化工管道设计及材料等级选用探讨.pdf
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1、第 52 卷第 8 期 辽 宁 化 工 Vol.52,No.8 2023 年 8 月 Liaoning Chemical Industry August,2023 收稿日期收稿日期:2022-09-20 作者简介作者简介:关雅楠(1997-),女,满族,辽宁省海城市人,2019 年毕业于大连工业大学化学工程与工艺专业,研究方向:有机化工、化工管道设计。化工管道设计及材料等级选用探讨 关雅楠(众一伍德工程有限公司辽宁分公司,辽宁 沈阳 110004)摘 要:我国工业发展迅速,各化工企业均认识到管道设计与材料选择的重要性。对化工管道设计和材料选择原则及参考依据进行分析,同时,对耐热管道、低温管道、
2、高温管材、苛性钠碱液管材、硫酸管材、陶瓷管材、其他管材的选用进行分析,以期帮助工作人员选择适合管材。关 键 词:化工管道设计;材料等级;选用 中图分类号:TQ052 文献标识码:A 文章编号:1004-0935(2023)08-1165-04 管材选用不当会为化工工程带来危险性,甚至引发安全事故,因此,在化工管道设计及材料选用上,工作人员需根据选用原则,结合选用依据,同时,考虑管材自身特性、原材料特性选择一个适合管材。对化工企业来说,选择适合管材既能保障生产全过程的安全,还能保障企业经济效益。1 化工管道设计和材料选用原则 1.1 化学工程管道设计 对国内管材与 ASTM 管材的设计、制造、焊
3、接的标准有所不同,两种管材进行设计与制造时需遵循相关标准,如国内管材需遵循 GB50316 标准。此外,由于标准不同,两种管材的检验标准也有所不同。化工企业工作人员可把输送介质作为选材标准,选择适合本企业化工生产的管材,如输送的材料具有易燃特点,就可选择沸腾钢;如输送材料危害性较强,就可选择优质钢;如输送的介质腐蚀性较强,就可选择耐腐蚀的管材1。常见的化工管道设计图如图 1 所示。图 1 常见化工管道设计图 1.2 选用原则 1.2.1 管材性质为重点考虑因素 对于化工设计来说,选择适合的管材必须考虑该种材料的性质,同时,考虑该种管材的可用范围、特性与原材料的适应性,只有充分考虑到管材性质,才
4、能确保管材选择科学合理。比如,许多化工生产项目的原材料具有高危险性,此时,工作人员不应选择铁质材料,可从钢制材料中选择适合的材料,以保障管道的脑腐蚀性。如该化工工程作业时需输送易燃物质,就必须使用沸腾钢,确保输送全过程安全2。1.2.2 管道设计流程为选材基础 选择管材时,工作人员需严格按设计流程开展工作,必须保证管材完全符合设计要求,才能为化工生产的运输环节提供安全保障。可以说,管材设计流程是选择的基础。管材选定后,工作人员可根据设计流程确定后续工作和工期,进一步提高化工生产、材料运输的安全性。1.2.3 介质温度为选材主要依据 对化学原材料进行加工后会产生化学反应,这个过程也会释放热量,使
5、温度升高或降低,基于此,工作人员选材时需考虑介质温度。除此之外,工作人员还需了解化学介质特性,避免运输、化学反应等环节中温度升高或降低带来的危险3。1.2.4 管道厚度为安全保障 化工工程中,管道起到运输作用,而化工工程中所使用的材料常常具备腐蚀性,如管道厚度不够,腐蚀性强的原材料泄露,就会产生严重的安全问题,甚至引发重大事故,因此,工作人员不仅要根据相1166 辽 宁 化 工 2023 年 8 月 关标准选材,还要重视管道厚度。只有管材厚度符合标准,才能保障化工工程按期完成生产任务,进而保障企业经济性。2 管材选用参考依据分析 首先,管材选用需以相关法律法规为依据,保障所选管材能达到设计标准
