管道材料选用浅谈.docx

管道材料选用浅谈

第一篇：管道材料选用浅谈浅谈管道材料的选用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。（一）黑色金属1铸铁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。2碳钢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。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。（1）低温钢按照中国标准，温度在-20～-196℃之间为低温。用于低温的合金钢有16Mn、09MnV、09Mn2V、奥氏体不锈钢等。16Mn的使用下限温度为-40℃。09MnV和09Mn2V的使用下限温度为-70℃。奥氏体不锈钢的使用下限温度为-196℃。（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。常用的有12CrMo、15CrMo、12Cr1MoV、12Cr2Mo、1Cr5Mo等。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。常用的奥氏体不锈钢有：0cr18Ni9、00Cr18Ni10、0Cr17Ni12Mo2、00Cr17Ni14M