化工设计过程中管道材料的选用

2020-01-13刘军

化工设计通讯 2020年9期

刘军

（亚洲硅业（青海）股份有限公司，青海西宁 810007）

化工行业是推动我国国民经济发展的强大力量，现阶段化工行业在新形势下，面临的挑战也越来越大。化工设计涉及的内容较多，任何细小的环节都有可能影响整个化工设计效果。化工管道作为化工设计的内容之一，其管道材料的选用直接关系到化工管道的应用情况，可见加强化工设计管道材料的严格管控是非常必要的。

1 化工管道设计中存在的安全问题

化工管道运输的安全性与管道架设结构、工艺流程和管道材料有重要的关系。化工设计人员强化对管道工艺流程的设计，可在有效节约材料成本的基础上，保障管道的安全性。化工管道工艺流程设计中需要施工方和设计方共同参与，两者彼此交流沟通，优化设计工艺流程。化工管道的铺设问题也需要尤为注意，管道的架设需要严格遵照相关法律法规，避免管道架设不合理问题的出现。化工管道安装架构设计中应做好管道的固定处理，可以采用管道支架的方式增强化工管道的稳定性[1]。化工管道输送的气体大多数属于易燃易爆，在设计过程中为了避免事故的发生需要安装警报装置，检测有毒气体的泄漏。还需要注意操作温度，防止介质自燃，造成一定的危害性。化工管道材料的合理选用，和化工管道的使用年限有充分的联系，由于外界环境等各种因素的影响，化工管道会出现破裂毁坏等问题影响化工企业的安全生产，存在较高的安全隐患，因此需要合理地选择化工管道材料，做好安全防范措施。

2 管道材料在化工设计中选用的原则

2.1 注意管道材料的安全性

化工管道材料的选用需要秉持相应的原则，安全性是选用管道材料所必须遵守的原则之一。化工生产设计的步骤较多，整个生产工况都需要做到安全生产，避免因化工管道材料选用不合理而出现的安全问题。其中化工管道材料选用的不合理性主要体现在，所选管道类型不一、管道直径不匹配、管口类型不一样等，上述问题都可以造成化工原料泄漏，产生安全隐患。此外，若选用的化工管道材料耐腐蚀性不佳，一旦管道遇到腐蚀性化工原料将影响整个管道的安全生产。尤其是在运输一些毒性化工材料时更需要做好管道的安全防护，提高化工生产安全性，避免安全事故问题的发生。因此化工设计中管道材料的选用需要秉持高度的适用性和匹配性，结合化工生产实际情况选用安全系数较高的管道材料[2]。

2.2 注意管道材料的经济性

经济性是化工设计管道材料选择的又一原则。若化工管道材料在选用过程中不秉持经济性的原则，将会造成化工生产超预算的情况。因此参与化工管道设计的人员需要考虑到管道材料的价格因素，在确保管道材料安全性和适用性的基础上，尽可能选用性价比高的管道材料。比如在化工管道管径的选择上，需要确保所选择的管道管径符合今后化工生产的需求，以免所选择的管径过大，而影响整个化工生产的正常进行，产生不必要的经济损失。此外，化工管道设计中还要充分考虑不同类型管道材料在价格上的不同，针对要求较低的化工管道，可选择造价较低的管道材料，而对于要求较高的化工管道，可选择造价较高的管道材料，确保在满足化工管道设计要求的基础上，尽可能节约成本，避免给化工厂带来较大的经济压力[3]。

3 化工设计流程与要点

3.1 预处理

在化工设计中需要充分考虑原材料的性质特征，做好预处理工作，确保其符合相关的设计标准。预处理的工作质量能够有效提高化学反应的速率。

3.2 化学反应过程优化设计

做好化学反应的设计工作，在化工设计中尤为重要，能够提高化工的转化速率，保障化工设计成品的质量。但是一些化学反应中会产生副反应问题，根据这一情况需要充分考虑化学反应所应用到的材料、条件、催化剂，合理地设计化学反应，避免副反应问题对化工设计造成影响。

3.3 化工成品处理

化学反应结束之后，对于其成品需要进行萃取蒸馏处理，去除其中的杂质，确保其符合标准要求。

4 化工设计中比较常见的管道材料

4.1 选用抗低温管道材料

化工生产中会运输一些低温介质，因此为了满足化工运输生产的需求，所选择的化工管道材料需要具备抗低温性能，这样可避免化工管道在低温环境中出现损坏等问题。低温化工管道材料的选择需要结合实际的运输情况而定，针对实际的运输问题选择最佳的低温管道材料，因此保障低温管道化工材料设置的合理性。举例来说，铁塑钢管道材料避免在运输介质为0℃的情况下使用，因为铁塑钢化工管道在此种环境下会呈现出较强的脆性，由此影响化工运输安全性。碳素钢管避免在运输介质为-20℃的情况下使用，此时更适合使用合金钢管。若介质温度低到-40℃，则需要将合金钢管中的含金量提高，以便适应此种环境。

