【摘要】在化工廠管道設計中，管道的選材是一個至關重要的問題。它關系到是否滿足裝置生產全過程配管的各種操作工況，并確保安全生產，無事故，以及是否經濟、合理。本文主要從不同操作溫度等工況對材料性能產生的影響出發，概述了幾種溫度情況下管道材料的選擇，并指出了針對某些特殊介質和工藝要求如何合理選擇相應管材及注意事項。

【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.
【關鍵詞】化工生產 管材 高溫管道 低溫管道 耐熱用鋼管
【Key Words】Chemical engineering production Pipe material High temperature pipe Cold temperature pipeHeat-resistant steel pipe
中圖分類號：S611文獻標識碼：A 文章編號：
1 引言
在石化、化工生產中，壓力管道發生的事故所占比例較高，而事故之中，管道材料的設計選擇錯誤往往又占到了一定的比例。如何去正確選擇管材，使其能很好滿足裝置生產中的各種操作工況，并確保安全生產，在此基礎上更加經濟，是至關重要的。
要在石化、化工生產中正確選到合適的管材，就應該先對管材有所了解，對各種管材的性能有所掌握。
管道材料應根據所輸送的介質特性和外部環境來的選擇。所輸送的介質特性包括介質在操作條件下的物理性質、化學性質、操作溫度、操作壓力等。外部環境指管道所處地方的各種條件，包括氣候狀況、環境溫度、環境濕度、環境壓力、腐蝕程度等。
本文主要從不同操作溫度等工況對材料性能產生的影響出發，概述了幾種溫度情況下管道材料的選擇，并指出了針對某些特殊介質和工藝要求如何合理選擇相應管材及注意事項，希望對今后的管道設計選材工作提供有益的幫助。
2 常溫、中低壓管道的材料選擇
常溫、中低壓的操作環境對管材的力學性能要求并不高，所以管材比較好選。
如果介質沒有腐蝕，無毒等其他特殊要求，就可以選用以下管材：
1> 低碳有縫鋼管：使用條件為0~200℃的低壓管道。管道材料可為Q235A、Q215A、Q235AF、Q215AF 等?？蛇x用的國家標準《低壓流體輸送用焊接鋼管》 GB3091 、《低壓流體輸送用焊接鋼管》 GB3092等。
2> 低碳無縫鋼管：使用條件為-20~200℃中低壓管道。管道材料可為20#、10#、16Mn、09MnD 等?？蛇x用的國家標準《低壓流體輸送用無縫鋼管》 GB8163 、《中低壓鍋爐用無縫鋼管》 GB3087等。
3 高溫管道的材料選擇
3.1 金屬材料的高溫力學性能
在化工生產中，高溫管道經常遇到。高溫情況下，材料的性能比較復雜，而且容易多變。 一般來說，與常溫承載相比，高溫承載的金屬力學性能有如下特點：
1> 屈服強度σs會隨溫度T升高而降低，塑性則會隨溫度T升高而升高；
2> 與荷載持續時間密切相關：隨著時間的推移，會產生蠕變現象；
3> 抗拉強度σb隨著溫度T的升高反而下降；
4> 同時，在高溫下環境介質對材料腐蝕會加強。
3.2 高溫管道材質的選擇：
溫度超過350℃就稱之為高溫。
在化工生產裝置里，高溫并伴有腐蝕的管道必須使用耐腐蝕材料；高溫、不伴有腐蝕的管道則應使用高溫、高壓鋼管。
碳素鋼的上限使用溫度為425℃左右，超過該溫度時，用沸騰鋼和A1鎮靜鋼比Si鎮靜鋼更為優越。但是，碳素鋼在425℃左右會引起石墨化現象，致使強度下降，所以必須添加合金元素以改善碳素鋼的高溫強度。Mo在Fe中固溶成為穩定的碳化物，可提高蠕變強度。 常用到的低合金無縫鋼管（16Mn、12GrMo、15CrMo等）可在350~550℃的高溫工況下使用。
不銹鋼（18Cr-8Ni~25Cr-20Ni）的高溫強度高，特別是18-12MoL、18-8-Ti\\18-8-Nb等合金元素的影響更為優越，可在-196℃（低溫） 及≥600℃（高溫）工況下使用。
在Fe內單獨添Ni至28%以上時，在常溫下也不會形成奧氏體?？墒?，同時添加Ni、Cr至Cr18%、Ni8%時，便可形成奧氏體組織。而且Cr遠比Ni價廉，所以18-8鋼是最經濟的奧氏體鋼。
一般在沒有耐腐蝕性問題的場合，在規定的范圍內，含碳量高的不銹鋼，其高溫強度也高。
一般面心立方晶體結構的奧氏體不銹鋼即使在600℃以上也比體心立方晶體結構的鐵素體鋼的蠕變強度高。
目前，我國化工企業的高溫管道主要分布在蒸汽管道和一些高溫臨氫管線。由于化工生產工藝的發展，許多化工生產裝置的還原反應，大多采用氫氣還原。選用材質主要依據是按Nelsom曲線。國內外常用于高溫抗氫管道的鋼種是1Cr5Mo\\(即Cr5Mo\\)。選用時需注意的是：此鋼種在正火+回火狀態時屬珠光體鋼；在淬火+回火狀態下位馬氏體組織，此時鋼種可焊性下降。
通常作為管道應用時不在于提高強度，而需要提高可焊性。焊接時預熱與焊后回火的要求較嚴。這在管道施工時很難實現，但采用奧氏體焊條焊接時，則簡單不少，可以不用焊后熱處理。
4 耐熱管道材料的選擇
4.1 耐熱用鋼應具有的性能
所謂耐熱用材料，是指具有耐氧化性、耐氣體腐蝕性、高溫強度、不發生高溫脆化、熱沖擊強度高等性能的材料。
4.2 耐氧化性材料的選擇
高溫用鋼管多暴露于高溫氣體或特殊的氣體、液體中，要求鋼管必須具有良好的耐氧化性能?？墒翘妓劁撲摴鼙砻娈a生的氧化膜幾乎不能保護其基體金屬。為了使鋼管有良好的耐氧化性能，必須加入適當的Cr、Al、Si 等金屬元素，這些元素能使鋼的表面產生難以剝離的氧化薄膜。
Cr比鐵能優先氧化，在表面生成致密的氧化薄膜可阻止氧向內部擴散。為此，適當添加Cr、Mo元素形成Cr-Mo系合金，作為耐熱鋼使用。含Cr量5%、9%鋼的耐氧化性能提高，故多用于石油化工工業。若Cr添加量至12%時，耐氧化性急激改善。在12%Cr鋼中添加MO、V、Nb的H46及添加MO、V、Nb、B、N的TAF鋼等鐵素體系耐熱鋼，其高溫強度最高。這些12%Cr剛具有比奧氏體系耐熱鋼價格便宜，熱脹率小，導熱率大、屈服點高，作為600~650℃以下高溫材料是有力的。