化工金属管道（共8篇）
化工金属管道 篇1
摘要：在石油化工管道施工时, 不同单位的管理人员对工业金属管道施工验收标准、规范中, 中低合金钢光谱分析的比例有很多不同的理解。分析比例要求过高, 会增加不必要的检测成本。分析比例要求过低, 又会造成出现施工质量无法保证的情况。如何采用合适的光谱分析比例又能很好的保证施工质量, 是我们必须要面对的问题。本文结合工程实例, 简单分析工业金属管道施工中的合金钢的分类, 并介绍独山子石化30万t/a高密度聚乙稀装置中低合金钢管道材料光谱分析所采用的比例, 并与现在所使用的工业管道施工验收标准、规范作比较, 以作参考。
关键词：工业金属管道,中低合金钢,光谱分析比例
铬钼钢材料同其它碳素钢、低合金钢材料由于同是黑色金属, 在石油化工管道施工过程中, 极易引起材料混用、错用的严重后果。所以在石油化工金属管道施工中, 材料检验所使用的重要手段是光谱分析[4]。用此方法不但可以有效检验出不合格品, 而且可以有效防止材料混用、错用。我国的很多行业标准及国家标准对工业管道材质光谱分析检验比例都有明确的要求。但在实际工程施工中, 各相关单位对中低合金钢管道、阀门及管道组成件材质的光谱分析比例产生了不同的理解。分析比例要求过低, 可能会造成施工质量无法保证, 分析比例要求过高, 会增加不必要的检测成本。如何采用合适的光谱分析比例又能很好的保证施工质量, 是我们必须要面对的问题。
笔者在参与在独山子石化30万t/a高密度聚乙稀装置工程建设施工时, 就遇到过此类问题。不同单位之间在工业金属管道施工中, 对所使用的国家标准及行业标准中的合金钢管道、阀门及管道组成件材质光谱分析比例, 有很多不同的理解, 并产生了很大的分歧。例如:建设单位为更好保证施工质量, 曾要求施工单位对所有中低合金钢材质管道及管道组成件进行100%的光谱分析, 建设方依据是:
1) 《石油化工有毒、可燃介质管道工程施工及验收规范》SH3501-2002第一号修改单第5.2.1条, 中低合金钢管道应按5.1.5条要求逐根进行合金成分复查;第一号修改单的目的是避免违背国家工程强制性标准GB50235-97的相关规定;
2) 《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50235-97第2.0.1条对“管道”的定义:“由管道组成件和管道支撑件组成, 用以输送流体流动的管子、管件、法兰、螺栓连接、垫片、阀门和其他组成件”, 鉴于管道组成件属于管道的一部分, 因此必须对中低合金钢管道组成件实施100%光谱分析;第3.0.3条规定“合金钢管道组成件应采用光谱分析或其他方法对材质进行复查, 并做好标记” 。“复查”就是每件100%复验检查。
对于以上两点理由, 主要是在规范的理解上存在分歧, 关键是是否有必要对中低合金钢金属管道材质做100%的复查。以下内容将对合金钢的分类、光谱检验方法及规范中的内容结合工程实例, 进行分析和探讨。
1 石油化工管道及管道组成件的合金钢材质
1.1 合金钢的分类
按国际标准, 把钢区分为非合金钢和合金钢两大类, 非合金钢是通常叫做碳素钢的一大钢类, 钢中除了铁和碳以外, 还含有炉料带入的少量合金元素Mn、Si、Al, 杂质元素P、S及气体N、H、O等。合金钢则是为了获得某种物理、化学或力学特性而有意添加了一定量的合金元素Cr、Ni、Mo、V、Ti, 并对杂质和有害元素加以控制的另一类钢[1]。
钢的种类繁多, 为了便于生产、使用和研究, 通常按照化学成分、质量和用途进行分类, 如图1～2所示。
1.2 石油化工管道及管道组成件常用的合金钢材质
按使用用途, 经常使用的是不锈钢、耐热钢、低温钢, 同时还大量使用碳素钢。其中不锈钢合金元素高于10%, 则属于高合金钢;耐热钢、低温钢合金元素低于10%, 则属于中低合金钢的范畴。
其中所使用的耐热钢, 多以铬钼钢为主;所使用的低温钢, 多以无镍和含镍低温合金钢为主。由于其与碳钢容易混淆, 则必须采用光谱或其他方法进行半定量分析防止材料误用。
因此, 用光谱分析方法, 对中低合金钢元素关键合金元素的检查, 则可以有效的判断钢材的质量和种类, 并有效防止错用。
2 所使用的光谱分析方法
光谱分析的方法有很多种。按所需检验的要求不同分为定性分析、定量分析、半定量分析。
定性分析:由于各种元素的原子结构不同, 在光源的激发下, 可以产生各自的特征谱线, 其波长是由每种元素的原子性质决定的, 具有特征性和唯一性, 因此可以通过检查谱片上有无特征谱线的出现来确定该元素是否存在, 就是光谱定性分析。
定量分析:光谱定量分析主要是根据分析试样光谱中待测元素的谱线强度来确定元素的含量 (浓度) 。
半定量分析:在实际工作中, 需要快速了解试样中有哪些元素存在, 还需要大致了解其中的主成分、少量成分、微量成分, 以及微量杂质。这种迅速作出粗略含量判断的方法, 称为光谱半定量分析。工程管道施工检查中常用此类方法。
独山子石化30万t/a高密度聚乙稀装置工程建设施工时所使用的是尼通XLt898SW手持式合金分析仪, 属于半定量分析仪, 如图3所示。其特点如下。
1) 可对各种高低合金钢、不锈钢、工具钢、铬/钼钢、镍合金、钴合金、镍/钴耐热合金、钛合金、铜合金、青铜、锌合金、钨合金等;可通过对其它合金元素的测定, 实现对铝、镁轻合金的牌号鉴定。
2) 分析速度快, 2～3s即可鉴别合金牌号;
3) 选择性高, 能识别各元素不同的特征光谱;
4) 分析精度高, 稳定性好, 可以采用氩气/空气两种测量模式;
5) 降低了可检测元素的最低检测线, 对于微量 Ti/V/Cr的检测准确, 便于区分304SS和321SS等。
3 工业金属管道施工中材质检查常见标准中光谱检查的规定
在工业金属管道施工中材质检查的法规及相应施工规范中, 为确保材料符合设计要求, 都有进行光谱检查的要求。
