化工设计过程中管道材料的选择探讨

2021-04-11

当代化工研究 2021年2期

（山东华鲁恒升集团德化设计研究有限公司山东 253024）

化工管道生产过程中，最重要的问题就是化工管道安全问题，化工管道材料对化工管道应用的安全性产生着重要影响，在常规情况下，化工管道运输的物质腐蚀性比较强，具有特殊性能，所以必须科学的对化工管道材料进行选择，以降低运输过程中管道破裂的可能性，这就需要在化工设计过程中，优化管道材料的选择，以确保化工产品运输的安全性。

1.化工设计中管道材料选择

(1)管道材料选择依据

化工设计属于一项十分复杂的工作，工作设计难度较大，管道材料的选择具有一定的特殊性和限制性。所以在进行材料选择的过程中，必须以具备介质特性的材料为主。由于化工设计过程中，开展管道材料的选择工作，必须考量材料的耐腐蚀性、不具备易燃易爆性、耐高温性，降低意外事故的发生几率。化工设计中，必须对管道材料的参数进行明确，我国对介质工作参数的要求比较高，依照介质参数，合理进行管道材料的选择，依据管道应用的实际情况，合理进行管道参数的调整。此外，必须保障管道材料选择的经济性，一方面来说，在进行管道材料选择过程中，必须综合机械性质、化学性质和物力性质开展，此外，在进行管道材料选择过程中，必须保障材料的充足程度，以强化材料的采购工作[1]。

(2)管道材料选择的原则

当前化工设计已经趋于完善，管材选择中制定了对应的原则，在进行管材选择过程中，首先，必须优化检验步骤、热处理步骤、焊接步骤、制作步骤和设计内容等，以实现有关规定的相关内容。其次，必须从管道材料选择的原则出发，由于介质材料与其他材料存在差异性，具备特殊性质，所以必须保障运送的安全性。最后，必须保障材料的设计原则符合运输特殊物质的要求。针对不同的运输物质，所选用的管道材料必须与之相符合。比如：在运输过程中，若是运输物质存在腐蚀性，必须对物质的腐蚀范围进行考量，强化抗腐蚀干预，考量材料的防腐范围，增强抗腐蚀效果，以满足运输过程中的温度要求，可开展温度冲击测试，以促进材料符合设计标准。

2.化工管道应用中的质量缺陷

(1)相关部门缺少对化工管道工程安全责任的明确

在进行化工管道工程管理过程中，监管部门、施工部门和政府相关部门，缺少对设计管理的重视程度，监督管理力度不足，在开展化工管道建设中，将管道施工交托施工企业开展，并不能协调多方部门对化工管道工程进行管理，直接影响施工图纸施工效果，无法明确检验施工材料质量，施工技术应用欠缺合理性。除此以外，在化工管道工程建设竣工以后，相关部门并不能派遣专业人员对管道质量进行检查，极易导致后期化工管道问题的发生[2]。

(2)化工管道施工图纸内容不精准

常规情况下，施工人员大都依照施工图纸进行化工管道工程管理，若是图纸欠缺精准性，施工人员依照不精准的图纸进行化工管道施工，将导致管道安全隐患的存在。此外，设计人员在进行管道施工图纸绘制过程中，若不能从区域地理环境出发，对施工图纸内容进行验证，而施工人员按部就班的进行施工，对图纸精确度问题忽视，则会严重影响化工管道施工质量。

(3)缺少管道施工材料的监管工作

化工管道在施工过程中，所涉及的原料比较多，包括阀门设备、保护装置、管子、补偿器和管件，这些材料的质量将对化工管道工程施工产生负面影响，管理人员在进行施工材料采办过程中，必须对供应商的资质进行审核，分析施工材料是否符合质量标准，是否具备合格证书，并开展抽样质量检验工作。但是，在施工过程中，企业为了缩减施工成本，应用劣质管道材料施工的情况时有发生，也时常忽略材料的质量检验问题[3]。

3.化工设计过程中管道材料的选择

(1)低温材料的选择

化工管道设计过程中，低温情况时有发生，低温情况下进行工程建设，温度大都在-20℃以下，必须保障化工管道施工具有极强的耐低温性能，所以，在化工管道低温材料设计过程中，必须根据温度情况，合理选择材料。由于不同低温环境对施工材料的要求存在差异性，若是温度在-20℃到-40℃之间，则在进行管道设计过程中，不可选择碳素钢材料，若是温度在-40℃到-70℃之间，不可选择低合金钢管材料，若是温度在-70℃到-196℃之间，不可选择合金材料。在不同温度段之下，分别对管道材料的温度有不同的需求。在进行管道建设过程中，必须合理对环境温度进行把控。由于低温条件下，碳素钢管材和低合金管材的性能下降明显，无法实现常温环境下的材料功能，且低温环境下，管道破坏概率随之增加，想要保障管道材料性能，就必须合理进行低温管道材料的选取[4]。

