化工管道材料合理选择与研究

杨磊磊（广东寰球广业工程有限公司 广东 广州 510655）

在化工生产过程中，一直以来发生的管道事故都比较多，并且在这些事故中，因为管道材料选择不当引起的比例非常大。因此，怎样正确选择管道材料，使其可以达到化工生产的实际需求，成为了确保化工生产安全、可靠的主要基础与前提。

一、耐热管道材料选择与研究

1.耐热管道材料应具备的性能

耐热材料指的就是具有一定的高温强度、耐气体腐蚀性、耐氧化性、抗热冲击强度大、抗高温脆化等性能的材料。本文主要对耐氧化性材料选择进行研究。

2.耐氧化性材料选择研究

在化工生产过程中，高温钢管一般均是暴露在高温气体或者特殊气体、液体当中，此时，需要钢管具有很强的耐氧化性，这样才可以确保化工生产的正常进行。然而，碳素钢钢管在氧化作用下，会在表面形成一层氧化膜，却无法有效保护钢管基体。为了保证钢管具有很强的耐氧化性，一定要添加适量的硅元素、铝元素、铬元素等有关金属元素，通过这些元素的添加，可以使钢管表面形成的氧化膜难以剥离。

铬元素会比铁元素提前氧化，在金属表面形成一层氧化膜，在一定程度上，限制了氧化作用的进一步深入。所以，在钢管材料中添加适量的铬元素、钼元素，形成铬-钼系合金，具有很强的耐氧化性。当管道材料中含有5%-9%铬元素的时候，可以有效提高管道的耐氧化性，一般均是将其应用在石油化工生产中；当管道材料中含有12%的铬元素时，可以有效改善管道的耐氧化性。

二、低温管道材料选择与研究

1.低温金属材料脆性

通常情况下，低温范围指的就是从零下20℃到零上196℃，温度再低就是深低温、超低温状态。针对钢管材料而言，在低温范围内的选择划分可以为：在零下20℃到零上40℃的时候，最好不要使用碳素钢钢管；在40℃到70℃的时候，最好不要使用低合金钢钢管；在70℃到196℃的时候，最好不要使用一般合金钢钢管。

通常而言，碳素钢、低合金钢等铁素体刚，在冰点之下就会体现出一种韧性急剧下降的情况，其脆性会逐渐提升，此种现象可以称之为冷脆现象。为了确保管道材料具有良好的性能，不仅要保证材料在常温状态下具有良好的韧性、焊接性、强度，在低温状态下的时候，也要具有良好的脆性，这样才可以为化工生产提供可靠的基础。

2.低温管道材料选择

在化工生产过程中，最为常用的就是20号钢，其韧性与脆性的转变温度一般为零下40℃左右，通常建议在零下20℃之上进行转换，进而保证化工生产的安全。如果其转换温度低于零下20℃，一定要根据相关规范标准的规定，进行同温度的冲击韧性试验，在保证其韧性与脆性转换温度符合生产要求的情况下，继续开展生产活动。

如果选用更低温度管道钢材，通常可以选用一些含有锰元素、镍元素等具有改善钢材温度脆性的管道材料。如果钢材中含有2.25%的镍元素，通常适合应用在零下60℃的生产中；如果钢材中含有的镍元素达到了3.25%的时候，可以在零下100℃的生产条件下予以应用，这两种钢材都属于铁素体刚。如果钢材中镍元素的含量达到了9%，那么可以将其应用在零下196℃到零下120℃的生产中，此种钢材属于马氏体刚。

三、高温管道材料选择与研究

1.金属材料高温力学性能

在化工生产过程中，管道经常处在高温作业状态下。在高温条件下，材料性能经常会变得越加复杂，并且非常多变。通常而言，和常温作业状态相较而言，高温承载金属材料的力学性能主要具备以下特点：其一，金属材料的屈服强度会随着温度的不断升高而下降，塑性会随着温度的不断升高而增强；其二，金属材料的力学性能和荷载持续时间有着一定的联系，随着时间的不断推移，会逐渐出现蠕变问题；其三，金属材料的抗拉强度会随着温度的不断升高而降低；其四，在高温环境下，金属材料的腐蚀性会逐渐增大。

2.高温管道材料选择

在化工生产过程中，当温度超出350℃的时候，就可以称之为高温。在化工生产中，在高温状态下，可能伴随着一定的腐蚀作用，因此，在选择管道材料的时候，一定要注意其耐腐蚀性；也可能不具有腐蚀作用，此时就要加强材料的耐高压、耐高温性能，这样才可以保证化工生产的顺利完成。

一般而言，碳素钢的最高使用温度是425℃上下，当超出此温度的时候，使用铝元素镇静钢、沸腾钢的效果要比使用硅元素镇静钢的效果好很多。并且，在425℃的生产环境下，碳素钢经常会出现石墨化情况，导致其强度极大降低，因此，可以适当添加一些合金元素，提高碳素钢的强度。钼元素可以在铁元素中进行固溶，形成稳定化合物，在一定程度上提高了材料蠕变强度。

四、特殊介质条件下的管道材料选择与研究

1.非金属材料

在化工生产过程中，当介质具有较强腐蚀性的时候，不可以使用碳钢一类的金属材料制作管道，此时，可以考虑使用一些非金属材料，如FRP、PP等。但是，在实际应用的时候，一定要对以下条件进行充分考虑：其一，保证材料温度与压力符合化工生产要求；其二，在环境温度、压力等因素突然变化的情况下，因为一些材料会失去韧性，产生一定的脆化，所以，一定要对此现象进行注意，保证化工生产的正常进行。

2.塑料衬里材料

通常而言，化工生产塑料衬里材料的应用温度是不大于120℃，比较适合应用在具有腐蚀性的介质当中。此类材料主要有聚四氟、聚丙烯等。在使用此类材料的时候，经常会受到很多的限制：一定要保证其使用温度符合材料性能要求；保证介质环境稳定；不可以在苯溶解介质中应用等。应用此类材料的时候，操作非常便利，但是在遭到破坏之后，就无法进行现场修复，不能直接予以焊接，因此，在正式使用之前，一定要进行全面的考虑与衡量，之后再进行确定下料。

3.苛性钠碱液管道

在应用此种管道的时候，会对碳钢材料的使用产生一定的破坏作用，因为存在着一定的应力腐蚀作用，进而致使出现开裂的情况，也就是碱脆。产生此种情况的主要原因就是在拉应力与腐蚀介质的共同影响下，出现一定的开裂现象。因此，在进行设计的时候，一定要重视氢氧化钠温度与浓度的控制，保证其可以为化工安全生产提供可靠依据。

4.卫生级管道

在一些化工生产中，选择管道材料的时候，也要求其具有一定的卫生标准，比如医药化工生产，卫生级管道可以保证在生产或运输过程中，避免滋生微生物。对注射用水、纯化水的材料选择也非常严格，一定要保证其耐高温、耐腐蚀，并且无毒。与此同时，在安装卫生级管道的时候，也要保证其过程无毒，在安装之后，进行一定的纯化、酸洗处理，保证管道的正常、安全使用。

结束语

总而言之，在化工生产过程中，管道材料选择是非常重要的工作内容，一定要引起人们的重点关注。因为管道工艺非常复杂、特殊，所以，在选择管道材料的时候，一定要展开全面、综合的分析，尤其是对环境、生产周期、采购等环节予以重视，保证其安装之后，可以进行正常使用，保证化工生产的安全性、稳定性、可靠性，进而实现化工生产的经济效益与社会效益。

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