探讨化工设计过程中管道材料的选用

探讨化工设计过程中管道材料的选用

孙玉娟

山东齐鲁石化工程有限公司

摘要：化工设计内容繁杂，涉及的专业领域较多，既包含设备选型、工艺计算，又包含车间布置、流程规范等。管道的布置和设计是其中较为关键的项目，化工管材选型不当、管径不匹配等状况，均有可能导致化工原料逸出、泄漏等，进而污染厂房环境，严重时甚至会引发火灾、爆炸、中毒事故。因此，对化工管材进行科学探讨和选用事关生产安全，应当给予充分重视和考量。

关键词：化工设计；管道材料；选用

科学的管道选用能够为化工生产提供良好的安全保障，提升化工生产效率。因此，在化工设计中，应正视管材的关键地位，结合介质特性、工作参数、国家标准等合理选用管道，对耐高温、耐低温、非金属管材适用场景做好差异化分析，最大限度地提升管道的匹配性，延长管道的使用寿命，为化工企业的稳定运转奠定良好基础。

1化工设计过程中管道材料的应用背景

调查发现，在化工设计和生产中，管道是造成化工事故的主要因素，材料质量是关键。为此，相关人员不仅要注意环境的复杂性，还要考虑材料本身的特性，然后结合具体情况选择优质材料。耐火材料是化工设计过程中的主要材料之一。它具有很高的耐温性和很好的氧化性。这种材料在工业生产中的应用可以避免高温气体和液体在生产过程中的应用。从化工过程的特点分析，合理选择管材是影响设计质量的主要因素。结合化工企业的发展现状，加强对管材的研究，进一步优化化工设计流程。

2化工设计过程中管材选用策略

2.1抗氧化管材的选用

在化工生产中，氧化反应对管道的侵蚀往往与高温存在很大关联，这就要求材料在具备耐热性能的同时，还应具备一定的抗氧化能力。综合考虑材质性能和生产需求后，很多化工企业会选择碳素钢管进行管道搭建，这种材料在高温环境下的氧化速度相对较快，会在管材表面生成致密的保护膜，具有阻隔高温氧化的作用，可提升化工管道的抗氧化性能，防止腐蚀现象的发生。这种原理与铝的氧化膜生成原理类似，作为一种金属，铝本身的化学性质相对活跃，但在接触空气后，表面会迅速氧化生成三氧化二铝薄膜，可隔绝外界空气，避免氧化作用的进一步发展。需要注意的是，这种反应机制虽然防护效率极高，但在温度达到一定限值后会失去作用。碳素钢的极限稳定温度为425℃，可以满足350℃高温环境的运送需求，但如果超过425℃的极限稳定值，就不能再单纯依靠这种方式，可以选用沸腾钢或碳元素镇定钢。

2.2合理设计化工装置管道

由于化工生产中物料的易燃易爆，对周围环境的影响更为严重，污染也非常严重。因此，在管道设计中，不仅要做好安全设计，而且要合理选择管道材料，最大限度地降低事故发生的可能性，实现化工装置管道的合理设计，防止因设计不当或设计错误而造成的安全生产隐患。应特别注意管道布局的合理化。除法兰连接外，还应采用焊接方式连接管道。对管道上的小直径支管应进行有效焊接，然后积极采用管接头与主管的有效连接，以防止输送液体对管道质量的影响。同时控制腐蚀介质对管道质量的影响。发生事故时，还应特别注意紧急疏散、消防蒸汽和消防立管。结合实际化工设计，布置明显、易于开启的管道结构，重点做好材料的合理检验，实现管道材料的合理应用。材料运至现场后，还应进行全面的材料检验，提高材料质量。如果在实际检验过程中发现材料丢失，应立即咨询相关制造商进行补充。对不符合检验标准的管材，应送有关部门重新检验，以避免不合格或不合格材料对实际化工设计的影响，加强对不同材料的管理和应用。

