化工裝置管道材料的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

常 杰

（中海油惠州石化有限公司，廣東惠州 516086）

1 化工裝置管道材料簡(jiǎn)述

針對(duì)化工行業(yè)而言，化工裝置管道具有較高的設(shè)計(jì)要求，主要原因是化工裝置管道設(shè)計(jì)工作實(shí)際所涉及的內(nèi)容十分廣泛，例如工藝方面、設(shè)備方面、零部件方面等，如果設(shè)計(jì)方案不合理，則會(huì)對(duì)化工企業(yè)安全穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的負(fù)面影響。所以，需要利用科學(xué)完善的措施開(kāi)展化工裝置管道設(shè)計(jì)與選材，才能從本質(zhì)上提升化工裝置設(shè)備的性能優(yōu)勢(shì)。在開(kāi)展化工裝置管道材料選擇時(shí)，要充分掌握管道材料對(duì)化工裝置帶來(lái)的具體影響，在科學(xué)有效的控制措施的保障下，實(shí)現(xiàn)化工裝置的有序運(yùn)轉(zhuǎn)，從而保障化工企業(yè)預(yù)期生產(chǎn)目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)。

化工裝置管道材料的選擇內(nèi)容包含多個(gè)項(xiàng)目，例如管道、管件、法蘭、墊片等。在開(kāi)展化工裝置管道材料的設(shè)計(jì)與應(yīng)用分析時(shí)，要確保管道材料的具體設(shè)計(jì)說(shuō)明，相關(guān)等級(jí)情況，設(shè)計(jì)與支管連接等方面的內(nèi)容得到綜合分析，并結(jié)合化工企業(yè)的特點(diǎn)與現(xiàn)狀開(kāi)展針對(duì)性的分析，保障管道材料的性質(zhì)能夠得到科學(xué)的明確，再結(jié)合設(shè)計(jì)的相關(guān)內(nèi)容，如設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)、尺寸、材質(zhì)等開(kāi)展化工管道材料整體尺寸標(biāo)準(zhǔn)的明確，提升管道材料各個(gè)零部件的尺寸規(guī)范性，降低后期管道材料應(yīng)用時(shí)異常問(wèn)題的發(fā)生概率。如果無(wú)法保障管道等級(jí)選擇的科學(xué)合理性，則會(huì)為后期管道的設(shè)計(jì)、安裝以及保養(yǎng)維修等帶來(lái)一系列的阻礙。所以，開(kāi)展管道材料設(shè)計(jì)與應(yīng)用時(shí)，要重點(diǎn)把控管道材料的等級(jí)，由此為后期各環(huán)節(jié)工作的順利進(jìn)行提供全面有效的參考和幫助。

2 化工裝置管道材料的相關(guān)選擇依據(jù)

在開(kāi)展化工裝置管道材料的選擇工作時(shí)，要確保影響管道材料的各類(lèi)因素得到綜合考慮，才能保障管道材料選擇的合理性與針對(duì)性。通常情況下，化工裝置管道材料的具體選擇依據(jù)主要體現(xiàn)在以下方面。

2.1 介質(zhì)的特點(diǎn)方面

主要體現(xiàn)在易燃易爆性、有毒有害以及腐蝕性等方面。其根本原因是受氧化反應(yīng)、氧腐蝕反應(yīng)以及氫腐蝕反應(yīng)等作用的影響，使得管道選材時(shí)需要重點(diǎn)考慮介質(zhì)的特點(diǎn)，才能保障管道的正常使用。

2.2 介質(zhì)的參數(shù)方面

在考慮介質(zhì)參數(shù)影響時(shí)，需要重點(diǎn)考慮介質(zhì)的設(shè)計(jì)溫度與設(shè)計(jì)壓力等兩方面的具體參數(shù)情況，避免因溫度和壓力不符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)而導(dǎo)致化工裝置管道無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.3 管道材料的性能方面

管道材料的性能是直接影響其使用情況的主要因素。而管道材料的性能包括多方面內(nèi)容，如化學(xué)與物理性能、焊接和機(jī)械性能，以及經(jīng)濟(jì)和環(huán)保性能等。

3 化工裝置管道材料的設(shè)計(jì)與應(yīng)用原則

3.1 化工裝置管道材料的設(shè)計(jì)與選擇方面

（1）在開(kāi)展化工裝置管道設(shè)計(jì)工作時(shí)，要重點(diǎn)考慮管道材料自身的性質(zhì)。如果輸送介質(zhì)的危險(xiǎn)等級(jí)較高，則應(yīng)當(dāng)將優(yōu)質(zhì)輕鋼作為管道的主選材料。

（2）明確設(shè)計(jì)目標(biāo)，規(guī)范設(shè)計(jì)流程，是開(kāi)展化工裝置管道材料設(shè)計(jì)的主要引導(dǎo)力量。當(dāng)材料選擇工作結(jié)束后，要及時(shí)上報(bào)相關(guān)部門(mén)進(jìn)行校核與審核，待審核通過(guò)后才能進(jìn)入設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，由此降低對(duì)化工裝置管道運(yùn)行的影響。在材料的采購(gòu)與施工環(huán)節(jié)，要積極構(gòu)建科學(xué)完善的管理體系，從而提升管道材料設(shè)計(jì)與使用的相符性。

