化工设计中管道材料材质的选用

化工设计中管道材料材质的选用

陈浩

宁夏中耀环能科技有限公司 宁夏 银川 750000

摘要：化工设计是一项十分精细化的工作，是以化工工艺专业为核心，辅以电气、土建、环保等专业来共同完成。实施石化、化工工程项目时，管道安装与材料选择主要以管道设计为基础，而管道材料选择是影响设计成果质量的核心因素，通过科学的材料选择，可以保障化工装置符合安全需求，最大程度上提升化工设计质量，尽可能减少业主的采购成本，这意味着深化管材选择研究有着十分深远的意义。

关键词：化工设计；管道材料；材质；选用

1化工设计过程中管材选用依据

1.1输送介质特性

化工企业具有一定的独特性。管道输送介质一般具有较强的腐蚀性，一些原材料还具有易燃易爆材料的特性。这种介质长期封闭在管道内部结构上，极易腐蚀管道。在缩短管道使用寿命的前提下，还容易产生泄漏等生产问题，延误化工厂的正常运行，甚至引发严重的生产安全事故。因此，当使用管道时，应将运输介质作为测量的主要重要依据，例如，对于易燃易爆材料，可选择碳钢、高合金钢等；运输易燃介质时，避免使用普通碳钢；对于用于运输腐蚀性原料（如无水氯化铝烧碱溶液）的化工厂管道，应密切注意开裂损坏等许多问题。在选择耐腐蚀材料的前提下，有效控制氢氧化钠的温度、浓度值等标准值，提高管道运行的稳定性。

1.2工作中的主要参数

化工厂的生产过程复杂，生产过程中常用的不同生产线或管道之间存在一定差异。因此，在选择材料时，还应考虑管道地理位置的主要参数，例如温度、湿度、工作压力等，这些是最常见的转换主要参数。对于用于在-20℃下运输原材料的管道，应提前准备低温冲击试验；对于实际操作温度超过200℃的化工厂管道和介质上的氡等可燃气体，应选用耐氢建筑钢，管道材料应选择比特定温度高20～40℃的温度。此外，化工厂的管道种类繁多，具有不同的规格和技术参数、管径、管壁厚度等主要参数，与工作场景的兼容性水平有很大差异。在选择时，应智能匹配两者的主要参数，以提高运输效率，避免发生安全事故的风险。

1.3材料经济成本

化学工艺设计是一项综合性工作，不仅需要满足技术和安全法规，还需要存在边际效益问题。如果盲目选择具有良好特性的管道，可能会导致超出预算的问题，使化学工艺设计无法实施。鉴于此，在使用管道材料时，标准中应包含宏观因素。在满足介质和主要参数要求的前提下，尽量选用性价比高的材料。还应对管道运输法规进行有效分析，以防止管道直径过大造成财产损失。对于耐腐蚀要求相对较低的位置，可适当调整管道特性规范，以降低早期投资和维护的压力。然而，应该注意的是，由于片面的担忧，不应支付费用。

1.4节能环保特性

化学工业本身属于环境污染的关键修复产业链。化工厂的原料中含有许多腐蚀性、有毒有害物质、液体和固体。如果排放到环境中，将对太空环境造成毁灭性打击，也极易危害健康。因此，在管道设计中，应将绿色环保特性作为关键。一方面，注意管道材料的密封，有效设置承口、管径等主要参数，避免漏水问题；另一方面，调查管道生产、加工和使用过程中的环境保护特征，并将绿色环保作为比较标准。例如，聚丙烯质量稳定，质量低，在生产过程中不会造成过多的污染物，因此完全可以用于腐蚀性介质的输送管道。

2管道材料材质的选用

2.1耐热管材的选择

耐热管材是具备优异耐氧化性且高温强度、耐气体腐蚀性、抗热冲击强度较高的材料。化工生产过程中，很可能出现特殊液体、气体中高温钢管暴露的问题，为了最大程度提升化工生产安全性，要保障高温钢管具有很好的耐氧化性。化工生产可能会受到氧化作用的影响，如果利用碳素钢钢管，表面会出现一层氧化膜，很难真正发挥保护钢管基体的作用。为了提升钢管的抗氧化性，可在钢管内增加铬、铝等元素，因为铬元素比铁

