化工管道设计及材料等级选用探讨

摘" " " 要： 我国工业发展迅速，各化工企业均认识到管道设计与材料选择的重要性。对化工管道设计和材料选择原则及参考依据进行分析，同时，对耐热管道、低温管道、高温管材、苛性钠碱液管材、硫酸管材、陶瓷管材、其他管材的选用进行分析，以期帮助工作人员选择适合管材。

关" 键" 词：化工管道设计；材料等级；选用

中图分类号：TQ052" " "文献标识码： A" " "文章编号： 1004-0935（2023）08-1165-04

管材选用不当会为化工工程带来危险性，甚至引发安全事故，因此，在化工管道设计及材料选用上，工作人员需根据选用原则，结合选用依据，同时，考虑管材自身特性、原材料特性选择一个适合管材。对化工企业来说，选择适合管材既能保障生产全过程的安全，还能保障企业经济效益。

1" 化工管道设计和材料选用原则

1.1" 化学工程管道设计

对国内管材与ASTM管材的设计、制造、焊接的标准有所不同，两种管材进行设计与制造时需遵循相关标准，如国内管材需遵循GB50316标准。此外，由于标准不同，两种管材的检验标准也有所不同。

化工企业工作人员可把输送介质作为选材标准，选择适合本企业化工生产的管材，如输送的材料具有易燃特点，就可选择沸腾钢；如输送材料危害性较强，就可选择优质钢；如输送的介质腐蚀性较强，就可选择耐腐蚀的管材[1]。常见的化工管道设计图如图1所示。

1.2" 选用原则

1.2.1" 管材性质为重点考虑因素

对于化工设计来说，选择适合的管材必须考虑该种材料的性质，同时，考虑该种管材的可用范围、特性与原材料的适应性，只有充分考虑到管材性质，才能确保管材选择科学合理。比如，许多化工生产项目的原材料具有高危险性，此时，工作人员不应选择铁质材料，可从钢制材料中选择适合的材料，以保障管道的脑腐蚀性。如该化工工程作业时需输送易燃物质，就必须使用沸腾钢，确保输送全过程安全[2]。

1.2.2" 管道设计流程为选材基础

选择管材时，工作人员需严格按设计流程开展工作，必须保证管材完全符合设计要求，才能为化工生产的运输环节提供安全保障。可以说，管材设计流程是选择的基础。管材选定后，工作人员可根据设计流程确定后续工作和工期，进一步提高化工生产、材料运输的安全性。

1.2.3" 介质温度为选材主要依据

对化学原材料进行加工后会产生化学反应，这个过程也会释放热量，使温度升高或降低，基于此，工作人员选材时需考虑介质温度。除此之外，工作人员还需了解化学介质特性，避免运输、化学反应等环节中温度升高或降低带来的危险[3]。

1.2.4" 管道厚度为安全保障

化工工程中，管道起到运输作用，而化工工程中所使用的材料常常具备腐蚀性，如管道厚度不够，腐蚀性强的原材料泄露，就会产生严重的安全问题，甚至引发重大事故，因此，工作人员不仅要根据相关标准选材，还要重视管道厚度。只有管材厚度符合标准，才能保障化工工程按期完成生产任务，进而保障企业经济性。

2" 管材选用参考依据分析

首先，管材选用需以相关法律法规为依据，保障所选管材能达到设计标准，其次，管材特性及参数应是工作人员重点关注内容。在对管材进行检测时，工作人员需认真分析该类材料的成分、抗腐蚀性等，重点考虑有毒成分，同时，对管材的易燃问题、易爆问题进行监测，该检测结果是管材选用的重要依据，既对工程安全有影响，又与企业经济性有直接联系。化工工程中，运输具有腐蚀性的材料较多，因此，必须把耐腐蚀性检测作为重点，以保障管道使用有效性。此外，经济性也是管材选用的主要依据之一，对化工企业来说，主要的成本支出来自于设施建设，而管材是设施建设中不可缺少的重要部分，要想提高经济收益，才保证安全的前提下控制成本，就必须考虑管材成本，因此，工作人员应基于经济价值角度，考虑选择管材[4]。