（3）保障化工裝置管道材料的選擇同工藝介質(zhì)的溫度與壓力之間具有理想的匹配性。如果運(yùn)輸?shù)奈锪蠝囟认鄬?duì)較高，那么介質(zhì)對(duì)管道材料的要求也會(huì)隨之提高。當(dāng)然，針對(duì)低溫要求的物料輸送，材料的抗低溫特性要求也會(huì)隨之提升。所以，為了提升管道物料輸送的順暢性，要根據(jù)管道材料自身的溫度要求進(jìn)行相應(yīng)物料的選擇，由此避免溫度因素影響物料的運(yùn)輸效果。

（4）保障管道壁厚度設(shè)計(jì)的科學(xué)合理性。管道壁厚度的科學(xué)合理是提升管道運(yùn)行順暢性的關(guān)鍵所在，在腐蝕性物料的運(yùn)輸中體現(xiàn)得十分明顯。為此，設(shè)計(jì)人員開(kāi)展管道壁厚度設(shè)計(jì)時(shí)，要預(yù)留一定的腐蝕余量，才能提升管道運(yùn)輸?shù)恼w效果。

（5）經(jīng)濟(jì)問(wèn)題也是化工裝置管道設(shè)計(jì)的重要原則。所以，在管道設(shè)計(jì)與選材時(shí)，要提升材料選用的具體標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)材料設(shè)計(jì)與選用的規(guī)范性，由此避免給企業(yè)帶來(lái)不必要的經(jīng)濟(jì)損失。

3.2 管道與管道組成件方面

在開(kāi)展化工裝置管道材料的選擇工作時(shí)，要充分結(jié)合具體情況，同時(shí)嚴(yán)格遵循管道與管道組成件的具體標(biāo)準(zhǔn)，確保影響管道與管道組成件使用性能的各種因素均得到系統(tǒng)考慮，如尺寸方面、型號(hào)方面、質(zhì)量方面以及材質(zhì)方面等，由此提升管道與管道組成件的使用性能。

3.3 端面連接方面

端面連接是化工裝置管道連接的重要環(huán)節(jié)。在端面連接的具體過(guò)程中，技術(shù)人員要結(jié)合實(shí)際情況選擇最佳連接方式，從而保障端面連接的緊密性。端面連接的方式多種多樣，常用的有法蘭連接方式、螺紋連接方式、焊接方式、咬合連接方式以及承插連接方式等。在眾多端面連接方式中，焊接方式的應(yīng)用頻率相對(duì)較高。針對(duì)螺紋連接方式而言，要保障螺紋性質(zhì)得到及時(shí)科學(xué)的分析，如果是60°的密封螺紋，則通常選用NPT螺紋材料，并根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與要求進(jìn)行連接操作。承插連接方式，相比其他端面連接方式而言，該類(lèi)型的端面連接方式具有廣泛的適用范圍，例如在DN小于40（11/2）的管道中都具有理想的應(yīng)用效果。針對(duì)部分法蘭連接的端面，如果運(yùn)輸?shù)慕橘|(zhì)具有易燃易爆的特性，則要結(jié)合密封焊，由此才能在保障螺紋連接合理性的基礎(chǔ)上增強(qiáng)其連接的密封效果，避免因連接不緊密而出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。

4 化工裝置管道材料的應(yīng)用實(shí)例分析

4.1 氧氣管道材料的選擇與應(yīng)用

針對(duì)氧氣管道材料的選擇，現(xiàn)階段具有詳細(xì)的標(biāo)準(zhǔn)，如GB50030標(biāo)準(zhǔn)，技術(shù)人員要充分結(jié)合該標(biāo)準(zhǔn)的具體要求，開(kāi)展科學(xué)合理的分析選擇，由此保障氧氣管道選材的科學(xué)合理性。如果輸送介質(zhì)的溫度低于200℃，則通常會(huì)選擇304或304L的不銹鋼材質(zhì)管道；如果溫度超過(guò)200℃，則可以選擇Inconel600材質(zhì)的管道，并且加強(qiáng)對(duì)外界影響因素的綜合分析與科學(xué)應(yīng)用，確保管道的正常使用。針對(duì)氧氣管道而言，自身性質(zhì)對(duì)其整體運(yùn)行效果的影響體現(xiàn)得十分明顯，所以在開(kāi)展氧氣管道材料設(shè)計(jì)與選擇時(shí)，要重視全通徑閥門(mén)的選擇與應(yīng)用，避免使用快閉性閥門(mén)，尤其是閘閥，嚴(yán)禁出現(xiàn)在氧氣管道中，從而保障氧氣管道運(yùn)輸?shù)陌踩浴Ｔ谘鯕夤艿赖奶盍咸幚憝h(huán)節(jié)，要結(jié)合氧氣管道自身的性質(zhì)，選擇科學(xué)的填料，如聚四氟乙烯或膨脹石墨等材料，都是應(yīng)用頻率較高的材料。在氧氣管墊片選擇時(shí)，技術(shù)人員要根據(jù)具體要求對(duì)各類(lèi)型的墊片進(jìn)行科學(xué)選擇，如環(huán)墊、銅材質(zhì)墊片，鎳材質(zhì)墊片以及纏繞型的墊片等，確保墊片的作用能夠得到充分的發(fā)揮。