GB50235-97《工业金属管道工程施工及验收规范》[7]3.0.3条:合金钢管道组成件应采用光谱分析或其他方法对材质进行复查, 并应作标记;合金钢阀门的内件材质应进行抽查, 每批 (同制造厂、同规格、同型号、同时到货) 抽查数量不得少于1个。
SH3501-2002《石油化工有毒、可燃介质管道工程施工及验收规范》[6]中第一号修改单第5.2.1条:中低合金钢管道应按5.1.5条要求逐根进行合金成分复查;5.1.5条:合金钢管道组成件主体的关键合金成分, 应根据SH3501-2002的比例采用光谱分析或其他方法进行半定量分析复查, 并应作标记;5.3.3条:合金钢阀门的阀体应逐件进行光谱分析, 若不符合要求, 该批阀门不得使用;5.4.6条:设计压力等于或大于10MPa管道用螺栓、螺母, 应逐件进行快速光谱分析检验;5.4.7条:设计温度低于-29℃的低温管道合金钢螺栓、螺母, 应逐件进行快速光谱分析检验;5.4.8条:其他合金钢管道组成件的快速光谱分析, 每批应抽检5%, 且不少于一件;若有不合格, 应按该规范相应规定处理。
HG20234-93《化工建设项目进口设备、材料检验大纲》[8]中规定:6.2.7条:管子的检验——对合金钢管及不锈钢管应按炉号、批号抽查数量的5%, 但不得少于1根进行材料成分光谱分析鉴定, 应符合有关材料标准的规定;6.4.4条:管件的检验——合金钢及不锈钢管件的合金成分, 应做光谱分析鉴定, 其抽查数量可按同规格、同材质 (不锈钢管件2%, 合金钢管件5%～10%) 进行抽查, 应符合材料标准的规定。
SH3501-2002、HG20234-93属于行业标准, 其要求是要高于GB50235-97。故对GB50235-97中“合金钢管道组成件应采用光谱分析或其他方法对材质进行复查”, “复查”就是每件100%复验检查的说法显然是与规范不符的。
2008年5月, 施工单位中油一建曾就此问题咨询过SH3501-2002管理单位 (中国石化集团公司施工规范管理淄博站) , 淄博站明确说明[9]:一号增补5.2.1条中管道是管子, 不包括管道组成件。所以理解为“鉴于管道组成件属于管道的一部分, 因此必须对中低合金钢管道组成件实施100%光谱分析”是不正确的。关于SH3501-2002的5.1.5条款的“合金钢”, 主要是指耐热钢。
4 施工过程中实例
独山子石化30万t/a高密度聚乙稀装置, 工艺管线总长约40000m, 管件约13750个, 阀门约4300个。管道及管件主要材质有API 5L GR.B、A335 GR.P11、API 5L GR.B GALV、A312 GR.TP304L、A312 GR.TP304。工艺管道材质种类繁多, 基本覆盖了碳钢、耐热铬钼钢、铬镍不锈钢中的所有典型钢种。其中API 5L GR.B、API 5L GR.B GALV属于碳钢;A335 GR.P11属于耐热铬钼钢, 也是中低合金钢;A312 GR.TP304L、A312 GR.TP304则属于铬镍不锈钢, 也是高合金钢。
此装置牵扯到中低合金钢光谱分析的只有耐热铬钼钢A335 GR.P11, 其管道介质为高压蒸汽和高压蒸汽冷凝液, 非有毒、可燃介质管道, 不属于SH3501-2002管辖范围。为了保证现场使用材料的质量, 入场之前所做的光谱检测均按照SH3501-2002的要求进行的, 显然提高了检测比例, 从规范要求看应执行GB50235-97中的要求。检测过后, 为了与碳钢做好区分所有的耐热铬钼钢A335 GR.P11材质均用色标进行标识;建设单位产生疑问的情况下, 则请第三方进行不少于5%的抽检。从最终的使用效果看, 没有发生材质错用的情况。
5 结论
石油化工行业工艺管道施工, 不允许使用不合格品, 也不允许材料混用、错用的情况, 因此对施工过程中材质光谱检验必须要严格要求, 但光谱检验的成本以及检验周期, 也必须同样在我们的考虑范围之内。通过以上的论述, 表明SH3501-2002其实对石油化工行业工艺管道材质的光谱分析比例, 进行了详尽的说明, 并不是按照之前建设单位所理解的, 所有中低合金钢管道及管道组成件按100%比例复检。从淄博站回复的说明[9]来看, SH3501-2002所说的合金钢主要是指中低合金钢。并且应根据管道介质的不同执行不同的要求。因此得到如下结论。
5.1 管道介质为有毒、可然介质管道应执行的规定
管道介质为有毒、可然介质管道, 按SH3501-2002严格执行, 是可以保证施工质量的。管道光谱检测比例应执行下列要求。
1) 中低合金钢管道及组成件主体的关键合金成分, 应根据SH3501-2002的比例采用光谱分析或其他方法进行半定量分析复查, 并应作标记;
2) 中低合金钢阀门的阀体应逐件进行光谱分析, 若不符合要求, 该批阀门不得使用;
3) 设计压力等于或大于10MPa管道用螺栓、螺母, 应逐件进行快速光谱分析检验;
4) 设计温度低于-29℃的低温管道合金钢螺栓、螺母, 应逐件进行快速光谱分析检验;
5) 其他合金钢管道及组成件的快速光谱分析, 每批应抽检5%, 且不少于一件;若有不合格, 应按该规范相应规定处理。
5.2 管道介质为非有毒、可然介质管道应执行的规定
管道介质为非有毒、可然介质管道, 按SH3501-2002所规定的比例执行则没有必要, 且明显提高了检测成本, 应按其它规范规定的比例进行检测即可。如建设单位要求按SH3501-2002或更高的标准执行, 所产生的检验及周期费用应由建设单位承担。
参考文献
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[7]GB50235-97, 工业金属管道工程施工及验收规范[S].
[8]HG20234-93, 化工建设项目进口设备、材料检验大纲[S].
[9]张桂红.SH3501-2002, 管理单位中国石化集团公司施工规范管理淄博站所发传真[S].2008. (对SH3501-2002中光谱分析条款所作的说明) .
