化工裝置管道材料的設(shè)計和選用分析

李一文(新疆輕工職業(yè)技術(shù)學院 新疆 烏魯木齊 830021)

由于化工管道對設(shè)計的要求較高，要考慮到工藝要求、設(shè)備、管道、管道內(nèi)部元件等因素，只有合理的管道設(shè)計才能保證化工裝置的順利投入使用。選取管道材料與設(shè)計是化工裝置的重要環(huán)節(jié)，與化工裝置的使用有著直接的作用，是保證裝置操作安全、投資合理的關(guān)鍵。

一、簡述化工裝置管道材料

化工裝置管道材料設(shè)計包括管件、管道、墊片、閥門、法蘭、緊固件等，有關(guān)化工裝置管道材料設(shè)計文件做出以下說明，管道材料等級索引表、管道壁厚表、管道材料登記表及只管連接表，對管道材料設(shè)計的各部件均有具體要求，例如管道標準、材料單位、管子、管件、螺栓、閥門、墊片等。管道材料等級索引表是指某項項目中，將流體按照溫度、使用材料、壓力等分成多等級，并對其作出介紹。管道材料等級表是指某個具體管道中的等級介紹，其中包括所有參與裝置的組成部件，例如管件、管子、螺栓、閥門、墊片及其相關(guān)配件，管道等級是指各部件的材料、規(guī)格、型號、尺寸等，管道材料等級表是管道材料控制專業(yè)編制中的關(guān)鍵內(nèi)容，同時也是管道設(shè)計、材料匯總、施工與維修養(yǎng)護等工作開展的前提。

管道壁厚表、管道只管連接表是基于管道材料等級表下，前者是對不同管徑等級的管道壁厚制成表格并給出具體說明，后者是對主管引出支管的根部連接方式作出介紹。

二、化工裝置管道材料的設(shè)計和選用原則

從實際的化工裝置出發(fā)，對不同的管道材料設(shè)計及其特點選擇相應(yīng)的材料，考慮到工況，選擇經(jīng)驗豐富的管道材料設(shè)計方案。

1.管道材料的設(shè)計和選用原則

根據(jù)選用材料的差別，對其設(shè)計工藝也應(yīng)作出調(diào)整，例如國內(nèi)管道材料應(yīng)根據(jù)GB50316標準開展管道設(shè)計、管道制造、管道焊接及其工藝處理，ASTM管道材料根據(jù)相應(yīng)標準來進行管道設(shè)計、管道制造、管道焊接及其工藝處理，其檢驗標準、試驗標準也隨之變化。根據(jù)輸送介質(zhì)的嚴重程度選擇相應(yīng)的材料，通常極度危險、高度危害等介質(zhì)與液化烴的壓力管道制造材料大多選用優(yōu)質(zhì)鋼，輸送可燃介質(zhì)管道材料必須使用沸騰鋼。輸送腐蝕介質(zhì)管道根據(jù)實際的腐蝕情況選擇相應(yīng)的材料，如下表1所示。

表1 腐蝕速度與材料選用的關(guān)系

管道材料的使用溫度GB 50316、ASM E B31.3標準的溫度以下，低溫管道用材料按照 ASM E B31.3標準來進行低溫沖擊試驗，此標準中對試驗合格也有一定的要求，材料是否通過參照試驗合格標準。管道材料的操作溫度超過二百攝氏度，當管道輸送介質(zhì)中帶有氫氣的材料有碳鋼、低合金鋼管道，提高標準的操作溫度不超過四十攝氏度左右，并給予一定含有氫氣的分壓，根據(jù)實際需求選擇抗氫材料。

2.管道及組成件

選用合適的管道材料調(diào)整設(shè)計工藝，國內(nèi)管道材料及其組成材料應(yīng)符合GB、HG標準的材料和尺寸要求，ASTM管道材料及其組成材料應(yīng)符合ASTM、API、BS標準的材料和尺寸要求。盡量規(guī)避或減少使用經(jīng)驗少的管徑標準，例如DN 65、DN 125、DN 90、DN 550等，管道組成部分的材料有要墊片、法蘭、閥門等，緊固件考慮到不同工況下的壓力、溫度、介質(zhì)腐蝕性、燃爆性、毒性、磨蝕性，對相應(yīng)參數(shù)要求或高精度標準的管道工藝應(yīng)及時作出調(diào)整。

3.端面連接

常用的化工裝置管道連接包括法蘭連接、螺紋連接、咬合連接、焊接等，在化工裝置中盡量選用焊接來連接各管道材料。管道螺紋連接時根據(jù)標準的不同，選用不同的螺紋連接方案，例如60°密封管螺紋與NPT螺紋，其標準可選用GB/T12716與ASM E B1.20.1，55°密封管螺紋可選用GB/T 7306.2螺紋標準。

螺紋連接適用于絲堵放空時孔板法蘭的取壓點、熱電偶出口，當含有氫氣、烴氣、易爆介質(zhì)、有毒介質(zhì)的螺紋連接，應(yīng)使用密封焊。

4.氧氣管道材料的選擇

氧氣管道材料可根據(jù)GB50030的標準來進行選擇和設(shè)計，根據(jù)使用溫度的不同選用相應(yīng)的材料，使用溫度小于二百攝氏度可選擇304、304L標準的不銹鋼作為管道材料，使用溫度大于二百攝氏度管道材料可選擇Inconel600。氧氣管道中螺栓、螺母最好選用不銹鋼材料，氧氣管道避免使用快開型閥門或快閉型閥門，禁止使用閘閥，建議使用全通徑閥門，其中閥門填料可使用膨脹石墨或聚四氟乙烯等物質(zhì)。氧氣管道的墊片材料可選用鎳金屬環(huán)墊、鎳金屬平墊、銅金屬平墊、纏繞式墊片等，氧氣管道及其組成部件需進行脫脂處理，氧氣管道的各端口、各種材料的連接方式是焊接，在與閥門、設(shè)備連接時填充材料可為聚四氟乙烯薄膜、水玻璃、一氧化鉛等，禁止使用含有鉛紅的麻絲、棉絲、油脂材料。

結(jié)束語

綜上所述，化工裝置工藝管道設(shè)計是一項復(fù)雜的項目設(shè)計，對設(shè)計人員的要求較高，設(shè)計人員需要具備一定的專業(yè)知識與設(shè)計理念。管道材料的設(shè)計、選用與化工裝置有著直接的關(guān)系，科學合理的管道材料的設(shè)計與選用是保障裝置安全運作的前提。

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