化工裝置管道材料的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

曹文斌

（東華工程科技股份有限公司上海分公司，上海 200233）

化工裝置管道運(yùn)輸?shù)慕橘|(zhì)呈現(xiàn)出明顯的特殊性，因此在發(fā)展過程中應(yīng)合理進(jìn)行控制，優(yōu)化現(xiàn)階段的管道材料設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，充分發(fā)揮出設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，保證管道的整體設(shè)計(jì)性，降低管道發(fā)生破裂的概率，以避免發(fā)生安全事故，因此在發(fā)展過程中應(yīng)積極的創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)科學(xué)化的設(shè)計(jì)以管理，在處理過程中遵循相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，提升匹配性，進(jìn)而滿足現(xiàn)階段的發(fā)展需求。

1 化工裝置管道材料概述

化工裝置管道設(shè)計(jì)的整體要求較高，涉及的內(nèi)容較多，如工藝、設(shè)備、零件等，產(chǎn)生的影響是方方面面的，需要合理地進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，保證其達(dá)到一定的標(biāo)準(zhǔn)后才能保證化工裝置充分發(fā)揮出自身的作用，滿足現(xiàn)階段的發(fā)展需求。在管道材料選擇過程中，需要明確其對(duì)化工裝置產(chǎn)生的影響，通過有效的控制來促使裝置穩(wěn)定的運(yùn)行，滿足人們的需求?；ぱb置材料的選擇內(nèi)容較多，如管道、法蘭、管件、墊片以及相關(guān)的材料，以管道材料相關(guān)的參考文件為基礎(chǔ)，分析管道材料相關(guān)的設(shè)計(jì)說明、等級(jí)索引表、材料設(shè)計(jì)、支管連接表等組成，工作人員在處理過程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析，明確管道材料的性質(zhì)，從其設(shè)計(jì)內(nèi)容入手，對(duì)相關(guān)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、材質(zhì)、實(shí)驗(yàn)、單位尺寸等內(nèi)容，對(duì)整體的尺寸標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，如螺栓的具體尺寸、墊片尺寸、閥門尺寸、管件尺寸等，為各項(xiàng)工作的開展奠定良好的基礎(chǔ)[1]。管道材料等級(jí)對(duì)管道等級(jí)產(chǎn)生的影響較為明顯，如對(duì)管道組成元件的尺寸、標(biāo)準(zhǔn)、材料以及型號(hào)等進(jìn)行明確的規(guī)定，進(jìn)而為工作人員產(chǎn)生良好的參考性，同時(shí)也為后續(xù)管道設(shè)計(jì)、材料匯總、安裝施工以及維修等提供參考依據(jù)。

2 化工裝置管道材料的選擇依據(jù)

在管道材料選擇過程中，應(yīng)明確各種因素產(chǎn)生的影響，進(jìn)而保證其選擇的合理性，具體來說其影響因素主要表現(xiàn)在以下幾方面。

1）介質(zhì)的特點(diǎn)，受其自身的性質(zhì)因素影響，呈現(xiàn)出明顯的易爆性、毒性、易燃性以及腐蝕性，其主要的原因在于相關(guān)的氫腐蝕、氧化以及氧腐蝕等反應(yīng)過程產(chǎn)生的影響。

2）介質(zhì)的工作參數(shù)，對(duì)于介質(zhì)來說，重點(diǎn)在于設(shè)計(jì)溫度以及壓力等方面的參數(shù)，以滿足現(xiàn)階段的需求。

3）管道材料的選擇，在選擇過程中應(yīng)分析管道材料的性能，綜合考慮各種因素產(chǎn)生的影響，如化學(xué)性能、物理性能、機(jī)械性能、焊接性能等，與此同時(shí)還需要考慮經(jīng)濟(jì)性與環(huán)保性，以滿足實(shí)際的需求[2]。

