化工装置管道材料的设计及应用

常 杰

（中海油惠州石化有限公司，广东惠州 516086）

1 化工装置管道材料简述

针对化工行业而言，化工装置管道具有较高的设计要求，主要原因是化工装置管道设计工作实际所涉及的内容十分广泛，例如工艺方面、设备方面、零部件方面等，如果设计方案不合理，则会对化工企业安全稳定的运转带来严重的负面影响。所以，需要利用科学完善的措施开展化工装置管道设计与选材，才能从本质上提升化工装置设备的性能优势。在开展化工装置管道材料选择时，要充分掌握管道材料对化工装置带来的具体影响，在科学有效的控制措施的保障下，实现化工装置的有序运转，从而保障化工企业预期生产目标的顺利实现。

化工装置管道材料的选择内容包含多个项目，例如管道、管件、法兰、垫片等。在开展化工装置管道材料的设计与应用分析时，要确保管道材料的具体设计说明，相关等级情况，设计与支管连接等方面的内容得到综合分析，并结合化工企业的特点与现状开展针对性的分析，保障管道材料的性质能够得到科学的明确，再结合设计的相关内容，如设备标准、尺寸、材质等开展化工管道材料整体尺寸标准的明确，提升管道材料各个零部件的尺寸规范性，降低后期管道材料应用时异常问题的发生概率。如果无法保障管道等级选择的科学合理性，则会为后期管道的设计、安装以及保养维修等带来一系列的阻碍。所以，开展管道材料设计与应用时，要重点把控管道材料的等级，由此为后期各环节工作的顺利进行提供全面有效的参考和帮助。

2 化工装置管道材料的相关选择依据

在开展化工装置管道材料的选择工作时，要确保影响管道材料的各类因素得到综合考虑，才能保障管道材料选择的合理性与针对性。通常情况下，化工装置管道材料的具体选择依据主要体现在以下方面。

2.1 介质的特点方面

主要体现在易燃易爆性、有毒有害以及腐蚀性等方面。其根本原因是受氧化反应、氧腐蚀反应以及氢腐蚀反应等作用的影响，使得管道选材时需要重点考虑介质的特点，才能保障管道的正常使用。

2.2 介质的参数方面

在考虑介质参数影响时，需要重点考虑介质的设计温度与设计压力等两方面的具体参数情况，避免因温度和压力不符合相关标准而导致化工装置管道无法正常运转。

2.3 管道材料的性能方面

管道材料的性能是直接影响其使用情况的主要因素。而管道材料的性能包括多方面内容，如化学与物理性能、焊接和机械性能，以及经济和环保性能等。

3 化工装置管道材料的设计与应用原则

3.1 化工装置管道材料的设计与选择方面

（1）在开展化工装置管道设计工作时，要重点考虑管道材料自身的性质。如果输送介质的危险等级较高，则应当将优质轻钢作为管道的主选材料。

（2）明确设计目标，规范设计流程，是开展化工装置管道材料设计的主要引导力量。当材料选择工作结束后，要及时上报相关部门进行校核与审核，待审核通过后才能进入设计环节，由此降低对化工装置管道运行的影响。在材料的采购与施工环节，要积极构建科学完善的管理体系，从而提升管道材料设计与使用的相符性。

（3）保障化工装置管道材料的选择同工艺介质的温度与压力之间具有理想的匹配性。如果运输的物料温度相对较高，那么介质对管道材料的要求也会随之提高。当然，针对低温要求的物料输送，材料的抗低温特性要求也会随之提升。所以，为了提升管道物料输送的顺畅性，要根据管道材料自身的温度要求进行相应物料的选择，由此避免温度因素影响物料的运输效果。

（4）保障管道壁厚度设计的科学合理性。管道壁厚度的科学合理是提升管道运行顺畅性的关键所在，在腐蚀性物料的运输中体现得十分明显。为此，设计人员开展管道壁厚度设计时，要预留一定的腐蚀余量，才能提升管道运输的整体效果。

（5）经济问题也是化工装置管道设计的重要原则。所以，在管道设计与选材时，要提升材料选用的具体标准，增强材料设计与选用的规范性，由此避免给企业带来不必要的经济损失。

3.2 管道与管道组成件方面

在开展化工装置管道材料的选择工作时，要充分结合具体情况，同时严格遵循管道与管道组成件的具体标准，确保影响管道与管道组成件使用性能的各种因素均得到系统考虑，如尺寸方面、型号方面、质量方面以及材质方面等，由此提升管道与管道组成件的使用性能。