3" 化工设计中常用管材选用分析

3.1" 耐热管材

抗热冲击性强、耐高温的管材被称为耐热管材，在化工生产中，如原材料或运输介质具有高温特点，化工企业均会选择该类管材。此外，该类管材还将具有耐氧性和抗腐蚀特点。一项化学工程中，运输是必不可少的重要性，如该化工企业使用高温钢管，其抗氧性能为运输环节提供保障，确保有毒气味或液体不渗漏，极大地提高安全性[5]。

目前，我国化工均采用碳素钢作为运输原材料，其根本原因是，应用碳素钢后，材料表面会形成氧化膜，氧化膜会增加碳素钢的抗氧性，此时，工作人员可加入铝元素、铬元素，以延长抗氧时间、深化抗氧效果。此外，许多化工企业会在碳素钢中加入钼元素，让管道形成铬-钼合金，其主要原因是提高管道的抗氧化性，该种方法多应用在石油化工企业生产中[6]。

3.2" 低温管材

对化工企业来说，选择管材需重点考虑温度因素。通常情况下，化工企业生产过程中，经多到生产工序后会发生化学反应，原材料会散发温度，让室温降低，就目前化工企业生产而言，最高低温在-20 ℃，最低低温在-196 ℃，因此，工作人员需根据温度因素选择管材。比如，该化工工程的温度在-70 ℃以下时，合金钢不作为可用管材，该化工工程生产的温度在-70 ℃以上，但未达到-40 ℃，工作人员不可选择低合金钢管，该化工工程的温度在-40 ℃以上，但未达到-20 ℃时，碳素钢不做考虑。如该化工工程的温度在0～20 ℃之间，企业使用铁素钢作为管材，该类管材的脆性提高、韧性降低，为确保运输安全，就必须选择低温性能的管材[7]。

3.3" 高温管材

许多化工工程的生产环境是高温环境，因此，该类企业必须选择抗高温型的管材。基于化工管道设计，选择高温管材需考虑以下三个方面。一方面，由于不同环境的温度不同，管材抗拉强度也会随之变化；一方面，在温度不同的环境中，管材强度会呈现出反比例变化；另一方面，受时间因素影响，管材荷载力、强度等都会降低。此外，温度的升高会对管材产生影响，进而出现管材腐蚀等多个问题。化工企业生产时，室内温度达到350 ℃或以上，就可判定为高温环境，此环境中，无论管材耐腐蚀性高或低，均会出现不同程度的损伤。由此可见，选择高温管材时，也要考虑管材的耐腐蚀程度[8]。

碳素钢具有硬度高、可焊性降低的特性，使用碳素钢能减少成本，因此，许多化工企业均愿意使用碳素钢作为主要刚才。碳素钢如图2所示。

化工工程的环境温度为-30～425 ℃时，均可使用碳素钢，然而，该工程环境大于425 ℃时，碳素钢易出现石墨化，如企业发生此类情况，就必须添加合金元素，以增强碳素钢的稳定性。与此同时，工作人员可选择元素镇静钢等钢材，提高工程稳定性、安全性。

4" 化工设计中特殊介质管材选用分析

4.1" 塑料衬里管材

塑料衬里管材属于特殊介质管材，该类管材是塑料衬里，衬里的主要材料有两种，一种是聚四氟，另一种聚丙烯，仅有少部分塑料管材的衬里是其他材料。使用该类管材需注意环境温度，温度必须小于120 ℃，如高于120 ℃，就会出现苯溶解介质[9]。4.2" 苛性钠碱液管材

如化工工程中的运输介质就有腐蚀性，就需慎重选择管材。具有腐蚀特性的介质在拉应力的影响下，可能会让管道破裂，进而影响该工程进度，甚至带来安全问题。因此，选择苛性钠碱液管材时，需考虑温度因素及氢氧化钠因素[10]。

4.3" 硫酸管材

许多化工企业所生产的产品都具备腐蚀性，尤其是酸碱类产品，此类企业必须选择耐腐蚀的管材，比如，化工企业生产时硫酸浓度在95%以上，但不小于98%，就必须控制管道温度与压力，一般情况下，温度在20 ℃，压力在1.6 Pa。此外，还需注意腐蚀裕量，此种环境下，腐蚀裕量为1.5。此外，化工生产时需运输硫酸物质，可使用硫酸管材，该类管材保护膜为硫酸亚铁保护膜，能大幅度提高抗腐蚀性，而保障保护膜的完整，让该项工程如期完成，就必须控制硫酸流速。如化工企业温度条件相同，在此环境中运输硫酸，就必须根据工程实际情况安装适合的管材[11]。