現(xiàn)階段的管道材料分類較多，如管道材料包含的類型較多，如法蘭、管子、墊片、閥門、緊固件等，應(yīng)針對(duì)性的進(jìn)行研究，以保證其合理性。以管子為例，在應(yīng)用過程中管子是現(xiàn)階段管道中最為常見、用量最大、最普遍的組成件，對(duì)于管子來說應(yīng)保證其具備良好的尺寸標(biāo)準(zhǔn)與制造標(biāo)準(zhǔn)，在管子中應(yīng)注明尺寸，現(xiàn)階段的常用制造標(biāo)準(zhǔn)較多，如制造標(biāo)準(zhǔn)有GB/T 3091—2008《低壓流體輸送用焊接鋼管》、GB/T 8163—2008《輸送流體用無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)》和GB/T 14976—2012《流體輸送用不銹鋼無縫鋼管》，工作人員在選擇過程中應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，保證其符合實(shí)際的需求[3]。在無縫鋼管選擇過程中，應(yīng)盡量選擇符合標(biāo)準(zhǔn)的材料，如對(duì)高度危害、可燃介質(zhì)或者壓力溫度、機(jī)械振動(dòng)、劇烈溫度等環(huán)境下選擇管道時(shí)，工作人員應(yīng)結(jié)合其特性來進(jìn)行選擇，通常情況下選擇無縫鋼管，以保證管道符合實(shí)際需求。對(duì)于管道選擇過程中，應(yīng)針對(duì)性地分析壓力因素產(chǎn)生的影響，如在PN100、Class600或者其他以上的介質(zhì)管道來說，在處理過程中應(yīng)選擇無縫鋼管，明確無縫鋼管的選擇條件，以促使管道發(fā)揮出自身的作用，達(dá)到最終的應(yīng)用需求[4]。

3 化工裝置管道材料的設(shè)計(jì)和選用原則

3.1 管道材料設(shè)計(jì)及選擇原則

現(xiàn)階段，我國(guó)對(duì)于管道材料逐漸加強(qiáng)重視力度，并形成相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)以GB50316規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)、安裝、焊接工作，保證其呈現(xiàn)出合理性，進(jìn)而滿足發(fā)展需求。以實(shí)際為例，在應(yīng)用過程中如果管道輸送極高、高度危險(xiǎn)介質(zhì)以及液化烴等介質(zhì)的壓力管道來說，應(yīng)選擇高質(zhì)量的鋼材質(zhì)，而對(duì)于現(xiàn)階段輸送的可燃介質(zhì)來說，則需要避免選擇沸騰鋼材質(zhì)材料，以發(fā)揮出管道的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于現(xiàn)階段的腐蝕性介質(zhì)來說，應(yīng)保證管道材料具有良好的抗腐蝕性，進(jìn)而滿足現(xiàn)階段的發(fā)展需求，同時(shí)工作人員還需要結(jié)合實(shí)際情況來進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況來進(jìn)行分析，以保證均勻腐蝕的介質(zhì)符合實(shí)際情況。在管道材料的使用過程中，應(yīng)保證材料使用溫度參照GB50316相關(guān)的規(guī)定溫度，嚴(yán)格按照其標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制，禁止出現(xiàn)溫度超標(biāo)情況，以滿足實(shí)際的需求。對(duì)于現(xiàn)階段的低溫管道材料來說，在使用過程中應(yīng)按照現(xiàn)階段相關(guān)的ASMEB31.3的低溫沖擊試驗(yàn)來進(jìn)行處理，根據(jù)其試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，以保證其性能滿足現(xiàn)階段的需求。以碳鋼為例，該類材料的操作溫度應(yīng)保證超過200℃，應(yīng)對(duì)管道最高的操作溫度進(jìn)行控制，將最高操作溫度提升20~40℃，合理地對(duì)氫氣進(jìn)行分壓，按照當(dāng)前的相關(guān)要求來進(jìn)行材料選擇，以滿足現(xiàn)階段的抗腐蝕需求[5]。

3.2 管道及管道組成件

在現(xiàn)階段的化工裝置管道材料選擇過程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，保證管道及管道組成件滿足現(xiàn)有的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，從尺寸、材質(zhì)、質(zhì)量、型號(hào)等方面進(jìn)行選擇，如GB、HG等規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，需要保證各項(xiàng)內(nèi)容符合現(xiàn)階段的標(biāo)準(zhǔn)要求，以保證其管道與管道組成件符合要求。對(duì)于現(xiàn)階段的化工裝置管道管徑來說，工作人員需要盡量少選擇不常用的管道，降低該因素產(chǎn)生的影響。

在管道組件應(yīng)用過程中，閥門、法蘭、緊固件等需要考慮其在正常運(yùn)行過程中溫度與壓力因素產(chǎn)生的影響，并且考慮管道輸送介質(zhì)呈現(xiàn)出的性質(zhì)，如易爆性、毒性、易燃以及腐蝕性因素產(chǎn)生的影響，進(jìn)而保證管道符合要求[6]。受局部管道自身的性質(zhì)因素影響，需要保證其安裝的精確性，因而在該過程中工作人員需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行進(jìn)行處理，嚴(yán)格按照精準(zhǔn)的要求來進(jìn)行處理，保證其管道公差得到控制，在安裝完成后來提升其整體的性能。