(2)高温管材

部分化工产品生产过程为高温状态生产，由于运输管道必须对高温产品进行运输，所以必须保障材料具有耐高温性质。在开展化工管道的设计过程中，必须从以下几个方面进行材料的选取，不同温度条件下，管道材料不同，管道的屈服强度也存在一定的差异性，塑形会呈现正比例变化，屈服强度会呈现反比例变化，随着运输时间的延长，管道材质的力学性能和荷载强度也会随之发生变化。在不同的温度条件下，管道材料的抗拉强度也会产生不同程度的变化。温度变化会在不同程度对管道材料产生腐蚀作用，化工生产中，一旦温度超过350℃，就可视为高温环境，高温材料存在高温极限，以碳素钢为例，一旦其温度值在425℃以上，碳素钢将出现石墨化情况，必须在碳素钢之中添加合金元素，以降低石墨化现象的发生，确保碳素钢材料性能的稳定性。除此以外，可以采用镇静钢、添加铝元素镇静钢的材质进行管道设计，以促进管道安全性能的提升[5]。

(3)塑料衬里材料

化工产品生产过程中，衬里层材料的温度耐受程度必须在衬里管道使用温度之下，在进行衬里材料选择过程中，必须以聚丙烯材料和聚四氟材料为主，设计人员在进行塑料衬里材料的选择中，必须从生产环境特征出发，不可将材料在不同的的环境下应用。

(4)硫酸管道材料

若是管道输送的介质物质为硫酸的情况下，进行管道材料的选择，确保管道材料能够适应硫酸的化学性质，对不同浓度的硫酸物质的化学性质进行分析，了解性质差异性，以合理进行硫酸材料的选择。若是所选用的材料为普通碳钢管，以碳钢管进行浓硫酸的输送过程中，必须保障浓硫酸输送的稳定速率，以保障浓硫酸温度数值的稳定性能，确保硫酸的流速稳定，降低硫酸速度快慢不均或者流速过快的情况发生。浓硫酸的性质在铁质容器中，可有效保存，且不会对铁质容器产生腐蚀效果，其主要由于浓硫酸遇到铁质容器以后，可在铁质容器的表面形成密度较高的四氧化三铁氧化膜，对浓硫酸对碳钢管道产生的腐蚀作用进行隔离，若是浓硫酸的流动速度不均匀或者流动速度过快，将导致浓硫酸自身温度数值的变化，温度一旦升高，氧化膜就会受到影响而破坏，对铁质材料的保护作用随之下降，管道腐蚀效率上升。若是化工条件无法对浓硫酸的流动速度进行控制，就可以用不锈钢材料金属管道设计，以确保管道内部压强在2.5MPa以下，温度控制在30℃以下，维持不锈钢管材化学和物理性质的稳定性，以保障浓硫酸能够安全稳定的输送。

(5)盐酸管材

盐酸材料的腐蚀性依然比较强，为合理选择盐酸输送管材，必须对盐酸应用情况进行分析，若是盐酸的浓度在15%-30%范围以内，在输送过程中，可以采用非金属材料进行盐酸输送，非金属材料的抗盐酸腐蚀效果较好，可保持良好的耐腐蚀性和温度的合理性。此外，若是盐酸环境复杂，应用非金属材料的效果也十分显著。比如，采用聚丙烯材料进行管道的制作，其导入效率不足，保温性能较强，聚丙烯管材具有较高的熔口强度，应用该材料的过程中，可有效降低管道断开情况的出现，确保管材使用质量的良好性，且由于聚丙烯材料所制作的管材密度值比较小，质量轻，应用具有便捷性，具有较长的使用寿命，且应用聚丙烯材料进行管道的制作，成本投入量较低，可大范围应用。只是其在进行盐酸输送过程中，也存在一定的缺陷，比如其突遇降水或者强降雪天气，管材使用性能会大程度降低，若是在恶劣的天气条件下施工，建议应用塑料衬里材料或者其他类型的非金属材料进行建设。