化工設計過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)是推動我國國民經(jīng)濟發(fā)展的強大力量，現(xiàn)階段化工行業(yè)在新形勢下，面臨的挑戰(zhàn)也越來越大?；ぴO計涉及的內(nèi)容較多，任何細小的環(huán)節(jié)都有可能影響整個化工設計效果?；す艿雷鳛榛ぴO計的內(nèi)容之一，其管道材料的選用直接關(guān)系到化工管道的應用情況，可見加強化工設計管道材料的嚴格管控是非常必要的。

1 化工管道設計中存在的安全問題

化工管道運輸?shù)陌踩耘c管道架設結(jié)構(gòu)、工藝流程和管道材料有重要的關(guān)系?；ぴO計人員強化對管道工藝流程的設計，可在有效節(jié)約材料成本的基礎上，保障管道的安全性?；す艿拦に嚵鞒淘O計中需要施工方和設計方共同參與，兩者彼此交流溝通，優(yōu)化設計工藝流程。化工管道的鋪設問題也需要尤為注意，管道的架設需要嚴格遵照相關(guān)法律法規(guī)，避免管道架設不合理問題的出現(xiàn)?；す艿腊惭b架構(gòu)設計中應做好管道的固定處理，可以采用管道支架的方式增強化工管道的穩(wěn)定性[1]?；す艿垒斔偷臍怏w大多數(shù)屬于易燃易爆，在設計過程中為了避免事故的發(fā)生需要安裝警報裝置，檢測有毒氣體的泄漏。還需要注意操作溫度，防止介質(zhì)自燃，造成一定的危害性?；す艿啦牧系暮侠磉x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，化工管道會出現(xiàn)破裂毀壞等問題影響化工企業(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 管道材料在化工設計中選用的原則

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的原則，安全性是選用管道材料所必須遵守的原則之一?；どa(chǎn)設計的步驟較多，整個生產(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管道的安全生產(chǎn)。尤其是在運輸一些毒性化工材料時更需要做好管道的安全防護，提高化工生產(chǎn)安全性，避免安全事故問題的發(fā)生。因此化工設計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)濟性

經(jīng)濟性是化工設計管道材料選擇的又一原則。若化工管道材料在選用過程中不秉持經(jīng)濟性的原則，將會造成化工生產(chǎn)超預算的情況。因此參與化工管道設計的人員需要考慮到管道材料的價格因素，在確保管道材料安全性和適用性的基礎上，盡可能選用性價比高的管道材料。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大，而影響整個化工生產(chǎn)的正常進行，產(chǎn)生不必要的經(jīng)濟損失。此外，化工管道設計中還要充分考慮不同類型管道材料在價格上的不同，針對要求較低的化工管道，可選擇造價較低的管道材料，而對于要求較高的化工管道，可選擇造價較高的管道材料，確保在滿足化工管道設計要求的基礎上，盡可能節(jié)約成本，避免給化工廠帶來較大的經(jīng)濟壓力[3]。

3 化工設計流程與要點

3.1 預處理

在化工設計中需要充分考慮原材料的性質(zhì)特征，做好預處理工作，確保其符合相關(guān)的設計標準。預處理的工作質(zhì)量能夠有效提高化學反應的速率。

3.2 化學反應過程優(yōu)化設計

做好化學反應的設計工作，在化工設計中尤為重要，能夠提高化工的轉(zhuǎn)化速率，保障化工設計成品的質(zhì)量。但是一些化學反應中會產(chǎn)生副反應問題，根據(jù)這一情況需要充分考慮化學反應所應用到的材料、條件、催化劑，合理地設計化學反應，避免副反應問題對化工設計造成影響。

