化工管道在此種環(huán)境下會(huì)呈現(xiàn)出較強(qiáng)的脆性，由此影響化工運(yùn)輸安全性。碳素鋼管避免在運(yùn)輸介質(zhì)為-20℃的情況下使用，此時(shí)更適合使用合金鋼管。若介質(zhì)溫度低到-40℃，則需要將合金鋼管中的含金量提高，以便適應(yīng)此種環(huán)境。

4.2 選用耐熱管道材料

高溫環(huán)境是化工生產(chǎn)中較為常見的環(huán)境，一般所運(yùn)輸?shù)幕げ牧线_(dá)到350℃就需要進(jìn)行耐熱性化工管道的設(shè)計(jì)，因此所選用的化工管道的材料必須具有較強(qiáng)的耐熱性，能夠適應(yīng)高溫作業(yè)的要求，耐高溫的化工管道材料可提高在高溫環(huán)境下作業(yè)的穩(wěn)定性，避免受到高溫腐蝕和高溫沖擊帶來(lái)的影響，提高了化工生產(chǎn)的安全系數(shù)。高溫環(huán)境中選用的化工管道材料除了具備耐高溫性能之外，也需要具備較強(qiáng)的抗氧化性和抗腐蝕性，因此化工設(shè)計(jì)所選用的耐高溫材料需要考慮的因素較多。比如化工生產(chǎn)中選用的高溫鋼管，既可以用來(lái)運(yùn)輸高溫材料，又可以用來(lái)運(yùn)輸有毒有害的氣體和液體，此種管道材料的應(yīng)用價(jià)值較高。碳素鋼管有較強(qiáng)的抗氧化性，碳素鋼管的表面會(huì)形成一層養(yǎng)護(hù)膜，養(yǎng)護(hù)膜的存在可以解決氧化腐蝕問(wèn)題。此外，將鉻元素或者鉬元素添加在傳統(tǒng)鋼管上，可以增強(qiáng)傳統(tǒng)鋼管的耐熱性，提高化工管道的耐熱性能[4]。

4.3 選用抗腐蝕管道材料

化工生產(chǎn)中若運(yùn)輸高濃度的硫酸，對(duì)其管道要求更高。因此參與化工管道設(shè)計(jì)的技術(shù)人員需要加強(qiáng)對(duì)硫酸管道材料的選用把控，結(jié)合管道內(nèi)外部的溫度結(jié)合壓強(qiáng)選用合適的化工管道材料。運(yùn)輸濃硫酸的化工管道，內(nèi)部溫度需要控制在一定范圍，最佳為25℃左右，這樣可避免濃硫酸受周圍環(huán)境溫度的影響發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。溫度較低的鐵制管道中可以實(shí)現(xiàn)濃硫酸的長(zhǎng)期保存，其原因在于濃硫酸表面會(huì)形成一層氧化膜，該層氧化膜會(huì)附著在硫酸液體的表面，由此可以有效防止?jié)饬蛩崤c低溫鐵制管道產(chǎn)生腐蝕。但是在鐵制化工管道內(nèi)溫度不均衡的情況下，附著在濃硫酸表面的氧化膜會(huì)被破壞，進(jìn)而會(huì)腐蝕鐵制化工管道。針對(duì)此種情況，在設(shè)計(jì)管道時(shí)，可以選擇不銹鋼材料，以保證濃硫酸在運(yùn)輸過(guò)程中的穩(wěn)定性。比如可以選用316L不銹鋼三通，此種形式的不銹鋼三通為管件、管道連接件。用在主管道與分支管處。不銹鋼三通有等徑和異徑之分，等徑三通的接管端部均為相同的尺寸；異徑的三通的主管接管尺寸相同，而支管的接管尺寸小于主管的接管尺寸。不銹鋼三通的液壓脹形工藝可一次成形，生產(chǎn)效率較高；不銹鋼三通的主管及肩部壁厚均有增加。具有較強(qiáng)的抗防腐，耐酸堿，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。此種管道常用規(guī)格有DN10、DN15、DN20、DN25、DN32、DN40、DN50、DN65、DN80、DN100、DN125、DN150、DN200、DN250、DN300。可應(yīng)用于電力、化工、石油、輕紡、造紙、水利、冶金、污水處理，工業(yè)油，工業(yè)氣等管道搭建上。此外，高濃度的堿性溶液也有較強(qiáng)的腐蝕性，運(yùn)輸堿性溶液的化工管道內(nèi)部溫度也需要把控好，以免溫度的影響促使堿性溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，比如可以在化工管道內(nèi)部加入塑料襯里，這樣可促使運(yùn)輸介質(zhì)保持穩(wěn)定，降低腐蝕問(wèn)題的發(fā)生概率。

