化工管道设计中的材料选用探讨

刘成江

滨州市耀华工程设计有限公司 山东滨州 256600

1 化工设计过程中管道材料选用的原则

化工设计中管道材料的选用是否合理将直接影响到整个化工设计质量，因此，必须保证管道材料选用的合理性，需严格遵循着如下几方面选用原则。①设计过程中要充分考虑管道材料的性质，如，在运输一些高度危险的液化炔等危险介质过程中，则管道材料的选取应以优质钢为主，如果是在运输一些可燃性介质时，则不能采用沸腾钢材料，以免影响到介质运输的安全性[1]。②管道材料的选择应严格按照规定设计流程进行，而且，在化工设计管道选材之后还需要进行后续环节，如，制造、焊接、热处理、检验等，必须保证最后使用的管道材料与设计的相符。③很多化学介质温度偏高，这些介质对管道材料的要求也很高，当然也会有低温的化学介质运输，要求材料必须具有抗低温的特性，为保证化学介质能够在管道中顺利运输，需要结合实际设计管道材料的温度规定，并在运输使用中不能超过规定的最高温度及最低温度。④管道壁厚度的设计必须合理，尤其是在运输腐蚀性化学介质中，设计的管道壁厚度须本着合理性原则。

2 化工设计过程中管道材料选用的依据分析

化工设计过程中管道材料的选用具有一定的依据，如，设计过程中，设计人员应充分考虑到运输介质的工作参数，主要指压力和温度，以此为依据设置管道材料的参数值；应考虑运输介质的特性，如，易燃易爆、有毒、腐蚀等特性的物质，需要保证管道选材具有抗腐蚀性、抗氧化性等特性；此外，还应考虑到运输介质的化学特性、物理特性、机械特性、焊接特性等相关要求，同时还要从经济性出发合理选择管道材料[2]。

3 化工设计中的管道材料选用的分析

3.1 耐热管材的选用

耐热性管道材料通常是指具备较强抗高温性、抗热冲击性的材料。并且，为确保化工产品生产过程的安全，这些材料也拥有较高的抗腐蚀性、耐氧化性等功能。高温钢管作为化工生产物质运输的重要途径，其抗氧化性能有效防止化学物质运输过程中，有毒有害气体或液体的渗漏，有效提升了化工生产的安全性。现阶段，在化工生产管道抗氧化方面，所采用的碳素钢管往往会形成一层氧化膜覆盖于其表面，以增强其抗氧化功效。在这个过程中，可将一些金属元素，如铬元素、铝元素、硅元素等合理添进钢管内。铬元素相比于铁元素，氧化时间更短，因而能形成以氧化膜覆盖于金属表面，有效隔绝了深层次氧化作用的形成。此外，钼元素与铬元素添入管道内，还能形成铬-钼合金，其在抗氧化方面具备较为显著的功效，适用于石油化工生产中的管道设计。

3.2 低温管材的选用

对于化工管道设计中材料的选择，还需考虑到温度问题，在-20℃至-196℃的低温环境下，应根据实际温度差异选择较合适的材质。如，温度在-20℃至-40℃时，则不可使用碳素钢管材料；温度在-40℃至-70℃时，则不能选择低合金钢管材料；温度低于-70℃时，便不能选择合金钢管材。通常而言，当温度下降至0℃以下时，铁素钢管的韧性为大幅度降低，而脆性而会相应提升。因此，为保证化学物质运输的安全，必须考虑到管道材料的耐低温性能。

3.3 高温管材的选用

一些化工产品的生产是处在高温状态下，因而其运输管道也需具备较强的抗高温性。而在化工管道设计中，对高温材料的选择，需要考虑到以下方面：（1）不同温度下，管道材料的屈服强度所呈现出的反比例变化及塑性的正比例变化；（2）随时间推移而出现的管道材质力学性及荷载强度可能产生的变化；（3）不同温度条件下，管道材料的抗拉强度大小变化；（4）温度变化而引起的管道材料的腐蚀性变化。

在化工生产过程中，当温度达到350℃时，即为高温环境。在此情况下，管道材料不可避免会受到一定程度的腐蚀。因此，在其高温环境下的管道材料选择中，还应对材料的耐腐蚀性提出一定要求。通常情况下，高温管材也存在一定的高温极限，如碳素钢，但其承受温度超出425℃左右时，极有可能会出现碳素钢的石墨化状况，因而必须添入适量的合金元素，以防止这种状况的发生，并增强碳钢材料的稳定性。同时，也可选择铝元素镇静钢、沸腾钢等，以更好地提升化工管道使用的安全性能。

4 特殊介质管材的选用

4.1 塑料衬里材料的选用

在化工产品生产中，要确保化学物质运输管道的塑料衬里的使用温度不高于120℃。在其衬里材料的选择上，主要为聚四氟、聚丙烯等。相关设计人员在进行材料选择时，还需将其应用环境纳入考虑范畴，避免将其使用于苯溶解介质中。

4.2 苛性钠碱液管材的选用

对苛性钠碱液管材的选择，需要考虑到腐蚀介质与拉应力共同作用对其产生的不利影响，一旦管道材料选择不当，则极有可能会出现管道的破裂状况。因此，为保证化工生产的安全，必须将氢氧化钠的浓度及温度控制在合理范围内。

4.3 硫酸管材的选用

化工生产中的硫酸类化学产品因具备较强的腐蚀性，必须选择抗腐蚀性较强的运输管道。总体而言，当硫酸浓度在95%-98%时，应尽可能将管道温度保持在20°左右、压力控制在1.6Pa左右。同时，管材的腐蚀裕量须为1.5。在硫酸物质的输送过程中，硫酸亚铁保护膜直接决定了其碳钢管材抗腐蚀性的强弱。因此，为了确保保护膜的完整、不被破坏，需将其所运输硫酸的流速掌握在合理范围内。同时，对于不同温度条件下的硫酸运输，所选用的管道材料型号也不同，应根据实际情况而定。

总的来说，化工设计过程中管道材料的选用需严格按照相关依据进行选取，同时还要考虑化工材料的性质，如，腐蚀性、氧化性、高温性、低温性、易燃易爆、有毒等，需根据实际的使用需求选用相关的管道材料，才能保证化工材料运输的安全可靠性。