2.2耐高温管材的选用

持续高温是化工厂管道经常面临的生产和制造场景之一。当温度超过350℃时，管道会产生强烈的腐蚀和冲击，降低管道运行的稳定性。因此，必须进行耐高温设计。连续高温无缝钢管主要在热稳定性方面表现优异。既能完成连续的高温物料输送，又能满足有毒有害物质和液体的顺利输送。对确保化工安全生产具有重要的现实意义。在高温下向无缝钢管中添加铬和钼可以进一步提高其耐热性和抗氧化性。具体而言，耐热管的选择通常应侧重于材料的抗拉强度和塑性。当温度持续升高时，所选管道的抗拉强度应继续下降，塑性应逐年增加，以确保管道对少量形状变化具有足够的抵抗力，并确保化工厂管道的质量。

2.3特殊介质钢材的选择

在化工企业中，如果管道输送的材料存在强烈腐蚀，则有必要防止建筑钢材使用金属材料，可以选择聚丙烯管道等非金属材料。管道使用非金属材料时，需要注意材料压力和温度标准符合化工厂的要求，以防止工作压力和温度变化时金属材料的老化问题。

一是，塑料衬里材料。应用温度应保持在120℃，衬里材料主要包括PTFE、聚丙烯等。除了温度的客观因素外，还需要选择足够的融合应用场景，这不得用于苯熔融物质。

二是烧碱溶液管道。由于腐蚀性物质和拉伸应力的共同作用，碳钢材料很可能被损坏，导致开裂问题。在设计和选择时，应进一步控制氢氧化钠的浓度值和温度，以提高化工企业的安全性。

三是硫酸管材。硫酸自身的腐蚀性较强，如果化工管道输送介质为硫酸，需合理选择化工管材。对于浓度为98%、95%的浓硫酸而言，应控制管道温度在20℃左右，将压力值调整为0.2p左右，选择20号管材，而20g材料的压力应维持在1.6pa，保证其温度稳定在200℃。硫酸输送过程中，碳钢是否具有抗腐蚀性，主要受到硫酸亚铁保护膜的影响，为了确保该保护膜不被破坏，要对管道内的硫酸浓度进行精准把控。如果管道温度发生变化，应利用不锈钢管材；如果实际操作温度达到29℃，且操作压力在2p以下，硫酸腐蚀量达到3，则可利用规格为316L的不锈钢管材。

四是选用氧气管材。如果化工管道输送的介质是氧气，可将不锈钢、碳钢等作为化工管材材料，以压力、温度设计为核心，将管道设计为GC2类型。氧气是助燃性气体，输送时可能会受到外力影响而出现爆炸情况。因此，针对氧气管材的选择，应重视氧气流速与压强，氧气压强如果处于0.33～0.55P，则可利用碳钢管，一旦氧气的压强值较高，则可选用不锈钢管道，但要确保管道直径是外径的4倍以上，并控制其长度为2m以上。管道制作过程中，尽可能避免运用褶皱弯头，避免运输过程中发生安全事故。应根据管材流速、压力进行科学选择，选择大半径弯头，令弯头半径为外径的6倍以上，焊接过程中采用无缝焊接。选择管道阀门材料时，要以压强的实际数值为基准，应用不锈钢材料。

五是盐酸管材。盐酸具有腐蚀性，应合理选择输送盐酸的管材，如果盐酸浓度为15%～30%，则可应用聚丙烯管道，它具有很好的抗腐蚀能力，可在相对较高的温度和压强条件下及复杂的盐酸环境下保持良好的耐腐蚀性。聚乙烯管道在导入率方面较差，因此可提升保温性能，且管材熔口强度较高，能避免发生管道断裂的问题，从根本上保障管材应用质量。聚乙烯管材的质量和密度较小，使用便利，寿命较长，成本低，能够满足使用要求，但容易发生老化问题，一旦受到降水和风力等因素的影响，性能会大幅度下降。

结论

管道材料选择在化工设计环节十分关键，由于化工生产环境较为复杂，因此要选择一些符合实际情况的管道材料，确保管道运输有序进行。从不同管道介质角度，围绕管道材料，进行选择，为材料选择提供一些参考。

参考文献：

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[2]陈林，董绍华，李凤，等.氢环境下压力容器及管道材料相容性研究进展[J]．力学与实践，2022,44(03):503-518.