浅论管道材料的选用

浅谈管道材料的选用

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合理选择管道材料是材控专业的主要任务。本文共分两大部分：材料和管道元件。在第一部分中，重点介绍了黑色金属;在第二部分中，主要针对国内现状，讨论了管子、管件、法兰、垫片、紧固件、阀门等管道元件的选用问题。

一概述

ﻭ管道是装置重要组成部分,它犹如人体内的血管,起着非常重要的作用。装置能否正常生产与管道是否正常工作关系密切。有资料表明，石化行业中发生的事故造成停车、人身伤亡、财产损失等，有近一半是由于管道出现问题造成的。另外，管道费用约占装置投资的10~3０％,对总投资起着举足轻重的影响。而管道是由管道元件组成的，由此可见,合理选择管道元件,就显得尤为重要。但由于涉及的因素较多，比较复杂,所以一直是材料设计人员的重要研究问题。本文就这一问题谈一点个人的体会和看法。由于本人的理论水平和实际经验等方面的原因,文中的错误和不妥之处一定不少,敬请领导批评指正。

二材料

ﻭ鉴于篇幅有限，一下主要讨论黑色金属,对非金属及补里也作一简单介绍,不讨论有色金属。ﻭ(一）

黑色金属ﻭ１铸铁ﻭ铸铁由于铸造性能与切削性能好,而且成本低，虽然它的机械强度比钢差,但在低压管道上一直广泛应用。例如，在渭河化肥厂合成氨装置中，日本宇部公司在冷却水、饮用水、低压（≤０.３4Mｐa)蒸汽、仪表空气等介质的管系中，全部闸阀、截止阀、止回阀、碟阀、球阀等采用铸铁。国内公用工程管道所用阀门与弯头、三通等管件也一直采用铸铁。但由于国内铸铁阀门大多数是由中小企业生产，质量低劣，目前,除少数介质（如浓硫酸、浓硝酸、仪表空气等）外，大多数工艺介质管道元件都不采用铸铁。本人认为,如果我们与阀门厂加强合作,在设计上提出详细的合理的技术要求,对Ｄ类流体[非易燃和无毒流体，设计压力≤10.5Kｇf/cm2,设计温度:-29~１86℃。(注1）]管道元件可以采用铸铁,以降低工程投资,增加经济效益。ﻭ2碳钢ﻭ碳钢是现代工业中使用最广泛的金属材料之一,在石化工业上也不例外。之所以如此,主要是由于碳钢具有优良的机械性能和工艺性能。作为管道材料,常用的有10号钢,20号钢,Q235-A等。ﻭ需要说明的是，由于碳钢在800℉（４27℃)以上会引起石墨化现象,致使机械性能降低,所以，在AＮＳI/ASMＥＢ3１．3中规定A53－A,Ａ53-Ｂ，Ａ106-Ａ，A1０6-Ｂ等碳钢材料的使用上限为８00℉。在国内,各行业规定不

统一。本人认为,10号钢与20号钢的上限温度应规定为425℃,Q２35-Ａ的上限温度应规定为3０0℃(但作为紧固件时,上限温度应为200℃）。

3 合金钢ﻭ合金钢分为低合金钢（合金元素含量≤５%）、中合金钢(合金元素含量为5~10％)、高合金钢三大类。在这类钢中,按其特性又可分为低温钢、高温钢、不锈钢等。ﻭ(１）低温钢ﻭ按照中国标准,温度在-2０~-１96℃之间为低温。用于低温的合金钢有16Mn、09ＭnV、

16Mｎ的使用下限温度为－4０℃。0９MｎＶ和０９Mn２V的09Mｎ２V、奥氏体不锈钢等。ﻭ

使用下限温度为-70℃。奥氏体不锈钢的使用下限温度为-196℃。ﻭ(2）高温钢

一般将温度＞35０℃称为高温。这里主要讨论含Cr元素与Mo元素的珠光体－马氏体型高温钢。同奥氏体不锈钢相比，这类钢有如下特点:膨胀系数较小,导热系数大,抗高温氧化性能和抗氢腐蚀性能较好,高温强度较高，工艺性能好，价格低等。ﻭ常用的有12CrMo、１5CrMo、1２Cr1MoV、1２Cr2Ｍo、1Ｃr5Ｍｏ等。ﻭ在上述几种材料中，需特别讨论１2Cr１ＭoV材料。该材料具有比上述其它几种材料更优异的综合机械性能。另外同1Cr５Mo相比，它的含铬量较低，所以价格也低,有资料表明：它的价格为1Cr５Mo价格的一半。正因为如此，在渭河化肥厂合成氨装置中,日本宇部公司大量采用了与之相近似的材料（注２),应用的场合有：高压(4.0MPa）蒸汽,高温高压（设计温度范围为2９０~4８０℃,设计压力范围为6．6～1４.9MPa)工艺气体。在吉化芳烃装置中,日本东洋公司在高压蒸汽和含氢的高温（最高温度551℃)工艺介质管线上采取了与宇部公司相同的作法。本人认为，在设计条件允许的前提下，优选12Cｒ1MoV的作法在我们今后的设计工作值得考虑。

（3)不锈钢

不锈钢属于高合金钢。不锈钢主要分为奥氏体不锈钢、铁素体不锈钢、双桐不锈钢(即奥氏体-铁素体不锈钢）、马氏体不锈钢。其中,最常用的为奥氏体不锈钢。

A 奥氏体不锈钢ﻭ奥氏体不锈钢有良好的韧性、塑性、焊接性、耐腐蚀性以及优异的低温和高温特性，因此，应用非常广泛。它的主要缺点是:含贵重的合金元素Nｉ较多,不耐含Cl-介质的腐蚀，切削加工性能较差等，从而使其应用又受到一定的限制。ﻭ常用的奥氏体不锈钢有:0cr18Ni９、00Cr18Ni１0、0Ｃr１７Ni１2Ｍo2、00Cr１7Nｉ１4Mo2、１Cr18Ni9Ti等。其中1Ｃr１8Nｉ9Ti在过去应用较多，但由于该材料含碳元素较多,焊缝附近材料的晶间容易产生贫铬区，从而造成晶间腐蚀破坏,所以,一般可不选用它。ﻭ

B 铁素体不锈钢ﻭ铁素体不锈钢的主要成分是Fe与Cr。它与奥氏体不锈钢同属比较古老的不锈钢材料，但由于其脆性倾向大(特别是475℃脆性问题）,焊后耐晶间腐蚀性能较差等原因，使它的应用受到很大的限制。但是，18-8型铬镍不锈钢对应力腐蚀断裂有高度敏感性，促使耐应力腐蚀性能较好的铁素体不锈钢得到一定发展。特别是冶金水平的提高,使高钝(含碳、氮极低)铁素体不锈钢的工业化生产成为现实,基本上克服了铁素体不锈钢的上述缺点，它又变成了一种耐腐蚀