化工金属管道 篇2
在进行石油化工管道焊接工作时，为了保证管道焊接的质量，首先要构建质量保证体系，建立合理化的质量标准，焊接机构和焊接工作人员在内进行焊接作业时，要保证其坚持在质量第一的基础上，来进行焊接。在实际焊接时，首先要构建合理的计划和目标，在建立目标和计划的基础上来进行实际焊接工作，在焊接完毕后，要对石油化工管道的质量进行检查，保证焊接的环保性。其次对于焊接的材料、焊接的形式、焊接的技术等等保证其具有实际应用性。在实际应用过程中，对于不合理的地方要及时的改进。在焊接完毕后，对焊接管道进行检查，可用不利于分层次的焊接质量检测方法来进行检测，发现问题及时解决。石油化工管道焊接质量检测示意图如图1。
2.2增加对焊接工作人员的关注度
焊接的技术工作人员和质量检测人员，是焊接工作的主要人员构成。因为当下的石油化工管道主要是以人力手工焊接为主，进而在实际焊接过程中，焊接的技术工作人员和质量检测人员对石油化工管道的安全性和质量具有紧密联系。为了确保石油焊接工作的高效进行，保证管道的质量和实际应用性，要增加对焊接的技术工作人员和质量检测人员的关注度。在日常工作中，要建立合理化的技术和专业知识培训周期。对没有工作经验的焊接技术工作人员和质量检测人员，对其进行岗前的教育培训，保证其具备实际工作能力，通过考核后才能上岗。对于在职的工作人员，要不时地进行针对性培训，保证其可以充分了解焊接工作的内容。其次，对于焊接工作的质量检测人员来说，也发挥着不可替代的作用，其在实际工作中，不仅要具备扎实的检测知识，也要具备相应的操作技能，保证检测工作的高效进行。对于焊接细小部分和薄弱环节的检测工作人员，要及时对其进行培训，保证其质量检测的质量和有效性，保证石油化工管道的安全性，保证管道的质量和实际应用性。
2.3对工艺质量进行管理和控制
首先，为了保证焊接管道的质量，焊接机构在进行焊接工作前期，要对焊接的工艺进行判断和评判，依据判断和评判报告，来作为焊接工作的指导方针，利用合理化的焊接技术和焊接方法来进行焊接工作，建立科学的焊接方案和施工计划，保证焊接工作科学进行。其次，要增加对焊接材料的关注度。对石油化工管道的安全性和质量进行检测，看其是否满足当下焊接工作的要求，看其是否具备实际应用性。最后，在实际焊接作业中，可以利用工艺卡来进行实际焊接工作，对不同环节的焊接数据信息进行保存和记录，为日后石油化工管道的维护奠定坚实基础。在每个环节焊接工作完毕后，要增加对其进行二次质量和安全检测，对焊接不同设备进行管理和控制，保证焊接工作可以高效率进行。
3结语
石油管道焊接工作的有效进行，首先要建立合理化的焊接目标，保证焊接材料的质量，要构建质量保证体系，建立合理化的质量标准，对工艺质量进行管理和控制，保证焊接工作高效进行。
参考文献：
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化工金属管道 篇3
关键词：化工管道,设计,管道应力
近几年来, 我国对化工管道的大量需求, 使管道设计技术水平日益提高。在工厂设计的过程中, 管道的设计是最主要的环节。而在化工管道设计的过程中, 最重要的一个步骤就是分析管道的应力。化工管道的应力分析是化工管道设计的基础。只有计算出化工管道的应力, 才能开始化工管道的设计。因此, 我国对化工管道应力分析越来越重视, 以此来节约项目的成本和提高项目的效率。
1 化工管道应力的分类
应力就是在单位面积上, 物体在联系介质力学的作用下所承受的作用力。其概念强调的是在单位面积上物体承受的附加内力。因此在设计化工管道的过程中, 要注意的是管道不能在载荷作用下, 出现热胀冷缩、位移或持续外载等会使应力过大的情况, 防止化工管道在作业的过程中出现塑性变形。这就需要在设计化工管道时对管道的应力进行严密的计算和分析, 最终以管道的应力数据来选择化工管道的材料。而化工管道的应力一般分为三种, 依次为一次应力、二次应力和峰值应力。下面笔者就来介绍这三种不同应力的特点。
(1) 一次应力一般是由于外在赋予的荷载而形成的, 比如重力或压力这种外在的作用力。一次应力具有非自限性, 也就是说, 一次应力不能有化学管道自身的抗压性而抵抗外在作用力, 使化工管道自身承受重力或压力等巨大的外在作用力。同时, 一次应力能够满足外加荷载所需求的承受力, 从而达到应力与外加荷载平衡的目的。而当化工管道的材料达到承受最大力极限时, 化工管道极容易因为材料承受过多作用力而产生塑性变形, 以致管道损坏。因此, 当化工管道承受风载荷、水冲击、地震震动等自然因素影响时而承受载荷时所产生的应力都应该属于一次应力。
(2) 二次应力的化工管道荷载应力类型也是在化工管道作业中比较常见的一种。二次应力一般是由于化工管道材料由于受天气、温度或其他影响而产生的热涨或冷缩而产生的。与一次应力相反的是, 二次应力本身是具有自限性的, 换句话说就是当化工管道材料的载荷超过承受能力的极限时, 管道的局部地区会由于承受不住外在赋予的载荷而发生小区域的塑性变形, 但是在发生塑性变形的一段时期之后, 化工管道又能根据自身的张力而平衡自身所承受的应力, 从而使管道承受的应力分布均匀, 将塑性变形的区域的应力分散, 以保障管道不受损坏。
(3) 峰值应力是指由于化工管道的部分零件松动或脱节和局部的热力效应的影响而增加到一次应力和二次应力上的附加应力。峰值应力与一次应力与二次应力不同的是, 不会对化工管道引起明显的塑性变形, 但是会使化工管道从内部结构上慢慢出现裂痕, 不断积累裂痕的量变, 最终达到质变, 造成管道的损坏。因此, 峰值应力产生的原因主要是人为破坏和零件的损坏。
2 化工管道降低应力的方法
由于化工管道在工厂中具有重要作用, 因此, 严格意义上讲, 化工管道需要全部进行应力分析, 并根据管道的温度、口径、压力、壁厚、所连接的设备的荷载要求等方面来确定降低应力的方法。下面就介绍几种目前我国设计化工管道是应用较多的化工管道降低应力的方法。
(1) 增加管道的柔韧性这种方法是在化工管道的材料上进行改革。运用比较柔韧并抗压能力强的材料, 使化工管道的硬件设施更加完善。在挑选化工管道材料时, 尽量选择比较柔韧并且不易出现裂痕的材料, 这样会使化工管道承受峰值应力的能力增强, 从而达到不易损坏的目的。同时, 要对化工管道的走向进行优化, 选择简单、弯度小、悬空的线路, 用指甲来固定化工管道。这样可以使化工管道少受自然因素的影响, 减少一次应力的作用力, 还能有效地减少工程造价。
(2) 利用冷紧的方法采用冷紧的方法就是利用一部分的化工管道的热应力来使化工管道的局部实现热胀应力, 在化工管道的热态下, 对其某一区域进行集中的推理与力矩, 以达到减少区域的应力。这种减少应力的方法可以有效地防止化工管道的弯度过大而导致的泄漏现象。
(3) 设置管道支架化工管道容易损坏的一个原因就是承受的重力作用力过大。因此, 想要减少化工管道承受的应力, 就要先减少化工管道承受的重力。这时, 就可以利用管道支架来减少化工管道承受的应力。在选择管道支架时, 要注意到支架的材料、性能和承重能力。尽量选用高密度、高硬度、高抗压度的材料, 设置在化工管道的弯处, 以减轻管道弯路的应力。
3 结语
总而言之, 在化工管道的设计过程中, 最重要的莫过于对化工管道应力的分析, 而分析化工管道的应力并不是最终目的, 最终目的是把分析的结果有效地运用到减少管道应力中。化工管道是工厂运行的重点, 偷工减料的化工管道很容易造成化学试剂和有毒物质的泄漏, 后果将不堪设想。因此我国在加强对化工管道应力分析技术研究的同时, 还要对化工管道的建设进行严格的监管, 使化工管道的设计技术更上一层楼。
参考文献
[1]罗宇, 张春迎, 陈万里.探讨化工设计中的管道应力分析[J].科技信息, 2010, (11) .