6、,其次,管材特性及参数应是工作人员重点关注内容。在对管材进行检测时,工作人员需认真分析该类材料的成分、抗腐蚀性等,重点考虑有毒成分,同时,对管材的易燃问题、易爆问题进行监测,该检测结果是管材选用的重要依据,既对工程安全有影响,又与企业经济性有直接联系。化工工程中,运输具有腐蚀性的材料较多,因此,必须把耐腐蚀性检测作为重点,以保障管道使用有效性。此外,经济性也是管材选用的主要依据之一,对化工企业来说,主要的成本支出来自于设施建设,而管材是设施建设中不可缺少的重要部分,要想提高经济收益,才保证安全的前提下控制成本,就必须考虑管材成本,因此,工作人员应基于经济价值角度,考虑选择管材4。3 化工设计中
7、常用管材选用分析 3.1 耐热管材 抗热冲击性强、耐高温的管材被称为耐热管材,在化工生产中,如原材料或运输介质具有高温特点,化工企业均会选择该类管材。此外,该类管材还将具有耐氧性和抗腐蚀特点。一项化学工程中,运输是必不可少的重要性,如该化工企业使用高温钢管,其抗氧性能为运输环节提供保障,确保有毒气味或液体不渗漏,极大地提高安全性5。目前,我国化工均采用碳素钢作为运输原材料,其根本原因是,应用碳素钢后,材料表面会形成氧化膜,氧化膜会增加碳素钢的抗氧性,此时,工作人员可加入铝元素、铬元素,以延长抗氧时间、深化抗氧效果。此外,许多化工企业会在碳素钢中加入钼元素,让管道形成铬-钼合金,其主要原因是提高
8、管道的抗氧化性,该种方法多应用在石油化工企业生产中6。3.2 低温管材 对化工企业来说,选择管材需重点考虑温度因素。通常情况下,化工企业生产过程中,经多到生产工序后会发生化学反应,原材料会散发温度,让室温降低,就目前化工企业生产而言,最高低温在-20,最低低温在-196,因此,工作人员需根据温度因素选择管材。比如,该化工工程的温度在-70 以下时,合金钢不作为可用管材,该化工工程生产的温度在-70 以上,但未达到-40,工作人员不可选择低合金钢管,该化工工程的温度在-40 以上,但未达到-20 时,碳素钢不做考虑。如该化工工程的温度在 020 之间,企业使用铁素钢作为管材,该类管材的脆性提高、
9、韧性降低,为确保运输安全,就必须选择低温性能的管材7。3.3 高温管材 许多化工工程的生产环境是高温环境,因此,该类企业必须选择抗高温型的管材。基于化工管道设计,选择高温管材需考虑以下三个方面。一方面,由于不同环境的温度不同,管材抗拉强度也会随之变化;一方面,在温度不同的环境中,管材强度会呈现出反比例变化;另一方面,受时间因素影响,管材荷载力、强度等都会降低。此外,温度的升高会对管材产生影响,进而出现管材腐蚀等多个问题。化工企业生产时,室内温度达到 350 或以上,就可判定为高温环境,此环境中,无论管材耐腐蚀性高或低,均会出现不同程度的损伤。由此可见,选择高温管材时,也要考虑管材的耐腐蚀程度8
10、。碳素钢具有硬度高、可焊性降低的特性,使用碳素钢能减少成本,因此,许多化工企业均愿意使用碳素钢作为主要刚才。碳素钢如图 2 所示。图 2 碳素钢 化工工程的环境温度为-30425 时,均可使用碳素钢,然而,该工程环境大于 425 时,碳素钢易出现石墨化,如企业发生此类情况,就必须添加合金元素,以增强碳素钢的稳定性。与此同时,第 52 卷第 8 期 关雅楠:化工管道设计及材料等级选用探讨 1167 工作人员可选择元素镇静钢等钢材,提高工程稳定性、安全性。4 化工设计中特殊介质管材选用分析 4.1 塑料衬里管材 塑料衬里管材属于特殊介质管材,该类管材是塑料衬里,衬里的主要材料有两种,一种是聚四氟,