3.3 端面连接方面

端面连接是化工装置管道连接的重要环节。在端面连接的具体过程中，技术人员要结合实际情况选择最佳连接方式，从而保障端面连接的紧密性。端面连接的方式多种多样，常用的有法兰连接方式、螺纹连接方式、焊接方式、咬合连接方式以及承插连接方式等。在众多端面连接方式中，焊接方式的应用频率相对较高。针对螺纹连接方式而言，要保障螺纹性质得到及时科学的分析，如果是60°的密封螺纹，则通常选用NPT螺纹材料，并根据相关标准与要求进行连接操作。承插连接方式，相比其他端面连接方式而言，该类型的端面连接方式具有广泛的适用范围，例如在DN小于40（11/2）的管道中都具有理想的应用效果。针对部分法兰连接的端面，如果运输的介质具有易燃易爆的特性，则要结合密封焊，由此才能在保障螺纹连接合理性的基础上增强其连接的密封效果，避免因连接不紧密而出现泄漏现象。

4 化工装置管道材料的应用实例分析

4.1 氧气管道材料的选择与应用

针对氧气管道材料的选择，现阶段具有详细的标准，如GB50030标准，技术人员要充分结合该标准的具体要求，开展科学合理的分析选择，由此保障氧气管道选材的科学合理性。如果输送介质的温度低于200℃，则通常会选择304或304L的不锈钢材质管道；如果温度超过200℃，则可以选择Inconel600材质的管道，并且加强对外界影响因素的综合分析与科学应用，确保管道的正常使用。针对氧气管道而言，自身性质对其整体运行效果的影响体现得十分明显，所以在开展氧气管道材料设计与选择时，要重视全通径阀门的选择与应用，避免使用快闭性阀门，尤其是闸阀，严禁出现在氧气管道中，从而保障氧气管道运输的安全性。在氧气管道的填料处理环节，要结合氧气管道自身的性质，选择科学的填料，如聚四氟乙烯或膨胀石墨等材料，都是应用频率较高的材料。在氧气管垫片选择时，技术人员要根据具体要求对各类型的垫片进行科学选择，如环垫、铜材质垫片，镍材质垫片以及缠绕型的垫片等，确保垫片的作用能够得到充分的发挥。

4.2 陶瓷管道材料的选择与应用

如何保障和提升化工管道材料的耐磨性，是化工管道设计与选材的重要内容。在化工装置管道运输中，粉料运输的概率也相对较高，由于这些粉料不仅粒度小，而且硬度还较高，即便使用加厚的钢管进行运输，也会经常发生钢管被磨穿的现象，由此必将引发物料泄漏的现象。而陶瓷管道则能很好地应对这一问题，由于陶瓷管道是在钢管内部添加了氧化铝或氮化硅，而这两种物质都具有较高的硬度，并且化学性质稳定性强、耐磨性高，所以能够充分地保障管道运输的安全性与稳定性。

4.3 抗性材料的选择与应用

抗性材料的选择与应用对化工管道的设计与应用效果具有重要的影响作用。从本质上而言，抗性材料主要是指能够抗高温、抗低温以及抗氧化反应的材料。由于化工管道运输的介质对温度都具有较高的要求，同时大量的化工原料自身的氧化性较强，必将提升对化工管道的抗氧化性要求。例如，部分化工介质的保存温度在-20~-196℃，如液态丙烯、液态乙烯以及液氮等，这些物质需要在低温环境下运输，所以运输这些介质的化工管道材料自身则要具有较强的抗低温性能。并且每个低温区针对材料的要求也具有明显的差异性，所以技术人员要综合分析不同温区的特点，保障管道选材的科学性与针对性，提升管道使用的稳定性。

4.4 特殊管材的选择与应用

特殊介质管道材料的选用对化工管道设计与应用也具有十分重要的作用。例如，非金属材料、苛性钠碱液管材、塑料衬里材料、硫酸管材等，这些特殊类型的管道材料在选择与应用方面都具有详细的要求与标注，所以在选择环节，技术人员要结合具体情况开展管材选择工作，由此保障管道运输的安全性与稳定性。例如，针对非金属材料的使用，不仅要注意温度因素，还要严格把控压力情况，降低管道脆化现象的发生概率。在开展塑料衬里材料的选择与应用时，要确保塑料衬里材料的使用温度不超过120℃。而针对苛性钠碱液，对碳钢材料的破坏性体现得十分明显，所以要对氢氧化钠的具体浓度进行严格的控制与监管，避免因管道被损坏而出现泄漏事故。

5 结束语

化工行业的稳步发展对社会经济的可持续增长具有重要的决定作用，而化工装置管道材料的科学设计与应用直接影响着化工行业的整体发展情况。所以，相关部门要高度重视并科学开展化工装置管道材料的设计与应用，严格遵循化工装置管道材料设计与选择的相关原则和依据，确保影响管道使用性能的各项因素能够得到综合分析，由此从根源上提升化工管道运输的安全性与稳定性，为化工企业预期发展目标的顺利实现提供良好的基础条件。