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金属给水管道腐蚀现状及研究进展 篇4
近些年来,随着水处理技术与工艺的不断进步与完善,城市水厂供水水质通常已能达标,但是自来水在管网输配过程中,往往由于管网腐蚀等原因发生“二次污染”,水质出现不同程度的下降,严重时出现用户水质指标超标以及管网“红水”、“有色水”、“黑水”等现象,对人民生活及工业用水的安全和正常使用造成严重影响。因此,在饮用水工业中,管道腐蚀长期以来都是改善和提高用户水质的一个重大瓶颈问题,受到各国的重视[1]。
在城市供水领域中,金属管道作为主要给水管材之一已经应用了几个世纪,根据统计,我国目前90%以上的供水管道是铸铁管、钢管,近几年新建的给水管道仍有85%采用金属管道。因此,金属管道腐蚀在今后较长时期内仍将是影响管网水质的主要原因之一。我国关于金属管道腐蚀的研究工作起步较晚,当前很多城市的输配水管网仍没有建立起相对完整有效的腐蚀防护体系,腐蚀状况普遍十分严重。因此,开展相关课题的调查研究对于维持输配水系统的正常运行,控制和提高管网水质具有极其重要的意义。
1 金属腐蚀基本理论
1.1 金属腐蚀的本质及分类
金属腐蚀,就是金属与周围环境(介质)之间发生化学或电化学作用而引起的破坏或变质。金属腐蚀的现象与机理十分复杂,分类的方法多种多样[2]。
1)按照腐蚀形态分类
(1)全面腐蚀,是指腐蚀分布在整个金属表面上,它可以是均匀的也可以是不均匀的。一般而言,这类腐蚀易于控制和监测,危害性不大。
(2)局部腐蚀,是指腐蚀主要集中在金属表面的一定区域。这类腐蚀不论是控制还是监测都比较困难,并且易于造成局部破坏引起重大事故。局部腐蚀又可以分为小孔腐蚀(点蚀)、斑点腐蚀、电偶腐蚀、应力腐蚀、晶间腐蚀、氢脆、磨损腐蚀、裂缝腐蚀等。
2)按照腐蚀机理分类
(1)物理腐蚀,是指金属由于单纯的物理溶解作用而引起的破坏。
(2)化学腐蚀,是指金属表面与非电解质直接发生纯化学作用而引起的破坏。
(3)电化学腐蚀,是指金属与离子导电的介质(电解质)发生电化学作用所引起的破坏。电化学作用既可单独引起金属腐蚀,又可和机械作用、生物作用共同导致腐蚀。在城市供水管网中,金属管道的腐蚀主要是电化学腐蚀。
1.2 金属电化学腐蚀基本原理
金属处于腐蚀介质中时,由于金属表面物理或化学性质不均匀,即构成腐蚀电池。如图1所示:阳极发生氧化发应,金属释放电子溶解,成为离子态进入电解质溶液;阴极发生还原反应,氧化剂获得电子被还原,氧化剂通常是氢离子(酸性溶液中)或溶解氧(中性或碱性溶液中),在输配水系统中溶解氧是主要的氧化剂;电子在金属中传递形成腐蚀电流,离子在电解质溶液中传递形成离子流。
阳极反应:
阴极反应:
(中性或碱性介质) (3)
以上电化学过程即构成了完整的腐蚀电池反应。当腐蚀电池的阴阳极区在金属材料表面较均匀的随机分布时,便发生均匀腐蚀;当阳极区面积很小而阴极区面积很大时,就导致严重的局部腐蚀。
以上电化学腐蚀过程,多数伴随有微生物的参与并发生重要作用。根据统计,每年因微生物腐蚀造成的损失,占金属腐蚀损失的10%左右,地下管线腐蚀的50%～80%是由微生物引起或参与造成的。
在供水管网中,微生物腐蚀主要以铁细菌和硫酸盐还原菌为主。铁细菌是一类能将二价铁盐氧化成三价铁化合物,并能利用此氧化过程中产生的能量来同化二氧化碳进行生长的细菌的总称。铁细菌容易在铁质管道内壁附着生长,从管道表面吸收铁分,作为其生长繁殖所用。产生的氢氧化铁,经过长期积累成为褐铁矿(针铁矿、纤铁矿、水针铁矿、水纤铁矿以及含水氧化硅、泥质等的混合物),形成结瘤,所以它们不仅能造成机械堵塞,而且还能形成氧差电池,持续腐蚀管道。
硫酸盐还原菌是一种厌氧菌,能还原硫酸盐为硫化物,它们利用有机物为给氢体,在还原硫酸盐的过程中获得能量。硫酸盐还原菌代谢产生的硫化氢是强还原剂,具有强腐蚀性,因此硫酸盐还原菌对金属的腐蚀趋向于孔洞腐蚀,导致铁管由于局部的穿孔而发生破坏。根据国外研究成果,金属管线的腐蚀半数以上是由该菌参与或引起的。
2 输配水系统中常用金属管材的腐蚀特性及应用现状
1)镀锌钢管
镀锌钢管的镀锌层容易遭受侵蚀性水体的腐蚀,尤其是低硬度水体;在温度较高或热水系统中,腐蚀速度加快;其腐蚀程度受管道制作工艺及镀锌层性能影响大。镀锌钢管发生腐蚀可能给水体带来铁、锌、钙、铅污染物。
由于镀锌钢管极易发生腐蚀,工业发达国家已经较少应用。但它具有加工制作简单,价格低廉的优点,因此在我国很多中小城市,镀锌钢管仍作为小口径用户配水管大量沿用。近年来,随着新型管材的不断推出以及水质标准的提高,已经逐渐采用PE管、不锈钢管等替代镀锌钢管。
2)钢管
钢管通常易遭受均匀腐蚀,在溶解氧和余氯含量高,缓冲能力差的水体中遭受腐蚀较为严重。钢管腐蚀可能给水体带来铁污染,造成浊度升高及“红水”现象。
在城市供水管网中,钢管作为主要金属管材之一已经应用了5个世纪。虽然钢管易发生腐蚀,但它具有耐压力高,韧性强,管壁薄,重量轻等优点,因此在城市供水领域仍将大量沿用。
3)铸铁或球墨铸铁管
对于侵蚀性强的水体,易于遭受冲蚀;在缓冲能力差的水体中,易于生成腐蚀瘤。铸铁管腐蚀可能给水体带来铁污染,造成浊度、色度升高及“红水”现象。
铸铁及球墨铸铁管耐腐蚀性能较好,价格便宜,缺点是质脆,质量大、不均匀、易于发生爆管。在城市供水领域中,它主要作为大口径供水干管使用。
4)不锈钢管与铜管
不锈钢管与铜管管均具有良好的耐腐蚀性,在国外应用广泛,但由于价格昂贵,国内应用较少,多应用于用户小口径配水管及热水系统的中小口径管道。
以深圳市深圳水务集团市政管网(未包含小区与用户管网)为例,其钢管、铸铁管和球墨铸铁管分别占27%、21%和4%,金属管道在市政管网中比例超过50%。深圳特区的供水管网建设年限不长,但根据用户问卷调查显示,投诉水中有杂质、沉渣、铁锈,水管破旧,腐蚀生锈,有漏水问题的在用户投诉中占80%以上。由此可见,我国城市金属供水管网的腐蚀状况及其造成的管网维护与水质恶化等问题十分严重。
