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【摘 要】化工安装工程作为石油化工业中的一项重要工作，做好化工管道材料的设计和选用工作，对于石油化工业的可持续发展具有重要的意义。基于此，笔者结合实际工作经验，分析了化工管道材料的设计与选用过程中存在问题的原因，进而提出了相应的解决措施，以期在实际工程操作中可以提供相应的理论借鉴与指导，为推进行业进步贡献自己的一份力量。
【关键词】化工管道；材料设计及选用；应对措施
引言
管道材料的设计，必须参照标准执行，ASME标准以及国标和化工部标准等。现在国内的采购主要涉及ASTM，GB标准，有时候，也有一些制造商自己的标准要求。常用的管道材料有碳钢，以及不锈钢，主要是用316L以及304L，还有塑料管道，常用的有pp管，pvc管道，玻璃钢等，采购时成套的比采购量少的会便宜。
一、管道材料的选取
1、盐酸管道选材
30%与15%的盐酸取用pp材料的管道，外包裹玻璃钢，在选取时我们首先要考虑聚丙烯的材料特性。
1.1聚丙烯材料特性
短期液压强度（环应力16Mpa，1h，20）不破裂，不渗漏。
长期液压强度（环应力4.8Mpa，48h，80）不破裂，不滲漏。
长期液压强度（环应力4.2Mpa，170h，80）不破裂，不渗漏。
此管材不仅具有长久的使用寿命，而且在某些额定温度、压力状况下，此管材卓越的耐腐蚀性能，能耐大多数化学物品的腐蚀，可在很大的范围内承受PH值范围在1-14的高浓度酸和碱的腐蚀。常见的酸、碱有机溶剂对它几乎不起作用。耐热保温节能，管材最高使用温度95℃左右，该产品的导热系数仅为钢管的1/200，故有较好的保温性能。可靠的连接性能，PP管材热熔接口的强度高于管材本体，接缝不会由于土壤移动或载荷的作用而断开。良好的施工性能，PP管材质轻，焊接工艺简单，施工方便，工程综合造价低。
1.2聚丙烯/玻璃纤维增强塑料（PP/FRP）复合管道
PP/FRP复合管道是由聚丙烯管作内衬，玻璃钢作外增强层，经机械缠绕工艺复合制成。具有耐腐蚀性能好、耐温性好（-15～100℃）、耐高压、可设计性强、抗冲击性能良好、流体阻力小、无电化学腐蚀、无毒、投资省、安装方便等优点、可广泛用于油田、化工、机械、冶金、轻工、电力、矿山等行业，还由于PP的无毒性，可应用于食品、制药等领域。 PP/FRP复合管道可以克服单一PP管道和FRP管道的缺点。
2、硫酸管道选材
对于普通碳钢管来说，对于流速限制要求严格，由于碳钢在硫酸中的抗腐蚀性取决于其表面生成的一层硫酸亚铁保护膜，当这层保护膜被破坏时，其抗腐蚀能力大大下降，结果是腐蚀速率急剧增加。为了保护这层保护膜，应严格限制硫酸的流速，相同的对于浓硫酸这种介质来说，如果温度不同，有伴热，那需要重新考量材料的选取，可选择不锈钢，在操作温度29。C，操作压力2.0MPa下，硫酸的腐蚀裕量达到3，相应管道材料可选用316L。
3、氧气管道选材
氧气管道属于GC2类管道，如果氧气管道出现意外，轻则停产抢修，出于成本控制等原因的前提下，一般以选取碳钢和不锈钢管为主，在压力为0.33～0.55MPa下，可优先选用碳钢管，氧气选材时需综合考虑管道的流速和压力。
对于易受氧气冲击的地方，通常要选用5倍外径并不小于1.5米长度的不锈钢管，紫铜管或者黄铜管。氧气管道管件选材的时候，弯管是禁用褶皱弯头的，一旦使用，氧气气流冲击很可能引起爆燃事故，而且此管道上多用大半径弯头，采用冷弯或者热弯制造碳钢弯头，我们设计时需要保证碳钢弯头的弯曲半径不小于管道外径的5倍，采用无缝或者压制焊接碳钢弯头，弯曲半径应当不小于管外径的1.5倍，采用不锈钢无缝或压制弯头，弯头弯曲半径不应小于管道外径，氧气管道上选取阀门时，在工作压力为0.55MPa和0.33MPa时不能采用闸阀，阀门的阀体材料必须选用全不锈钢或者铜材料的。
