化工装置管道材料的设计和选用分析

关键词：装置设计化工管道

由于化工管道对设计的要求较高, 要考虑到工艺要求、设备、管道、管道内部元件等因素, 只有合理的管道设计才能保证化工装置的顺利投入使用。选取管道材料与设计是化工装置的重要环节, 与化工装置的使用有着直接的作用, 是保证装置操作安全、投资合理的关键。

一、简述化工装置管道材料

化工装置管道材料设计包括管件、管道、垫片、阀门、法兰、紧固件等, 有关化工装置管道材料设计文件做出以下说明, 管道材料等级索引表、管道壁厚表、管道材料登记表及只管连接表, 对管道材料设计的各部件均有具体要求, 例如管道标准、材料单位、管子、管件、螺栓、阀门、垫片等。管道材料等级索引表是指某项项目中, 将流体按照温度、使用材料、压力等分成多等级, 并对其作出介绍。管道材料等级表是指某个具体管道中的等级介绍, 其中包括所有参与装置的组成部件, 例如管件、管子、螺栓、阀门、垫片及其相关配件, 管道等级是指各部件的材料、规格、型号、尺寸等, 管道材料等级表是管道材料控制专业编制中的关键内容, 同时也是管道设计、材料汇总、施工与维修养护等工作开展的前提。

管道壁厚表、管道只管连接表是基于管道材料等级表下, 前者是对不同管径等级的管道壁厚制成表格并给出具体说明, 后者是对主管引出支管的根部连接方式作出介绍。

二、化工装置管道材料的设计和选用原则

从实际的化工装置出发, 对不同的管道材料设计及其特点选择相应的材料, 考虑到工况, 选择经验丰富的管道材料设计方案。

1. 管道材料的设计和选用原则

根据选用材料的差别, 对其设计工艺也应作出调整, 例如国内管道材料应根据GB50316标准开展管道设计、管道制造、管道焊接及其工艺处理, ASTM管道材料根据相应标准来进行管道设计、管道制造、管道焊接及其工艺处理, 其检验标准、试验标准也随之变化。根据输送介质的严重程度选择相应的材料, 通常极度危险、高度危害等介质与液化烃的压力管道制造材料大多选用优质钢, 输送可燃介质管道材料必须使用沸腾钢。输送腐蚀介质管道根据实际的腐蚀情况选择相应的材料, 如下表1所示。

管道材料的使用温度GB 50316、ASM E B31.3标准的温度以下, 低温管道用材料按照ASM E B31.3标准来进行低温冲击试验, 此标准中对试验合格也有一定的要求, 材料是否通过参照试验合格标准。管道材料的操作温度超过二百摄氏度, 当管道输送介质中带有氢气的材料有碳钢、低合金钢管道, 提高标准的操作温度不超过四十摄氏度左右, 并给予一定含有氢气的分压, 根据实际需求选择抗氢材料。

2. 管道及组成件

选用合适的管道材料调整设计工艺, 国内管道材料及其组成材料应符合GB、HG标准的材料和尺寸要求, ASTM管道材料及其组成材料应符合ASTM、API、BS标准的材料和尺寸要求。尽量规避或减少使用经验少的管径标准, 例如DN65、DN125、DN90、DN550等, 管道组成部分的材料有要垫片、法兰、阀门等, 紧固件考虑到不同工况下的压力、温度、介质腐蚀性、燃爆性、毒性、磨蚀性, 对相应参数要求或高精度标准的管道工艺应及时作出调整。

3. 端面连接

常用的化工装置管道连接包括法兰连接、螺纹连接、咬合连接、焊接等, 在化工装置中尽量选用焊接来连接各管道材料。管道螺纹连接时根据标准的不同, 选用不同的螺纹连接方案, 例如60°密封管螺纹与NPT螺纹, 其标准可选用GB/T12716与ASM E B1.20.1, 55°密封管螺纹可选用GB/T 7306.2螺纹标准。

螺纹连接适用于丝堵放空时孔板法兰的取压点、热电偶出口, 当含有氢气、烃气、易爆介质、有毒介质的螺纹连接, 应使用密封焊。

4. 氧气管道材料的选择

氧气管道材料可根据GB50030的标准来进行选择和设计, 根据使用温度的不同选用相应的材料, 使用温度小于二百摄氏度可选择304、304L标准的不锈钢作为管道材料, 使用温度大于二百摄氏度管道材料可选择Inconel600。氧气管道中螺栓、螺母最好选用不锈钢材料, 氧气管道避免使用快开型阀门或快闭型阀门, 禁止使用闸阀, 建议使用全通径阀门, 其中阀门填料可使用膨胀石墨或聚四氟乙烯等物质。氧气管道的垫片材料可选用镍金属环垫、镍金属平垫、铜金属平垫、缠绕式垫片等, 氧气管道及其组成部件需进行脱脂处理, 氧气管道的各端口、各种材料的连接方式是焊接, 在与阀门、设备连接时填充材料可为聚四氟乙烯薄膜、水玻璃、一氧化铅等, 禁止使用含有铅红的麻丝、棉丝、油脂材料。

结束语

综上所述, 化工装置工艺管道设计是一项复杂的项目设计, 对设计人员的要求较高, 设计人员需要具备一定的专业知识与设计理念。管道材料的设计、选用与化工装置有着直接的关系, 科学合理的管道材料的设计与选用是保障装置安全运作的前提。

摘要：在化工装置中管道材料的设计是最关键的内容之一, 科学合理的管道设计对整体的化工装置起到重要的作用, 因此, 如何设计安全、合理的管道式化工装置中首要考虑的问题, 本文从化工装置管道材料出发, 对塔、泵、冷换设备等化工管线设计进行了分析, 探讨了化工装置管道材料的设计工艺, 并提出相应的注意事项, 为今后的化工管道设计打下良好的基础, 具有一定的借鉴效果。

关键词：石油化工,管道,化工材料,设计