2.3耐低温材料的选用

受生产工艺的影响，化工管道有时需要输送超低温介质，即温度处于﹣196～﹣20℃的介质，当温度低至一定程度时，很容易使管道发生冻裂情况，埋下安全隐患，所以在低温输送场景中，可以结合实际情况，适当设计耐低温管材，防止管道损坏。需要注意的是，不同低温等级对化工管道的威胁程度是不一样的，应结合生产实况，选择适用性最高的材料。以化工常用管材为例，铁塑钢在低于0℃的环境下会出现脆性上升的情况，在低温环境下要尽量避免使用这种管材，以防管道破裂；碳素钢的耐低温性能较高，但同样不能在﹣20℃的环境中使用；若介质温度小于等于﹣40℃，则可以通过提升合金含量来保障钢管的耐低温性能；当温度低于70℃时，合金钢管材的脆性同样会上升，适用性下降。另外，在化工企业生产过程中，并不是只有达到低温区间才会采取预防措施，实际上，介质温度低于0℃就会引发管道损伤风险，对于﹣20～0℃的介质，企业通常采用20号钢进行管道搭建。

2.4管道器材

在选择管道设备时，必须选择能够承受最恶劣工作压力和温度压力的材料。其主要目的是在管道设备的使用过程中产生其他作用力，以更好地防止管道设备对使用条件的影响。不允许使用超出允许范围的材料。未经批准的材料应结合化学设计的具体要求进行改进和优化。在选择腐蚀性介质的管道材料时，必须选择耐腐蚀材料，以实现不同等级管道的有效连接。不同化学设计内容的连接尽量采用法兰连接，以防止不同钢的焊接对材料质量的影响。高压阀门应选用密封结构和良好的压力密封结构，以保证管架设计的安全稳定。在设计管支架时，必须保证基础的稳定性，尽量减少弹簧支架对施工质量的影响。但是，在这个过程中，要了解弹簧架的安装过程比较复杂，为了避免其他影响弹簧架安装的因素，在这个过程中不能随意拔出定位销。此外，一般情况下，工作人员应沿塔管安装轴承支架。如果支架承受的荷载过大，应设计第二个称重弹簧吊架，以加强其稳定性，并防止其影响管道结构的稳定性。

2.5浓硫酸输送管材的选用

浓硫酸是化学工业生产的重要原材料，其强腐蚀性对管材的可靠性提出了较大挑战。在温度较低的情况下，铁质管材可以满足浓硫酸的输送和存放要求，这是因为浓硫酸与铁离子反应后，会生成致密氧化物薄膜，在铁管与浓硫酸之间形成阻隔，规避腐蚀反应的持续发生。但当化工铁管内部温度不均衡时，浓硫酸表面的薄膜会在温度作用下遭到破坏，进而导致浓硫酸与管道直接接触，造成腐蚀和损伤。针对浓硫酸的这种性质，在设计管道时，一方面，要做好介质温度和压力控制，25℃为最佳环境温度，工作压力稳定在0.25MPa较好；另一方面，还可以使用不锈钢材料，提升管道的稳定性和可靠性，比如不锈钢316L三通，常见规格有DN150、DN250等，增厚的肩部和内壁可以有效提升耐酸碱性能。稀硫酸的输送则应在管道内部设置塑料里衬，如果选用20号碳钢，则要关注硫酸亚铁的生成情况，合理控制浓硫酸的流动速度，为管道提供强有力的保护作用。

2.6冷换设备的管线设计

在化工装置和管道的设计中，不仅要注意材料的选择效率，而且要注意不同材料的合理应用。在布置冷更换设备管线时，工作人员发现其与其他设备有很大的不同，其设计方案也非常复杂。要做到这一点，必须注意逆流换热、换冷设备的冷水管路流量及其进出口的控制。为了防止安全事故的发生，必须提前在换热器中储存水，防止水排出，影响化工生产过程。记录净安装距离。在冷热交换器设备上进行换热时，为了方便实际的试验工作，一般工人对换热器的进出口进行有效控制，有效地连接设备头部，一般通过盖板法兰控制净距。因此，为了便于拆卸过程，净距应控制在310mm左右。

3结论

在目前的化工设计过程中，为了减少这种情况对化工生产质量的影响，不仅要重视化工生产过程，而且要明确管道材料的选择和应用，完善管道设计方案，合理控制管道的维护和热应力。并对相关力学因素进行全面检查，以保证管材设计的科学性。

参考文献：

[1]刘军.化工设计过程中管道材料的选用[J].化工设计通讯,2020,46(09):22-23.

[2]姜存华.化工管道材料的选用[J].化工设计通讯,2020,46(07):69-70.

[3]吕刚.化工设计过程中管道材料的选用分析[J].当代化工研究,2020(04):8-9.

[4]买涛.化工设计过程中管道材料的选用研究[J].化工管理,2020(04):145-146.