二、管道材料代用
1、代用状况
在老厂集中大修期间表现的尤为明显，由于老厂停车检修的时间是有限的，很多时候，装置停车时间也会不一致，可以切断不影响其他装置运行的先停，但这时候是需要施工立即补上去，把该换的换了的，管道的材料已经提前很久分发给了承包商，但由于各种原因承包商造成管道材料的丢失，时间又很紧急，且有些装置一天都多停不得，停了整个厂都得瘫痪，开车在即，毕竟多停一天对业主来说就是一个有清楚数目能看得到的巨大经济损失，所以这时候管道材料代用就出现了，材料的代用范围很广，我们通常从管道材料设计过程进行考虑。
2、代用形式
2.1壁厚代用
材料牌号、制造标准等都符合设计要求，壁厚小于设计值时要进行强度核对；壁厚大于设计值要考虑该管道是否由于壁厚增加而引起管子刚性增大，引起管系应力以及设备管口的力和力矩超出设计范围，在老厂改造中，老管线很可能是好几年以前的了，壁厚肯定和我们最新的选用壁厚不同，而且看起来，老管线壁厚都是偏薄，需要应力分析专业进行确认。有些项目中大多数动设备的配对法兰都是由厂家供货，而在设计过程中并未给厂家提供管道的管表号或者是壁厚，导致现场到货的配对法兰大部分的壁厚同管道不一致，有些差别还比较大，必须进行二次加工。这也是设计选材时候需要注意的。
2.2材质代用
（1）同材料的国标材料代用美标材料，首先要考虑材料使用的温度范围是否满足要求。例如设计选用美标的碳钢材料、设计温度低于-20℃就不能代用；当设计温度没有超出代材范围时，对于法兰和阀门要核对温压表，超出温压范围不能代用或提高其压力级别；对于管子和管件需要进行强度计算、核对设计壁厚是否满足要求。
（2）不同材料的代用，要考虑介质对材料的腐蚀性，考虑温度范围是否满足要求，考虑是否需要核对阀门和法兰的温度和压力关系，考虑是否需要进行强度计算。一般来讲以高代低，如316可以代用304、316L可以代用304L。
（3）在施工材料不足并且采购周期不短的非常规时间，一些新的阀门，通常一些老厂同介质同操作工况的相同材质管线上老的阀门型号，也可以紧急用在新的管线上，项目仓库应该也会有一些剩余的前期施工留下来的备件。
2.3制造标准代用
原则以高代低，如GB5310可以代用GB/T8163。
2.4有缝钢管和无缝钢管之间的代用
无缝钢管可以代用有缝钢管；有缝钢管代用无缝钢管其钢管焊缝须进行100%射线探伤，所有焊接管应有与无缝管相同的机械性能。
三、管道设计选材的重要性
设计管道时材料选择要慎重，某项目设计人员选材出现错误。地下管网（污水系统）的材料全部选错。按照管材专业发的条件要求，应该选碳素钢，而水道专业却选成了塑料聚氯乙烯材料。到施工末期才发现该问题，所有的地下管网已经施工完毕，水泥地面已经施工结束。这样的返工量相当大，给项目带来的损失也是不小的。此外，材料的选材还应考虑螺栓螺母，垫片等，这些紧固件虽小，但却是不可缺少的，他们的质量对工厂的安全起到至关重要的作用，很多时候的事故就是由这不起眼的一片垫片选择有问题，或者螺栓强度不够引起的。
结束语
在项目的执行过程中，特别是设计选材阶段，也要要求管道设计人员提高项目的经济意识，身为设计人员需要打破以前单纯设计项目的观念。为实现项目成本控制，同管材以及工艺专业人员一道积极参与到管道选材上面来。
参考文献：
[1]杨磊磊.化工管道材料合理选择与研究[J].化工管理.2014（21）：123.
