化工生产中管道材料的选择

化工生产中管道材料的选择

【摘要】在化工厂管道设计中，管道的选材是一个至关重要的问题。它关系到是否满足装置生产全过程配管的各种操作工况，并确保安全生产，无事故，以及是否经济、合理。本文主要从不同操作温度等工况对材料性能产生的影响出发，概述了几种温度情况下管道材料的选择，并指出了针对某些特殊介质和工艺要求如何合理选择相应管材及注意事项。

【abstract】it is an important issue to select pipe material during chemical plant design. it is interrelated with if it satisfies all of operation conditions of piping for complete producing process. it should insure producing safety and without accident. it could be economy and reasonableness. this article specifies pipe material selection under the some operation temperature conditions according to different temperature effecting on material performance. this article also describes how pipe material is selected with reason and noticeable things for some special mediums and process requirements.

【关键词】化工生产管材高温管道低温管道耐热用钢管【key words】chemical engineering production pipe material high temperature pipe cold temperature pipeheat-resistant

steel pipe

1 引言

在石化、化工生产中，压力管道发生的事故所占比例较高，而事故之中，管道材料的设计选择错误往往又占到了一定的比例。如何去正确选择管材，使其能很好满足装置生产中的各种操作工况，并确保安全生产，在此基础上更加经济，是至关重要的。

要在石化、化工生产中正确选到合适的管材，就应该先对管材有所了解，对各种管材的性能有所掌握。

管道材料应根据所输送的介质特性和外部环境来的选择。所输送的介质特性包括介质在操作条件下的物理性质、化学性质、操作温度、操作压力等。外部环境指管道所处地方的各种条件，包括气候状况、环境温度、环境湿度、环境压力、腐蚀程度等。

本文主要从不同操作温度等工况对材料性能产生的影响出发，概述了几种温度情况下管道材料的选择，并指出了针对某些特殊介质和工艺要求如何合理选择相应管材及注意事项，希望对今后的管道设计选材工作提供有益的帮助。

2 常温、中低压管道的材料选择

常温、中低压的操作环境对管材的力学性能要求并不高，所以管材比较好选。

如果介质没有腐蚀，无毒等其他特殊要求，就可以选用以下管材：1> 低碳有缝钢管：使用条件为0~200℃的低压管道。管道材料可

为q235a、q215a、q235af、q215af 等。可选用的国家标准《低压流体输送用焊接钢管》 gb3091 、《低压流体输送用焊接钢管》

gb3092等。

2> 低碳无缝钢管：使用条件为-20~200℃中低压管道。管道材料可为20#、10#、16mn、09mnd 等。可选用的国家标准《低压流体输送用无缝钢管》 gb8163 、《中低压锅炉用无缝钢管》 gb3087等。

3 高温管道的材料选择

3.1 金属材料的高温力学性能

在化工生产中，高温管道经常遇到。高温情况下，材料的性能比较复杂，而且容易多变。一般来说，与常温承载相比，高温承载的金属力学性能有如下特点：

1> 屈服强度σs会随温度t升高而降低，塑性则会随温度t升高而升高；

2> 与荷载持续时间密切相关：随着时间的推移，会产生蠕变现象；

3> 抗拉强度σb随着温度t的升高反而下降；

4> 同时，在高温下环境介质对材料腐蚀会加强。

3.2 高温管道材质的选择：

温度超过350℃就称之为高温。

在化工生产装置里，高温并伴有腐蚀的管道必须使用耐腐蚀材料；高温、不伴有腐蚀的管道则应使用高温、高压钢管。

碳素钢的上限使用温度为425℃左右，超过该温度时，用沸腾钢和a1镇静钢比si镇静钢更为优越。但是，碳素钢在425℃左右会引起石墨化现象，致使强度下降，所以必须添加合金元素以改善碳素钢的高温强度。mo在fe中固溶成为稳定的碳化物，可提高蠕变强度。常用到的低合金无缝钢管（16mn、12grmo、15crmo等）可在350~550℃的高温工况下使用。

不锈钢（18cr-8ni~25cr-20ni）的高温强度高，特别是18-12mol、18-8-ti\18-8-nb等合金元素的影响更为优越，可在-196℃（低温）及≥600℃（高温）工况下使用。

在fe内单独添ni至28%以上时，在常温下也不会形成奥氏体。可是，同时添加ni、cr至cr18%、ni8%时，便可形成奥氏体组织。而且cr远比ni价廉，所以18-8钢是最经济的奥氏体钢。

一般在没有耐腐蚀性问题的场合，在规定的范围内，含碳量高的不锈钢，其高温强度也高。

一般面心立方晶体结构的奥氏体不锈钢即使在600℃以上也比体心立方晶体结构的铁素体钢的蠕变强度高。

目前，我国化工企业的高温管道主要分布在蒸汽管道和一些高温临氢管线。由于化工生产工艺的发展，许多化工生产装置的还原反应，大多采用氢气还原。选用材质主要依据是按nelsom曲线。国内外常用于高温抗氢管道的钢种是1cr5mo(即cr5mo)。选用时需注意的是：此钢种在正火+回火状态时属珠光体钢；在淬火+回火状态