4.2 陶瓷管道材料的選擇與應(yīng)用

如何保障和提升化工管道材料的耐磨性，是化工管道設(shè)計(jì)與選材的重要內(nèi)容。在化工裝置管道運(yùn)輸中，粉料運(yùn)輸?shù)母怕室蚕鄬?duì)較高，由于這些粉料不僅粒度小，而且硬度還較高，即便使用加厚的鋼管進(jìn)行運(yùn)輸，也會(huì)經(jīng)常發(fā)生鋼管被磨穿的現(xiàn)象，由此必將引發(fā)物料泄漏的現(xiàn)象。而陶瓷管道則能很好地應(yīng)對(duì)這一問(wèn)題，由于陶瓷管道是在鋼管內(nèi)部添加了氧化鋁或氮化硅，而這兩種物質(zhì)都具有較高的硬度，并且化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性強(qiáng)、耐磨性高，所以能夠充分地保障管道運(yùn)輸?shù)陌踩耘c穩(wěn)定性。

4.3 抗性材料的選擇與應(yīng)用

抗性材料的選擇與應(yīng)用對(duì)化工管道的設(shè)計(jì)與應(yīng)用效果具有重要的影響作用。從本質(zhì)上而言，抗性材料主要是指能夠抗高溫、抗低溫以及抗氧化反應(yīng)的材料。由于化工管道運(yùn)輸?shù)慕橘|(zhì)對(duì)溫度都具有較高的要求，同時(shí)大量的化工原料自身的氧化性較強(qiáng)，必將提升對(duì)化工管道的抗氧化性要求。例如，部分化工介質(zhì)的保存溫度在-20~-196℃，如液態(tài)丙烯、液態(tài)乙烯以及液氮等，這些物質(zhì)需要在低溫環(huán)境下運(yùn)輸，所以運(yùn)輸這些介質(zhì)的化工管道材料自身則要具有較強(qiáng)的抗低溫性能。并且每個(gè)低溫區(qū)針對(duì)材料的要求也具有明顯的差異性，所以技術(shù)人員要綜合分析不同溫區(qū)的特點(diǎn)，保障管道選材的科學(xué)性與針對(duì)性，提升管道使用的穩(wěn)定性。

4.4 特殊管材的選擇與應(yīng)用

特殊介質(zhì)管道材料的選用對(duì)化工管道設(shè)計(jì)與應(yīng)用也具有十分重要的作用。例如，非金屬材料、苛性鈉堿液管材、塑料襯里材料、硫酸管材等，這些特殊類(lèi)型的管道材料在選擇與應(yīng)用方面都具有詳細(xì)的要求與標(biāo)注，所以在選擇環(huán)節(jié)，技術(shù)人員要結(jié)合具體情況開(kāi)展管材選擇工作，由此保障管道運(yùn)輸?shù)陌踩耘c穩(wěn)定性。例如，針對(duì)非金屬材料的使用，不僅要注意溫度因素，還要嚴(yán)格把控壓力情況，降低管道脆化現(xiàn)象的發(fā)生概率。在開(kāi)展塑料襯里材料的選擇與應(yīng)用時(shí)，要確保塑料襯里材料的使用溫度不超過(guò)120℃。而針對(duì)苛性鈉堿液，對(duì)碳鋼材料的破壞性體現(xiàn)得十分明顯，所以要對(duì)氫氧化鈉的具體濃度進(jìn)行嚴(yán)格的控制與監(jiān)管，避免因管道被損壞而出現(xiàn)泄漏事故。

5 結(jié)束語(yǔ)

化工行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)增長(zhǎng)具有重要的決定作用，而化工裝置管道材料的科學(xué)設(shè)計(jì)與應(yīng)用直接影響著化工行業(yè)的整體發(fā)展情況。所以，相關(guān)部門(mén)要高度重視并科學(xué)開(kāi)展化工裝置管道材料的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，嚴(yán)格遵循化工裝置管道材料設(shè)計(jì)與選擇的相關(guān)原則和依據(jù)，確保影響管道使用性能的各項(xiàng)因素能夠得到綜合分析，由此從根源上提升化工管道運(yùn)輸?shù)陌踩耘c穩(wěn)定性，為化工企業(yè)預(yù)期發(fā)展目標(biāo)的順利實(shí)現(xiàn)提供良好的基礎(chǔ)條件。