3 金属管道腐蚀产物及其主要危害
3.1 腐蚀产物的形态结构及其主要成分
自来水在管网中长期运行和停留,会在电化学和微生物作用下持续腐蚀金属管道,产生的腐蚀产物聚集在管道内壁,逐渐形成沿管道内壁环生的腐蚀垢层,也称之为“生长环”[3];腐蚀垢层的生长是不均匀的,在腐蚀较为严重的局部通常会形成半球状腐蚀瘤,腐蚀瘤形状各异,大小不一,将密集分布于管道内壁,如图2所示。
给水管网内壁腐蚀垢层的形成与生长是长期而复杂的过程,它的物理结构与化学成分,与管材、管网水质及水力条件密切相关。水质的影响因素包括pH、硬度、碱度、缓冲强度、自然有机物(NOM)浓度、溶解氧(DO)浓度和水温等;水力的影响因素包括流速、流态及水流方向的变化;水处理工艺中采用的缓蚀剂同样对腐蚀瘤的形成与成长起着重要的影响(缓蚀剂在国内城市供水领域应用较少)。由于腐蚀瘤形成与成长过程的影响因素复杂,不同材质、不同位置、不同管径的管段附着的腐蚀瘤都可能有着不同的物理化学性质,但研究表明它们仍然有许多相似的属性。Benjamin等人发现铁管腐蚀瘤内物质的化学成分通常包括α-FeOOH、γ-FeOOH、Fe3O4、γ-Fe2O3、5Fe2O3·9H2O、FeO、FeCO3、Fe(OH)2、Fe(OH)3、CaCO3、绿垢(green rusts)等。同时,腐蚀垢层表面还可能吸附和沉积管网水体中的泥砂、杂质、重金属、有机污染物及微生物等。
3.2 金属管道腐蚀的主要危害
1)严重影响管网通水能力,增加水头损失与输水能耗。根据上海、天津等市定期测定管网粗糙系数统计,发现无防腐措施的管道输水能力已降低了1/3以上。
2)对管网的安全运行造成重大影响,管道长期腐蚀引起管壁变薄、穿孔、破裂导致管网安全事故与水体“二次污染”。
3)增加管网的更换和维护费用,造成巨大的直接或间接经济损失。美国供水协会(AWWA)于1999年估计,美国的供水企业在今后20年内将花费3 250亿美元来更新城市供水管网。
4)使管网水质浊度、色度、细菌种类和数量、铁、锰以及有毒重金属离子浓度等水质指标恶化,引发管网“红水”、“黑水”或“有色水”现象。对占全国总供水量42.44%的36个城市调查表明,出厂水平均浊度为1.3度,而管网水增加到1.6度;色度由5.2度增加到6.7度;铁由0.09 mg/L增加到0.11 mg/L;细菌总数由6.6 cfu/mL增加到29.2 cfu/mL[2,3]。根据芝加哥1968年供水管网水样与出厂水水样的水质对比得出,镉、铬、钴、铜、铁、铅、锰、镍、银、锌等元素的浓度在15%～67%的水样中有所增加。
4 金属管道腐蚀主要控制措施
1)采用物理或者化学方法在管道内壁形成保护膜,阻隔水体与管壁的接触。例如水泥砂浆衬里、环氧树脂薄膜等,或者投正磷酸盐、硅酸盐等缓蚀剂。
2)改善管道使用的金属材料物理化学性质以及管道的加工制作工艺,增强管体材料的耐蚀性和材质均匀性,从而阻滞电化学腐蚀反应以及局部腐蚀的发生,有效减缓腐蚀。
3)合理设计管网布局和结构,避免出现“死水”区域以及水力条件急剧变化的情况,使管道内壁表面水流性质稳定均匀。
4)提高管道施工质量,加强管网维护管理。
5)改善出厂水水质,提高水质的化学稳定性和生物稳定性。
6)采取阴极保护措施,通过牺牲阳极或提供外加电源对管网进行腐蚀防护(目前在城市供水领域还应用较少)。
摘要：介绍了国内外关于城市金属给水管道腐蚀的研究现状及进展,着重阐述了输配水系统中金属管道的腐蚀特性、主要危害及控制措施。
关键词：供水管网,金属管道,腐蚀,水质
参考文献
[1]许保玖.给水处理理论[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.
[2]陈鸿海.金属腐蚀学[M].北京:北京理工大学出版社,1995.
化工工艺管道安装问题探讨 篇5
1.1 管道安装的一般要求
1) 安装时应按图纸规定的坐标、标高、坡度、准确地进行, 做到横平竖直, 安装程序应符合先大后小、先压力高后压力低、先上后下、先复杂后简单、先地下后地上的原则;2) 法兰接合面要注意使垫片受力均匀, 螺栓握裹力基本一致;3) 连接螺栓、螺母的螺纹上应涂上二硫化钼、油脂的混合物, 以防生锈;4) 各种补偿器、膨胀节, 应按设计要求进行拉伸预压缩。
1.2 同转动设备相连管道的安装
对同转动设备如泵类、压缩机等相连的管道, 安装时要十分重视, 应确保不对设备产生过大的应力, 做到自由对中、同心度和平行度均符合要求, 绝不允许利用设备连接法兰的螺栓强行对中。
1.3 仪表部件的安装
工艺管道上的仪表附件的安装, 原则上一般都应在管道系统试压吹扫完成以后进行, 试压吹扫以前可用短管代替相应的仪表, 如果仪表工程施工期很紧, 也可以先把仪表安装上去, 在管道系统吹扫试验时应拆下仪表而用短管代替, 要注意保护仪表管件在管道试压和吹扫过程中不受损伤。
1.4 管架安装
1) 管道安装时, 应及时进行支吊架的固定和调整工作, 支吊架位置应正确, 安装平整、牢固, 与管子接触良好;2) 固定支架应严格按设计要求安装, 并在补偿器预拉伸前固定;3) 弹簧支吊架的弹簧安装高度, 应按设计要求调正并作出记录;4) 有热位移的管道, 在热负荷试运行中, 应及时对支吊架进行检查和调整。
2 工艺管道焊接质量控制措施
1) 焊接人员必须及时掌握化工管道对于个人技能水平的要求, 并根据实际需要进行不断学习, 做到实时、快速地结合现场实际情况调整焊接工艺。
2) 机具的选用, 特别是焊接设备, 必须通过比较多个厂家的产品品质, 选择适用于施工工程使用、易于掌握的焊接设备。