[2]卢鸿鹤，李德友.浅谈输卤管道材料的选用[J].化工设备与防腐蚀.2001（04）：98.
[3]张鹏飞.化工装置管道材料的设计和选用[J].辽宁化工.2013（05）：101.
【关键词】化工管道；材料设计及选用；应对措施
引言
管道材料的设计，必须参照标准执行，ASME标准以及国标和化工部标准等。现在国内的采购主要涉及ASTM，GB标准，有时候，也有一些制造商自己的标准要求。常用的管道材料有碳钢，以及不锈钢，主要是用316L以及304L，还有塑料管道，常用的有pp管，pvc管道，玻璃钢等，采购时成套的比采购量少的会便宜。
一、管道材料的选取
1、盐酸管道选材
30%与15%的盐酸取用pp材料的管道，外包裹玻璃钢，在选取时我们首先要考虑聚丙烯的材料特性。
1.1聚丙烯材料特性
短期液压强度（环应力16Mpa，1h，20）不破裂，不渗漏。
长期液压强度（环应力4.8Mpa，48h，80）不破裂，不滲漏。
长期液压强度（环应力4.2Mpa，170h，80）不破裂，不渗漏。
此管材不仅具有长久的使用寿命，而且在某些额定温度、压力状况下，此管材卓越的耐腐蚀性能，能耐大多数化学物品的腐蚀，可在很大的范围内承受PH值范围在1-14的高浓度酸和碱的腐蚀。常见的酸、碱有机溶剂对它几乎不起作用。耐热保温节能，管材最高使用温度95℃左右，该产品的导热系数仅为钢管的1/200，故有较好的保温性能。可靠的连接性能，PP管材热熔接口的强度高于管材本体，接缝不会由于土壤移动或载荷的作用而断开。良好的施工性能，PP管材质轻，焊接工艺简单，施工方便，工程综合造价低。
1.2聚丙烯/玻璃纤维增强塑料（PP/FRP）复合管道
PP/FRP复合管道是由聚丙烯管作内衬，玻璃钢作外增强层，经机械缠绕工艺复合制成。具有耐腐蚀性能好、耐温性好（-15～100℃）、耐高压、可设计性强、抗冲击性能良好、流体阻力小、无电化学腐蚀、无毒、投资省、安装方便等优点、可广泛用于油田、化工、机械、冶金、轻工、电力、矿山等行业，还由于PP的无毒性，可应用于食品、制药等领域。 PP/FRP复合管道可以克服单一PP管道和FRP管道的缺点。
2、硫酸管道选材
对于普通碳钢管来说，对于流速限制要求严格，由于碳钢在硫酸中的抗腐蚀性取决于其表面生成的一层硫酸亚铁保护膜，当这层保护膜被破坏时，其抗腐蚀能力大大下降，结果是腐蚀速率急剧增加。为了保护这层保护膜，应严格限制硫酸的流速，相同的对于浓硫酸这种介质来说，如果温度不同，有伴热，那需要重新考量材料的选取，可选择不锈钢，在操作温度29。C，操作压力2.0MPa下，硫酸的腐蚀裕量达到3，相应管道材料可选用316L。
3、氧气管道选材
氧气管道属于GC2类管道，如果氧气管道出现意外，轻则停产抢修，出于成本控制等原因的前提下，一般以选取碳钢和不锈钢管为主，在压力为0.33～0.55MPa下，可优先选用碳钢管，氧气选材时需综合考虑管道的流速和压力。
对于易受氧气冲击的地方，通常要选用5倍外径并不小于1.5米长度的不锈钢管，紫铜管或者黄铜管。氧气管道管件选材的时候，弯管是禁用褶皱弯头的，一旦使用，氧气气流冲击很可能引起爆燃事故，而且此管道上多用大半径弯头，采用冷弯或者热弯制造碳钢弯头，我们设计时需要保证碳钢弯头的弯曲半径不小于管道外径的5倍，采用无缝或者压制焊接碳钢弯头，弯曲半径应当不小于管外径的1.5倍，采用不锈钢无缝或压制弯头，弯头弯曲半径不应小于管道外径，氧气管道上选取阀门时，在工作压力为0.55MPa和0.33MPa时不能采用闸阀，阀门的阀体材料必须选用全不锈钢或者铜材料的。
