化工管道设计及材料等级选用探讨

段志刚 刘玉德

(1.山东润昌工程设计有限公司江西分公司，江西 南昌 330025；2.江西省化学工业设计院，江西 南昌 330002)

一般情况下，一个化工生产装置中涉及的管道材料等级比较复杂，很少化工厂只用到单一管道材质的。由于不同物料的压力和介质性质不同，我们得根据输送物料的介质和压力选择相应等级的管道材质等级。设计人员在如此众多的管材中，必须选择合理的管道材质等级，避免选择不当，造成生产安全事故，或者选择等级过高，增加工程投资额。

1 工业管道的基本材质类型

管道材料等级是根据设计温度、压力、和输送介质的要求，及材料的性能和经济合理性确定的。

1.1 根据管道基本材质分类

根据管道材料等级中采用的基本材质分类有铸铁(A)、碳钢(B)、普通低合金钢(C)、合金钢(D)、不锈钢(E)、有色金属钢(G)、非金属(G)、衬里钢管(H)。

1.2 根据管道公称压力等级及代号分类

常用的有(Mpa)1.0(L)、1.6(M)、2.5(N)、4.0(P)。管道在介质压力作用下，应满足以下主要要求：

①管道应具有足够的机械强度，所用管材和管路附件，以及接头构造，在所工作的介质压力作用下均须安全可靠。尤其是高压管道，会产生振动。所以高压管道还必须处理好防震加固问题。

②具有可靠的密封性，保证管道和管路附件以及连接接头在介质压力作用下严密不漏，这就必须正确地选择连接方法和密封材料，合理地进行施工安装。

工业管道通常按照介质的压力、温度、性质分类，亦可按管道材质、温度和压力分类。

2 输送不同介质的管道，其最低管道材料等级规定如下：

a)输送可燃、有毒物质的管道为1.6MPa，设计温度Td>200℃时为2.5MPa。

b)输送液化石油气的管道为2.5Mpa。

c)输送氨气或者液氨的管道为2.5Mpa。

d)输送氢气的管道为2.5Mpa。

e)输送剧毒物质的管道为2.5Mpa。

3 管道的种类和材质选用规定如下：

a)油品、油气、蒸汽、添加和化学药剂等管道，DN≤500时应选用无缝钢管；DN>时可选用钢板卷管。

b)设计温度Td≤100℃，设计压力Pd≤1.0Mpa，DN≥350的水、空气管道可选用螺旋埋弧焊钢管，材质可选用Q235-B。

c)材质为15CrMo、1Cr5Mo合金钢管道的钢管标准应该为GB9948。

d)材质为不锈钢的钢管标准为GB/T 14976。

e)中压蒸汽和凝结水管道选用20G材质，钢管标准为GB5310。

4 几种化工企业常用化工介质管道材质的选用

在化工行业中，腐蚀就是化工设备的天敌，轻则损坏设备，重则造成事故甚至引发灾难。大部分化工设备的破坏是由于腐蚀引起的，因此对于腐蚀性的化工介质的选材就尤为重要了。下面针对几种常见化工介质简述其选材要点：

a)硫酸

硫酸是作为强腐蚀介质之一，用途非常广泛的重要工业原料。不同浓度和温度的硫酸对材料的腐蚀差别很大，对于浓度高于80%以上、温度不超过80℃的浓硫酸，碳钢和铸铁有较好的耐蚀性，但它不适合高速流动的硫酸；即使普通不锈钢如304、316对硫酸介质也用途有限。而今年来在化工行业广泛应用的氟塑料具有很好的耐硫酸性能，采用衬氟管道是目前化工企业一种更为经济的选择。

b)醋酸

醋酸虽然说是弱酸，但它是有机酸中腐蚀性最强的物质之一，普通钢铁在一切浓度和温度的醋酸中都会严重腐蚀，不锈钢是优良的耐醋酸材料，含钼的316不锈钢还能适用于高温和稀醋酸蒸汽。对于高温高浓醋酸或含有其它腐蚀介质等苛刻要求时，可选用高合金不锈钢阀门或氟塑料阀门。

c)盐酸

大多数金属材料都不耐盐酸腐蚀(包括各种不锈钢材料)，含钼高硅铁也仅可用于50℃、30%以下盐酸。而绝大多数非金属材料对盐酸都有良好的耐腐蚀性，所以内衬橡胶管道和塑料管道(如聚丙烯、氟塑料等)是输送盐酸的最好选择。

d)硝酸

一般大多数金属在硝酸中被迅速腐蚀破坏，不锈钢是应用最广的耐硝酸材料，对常温下一切浓度的硝酸都有良好的耐蚀性，值得注意的是含钼的不锈钢(如316、316L)对硝酸的耐蚀性甚至还不如普通不锈钢(如304、321)。而对于高温硝酸，通常采用钛及钛合金材料。