3) 技术人员应该结合设计文件的要求, 选择低氢型碱性焊条;优质钢的氩弧专用焊丝;纯度为99.9%以上的氩气。此外, 需注重焊接材料使用的控制。碱性焊条在使用前应严格按焊条烘干程序要求执行烘干, 焊工在使用时应该放在焊条保温桶中保温, 随用随取;焊丝使用时须经过严格清理, 用白布蘸酒精或丙酮进行擦洗, 直到白布无污物为止。
3 工艺管道焊后热处理
化工装置的工艺管道多为高温、高压及输送腐蚀介质的管道。工艺管道焊后热处理的目的主要是消除焊接残余应力, 改善焊缝组织, 提高接头的综合力学性能, 包括提高接头的高温蠕变强度和组织稳定性, 降低焊缝及热影响区硬度等。
3.1 焊后热处理的要求
焊后热处理选择的材质厚度限制。对于厚度不大的碳钢管道, 一般不要求进行焊后热处理。但对于输送有应力腐蚀介质的碳钢管道则需要做焊后热处理。对于某些合金成份较低、厚度较薄的低合金耐热钢焊接接头, 如焊前正确地采取预热, 使用低碳级焊接材料, 而且焊接工艺评定试验证实焊接接头具有足够的塑性和韧性, 则焊接接头在焊后不必做热处理。
3.2 焊后热处理温度的选择
根据低合金耐热钢的焊接特点, 在拟定耐热钢焊接接头的焊后热处理温度时, 应从以下几个方面综合考虑:焊后热处理应保证近缝区组织的改善;加热温度应保证接头的残余应力降低到尽可能低的水平;焊后热处理不应使母材及焊接接头各项力学性能降低到设计规程规定的最低限度以下;如果热处理温度选得过低, 会造成一些不必要的损耗, 如果热处理温度选得过高, 则会增大焊接接头的畸变开裂倾向。
所有从事焊接作业的焊工, 必须通过规定项目的考试。焊工在操作前要准确了解母材的材质, 采用的焊接工艺, 并能掌握焊接工艺。焊接工件的表面要清扫干净, 除去油污、氧化物等不利焊接的物质。一道焊缝应连续焊完。预热和应力消除的加热, 应保证使工件热透, 温度均匀稳定。对高压管道和合金钢管道进行应力热处理时, 应尽量使用自动记录仪, 把温度-时间曲线正确记录下来, 以便于控制作业和进行分析与存查。焊缝检验, 有外观检查和焊缝无损探伤。
4 工艺管道材质的选择
在进行材质选择的过程中必须遵循两个原则一个是满足生产的要求, 二是经济性和环保性, 为企业降低投资成本的前提下, 必须保证生产的安全进行。
4.1 不锈钢管的性能
不锈钢是一种合金钢具有抗氧化性和耐腐蚀性, 对酸碱有较高的耐腐蚀能力, 在高温下有防锈和耐热能力。
4.2 化工玻璃管性能
化工玻璃管:常用热稳定性和耐腐蚀性良好的硼玻璃制成。透明, 易于清洗, 流动阻力小, 价格低廉。但耐压力低, 容易破坏。可用于-30℃至130℃、温度急变不超过80℃的场合。
4.3 聚丙烯管的性能
聚丙烯树脂具有优良的机械性能和耐热性能, 使用温度范围-30℃至140℃。同时具有优良的电绝缘性能和化学稳定性, 在常温下不溶于一般溶剂, 几乎不吸水, 与绝大多数化学品接触不发生作用。本品耐腐蚀, 强度、刚性都比较好;缺点是耐低温冲击性差, 易被氧化, 与发烟硫酸、发烟硝酸、王水、铬酸溶液、卤素、苯、四氯化碳、氯仿等接触有腐蚀作用, 且能耐碱。
4.4 钢衬聚四氟乙烯管的性能
工作温度:-100℃至250℃;工作压力:正压:2.5MPa, 常温下耐负压70KPa;耐腐蚀性:对大多数化学药品和溶剂, 表现出惰性、能耐强酸强碱和各种有机溶剂。
4.5 钢衬玻璃管性能
工作温度:-20℃至320℃;公称压力:PN≤2.0MPa;冷冲击:≤120℃热冲击:180℃;最大耐温急变温度230℃;使用介质:酸及各类有机、无机化学物质 (氢氟酸、氟化物、热浓磷酸除外) 。PH值>12强碱介质不适用。
5 几种材质在化工生产中的选择与应用
5.1 不锈钢
虽具有耐腐蚀的特性但是随介质及条件而变化的, 耐腐蚀性也是相对的。不锈钢最大缺点是在含氯化物溶液中不耐应力腐蚀, 易发生点蚀及缝隙腐蚀, 不锈钢的严重缺点之一就是具有应力腐蚀断裂敏感性。
5.2 玻璃
耐热稳定性是较差的, 机械强度玻璃具有脆性, 机械强度较低等特点, 不应用在长距离的工艺生产的输送管路上, 附加在便于观察的配置上。
5.3 聚丙烯管
具有优良的机械性能和耐热性能、耐腐蚀性能 (耐碱性) , 一般应用在碱性的装置上及盐酸的管路上, 耐用性很好。
5.4 钢衬聚四氟乙烯管
在化工生产中它的选择性很高, 但它不足之处就是生产过程中, 输送的物料不稳定性, 在输送过程中物料的冲蚀磨损, 及酸碱、有机溶剂冲刷等原因, 出现钢衬之间的相融性不好, 造成钢衬脱落、管道受到腐蚀, 形成跑、冒、滴漏现象, 造成损失, 影响生产正常运行。应用比较广泛氢氟酸、磷酸、硫酸、硝酸、盐酸、各种有机酸、有机溶剂、强氧化剂以及其它各种强腐蚀性化学介质。
5.5 钢衬玻璃管
具有化学稳定性高, 内壁光滑不堵塞, 流体阻力小, 耐磨、耐腐蚀、耐高温、耐压耐真空的特点, 在化工生产中, 充分发挥玻璃的独特作用, 不但可替代不锈钢和钢塑衬管, 在相当程度上起到稳定生产工艺, 减少检修时间和降低维修费用。
6 结论
化工工艺管道在安装过程中必须注重质量的控制, 更要注重化工工艺管道材质的选择, 只有充分考虑实际需要, 才能让工程质量得到提升, 才能促进化工工业的生产顺利进行。
摘要：化工行业因其行业的特殊性对于工艺管道系统的要求相对特殊, 对于管道的安装和焊接工艺要求更严格。化工工艺管道在安装过程中必须注重质量的控制, 更要注重化工工艺管道材质的选择, 只有充分考虑实际需要, 才能让工程质量得到提升, 才能促进化工工业的生产顺利进行。本文介绍化工工艺管道的现场安装, 焊接质量措施, 以及化工工艺管道的的材质的选择。
关键词：现场安装,焊接质量,管道材质
参考文献
金属管道在土壤中的腐蚀与防护 篇6
化工单位有很多埋设地下的金属水管道，由于土壤腐蚀造成管壁减薄，严重者局部腐蚀穿孔发生爆管，给安全生产带来很大隐患。某化工厂2006年4月源水埋地管线在#2机出线处因腐蚀发生泄漏，水流冲击附近#4中压线基础形成一定的冲击坑;2005年9月，供水源水管线发生爆管，爆管冲蚀坑深达4米并冲毁附近一闲置厂房，因此应高度重视爆管危害，对爆管腐蚀机理研究并采取切实可行的防腐措施。
