化工装置管道材料的设计及应用研究

1 化工装置管道材料简介

化工装置的管道设计要求比较高, 它涉及到了施工的工艺、设备选择、管道以及管道内部的一些元件等等多方面影响因素, 管道设计在达到一定的标准后才能保障化工装置的正常运行使用。管道材料的选择以及其设计对化工装置来说是非常重要的, 它对化工装置能否正常运行起着决定性的影响, 能够保证化工装置的安全运行, 实现了企业的合理投资。

化工装置材料的选择对于管道组成来说主要有这些内容:管道、管件、垫片、法兰、阀门、紧固件以及其他的辅材。选择管道材料主要参考文件有:管道材料的设计说明、等级索引表、材料等级表、壁厚表以及支管连接表等文件组成。管道材料的设计说明包括内容主要是设计标准、单位尺寸、材质、试验以及检验等内容;设计说明明确规定了常用管道元件如管件、法兰、阀门、螺栓以及垫片等的具体尺寸、公差的选择。管道材料的索引表则是对具体工程来说的, 它对流体的按压力、材料、温度等按照不同等级进行简要的阐述。管道材料等级表则是对管道等级来说的, 它对管道组成的所有元件进行标准、尺寸、材料以及型号等技术参数做出明确的规定, 对于化工装置的管道材料控制来说是非常重要的一项参考文件。同时, 管道材料等级表对化工装置的管道设计、材料汇总以及安装施工、维修等能够提供重要的依据。

管道的壁厚表对管道安装工程中的所有不同等级的管道规定了壁厚, 然后汇总成表格的方式。支管连接表则是针对主管上支管采取的不同根部连接方式作出了明确的规定。

2 管道材料选择依据分析

管道材料的选择需要注意以下因素的影响: (1) 介质特点:主要表现为毒性、易爆性、易燃性以及腐蚀性的特点, 主要是因为介质具有这些腐蚀作用, 如氧化、氢腐蚀、H2S腐蚀以及氧腐蚀等等反应造成。 (2) 介质的工作参数分析:主要是设计的温度及压力两方面的参数影响。 (3) 管道材料的选择需要综合考虑材料的各种性能因素, 包括力学性能以及物理、化学性能, 还有材料的焊接性以及机械性能等方面因素。此外, 材料的选择还要注意其经济性以及存货情况方面的影响。

3 化工装置管道材料的设计及应用原则

3.1 管道材料设计及选择原则

目前, 我国对管道材料的选择需要按照GB50316规定的标准及要求进行设计、安装、焊接、试验及检验。如果选择ASTM材料则要参照ASME B31.3规定进行。对于管道输送极度、高度危险介质以及液化烃等介质的压力管道应选择优质钢的材质, 对于可燃介质的输送, 管道的材质不能选择沸腾钢材质。并且, 管道用作输送腐蚀性材质时, 管道必须要具备良好的耐腐蚀性。对于局部位置腐蚀以及应力腐蚀需要按照现场具体的情况来进行分析, 均匀腐蚀的介质则要考虑其对管道的腐蚀速率进行材料的选择。

管道材料的使用温度参照GB50316中的规定温度上限来要求, 严禁温度超标。对于低温管道的材料选择来说, 需要按照ASME B31.3中的低温冲击试验来进行, 试验过程及结果必须要满足规定要求。如果碳钢或低合金管道的操作温度不小于200℃, 并且介质中含有氢气, 我们需要对管道的最高操作温度提升20-40℃的裕量, 并且还要对介质中的的氢气进行分压, 按照临氢作业用钢防止脱碳、微裂的极限操作来选择抗氢钢材。对于管道材料的壁厚来说, 按照设计运行时的腐蚀情况来选择。

3.2 管道、管道组成件

化工装置管道材料的选择以及管道的组成件必须要满足GB、HG等规范标准的要求, 材质、尺寸以及其他的要求都要符合规定标准。选择ASTM材料的管道以及其组成件必须要符合ASTM、ANSI/ASME、API、MSS、BS等规定中的要求, 材质、尺寸以及其他的要求都要符合规定标准。对于化工装置中的管道管径来说, DN32、DN65、DN90、DN125、DN550等不常用的管道要在设计中尽可能少的使用。

对于管道的组成件来说, 如法兰、阀门、紧固件以及垫片等必须要考虑以后在正常运行后的温度及压力。同时管道的组成件必须要考虑管道输送介质特性、毒性、易爆性、易燃性以及腐蚀性等影响的影响。如果局部管道安装的精度要求非常高, 我们需要对管道的公差进行合理的控制, 保证其在安装完成后能满足使用功能。

3.3 端面连接

化工装置的管道连接方式在具体施工时可以有几种连接形式, 比如法兰连接、螺纹连接、对焊以及承插连接、咬合连接等不同的方式。所有的管道连接时需要注意的是优先考虑焊接。

采用螺纹连接的方式时, 如果密封管螺纹为60°, 那么应道选择NPT螺纹, 且螺纹参照的规范标准为GB/T12716或是ASME B1.20.1;如果密封管螺纹为55°, 那么相应的规范参照标准为GB/T 7306.2。对于承插连接来说, 它的适用范围一般为DN≤40 (1 1/2") 的管道, 对焊连接则适用在DN≥50 (2") 的范围内。

放空/放净、丝堵、热电偶出口以及孔板法兰去点的等都是选择的螺纹连接。如果管道输送的介质存在易燃、易爆介质或是有毒介质时, 螺纹连接部位需要采用密封焊, 来保证接口的密封良好, 避免发生泄漏的事故。

3.4 氧气管道的材料选择及应用分析

氧气管道材料的选择首先必须要满足GB50030的标准要求。如果温度小于200℃时, 管道材质易选择304、304L的不锈钢材质;如果温度大于等于200℃时, 那么管道就需要选择Inconel 600的材质。需要注意的是, 氧气管道安装时的螺旋以及螺母尽量要选择不锈钢材质的。

氧气管道宜采用全通径阀门, 快开及快闭性的阀门要进行避免使用。同时, 严禁在氧气管道上使用闸阀。阀门填料一般都要选择膨胀石墨或是聚四氟乙烯。氧气管道的垫片尽量选择环垫、缠绕式垫片或是镍、铜材质的平垫片。

氧气管道及其组成件在安装施工前, 必须要全部进行脱脂处理, 包括施工中使用的辅材。同时氧气管道连接的发生尽量要选择焊接, 但是, 管道在同阀门以及设备进行连接时不得不采用法兰连接, 但是填料要采用聚四氟乙烯、一氧化铅或是水玻璃等材质, 严禁采用涂铅红的棉丝或是麻丝以及其它含有油脂材料作为填料。

4 结语

化工装置管道材料的设计及应用, 必须要考虑到管道能否满足工作需要, 并且要保证管道的安全以及长期使用。在设计时, 还要考虑到经济性的要求, 及能满足施工质量要求, 还要能达到企业的成本要求, 因此, 我们需要管道材料的设计及应用进行必要的分析。

摘要：管道材料的设计及应用对化工装置的质量影响非常大, 所以化工装置必须要做好管道材料设计的问题。本文通过对化工装置管道材料进行研究, 分析其设计合理性, 保证化工装置能安全使用, 并对管道材料的相关配件进行简单介绍。

关键词：化工装置,管道材料,设计,应用

参考文献

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