管材選用
1.壓力管道金屬材料的特點(diǎn)
壓力管道涉及各行各業(yè),對(duì)它的基本要求是“安全與使用”,安全為了使用,使用必須安全,使用還涉及經(jīng)濟(jì)問題,即投資省、使用年限長,這當(dāng)然與很多因素有關(guān)。而材料是工程的基礎(chǔ),首先要認(rèn)識(shí)壓力管道金屬材料的特殊要求。壓力管道除承受載荷外,由于處在不同的環(huán)境、溫度和介質(zhì)下工作,還承受著特殊的考驗(yàn)。
(1)金屬材料在高溫下性能的變化
① 蠕變:鋼材在高溫下受外力作用時(shí),隨著時(shí)間的延長,緩慢而連續(xù)產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象,稱為蠕變。鋼材蠕變特征與溫度和應(yīng)力有很大關(guān)系。溫度升高或應(yīng)力增大,蠕變速度加快。例如,碳素鋼工作溫度超過300~350℃,合金鋼工作溫度超過300~400℃就會(huì)有蠕變。產(chǎn)生蠕變所需的應(yīng)力低于試驗(yàn)溫度鋼材的屈服強(qiáng)度。因此,對(duì)于高溫下長期工作的鍋爐、蒸汽管道、壓力容器所用鋼材應(yīng)具有良好的抗蠕變性能,以防止因蠕變而產(chǎn)生大量變形導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破裂及造成爆炸等惡性事故。
② 球化和石墨化:在高溫作用下,碳鋼中的滲碳體由于獲得能量將發(fā)生遷移和聚集,形成晶粒粗大的滲碳體并夾雜于鐵素體中,其滲碳體會(huì)從片狀逐漸轉(zhuǎn)變成球狀,稱為球化。由于石墨強(qiáng)度極低,并以片狀出現(xiàn),使材料強(qiáng)度大大降低,脆性增加,稱為材料的石墨化。碳鋼長期工作在425℃以上環(huán)境時(shí),就會(huì)發(fā)生石墨化,在大于475℃更明顯。SH3059規(guī)定碳鋼最高使用溫度為425℃,GB150則規(guī)定碳鋼最高使用溫度為450℃。
③ 熱疲勞性能 鋼材如果長期冷熱交替工作,那么材料內(nèi)部在溫差變化引起的熱應(yīng)力作用下,會(huì)產(chǎn)生微小裂紋而不斷擴(kuò)展,最后導(dǎo)致破裂。因此,在溫度起伏變化工作條件下的結(jié)構(gòu)、管道應(yīng)考慮鋼材的熱疲勞性能。
④ 材料的高溫氧化 金屬材料在高溫氧化性介質(zhì)環(huán)境中(如煙道)會(huì)被氧化而產(chǎn)生氧化皮,容易脆落。碳鋼處于570℃的高溫氣體中易產(chǎn)生氧化皮而使金屬減薄。故燃?xì)?、煙道等鋼管?yīng)限制在560℃下工作。
(2)金屬材料在低溫下的性能變化
當(dāng)環(huán)境溫度低于該材料的臨界溫度時(shí),材料沖擊韌性會(huì)急劇降低,這一臨界溫度稱為材料的脆性轉(zhuǎn)變溫度。常用低溫沖擊韌性(沖擊功)來衡量材料的低溫韌性,在低溫下工作的管道,必須注意其低溫沖擊韌性。
(3)管道在腐蝕環(huán)境下的性能變化
石油化工、船舶、海上石油平臺(tái)等管道介質(zhì),很多有腐蝕性,事實(shí)證明,金屬腐蝕的危害性十分普遍,而且也十分嚴(yán)重,腐蝕會(huì)造成直接或間接損失。例如,金屬的應(yīng)力腐蝕、疲勞腐蝕和晶間腐蝕往往會(huì)造成災(zāi)難性重大事故,金屬腐蝕會(huì)造成大量的金屬消耗,浪費(fèi)大量資源。引起腐蝕的介質(zhì)主要有以下幾種。
① 氯化物 氯化物對(duì)碳素鋼的腐蝕基本上是均勻腐蝕,并伴隨氫脆發(fā)生,對(duì)不銹鋼的腐蝕是點(diǎn)腐蝕或晶間腐蝕。防止措施可選擇適宜的材料,如采用碳鋼-不銹鋼復(fù)合管材。
② 硫化物原油中硫化物多達(dá)250多種,對(duì)金屬產(chǎn)生腐蝕的有硫化氫(H2S)、硫醇(R-SH)、硫醚(R-S-R)等。我國液化石油氣中H2S含量高,造成容器出現(xiàn)裂縫,有的投產(chǎn)87天即發(fā)生貫穿裂紋,事后經(jīng)磁粉探傷,內(nèi)表面環(huán)縫共有417條裂紋,球體外表面無裂紋,所以H2S含量高引起應(yīng)力腐蝕應(yīng)值得重視。
