化工管道設(shè)計(jì)及材料等級選用探討

摘" " " 要： 我國工業(yè)發(fā)展迅速，各化工企業(yè)均認(rèn)識到管道設(shè)計(jì)與材料選擇的重要性。對化工管道設(shè)計(jì)和材料選擇原則及參考依據(jù)進(jìn)行分析，同時(shí)，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(jìn)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(jì)；材料等級；選用

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

管材選用不當(dāng)會為化工工程帶來危險(xiǎn)性，甚至引發(fā)安全事故，因此，在化工管道設(shè)計(jì)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(shí)，考慮管材自身特性、原材料特性選擇一個(gè)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(jì)效益。

1" 化工管道設(shè)計(jì)和材料選用原則

1.1" 化學(xué)工程管道設(shè)計(jì)

對國內(nèi)管材與ASTM管材的設(shè)計(jì)、制造、焊接的標(biāo)準(zhǔn)有所不同，兩種管材進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造時(shí)需遵循相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如國內(nèi)管材需遵循GB50316標(biāo)準(zhǔn)。此外，由于標(biāo)準(zhǔn)不同，兩種管材的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)，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(diǎn)，就可選擇沸騰鋼；如輸送材料危害性較強(qiáng)，就可選擇優(yōu)質(zhì)鋼；如輸送的介質(zhì)腐蝕性較強(qiáng)，就可選擇耐腐蝕的管材[1]。常見的化工管道設(shè)計(jì)圖如圖1所示。

1.2" 選用原則

1.2.1" 管材性質(zhì)為重點(diǎn)考慮因素

對于化工設(shè)計(jì)來說，選擇適合的管材必須考慮該種材料的性質(zhì)，同時(shí)，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(xué)合理。比如，許多化工生產(chǎn)項(xiàng)目的原材料具有高危險(xiǎn)性，此時(shí)，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(shí)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(jì)流程為選材基礎(chǔ)

選擇管材時(shí)，工作人員需嚴(yán)格按設(shè)計(jì)流程開展工作，必須保證管材完全符合設(shè)計(jì)要求，才能為化工生產(chǎn)的運(yùn)輸環(huán)節(jié)提供安全保障。可以說，管材設(shè)計(jì)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(jì)流程確定后續(xù)工作和工期，進(jìn)一步提高化工生產(chǎn)、材料運(yùn)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(xué)原材料進(jìn)行加工后會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，這個(gè)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(shí)需考慮介質(zhì)溫度。除此之外，工作人員還需了解化學(xué)介質(zhì)特性，避免運(yùn)輸、化學(xué)反應(yīng)等環(huán)節(jié)中溫度升高或降低帶來的危險(xiǎn)[3]。

1.2.4" 管道厚度為安全保障

化工工程中，管道起到運(yùn)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(qiáng)的原材料泄露，就會產(chǎn)生嚴(yán)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(biāo)準(zhǔn)選材，還要重視管道厚度。只有管材厚度符合標(biāo)準(zhǔn)，才能保障化工工程按期完成生產(chǎn)任務(wù)，進(jìn)而保障企業(yè)經(jīng)濟(jì)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(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，其次，管材特性及參數(shù)應(yīng)是工作人員重點(diǎn)關(guān)注內(nèi)容。在對管材進(jìn)行檢測時(shí)，工作人員需認(rèn)真分析該類材料的成分、抗腐蝕性等，重點(diǎn)考慮有毒成分，同時(shí)，對管材的易燃問題、易爆問題進(jìn)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(jì)性有直接聯(lián)系。化工工程中，運(yùn)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(diǎn)，以保障管道使用有效性。此外，經(jīng)濟(jì)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(jì)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(jì)價(jià)值角度，考慮選擇管材[4]。