5 常见几种复合管道材质的应用

a)ETFE又俗称为聚氟乙烯

聚四氟乙烯是用于密封的氟塑料之一。聚四氟乙烯以碳原子为骨架，氟原子对称而均匀地分布在它的周围，构成严密的屏障，使它具有非常宝贵的综合物理机械性能。聚四氟乙烯对强酸、强碱、强氧化剂有很高的抗蚀性，即使温度较高，也不会发生作用，其耐腐蚀性能甚至超过玻璃、陶瓷、不锈钢以至金、铂，所以，素有“塑料王”之称。除某些芳烃化合物能使聚四氟乙烯有轻微的溶胀外，对酮类、醇类等有机溶剂均有耐蚀性。只有熔融态的碱金属及元素氟等在高温下才能对它起作用。衬氟管道是目前化工行业应对腐蚀性物质首选的材质。

b)陶瓷管道

陶瓷管道也是化工非金属防腐蚀材料之一，具有以下特点：(1)它的主要原材料是粘土，粘上在我国到处都有，蕴藏量极其丰富，最便于遍地开花，土法上马。(2)具有突出的耐腐蚀性能。除了氢氟酸外，可以耐各种浓度的任何无机酸和有机介质。(3)它的制造简便，成本低廉，可以成型各种规格各种类型。陶瓷管道有四种类型：离心浇铸复合陶瓷管道，贴片耐磨陶瓷管道，点焊装卡式耐磨陶瓷管道，一体成型耐磨陶瓷管道。其中一体成型耐磨陶瓷管道，全称陶瓷内衬复合钢管，因其充分发挥了钢管强度高、韧性好、耐冲击、焊接性能好以及刚玉瓷高硬度、高耐磨、耐蚀、耐热性好，克服了钢管硬度低、耐磨性差以及陶瓷韧性差的特点。因此，复合管具有良好的耐磨、耐热、耐蚀及抗机械冲击与热冲击、可焊性好等综合性能。是输送颗粒物料、磨削、腐蚀性介质等理想的耐磨、耐蚀管道。

由于该管具有耐磨、耐蚀、耐热性能，因此可广泛应用于电力、冶金、矿山、煤炭、化工等行业作为输送砂、石、煤粉、灰渣、铝液等磨削性颗粒物料和腐蚀性介质，是一种理想的耐磨蚀管道。

c)其他复合管道

钢橡复合管是以普通钢管为骨架，以橡胶为衬里层，经特殊工艺复合而成；稀土合金耐磨管综合性能好、耐磨性高、工艺先进、性能稳定，该材料广泛应用于电厂锅炉磨煤系统、制粉系统、排渣除灰系统；冶金行业尾渣输送；矿山行业洗煤管道、溜槽等；双金属耐磨管道，它以钢管为基体，内衬超强耐磨合金材料，通过离心浇铸，形成牢固的冶金结合体。弯管采用真空消失模浇铸工艺，合金中一定含量的Ni、Cr、稀土提高了双金属耐磨管的耐温、耐腐蚀性能，能在-40℃一800℃范围内长期进行运行。

6 结论

在化工管道设计中，通过介质特性来选择管道材质和等级，常规的管材选择要清楚，特殊的管材要明白。作为设计人员来说每面对一个项目，首先就要弄清楚物料性质，工艺操作参数。尤其是对一些有毒、易燃易爆、有腐蚀性的化工介质，尤其注意。与化工管道配套的阀门、法兰、垫片等也得重视选型。

[1]GB50316-2000工业金属管道设计规范[S].北京：中华人民共和国化学工业部，中国计划出版社，2008.7.

[2]GB50184-2011工业金属管道工程施工质量验收规范[S].北京：中国工程建设标准化协会化工分会，中国计划出版社，2011.12.

[2]宋岢岢，压力管道设计及工程实例[M].北京：化学工业出版社，2007.7.

[3]袁璇，张秋生.氯碱生产装置工艺外管架的设计[J].南昌：江西化工，2012.9.