2 土壤腐蚀因素
土壤腐蚀因素很多，主要有：电导率、氧含量、湿度、酸液、含盐量、温度等有关。此外，土壤的不均一性和微生物对腐蚀也有很大影响。
2.1 土壤电导率对金属管道腐蚀性的影响
土壤导电性直接受土壤粒度大小及水份含量和溶解盐类的影响。粒度大，水份的渗透能力强，土壤不易保持水份，可溶解的盐类少，土壤环境电阻率大，腐蚀速度小;粒度小，则渗透能力差，土壤含水量就大，可溶解的盐类多而成为电解质溶液，电阻率就小，腐蚀速度增大。在一般情况下，土壤对金属管道的腐蚀可用土壤的电阻率来衡量。
从土壤电阻率与腐蚀速度表可以看出，土壤电阻率>10000Ω.cm时，埋地钢管的腐蚀较轻。小于2000Ω.cm时，腐蚀速度急剧增加。
2.2 土壤中的氧含量对金属管道腐蚀影响
土壤中氧的含量对金属腐蚀有很大影响，腐蚀受以下阴极反应控制，土壤中的氧通常是来自地表渗透来的空气中以及雨水、地下水中溶解的氧，但起主要作用的是土壤颗粒缝隙中的氧。在干燥的砂土中，氧容易渗透，土壤中氧含量就高，在潮湿的砂土中，氧很难通过，土壤中氧含量就较少，在潮湿而又致密的粘土中，氧更难通过，含氧量就更少。因此，在潮湿而结构不同的土壤中，氧含量差别很大。
在含氧量不均匀的土壤中，由于有电解质的存在，埋设的金属管道除了要发生化学腐蚀还会发生电化学腐蚀。含氧量较多的金属管道区，金属先发生化学反应被氧化，价电位升高，成为腐蚀原电池的阴极区，含氧量少的土壤接触金属管道则成为阳极区而进一步造到电化学腐蚀。
2.3 土壤的湿度对金属管道腐蚀影响
土壤中的水份有些与土壤结合在一起，有些紧紧粘附在固体颗粒的周围，有些在微孔中流动。盐类溶解在这些水份中时，土壤就成了电解质。土壤中的水份很少，即湿度很低时，土壤的电阻很大，以致阳极过程和阴极过程不能顺利进行。随着土壤湿度的增加，土壤的腐蚀性跟着提高，直到某一临界湿度为止。进一步提高湿度，土壤的腐蚀性将降低。因为在过份潮湿的情况下，氧的进入减少。
2.4 土壤的酸度和含盐量
大多数土壤是中性的，PH值在6～7.5。有的土壤是碱性的，如砂质粘土和盐碱土，PH值在7.5～9.5。也有的土土壤壤是酸性的，如腐殖土和沼泽土，PH值在3～6。土壤腐蚀性随着PH值的降低而显著增加。这是因为氢的去极化过程增强。
2.5 温度对金属管道腐蚀影响
通常土壤腐蚀过程的速度将随着温度的升高而增大。但是，当温度较高是，使土壤变得干燥，此时土壤腐蚀速度将随着温度的升高而变慢。
2.6 土壤中的微生物对金属的腐蚀
微生物对土壤的腐蚀有很大的影响，并非它本身对金属的侵蚀作用，而是微生物生命活动的结果，间接对金属腐蚀电化学过程产生的影响。参与金属腐蚀的微生物有铁细菌、硫氧化菌、硝酸盐还原菌、硫酸还原菌等。其中厌氧的硫酸盐还原菌对腐蚀的影响最为显著。以下为厌氧的硫酸盐还原菌的腐蚀机理如下：
地下的金属构件周围有一种黑色腐蚀产物，这种黑色产物是硫化铁，在土壤完全缺氧和不透气的情况下，有一种厌氧性细菌被硫酸还原就会繁殖起来，它的繁殖活动对金属管道起着促进腐蚀作用，它需要的氢和某些还原物质，将硫酸盐还原成硫化物。埋设在地下土壤中的金属管道，由于在腐蚀进行时阴极过程中有氢产生，如果它附着在金属管道表面，成为气泡溢出，它的存在造成阴极极化而使腐蚀减缓或停止。如果有硫酸还原菌存在并活动，它们利用金属表面的氢使硫酸盐还原成硫化物，发生阴极过程的去极化而加强金属管道的腐蚀，硫酸盐还原时产生的硫离子与铁离子生成黑色的硫化铁。
总之土壤是由固态、液态和气态三相物质所组成的复杂的混合体系，它的结构、成分以及环境因素的相互作用，使土壤腐蚀比其他介质更为复杂，在任何地区多因素都是相互依存、相互作用，因此评价土壤的腐蚀性，只以任何一个因素作指标都有局限性，唯有在特定的条件下才是正确的。为了更多地了解各因素变化对金属腐蚀作用的影响，将有关因素概括如下表：
3 金属管道在土壤中的腐蚀防护措施
控制腐蚀的方法概括为两大部分，即运用专业的防腐技术的防护和在设计与生产中施行全面控制腐蚀，现分述如下：
3.1 运用专业防腐技术的腐蚀控制
专业防腐技术，方法多异，概括起来可分为：
1)电化学保护(按腐蚀电化学理论);
2)缓蚀剂保护(采用处理介质);
3)覆盖层保护(使金属与介质隔离);
4)选用耐蚀材料(合理选材)。
3.2 设计与生产中的全面控制腐蚀
1)设计过程的腐蚀控制(包括合理选材、设备结构、向相关方提出必不可少的防腐要求);
2)制造过程的腐蚀控制(必须按焊接规程进行);
3)储运安装过程的腐蚀控制(储运过程避免划碰、安装过程尽量减小应力产生);
4)操作运行过程的腐蚀控制(尽量减少开、停车次数);
5)维修保养时的腐蚀控制(维修过程要做好分析，跟踪调查，取得结果以进一步减少腐蚀隐患)。
上述各种防腐措施必须综合考虑，对于不同情况要考虑具体的防腐方法。下表是钢管埋设于土壤中，按照电化学防护之阴极保护所需电流密度对照表。
根据以上的分析可知，按埋设在地下土壤金属环境及腐蚀特点，对埋设在土壤中的金属管道防护应达到：
1)耐化学腐蚀和电化学腐蚀;
2)耐细菌腐蚀;
3)良好的绝缘性和致密性;
4)有一定的机械强度。
采用环氧煤沥青作防护层，另增加玻璃布做成玻璃钢隔绝层，然后再采用阴极保护。此种方法能经济而有效地达到金属管道与水、电解质、氧、微生物细菌等的隔绝，阻止化学及电化学腐蚀，从而达到防腐蚀的目的。
摘要：埋设地下的金属给水管线, 由于受土壤中的电解质、细菌及氧含量的影响而腐蚀减薄, 重则可发生爆管, 严重影响安全生产, 采取底漆防腐处理管道表面, 增设绝缘层防腐胶带, 并采用阴极保护, 此为较理想防护措施。
关键词：金属管道,土壤,腐蚀因素,防护措施
参考文献
[1]虞兆年.防腐蚀涂料和涂装[M].化学工业出版社, 1999.
[2]黄嘉琥.耐腐蚀材料应用手册[M].机械工业出版社, 1989.