日本焊接學(xué)會(huì)和高壓氣體安全協(xié)會(huì)規(guī)定:液化石油中H2S含量應(yīng)控制在100×10-6以下,而我國液化石油氣中H2S含量平均為2392×10-6,高出日本20多倍。
③ 環(huán)烷酸 環(huán)烷酸是原油中帶來的有機(jī)物,當(dāng)溫度超過220℃時(shí),開始發(fā)生腐蝕,270~280℃時(shí)腐蝕達(dá)到最大;當(dāng)溫度超過400℃,原油中的環(huán)烷酸已汽化完畢。316L(00Cr17Ni14Mo2)不銹鋼材料是抗環(huán)烷酸腐蝕的有效材料,常用于高溫環(huán)烷酸腐蝕環(huán)境。
2. 壓力管道金屬材料的選用
(1)金屬材料選用原則
① 滿足操作條件的要求。首先應(yīng)根據(jù)使用條件判斷該管道是否承受壓力,屬于哪一類壓力管道。不同類別的壓力管道因其重要性各異,發(fā)生事故帶來的危害程度不同,對(duì)材料的要求也不同。同時(shí)應(yīng)考慮管道的使用環(huán)境和輸送的介質(zhì)以及介質(zhì)對(duì)管體的腐蝕程度。例如插入海底的鋼管樁,管體在浪濺區(qū)腐蝕速度為海底土中的6倍;潮差區(qū)腐蝕速度為海底土中的4倍。在選材及防腐蝕措施上應(yīng)特別關(guān)注。
② 可加工性要求。材料應(yīng)具有良好的加工性和焊接性。
③ 耐用又經(jīng)濟(jì)的要求 壓力管道,首先應(yīng)安全耐用和經(jīng)濟(jì)。一臺(tái)設(shè)備、一批管道工程,在投資選材前,必要時(shí)進(jìn)行可行性研究,即經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析,擬選用的材料可制定數(shù)個(gè)方案,進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析,有些材料初始投資略高,但是使用可靠,平時(shí)維修費(fèi)用省;有的材料初始投資似乎省,但在運(yùn)行中可靠性差,平時(shí)維修費(fèi)用高,全壽命周期費(fèi)用高。
超高分子聚乙烯管材應(yīng)用領(lǐng)域:
固體顆粒、粉體的輸送、漿體輸送、流體輸送、氣體輸送
特性及優(yōu)勢:極高的耐磨特性、極高的耐沖擊性、耐腐蝕性、良好的自潤性、對(duì)生物無毒性、獨(dú)特的耐低溫性、不易結(jié)垢性、壽命長、安裝簡便、其他特性。
超高分子聚乙烯復(fù)合管應(yīng)用領(lǐng)域:
礦山行業(yè):礦粉輸送、礦漿輸送、尾礦排放
煤炭行業(yè):供排水系統(tǒng)管線、通風(fēng)和瓦斯排放管線、噴漿或注水沙管線
電力行業(yè):煤粉、粉煤灰、水煤漿輸送、循環(huán)水管線、化學(xué)水管線、煙道和排灰管線
石油化工:原油及廢渣輸送、化工原料、廢氣、廢水輸送、腐蝕性介質(zhì)管線
公用事業(yè):污水處理、生活供水、煤氣、開燃?xì)饧敼芫€
海湖化工:海鹽輸送、鹵水輸送
海洋工程:海水淡化(海水輸送管線)、港口、碼頭疏浚管線特性及優(yōu)勢:具有了超高分子量聚乙烯管的所有特性、極高的耐沖擊性、保溫性好、使用壽命長、安裝簡便、可循環(huán)使用
寸膠管道的應(yīng)用領(lǐng)域
1、火電廠、煤焦化廠
2、礦山冶金 洗煤廠 工藝管道
3、石化、電廠、化工廠 水處理管道
(1)溫度低于50度,弱酸弱堿,內(nèi)襯使用天然半硬橡膠
(2)排水、廢液處理裝置、污水處理裝置:混凝土槽、中和槽襯膠
4、鋁業(yè)公司:氫氧化鈉貯槽內(nèi)襯采用氯丁橡膠。
5、化學(xué)工業(yè):氯堿裝置、鹽水槽染料、化學(xué)品等設(shè)備及管道襯膠。
6、鋼鐵廠:鹽酸回收裝置、焦炭爐脫硫裝置、酸洗裝置及配套管道襯膠內(nèi)襯采用丁基橡膠