二、管道材料代用
1、代用状况
在老厂集中大修期间表现的尤为明显，由于老厂停车检修的时间是有限的，很多时候，装置停车时间也会不一致，可以切断不影响其他装置运行的先停，但这时候是需要施工立即补上去，把该换的换了的，管道的材料已经提前很久分发给了承包商，但由于各种原因承包商造成管道材料的丢失，时间又很紧急，且有些装置一天都多停不得，停了整个厂都得瘫痪，开车在即，毕竟多停一天对业主来说就是一个有清楚数目能看得到的巨大经济损失，所以这时候管道材料代用就出现了，材料的代用范围很广，我们通常从管道材料设计过程进行考虑。
2、代用形式
2.1壁厚代用
材料牌号、制造标准等都符合设计要求，壁厚小于设计值时要进行强度核对；壁厚大于设计值要考虑该管道是否由于壁厚增加而引起管子刚性增大，引起管系应力以及设备管口的力和力矩超出设计范围，在老厂改造中，老管线很可能是好几年以前的了，壁厚肯定和我们最新的选用壁厚不同，而且看起来，老管线壁厚都是偏薄，需要应力分析专业进行确认。有些项目中大多数动设备的配对法兰都是由厂家供货，而在设计过程中并未给厂家提供管道的管表号或者是壁厚，导致现场到货的配对法兰大部分的壁厚同管道不一致，有些差别还比较大，必须进行二次加工。这也是设计选材时候需要注意的。
2.2材质代用
（1）同材料的国标材料代用美标材料，首先要考虑材料使用的温度范围是否满足要求。例如设计选用美标的碳钢材料、设计温度低于-20℃就不能代用；当设计温度没有超出代材范围时，对于法兰和阀门要核对温压表，超出温压范围不能代用或提高其压力级别；对于管子和管件需要进行强度计算、核对设计壁厚是否满足要求。
（2）不同材料的代用，要考虑介质对材料的腐蚀性，考虑温度范围是否满足要求，考虑是否需要核对阀门和法兰的温度和压力关系，考虑是否需要进行强度计算。一般来讲以高代低，如316可以代用304、316L可以代用304L。
（3）在施工材料不足并且采购周期不短的非常规时间，一些新的阀门，通常一些老厂同介质同操作工况的相同材质管线上老的阀门型号，也可以紧急用在新的管线上，项目仓库应该也会有一些剩余的前期施工留下来的备件。
2.3制造标准代用
原则以高代低，如GB5310可以代用GB/T8163。
2.4有缝钢管和无缝钢管之间的代用
无缝钢管可以代用有缝钢管；有缝钢管代用无缝钢管其钢管焊缝须进行100%射线探伤，所有焊接管应有与无缝管相同的机械性能。
三、管道设计选材的重要性
设计管道时材料选择要慎重，某项目设计人员选材出现错误。地下管网（污水系统）的材料全部选错。按照管材专业发的条件要求，应该选碳素钢，而水道专业却选成了塑料聚氯乙烯材料。到施工末期才发现该问题，所有的地下管网已经施工完毕，水泥地面已经施工结束。这样的返工量相当大，给项目带来的损失也是不小的。此外，材料的选材还应考虑螺栓螺母，垫片等，这些紧固件虽小，但却是不可缺少的，他们的质量对工厂的安全起到至关重要的作用，很多时候的事故就是由这不起眼的一片垫片选择有问题，或者螺栓强度不够引起的。
结束语
在项目的执行过程中，特别是设计选材阶段，也要要求管道设计人员提高项目的经济意识，身为设计人员需要打破以前单纯设计项目的观念。为实现项目成本控制，同管材以及工艺专业人员一道积极参与到管道选材上面来。
参考文献：
[1]杨磊磊.化工管道材料合理选择与研究[J].化工管理.2014（21）：123.
[2]卢鸿鹤，李德友.浅谈输卤管道材料的选用[J].化工设备与防腐蚀.2001（04）：98.
[3]张鹏飞.化工装置管道材料的设计和选用[J].辽宁化工.2013（05）：101.