4.4" 陶瓷管材

在化工工程非金属管材中，陶瓷管材是最常用管材之一。陶瓷管材具有三个特点，第一，陶瓷管材使用粘土制作而成，因原材料丰富，导致该类管材价格低、数量多；第二，陶瓷管材在耐腐性上表现优异，在化工生产中，可应用于各种有机介质、无机酸运输中，需要注意的是，运输氢氟酸不可用该类管材；第三，由于制作成本低、方法简单，该类管材的规模与种类最为丰富，可适用于多种工程中。陶瓷管道的类型可分为四种，第一种是离心浇铸复合陶瓷，第二种是贴片耐磨陶瓷，第三种是点焊装卡式耐磨陶瓷，第四种一体成型耐磨陶瓷。第四种陶瓷管道也被叫做陶瓷内衬复合钢管，该类管材的强度和耐热冲击性较好，与钢材相比，该类管材的耐磨性更高。基于该类管材的高耐磨性、耐腐蚀性、耐热冲击性，可用于化工工程中，让其负责输送有腐蚀性的颗粒物料。现阶段，化工行业已普遍使用陶瓷管材，让其形成耐磨耐腐蚀的规模性管道，用以负责运送塑料等颗粒物料。

4.5" 其他管材

聚氟乙烯也叫做ETFE，被称作塑料王，是化工" 企业使用的管材之一。该类管材具有较强抗腐蚀性和耐高温性，如化工企业的运输原材料具有较强酸性、碱性特征，就可选用ETFE。此外，该材料还具有耐蚀性，尤其是醇类物质，需要注意的是，使用该类管材时，需注意运输原材料是由含有聚四氟乙烯，其原因是聚四氟乙烯惠让其产生溶胀现象。现阶段，我国化工企业生产过程中，如材料具有腐蚀性物质，就可选用ETFE。

5" 结束语

综上所述，管材对化工工程的安全与经济性有直接影响，管材选择关系到化工企业的生产进度，因此，化工工程的工作人员需根据相关标准与依据选择管材，同时，要考虑原材料与管材特性，包括是否耐腐蚀、是否耐热、是否耐低温等，在结合该化工工程生产环境实际情况，选择最佳管材。只有选择好管材，才能保障运输原材料的安全与稳定，进而保障化工工程整体的经济性。

参考文献：

［1］刘成江. 化工管道设计中的材料选用探讨[J]. 商品与质量， 2018 （41）： 119.

［2］刘伟.化工设计过程中管道材料的选用分析[J].中国化工贸易，2018，（1）：26.

［3］安红卫.化工项目管道材料等级设计与选材要点[J]. 化工设计通讯， 2018， 44 （7）： 2.

［4］梁宏伟. 化工管道设计及材料等级选用探讨[J]. 化工管理， 2015 （20）： 4-6.

［5］左秋月. 化工项目管道材料等级设计与选材原则探析[J]. 2020， 12（20）：17-19.

［6］魏丹. 化工管道设计及材料等级选用[J]. 中国科技投资， 2018，21：42.

［7］左秋月. 化工项目管道材料等级设计与选材原则探析[J]. 2020， 12（20）：17-19.

［8］买涛. 化工设计过程中管道材料的选用研究[J]. 化工管理， 2020 （4）： 2.

［9］王禹. 化工设计过程中管道材料的选用研究[J]. 化工管理， 2018 （10）： 1.

［10］林峰. 化工工程设备管道与材料优化设计研究[J]. 新丝路， 2021 （6）： 1-10.

［11］焦佳月. 化工管道材料的选用原则探讨[J]. 名城绘， 2018 （9）： 1.

Discussion on Chemical Pipeline Design and Material Grade Selection

GUAN Ya-nan

（Wood Zone Co.， Ltd. Liaoning Branch， Shenyang Liaoning 110004， China）

Abstract： With the rapid development of industry in China， all chemical companies have realized the importance of pipeline design and material selection. In this paper， the chemical pipeline design and material selection principles and reference basis were analyzed. At the same time， the selection of heat-resistant pipelines， low-temperature pipelines， high-temperature pipes， caustic soda lye pipes， sulfuric acid pipes， ceramic pipes， and other pipes was also analyzed， so as to help staff to select suitable pipe.

Key words： Chemical pipeline design; Material grade; Selection