3" 化工設(shè)計(jì)中常用管材選用分析

3.1" 耐熱管材

抗熱沖擊性強(qiáng)、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(yùn)輸介質(zhì)具有高溫特點(diǎn)，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(diǎn)。一項(xiàng)化學(xué)工程中，運(yùn)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(yùn)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(yùn)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(shí)，工作人員可加入鋁元素、鉻元素，以延長抗氧時(shí)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(diǎn)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(xué)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(shí)，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(dá)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(dá)到-20 ℃時(shí)，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(yùn)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。基于化工管道設(shè)計(jì)，選擇高溫管材需考慮以下三個(gè)方面。一方面，由于不同環(huán)境的溫度不同，管材抗拉強(qiáng)度也會隨之變化；一方面，在溫度不同的環(huán)境中，管材強(qiáng)度會呈現(xiàn)出反比例變化；另一方面，受時(shí)間因素影響，管材荷載力、強(qiáng)度等都會降低。此外，溫度的升高會對管材產(chǎn)生影響，進(jìn)而出現(xiàn)管材腐蝕等多個(gè)問題。化工企業(yè)生產(chǎn)時(shí)，室內(nèi)溫度達(dá)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(shí)，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(shí)，均可使用碳素鋼，然而，該工程環(huán)境大于425 ℃時(shí)，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(qiáng)碳素鋼的穩(wěn)定性。與此同時(shí)，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(jì)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(yùn)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(jìn)而影響該工程進(jìn)度，甚至帶來安全問題。因此，選擇苛性鈉堿液管材時(shí)，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(shí)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(shí)需運(yùn)輸硫酸物質(zhì)，可使用硫酸管材，該類管材保護(hù)膜為硫酸亞鐵保護(hù)膜，能大幅度提高抗腐蝕性，而保障保護(hù)膜的完整，讓該項(xiàng)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(yùn)輸硫酸，就必須根據(jù)工程實(shí)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(gè)特點(diǎn)，第一，陶瓷管材使用粘土制作而成，因原材料豐富，導(dǎo)致該類管材價(jià)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(jī)介質(zhì)、無機(jī)酸運(yùn)輸中，需要注意的是，運(yùn)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(diǎn)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(qiáng)度和耐熱沖擊性較好，與鋼材相比，該類管材的耐磨性更高。基于該類管材的高耐磨性、耐腐蝕性、耐熱沖擊性，可用于化工工程中，讓其負(fù)責(zé)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(fù)責(zé)運(yùn)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(qiáng)抗腐蝕性和耐高溫性，如化工企業(yè)的運(yùn)輸原材料具有較強(qiáng)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(shí)，需注意運(yùn)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(jì)性有直接影響，管材選擇關(guān)系到化工企業(yè)的生產(chǎn)進(jìn)度，因此，化工工程的工作人員需根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與依據(jù)選擇管材，同時(shí)，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(shí)際情況，選擇最佳管材。只有選擇好管材，才能保障運(yùn)輸原材料的安全與穩(wěn)定，進(jìn)而保障化工工程整體的經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)：

［1］劉成江. 化工管道設(shè)計(jì)中的材料選用探討[J]. 商品與質(zhì)量， 2018 （41）： 119.

［2］劉偉.化工設(shè)計(jì)過程中管道材料的選用分析[J].中國化工貿(mào)易，2018，（1）：26.

［3］安紅衛(wèi).化工項(xiàng)目管道材料等級設(shè)計(jì)與選材要點(diǎn)[J]. 化工設(shè)計(jì)通訊， 2018， 44 （7）： 2.

［4］梁宏偉. 化工管道設(shè)計(jì)及材料等級選用探討[J]. 化工管理， 2015 （20）： 4-6.

［5］左秋月. 化工項(xiàng)目管道材料等級設(shè)計(jì)與選材原則探析[J]. 2020， 12（20）：17-19.

［6］魏丹. 化工管道設(shè)計(jì)及材料等級選用[J]. 中國科技投資， 2018，21：42.

［7］左秋月. 化工項(xiàng)目管道材料等級設(shè)計(jì)與選材原則探析[J]. 2020， 12（20）：17-19.

［8］買濤. 化工設(shè)計(jì)過程中管道材料的選用研究[J]. 化工管理， 2020 （4）： 2.

［9］王禹. 化工設(shè)計(jì)過程中管道材料的選用研究[J]. 化工管理， 2018 （10）： 1.

［10］林峰. 化工工程設(shè)備管道與材料優(yōu)化設(shè)計(jì)研究[J]. 新絲路， 2021 （6）： 1-10.

［11］焦佳月. 化工管道材料的選用原則探討[J]. 名城繪， 2018 （9）： 1.

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