3.3 端面連接

在化工裝置的管道連接過程中，工作人員需要結(jié)合實(shí)際情況來進(jìn)行處理，現(xiàn)階段的連接方式較多，如螺紋連接、法蘭連接、焊接、承插連接、咬合等方式，在處理過程中需要根據(jù)實(shí)際情況來選擇，通常工作人員會(huì)優(yōu)先選擇焊接方式。對(duì)于現(xiàn)階段的螺紋連接方式來說，在使用過程中需要分析其性質(zhì)，如果密封管螺紋為60°，應(yīng)該選擇NPT螺紋，參照相關(guān)的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而滿足現(xiàn)階段的需求?，F(xiàn)階段的承插連接的適用范圍較為廣泛，通常被應(yīng)用在DN小于40（11/2）的管道，而對(duì)于焊連接則適用于現(xiàn)階段DN大于50（2）的范圍，進(jìn)而滿足現(xiàn)階段的需求。在部分連接過程中，可以選擇合理的法蘭連接方式，通常情況下選擇螺紋連接，如果現(xiàn)階段管道輸送的介質(zhì)為易燃易爆有毒的介質(zhì)，應(yīng)選擇密封焊的方式來處理，保證螺紋連接的合理，提升其密封性，從根源上避免發(fā)生泄漏情況，以發(fā)揮出管道的作用[7]。

3.4 氧氣管道材料選擇

在氧氣管道的選擇過程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇，滿足現(xiàn)階段的GB50030標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)格按照現(xiàn)階段的要求進(jìn)行，針對(duì)性地開展處理，當(dāng)其溫度小于200℃時(shí)則選擇不銹鋼材質(zhì)，通常為304、304L，當(dāng)溫度大于200℃時(shí)，在管道選擇過程中可以選擇Inconel600的材質(zhì)，注意外界因素產(chǎn)生的影響，合理地進(jìn)行控制，以保證管道可以發(fā)揮出自身的作用，滿足現(xiàn)階段的需求。對(duì)于氧氣管道來說，受其自身的性質(zhì)因素影響，應(yīng)選擇全通徑閥門，充分利用其優(yōu)勢(shì)來進(jìn)行控制，同時(shí)應(yīng)避免使用快閉性閥門，嚴(yán)禁在氧氣管道上使用閘閥，其主要的原因在于保證安全性，消除存在的安全隱患。通常情況，受管道自身的性質(zhì)因素影響，在處理填料過程中，工作人員會(huì)選擇聚四氟乙烯或者膨脹石墨來進(jìn)行處理，以發(fā)揮出填料自身的功能。氧氣管墊片也是重要的內(nèi)容，因此工作人員需要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行選擇，保證墊片的種類符合要求，如常見的銅材質(zhì)、鎳材質(zhì)、環(huán)墊、纏繞等類型，以發(fā)揮出現(xiàn)階段墊片的作用。實(shí)際上，在氧氣管道與組成件安裝過程中，應(yīng)做好脫脂處理，包括施工過程中使用的輔材，需要保證其符合實(shí)際的要求。氧氣管道處理過程中應(yīng)選擇合理的焊接方式，但對(duì)于同閥門來說，在連接過程中應(yīng)選擇法蘭接方式，合理地對(duì)現(xiàn)階段的材質(zhì)進(jìn)行分析，以滿足實(shí)際需求[8]。

4 結(jié)束語

在當(dāng)前的時(shí)代背景下，化工裝置管道材料的設(shè)計(jì)應(yīng)用過程中，應(yīng)明確其性質(zhì)，充分考慮各種因素產(chǎn)生的影響，深入進(jìn)行分析，以保證管道的合理性，延長(zhǎng)管道的使用壽命。因此在進(jìn)行選擇過程中，應(yīng)積極進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，考慮各種經(jīng)濟(jì)性因素的影響，以滿足發(fā)展需求，加強(qiáng)現(xiàn)階段的控制，以實(shí)現(xiàn)全面發(fā)展，科學(xué)地進(jìn)行管道材料管理，實(shí)現(xiàn)全面的控制，為各項(xiàng)工作的有效開展奠定良好的基礎(chǔ)。