4.4 輸送鹽酸的化工管道材料選用

聚丙烯材料的化工管道有較強(qiáng)的耐腐蝕性，且此種材料可以將管道內(nèi)部和外部的壓力控制在一定范圍，保障管道內(nèi)部的穩(wěn)定性，因此適合運(yùn)輸高濃度的鹽酸。加上聚丙烯材料不容易斷裂，且管道自身重量較小，材料輕便，搬運(yùn)和施工都較為方便，保障了高濃度鹽酸運(yùn)輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性。此外，聚丙烯材料使用壽命較長(zhǎng)，可避免反復(fù)替換而造成資金浪費(fèi)等問(wèn)題[5]。

4.5 選用特殊介質(zhì)管道材料

氧氣作為一種特殊介質(zhì)，在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中需要特殊介質(zhì)管道材料。實(shí)際化工生產(chǎn)中，應(yīng)選擇不銹鋼、碳鋼等材料制作特殊介質(zhì)化工管道，上述材料有較強(qiáng)的抗壓性，因此適合運(yùn)輸氧氣這種特殊介質(zhì)。加上氧氣屬于易燃性氣體，一旦與不同類型的氣體接觸，則容易發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)，對(duì)化工生產(chǎn)工作人員造成極大的安全隱患。基于此更需要化工設(shè)計(jì)人員科學(xué)仔細(xì)地選用氧氣輸送管道，注意根據(jù)氧氣在管道內(nèi)的流動(dòng)速度和壓強(qiáng)合理選用管道材料。舉例來(lái)說(shuō)，在壓強(qiáng)較低的情況下，不銹鋼管道材料可用來(lái)運(yùn)輸氧氣，但是需要合理設(shè)計(jì)不銹鋼管道的直徑和長(zhǎng)度，尤其注意管道彎曲的地方，以免斷裂發(fā)生氧氣泄漏[6]。再比如在輸送高溫氫氣時(shí)，氫氣管道在設(shè)計(jì)和施工需要注意管道連接、管道安裝、管道間距、管道焊接、管道防雷、防腐、防靜電、管道放空等安全問(wèn)題，嚴(yán)格按照《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》《工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范》《氬氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。經(jīng)過(guò)多名學(xué)者的研究，初步確定氫氣長(zhǎng)輸管道可以使用天然氣管道常用的管線鋼系列材質(zhì)，只是鋼級(jí)選擇與天然氣管道有所不同。氫氣管道一般是鋼級(jí)越低越好，同時(shí)需要進(jìn)行各種試驗(yàn)評(píng)定，并考慮鋼管的技術(shù)條件。

4.6 選用高溫管道材料

在化工生產(chǎn)中經(jīng)常會(huì)遇到一些高危環(huán)境，因此為了適應(yīng)這個(gè)環(huán)境就需要選用高溫管道材料。在選擇過(guò)程中，需要保障管道材料溫度和強(qiáng)度成正比，溫度塑性成反比。在生產(chǎn)環(huán)境下，溫度越高，強(qiáng)度越高。其次還需要注重其抗拉強(qiáng)度和溫度成反比。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，管道材料選用是化工設(shè)計(jì)中非常重要的環(huán)節(jié)，管道材料的選用直接影響化工材料的輸送情況。針對(duì)化工生產(chǎn)中易腐蝕、易燃易爆等介質(zhì)，需要選用不同類型的管道材料，由此才能保障化工生產(chǎn)的安全性，推動(dòng)我國(guó)化工行業(yè)安全穩(wěn)定的生產(chǎn)。