4.2 选用耐热管道材料

高温环境是化工生产中较为常见的环境，一般所运输的化工材料达到350℃就需要进行耐热性化工管道的设计，因此所选用的化工管道的材料必须具有较强的耐热性，能够适应高温作业的要求，耐高温的化工管道材料可提高在高温环境下作业的稳定性，避免受到高温腐蚀和高温冲击带来的影响，提高了化工生产的安全系数。高温环境中选用的化工管道材料除了具备耐高温性能之外，也需要具备较强的抗氧化性和抗腐蚀性，因此化工设计所选用的耐高温材料需要考虑的因素较多。比如化工生产中选用的高温钢管，既可以用来运输高温材料，又可以用来运输有毒有害的气体和液体，此种管道材料的应用价值较高。碳素钢管有较强的抗氧化性，碳素钢管的表面会形成一层养护膜，养护膜的存在可以解决氧化腐蚀问题。此外，将铬元素或者钼元素添加在传统钢管上，可以增强传统钢管的耐热性，提高化工管道的耐热性能[4]。

4.3 选用抗腐蚀管道材料

化工生产中若运输高浓度的硫酸，对其管道要求更高。因此参与化工管道设计的技术人员需要加强对硫酸管道材料的选用把控，结合管道内外部的温度结合压强选用合适的化工管道材料。运输浓硫酸的化工管道，内部温度需要控制在一定范围，最佳为25℃左右，这样可避免浓硫酸受周围环境温度的影响发生化学反应。温度较低的铁制管道中可以实现浓硫酸的长期保存，其原因在于浓硫酸表面会形成一层氧化膜，该层氧化膜会附着在硫酸液体的表面，由此可以有效防止浓硫酸与低温铁制管道产生腐蚀。但是在铁制化工管道内温度不均衡的情况下，附着在浓硫酸表面的氧化膜会被破坏，进而会腐蚀铁制化工管道。针对此种情况，在设计管道时，可以选择不锈钢材料，以保证浓硫酸在运输过程中的稳定性。比如可以选用316L不锈钢三通，此种形式的不锈钢三通为管件、管道连接件。用在主管道与分支管处。不锈钢三通有等径和异径之分，等径三通的接管端部均为相同的尺寸；异径的三通的主管接管尺寸相同，而支管的接管尺寸小于主管的接管尺寸。不锈钢三通的液压胀形工艺可一次成形，生产效率较高；不锈钢三通的主管及肩部壁厚均有增加。具有较强的抗防腐，耐酸碱，使用寿命长等优点。此种管道常用规格有DN10、DN15、DN20、DN25、DN32、DN40、DN50、DN65、DN80、DN100、DN125、DN150、DN200、DN250、DN300。可应用于电力、化工、石油、轻纺、造纸、水利、冶金、污水处理，工业油，工业气等管道搭建上。此外，高浓度的碱性溶液也有较强的腐蚀性，运输碱性溶液的化工管道内部温度也需要把控好，以免温度的影响促使碱性溶液发生化学反应，比如可以在化工管道内部加入塑料衬里，这样可促使运输介质保持稳定，降低腐蚀问题的发生概率。

4.4 输送盐酸的化工管道材料选用

聚丙烯材料的化工管道有较强的耐腐蚀性，且此种材料可以将管道内部和外部的压力控制在一定范围，保障管道内部的稳定性，因此适合运输高浓度的盐酸。加上聚丙烯材料不容易断裂，且管道自身重量较小，材料轻便，搬运和施工都较为方便，保障了高浓度盐酸运输的稳定性和安全性。此外，聚丙烯材料使用寿命较长，可避免反复替换而造成资金浪费等问题[5]。

4.5 选用特殊介质管道材料

氧气作为一种特殊介质，在运输的过程中需要特殊介质管道材料。实际化工生产中，应选择不锈钢、碳钢等材料制作特殊介质化工管道，上述材料有较强的抗压性，因此适合运输氧气这种特殊介质。加上氧气属于易燃性气体，一旦与不同类型的气体接触，则容易发生爆炸的危险，对化工生产工作人员造成极大的安全隐患。基于此更需要化工设计人员科学仔细地选用氧气输送管道，注意根据氧气在管道内的流动速度和压强合理选用管道材料。举例来说，在压强较低的情况下，不锈钢管道材料可用来运输氧气，但是需要合理设计不锈钢管道的直径和长度，尤其注意管道弯曲的地方，以免断裂发生氧气泄漏[6]。再比如在输送高温氢气时，氢气管道在设计和施工需要注意管道连接、管道安装、管道间距、管道焊接、管道防雷、防腐、防静电、管道放空等安全问题，严格按照《输气管道工程设计规范》《工业金属管道设计规范》《氩气站设计规范》等标准进行。经过多名学者的研究，初步确定氢气长输管道可以使用天然气管道常用的管线钢系列材质，只是钢级选择与天然气管道有所不同。氢气管道一般是钢级越低越好，同时需要进行各种试验评定，并考虑钢管的技术条件。