11、另一种聚丙烯,仅有少部分塑料管材的衬里是其他材料。使用该类管材需注意环境温度,温度必须小于 120,如高于 120,就会出现苯溶解介质9。4.2 苛性钠碱液管材 如化工工程中的运输介质就有腐蚀性,就需慎重选择管材。具有腐蚀特性的介质在拉应力的影响下,可能会让管道破裂,进而影响该工程进度,甚至带来安全问题。因此,选择苛性钠碱液管材时,需考虑温度因素及氢氧化钠因素10。4.3 硫酸管材 许多化工企业所生产的产品都具备腐蚀性,尤其是酸碱类产品,此类企业必须选择耐腐蚀的管材,比如,化工企业生产时硫酸浓度在 95%以上,但不小于 98%,就必须控制管道温度与压力,一般情况下,温度在 20,压力在 1.6
12、 Pa。此外,还需注意腐蚀裕量,此种环境下,腐蚀裕量为 1.5。此外,化工生产时需运输硫酸物质,可使用硫酸管材,该类管材保护膜为硫酸亚铁保护膜,能大幅度提高抗腐蚀性,而保障保护膜的完整,让该项工程如期完成,就必须控制硫酸流速。如化工企业温度条件相同,在此环境中运输硫酸,就必须根据工程实际情况安装适合的管材11。4.4 陶瓷管材 在化工工程非金属管材中,陶瓷管材是最常用管材之一。陶瓷管材具有三个特点,第一,陶瓷管材使用粘土制作而成,因原材料丰富,导致该类管材价格低、数量多;第二,陶瓷管材在耐腐性上表现优异,在化工生产中,可应用于各种有机介质、无机酸运输中,需要注意的是,运输氢氟酸不可用该类管材;
13、第三,由于制作成本低、方法简单,该类管材的规模与种类最为丰富,可适用于多种工程中。陶瓷管道的类型可分为四种,第一种是离心浇铸复合陶瓷,第二种是贴片耐磨陶瓷,第三种是点焊装卡式耐磨陶瓷,第四种一体成型耐磨陶瓷。第四种陶瓷管道也被叫做陶瓷内衬复合钢管,该类管材的强度和耐热冲击性较好,与钢材相比,该类管材的耐磨性更高。基于该类管材的高耐磨性、耐腐蚀性、耐热冲击性,可用于化工工程中,让其负责输送有腐蚀性的颗粒物料。现阶段,化工行业已普遍使用陶瓷管材,让其形成耐磨耐腐蚀的规模性管道,用以负责运送塑料等颗粒物料。4.5 其他管材 聚氟乙烯也叫做 ETFE,被称作塑料王,是化工 企业使用的管材之一。该类管材
14、具有较强抗腐蚀性和耐高温性,如化工企业的运输原材料具有较强酸性、碱性特征,就可选用 ETFE。此外,该材料还具有耐蚀性,尤其是醇类物质,需要注意的是,使用该类管材时,需注意运输原材料是由含有聚四氟乙烯,其原因是聚四氟乙烯惠让其产生溶胀现象。现阶段,我国化工企业生产过程中,如材料具有腐蚀性物质,就可选用 ETFE。5 结束语 综上所述,管材对化工工程的安全与经济性有直接影响,管材选择关系到化工企业的生产进度,因此,化工工程的工作人员需根据相关标准与依据选择管材,同时,要考虑原材料与管材特性,包括是否耐腐蚀、是否耐热、是否耐低温等,在结合该化工工程生产环境实际情况,选择最佳管材。只有选择好管材,才
15、能保障运输原材料的安全与稳定,进而保障化工工程整体的经济性。参考文献:1 刘成江.化工管道设计中的材料选用探讨J.商品与质量,2018(41):119.2刘伟.化工设计过程中管道材料的选用分析J.中国化工贸易,2018,(1):26.3安红卫.化工项目管道材料等级设计与选材要点J.化工设计通讯,2018,44(7):2.4 梁宏伟.化工管道设计及材料等级选用探讨J.化工管理,2015(20):4-6.5左秋月.化工项目管道材料等级设计与选材原则探析J.2020,12(20):17-19.6魏丹.化工管道设计及材料等级选用J.中国科技投资,2018,21:42.7左秋月.化工项目管道材料等级设计
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