3.3 化工成品處理

化學反應結(jié)束之后，對于其成品需要進行萃取蒸餾處理，去除其中的雜質(zhì)，確保其符合標準要求。

4 化工設計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)中會運輸一些低溫介質(zhì)，因此為了滿足化工運輸生產(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)損壞等問題。低溫化工管道材料的選擇需要結(jié)合實際的運輸情況而定，針對實際的運輸問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置的合理性。舉例來說，鐵塑鋼管道材料避免在運輸介質(zhì)為0℃的情況下使用，因為鐵塑鋼化工管道在此種環(huán)境下會呈現(xiàn)出較強的脆性，由此影響化工運輸安全性。碳素鋼管避免在運輸介質(zhì)為-20℃的情況下使用，此時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，一般所運輸?shù)幕げ牧线_到350℃就需要進行耐熱性化工管道的設計，因此所選用的化工管道的材料必須具有較強的耐熱性，能夠適應高溫作業(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，也需要具備較強的抗氧化性和抗腐蝕性，因此化工設計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，既可以用來運輸高溫材料，又可以用來運輸有毒有害的氣體和液體，此種管道材料的應用價值較高。碳素鋼管有較強的抗氧化性，碳素鋼管的表面會形成一層養(yǎng)護膜，養(yǎng)護膜的存在可以解決氧化腐蝕問題。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)中若運輸高濃度的硫酸，對其管道要求更高。因此參與化工管道設計的技術(shù)人員需要加強對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)合壓強選用合適的化工管道材料。運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)生化學反應。溫度較低的鐵制管道中可以實現(xiàn)濃硫酸的長期保存，其原因在于濃硫酸表面會形成一層氧化膜，該層氧化膜會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被破壞，進而會腐蝕鐵制化工管道。針對此種情況，在設計管道時，可以選擇不銹鋼材料，以保證濃硫酸在運輸過程中的穩(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。具有較強的抗防腐，耐酸堿，使用壽命長等優(yōu)點。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?？蓱糜陔娏Α⒒?、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的腐蝕性，運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)生化學反應，比如可以在化工管道內(nèi)部加入塑料襯里，這樣可促使運輸介質(zhì)保持穩(wěn)定，降低腐蝕問題的發(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，搬運和施工都較為方便，保障了高濃度鹽酸運輸?shù)姆€(wěn)定性和安全性。此外，聚丙烯材料使用壽命較長，可避免反復替換而造成資金浪費等問題[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)，在運輸?shù)倪^程中需要特殊介質(zhì)管道材料。實際化工生產(chǎn)中，應選擇不銹鋼、碳鋼等材料制作特殊介質(zhì)化工管道，上述材料有較強的抗壓性，因此適合運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，對化工生產(chǎn)工作人員造成極大的安全隱患?；诖烁枰ぴO計人員科學仔細地選用氧氣輸送管道，注意根據(jù)氧氣在管道內(nèi)的流動速度和壓強合理選用管道材料。舉例來說，在壓強較低的情況下，不銹鋼管道材料可用來運輸氧氣，但是需要合理設計不銹鋼管道的直徑和長度，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，氫氣管道在設計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、管道放空等安全問題，嚴格按照《輸氣管道工程設計規(guī)范》《工業(yè)金屬管道設計規(guī)范》《氬氣站設計規(guī)范》等標準進行。經(jīng)過多名學者的研究，初步確定氫氣長輸管道可以使用天然氣管道常用的管線鋼系列材質(zhì)，只是鋼級選擇與天然氣管道有所不同。氫氣管道一般是鋼級越低越好，同時需要進行各種試驗評定，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)常會遇到一些高危環(huán)境，因此為了適應這個環(huán)境就需要選用高溫管道材料。在選擇過程中，需要保障管道材料溫度和強度成正比，溫度塑性成反比。在生產(chǎn)環(huán)境下，溫度越高，強度越高。其次還需要注重其抗拉強度和溫度成反比。

5 結(jié)語

綜上所述，管道材料選用是化工設計中非常重要的環(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，推動我國化工行業(yè)安全穩(wěn)定的生產(chǎn)。