化工装置管道材料的设计和选用分析

2014-02-02李一文新疆轻工职业技术学院新疆乌鲁木齐830021

化工管理 2014年8期

李一文(新疆轻工职业技术学院新疆乌鲁木齐 830021)

由于化工管道对设计的要求较高，要考虑到工艺要求、设备、管道、管道内部元件等因素，只有合理的管道设计才能保证化工装置的顺利投入使用。选取管道材料与设计是化工装置的重要环节，与化工装置的使用有着直接的作用，是保证装置操作安全、投资合理的关键。

一、简述化工装置管道材料

化工装置管道材料设计包括管件、管道、垫片、阀门、法兰、紧固件等，有关化工装置管道材料设计文件做出以下说明，管道材料等级索引表、管道壁厚表、管道材料登记表及只管连接表，对管道材料设计的各部件均有具体要求，例如管道标准、材料单位、管子、管件、螺栓、阀门、垫片等。管道材料等级索引表是指某项项目中，将流体按照温度、使用材料、压力等分成多等级，并对其作出介绍。管道材料等级表是指某个具体管道中的等级介绍，其中包括所有参与装置的组成部件，例如管件、管子、螺栓、阀门、垫片及其相关配件，管道等级是指各部件的材料、规格、型号、尺寸等，管道材料等级表是管道材料控制专业编制中的关键内容，同时也是管道设计、材料汇总、施工与维修养护等工作开展的前提。

管道壁厚表、管道只管连接表是基于管道材料等级表下，前者是对不同管径等级的管道壁厚制成表格并给出具体说明，后者是对主管引出支管的根部连接方式作出介绍。

二、化工装置管道材料的设计和选用原则

从实际的化工装置出发，对不同的管道材料设计及其特点选择相应的材料，考虑到工况，选择经验丰富的管道材料设计方案。

1.管道材料的设计和选用原则

根据选用材料的差别，对其设计工艺也应作出调整，例如国内管道材料应根据GB50316标准开展管道设计、管道制造、管道焊接及其工艺处理，ASTM管道材料根据相应标准来进行管道设计、管道制造、管道焊接及其工艺处理，其检验标准、试验标准也随之变化。根据输送介质的严重程度选择相应的材料，通常极度危险、高度危害等介质与液化烃的压力管道制造材料大多选用优质钢，输送可燃介质管道材料必须使用沸腾钢。输送腐蚀介质管道根据实际的腐蚀情况选择相应的材料，如下表1所示。

表1 腐蚀速度与材料选用的关系

管道材料的使用温度GB 50316、ASM E B31.3标准的温度以下，低温管道用材料按照 ASM E B31.3标准来进行低温冲击试验，此标准中对试验合格也有一定的要求，材料是否通过参照试验合格标准。管道材料的操作温度超过二百摄氏度，当管道输送介质中带有氢气的材料有碳钢、低合金钢管道，提高标准的操作温度不超过四十摄氏度左右，并给予一定含有氢气的分压，根据实际需求选择抗氢材料。

2.管道及组成件

选用合适的管道材料调整设计工艺，国内管道材料及其组成材料应符合GB、HG标准的材料和尺寸要求，ASTM管道材料及其组成材料应符合ASTM、API、BS标准的材料和尺寸要求。尽量规避或减少使用经验少的管径标准，例如DN 65、DN 125、DN 90、DN 550等，管道组成部分的材料有要垫片、法兰、阀门等，紧固件考虑到不同工况下的压力、温度、介质腐蚀性、燃爆性、毒性、磨蚀性，对相应参数要求或高精度标准的管道工艺应及时作出调整。

3.端面连接

常用的化工装置管道连接包括法兰连接、螺纹连接、咬合连接、焊接等，在化工装置中尽量选用焊接来连接各管道材料。管道螺纹连接时根据标准的不同，选用不同的螺纹连接方案，例如60°密封管螺纹与NPT螺纹，其标准可选用GB/T12716与ASM E B1.20.1，55°密封管螺纹可选用GB/T 7306.2螺纹标准。

螺纹连接适用于丝堵放空时孔板法兰的取压点、热电偶出口，当含有氢气、烃气、易爆介质、有毒介质的螺纹连接，应使用密封焊。

4.氧气管道材料的选择

氧气管道材料可根据GB50030的标准来进行选择和设计，根据使用温度的不同选用相应的材料，使用温度小于二百摄氏度可选择304、304L标准的不锈钢作为管道材料，使用温度大于二百摄氏度管道材料可选择Inconel600。氧气管道中螺栓、螺母最好选用不锈钢材料，氧气管道避免使用快开型阀门或快闭型阀门，禁止使用闸阀，建议使用全通径阀门，其中阀门填料可使用膨胀石墨或聚四氟乙烯等物质。氧气管道的垫片材料可选用镍金属环垫、镍金属平垫、铜金属平垫、缠绕式垫片等，氧气管道及其组成部件需进行脱脂处理，氧气管道的各端口、各种材料的连接方式是焊接，在与阀门、设备连接时填充材料可为聚四氟乙烯薄膜、水玻璃、一氧化铅等，禁止使用含有铅红的麻丝、棉丝、油脂材料。