非金属管道在油田中的应用 篇7
为了缓解这一现象, 各个油田相继引进了玻璃钢管、柔性复合管、钢骨架塑料复合管等一系列非金属管材有效地解决了这些问题, 为油田安全、快捷地发展提供了强有力的保障。
早在二十世纪五十年代中期, 美国已经开始在油田上应用玻璃钢管道, 到了二十世纪八十年代, 美国石油协会先后制定了高压玻璃钢管、油管、套管等相应的A P I规范, 并在八十年代末根据应用情况进行了相应的修改 (表1) 。
这些规范对石油工业用玻璃钢的材料选用、成型方法等都作了相应的规定, 标志着石油行业对玻璃钢管的认可。在国内, 从上世纪九十年代起, 玻璃钢管开始在油田集输系统进行测试试验, 在大庆、塔里木、辽河、胜利等油气田得到了应用。随后, 高压玻璃钢纤维管在注水系统也得到了应用, 并且钢骨架塑料复合管、连续增强塑料复合管也开始应用于油田污水和清水输送管道;塑料合金复合管、柔性高压复合管等用于污水、集油、输油管道。最近几年, 胺固化环氧玻璃钢管成功地应用于聚合物驱、三元复合驱的配制和注水管道, 解决了三元介质的腐蚀问题。
随着非金属管道在油田的大量应用, 其所体现出的优势逐渐得到了石油行业的认可。与金属管道相比, 非金属管道普遍具有以下无法比拟的优势:
1 耐腐蚀性强, 使用寿命长
原油及含油污水中含有大量的腐蚀性介质如H2S、SO2、NaCL、Ca2+等, 这些物质对金属的平均腐蚀速率为1~1.7m m/年, 大大降低了金属管道的使用寿命, 而非金属管道普遍具有优良的耐腐蚀性。例如, 高压玻璃钢纤维管采用玻璃纤维增强环氧树脂成型, 环氧树脂固化后, 高度的交叉互联使其具有较好的防腐性能, 能够抵抗酸、碱、盐、海水、未经处理的污水、腐蚀性土壤或地下水以及众多的化学流体的腐蚀;CPVC工业管由于含有高含量的化合氯原子, 对大部分的无机酸、碱、盐和高分子量脂肪烃碳氢化合物呈惰性反应, 并且对强氧化物及卤素具有良好的阻抗力, 其它非金属管线也同样具有优良的耐腐蚀性, 大大提高了管道的使用寿命。非金属管道使用寿命一般在30年以上, 而金属管道在低洼、盐、碱等强腐蚀地区运行3~5年就需要维修, 后期维护费用高, 使用寿命只有15年左右。
2 内壁光滑, 不易结垢, 介质输送阻力小
具体见表2。
根据范宁公式可知流体在圆形直管内流动的阻力损失为
其中
∆pf—圆形直管阻力损失, J/m3;
λ—摩擦系数;
l—管长, m;
d—管内径, m;
ρ—流体密度, kg/m3;
u—流体流速, m/s。
由公式可以看出当流体的操作条件一定时, 直管阻力损失的大小主要取决于摩擦系数λ的大小。当流体流速较小时, 流体流动形态为层流, 此时摩擦系数, 仅是雷诺数Re的函数, 与管壁粗糙度无关。而日常生产为了提高生产效率和降低工程投资往往需要提高流体流速u, 使流体流动形态变为湍流, 而此时摩擦系数λ, 不仅与雷诺数Re有关, 而且还与相对粗糙度有关, 其间的具体关系人们在大量实验的基础上经过分析处理归纳出了不少的经验公式和关系图。典型的有下面的莫狄摩擦系数图 (图1) dε
从图中可以看出当流体在一定操作条件下发生湍流时 (Re≥4000) , 摩擦系数随着相对粗糙度 的增大而增大, 最终导致了流体的阻力损失增大。
在同样的环境及相同条件下由于钢管内壁相对粗糙, 摩擦系数大, 并且随着腐蚀的加重快速递增, 导致阻力损失将进一步增大。而非金属管道由于内壁在整个寿命期内始终保持光滑, 摩擦系数很小, 使得非金属管道的介质输送阻力大大减小, 能够显著减少管道沿程的流体压力损失, 节约输送能耗。
3 导热系数小, 保温性能好, 大大减少了流体的热量损失
金属是良好的导热体, 导热系数通常在10~400 W/ (m·K) 之间。与金属相比非金属管道的导热系数普遍很低约为0.1~0.5 W/ (m·K) , 使得传热速率减小, 大大减少了流体的热量损失。
现对同等条件下的无缝钢管和玻璃钢管传热速率进行对比:
根据傅里叶定律可导出在稳定热传导下, 圆筒壁的导热速率方程为
其中
λ—圆筒壁导热系数, W/ (m·K) ;
L—圆筒壁长, m;
t1—圆筒壁内壁温度, ℃;
t2—圆筒壁外壁温度, ℃;
r1—圆筒壁内半径, m;
r2—圆筒壁外半径, m。
由表-3可知无缝钢管和玻璃钢管的导热系数分别为45 W/ (m·K) 和0.4 W/ (m·K) , 则
从比较的结果来看, 在同等条件下, 玻璃钢管的传热速率不足钢管的百分之一, 大大减少了流体的热量损失。
4 材质轻、安装方便、简单快捷, 工程费用低
非金属管材普遍具有密度小的特点, 重量仅为钢管的1/3~1/5, 搬运方便、施工人员少、安装动力设备少;管线连接有螺纹连接、法兰连接、承插胶结连接等, 方式灵活多样, 安装方便、简单快捷。
与金属管道相比, 非金属管道具有无法比拟的优势, 同时也存在着一些缺陷, 如产品制造标准不统一, 制造商在生产设备、技术水平、人员素质、服务质量等方面参差不齐, 产品质量差别大;管线刚性相对较差, 易打折, 抗机械损伤能力差;施工队施工经验不足、施工验收不规范, 造成管道施工质量的缺陷, 给管道安全运行埋下了隐患等。虽然非金属管道在生产制造、产品质量、施工维护等方面还存在着缺陷, 但相对于金属管道, 非金属管道具有许多无法比拟的优势, 随着技术的发展和工程经验的逐步丰富, 非金属管道的质量将不断提高, 优势将进一步显现。
据不完全统计, 截止2007年底, 中国石油各油气田已建成各类非金属管道达到12000多公里。近几年, 随着钢材的不断涨价和非金属管道质量的改进, 非金属管道的性价比不断提高, 今后中国石油在油气田地面工程建设方面, 每年都将有上万公里的新建或改造的油气水输送管道, 在今后油田新建产能工程和老化管道更新改造中, 非金属管道应用规模将会越来越大。非金属管道应用前景将十分广阔。
化工管道保温经济厚度公式分析 篇8
D1——管道保温层外径, m;
D0——管道外径, m;
λ——保温材料的导热系数, W/m·K;
αS——保温层外壳与环境的传热系数, W/m2·K;
PE——能量价格, ￥/GJ;
t——年运行时间, h/年
T0——管道温度, ℃;
Ta——环境温度, ℃;
PT——保温费用, ￥/m3;
ST——保温费用年摊销率;
公式 (1) 并没有考虑管道保温而占用的空间而产生的费用, 对于布置在管廊上的的管道, 这个空间费用是由于保温而增加的管廊建造费用和土地费用。
一、公式推导
如上所述, 对于管廊上的保温管道, 其涉及到的费用有。
1. 热损失造成的费用F1 (￥/年·m)
2. 保温结构摊销费用F2 (￥/年·m)
3. 管廊和土地摊销费用F3 (￥/年·m)
P1——管廊费用, ￥/m2;
S1——管廊费用年摊销率;
P2——土地费用, ￥/m2;
S2——土地费用年摊销率;
从而总费用F (￥/年·m) :
管道保温经济厚度, 即要总费用最小, 即 (6) 式取到最小值, 及 (6) 式的微分函数取零时的D1就是总费用为最小时的管道保温外径。故有 (7) 成立
将 (2) (3) (4) (5) (6) 各式带入 (7) 式求导并整理后得:
式 (8) 就是考虑了管廊和土地费用后管道保温经济厚度公式。公式右边含有D1, 所以求解需要试差。但在工程设计中运用excel VBA编辑函数处理, 也是很方便的。 (8) 式中, 项相对于D1, 是比较小, 如果略去该项和2 (P1S1+P2S2) 项, 公式 (8) 就与式 (1) 完全一样了。
二、公式 (8) 的运用
现通过一实例来检验公式 (8) 的运用。
例题:现有成都地区某新建工厂管廊上的一蒸汽管道, 管道外径为108mm, 水蒸气压力为3.2MPa, 求该管道的经济保温厚度。
解:该管道可采用岩棉管壳保温, 为便于试差计算, 现将式 (8) 整理为下式:
经查3.2MPa水蒸气温度:T0=240℃【4】;成都地区全年平均温度:Ta=15.7℃;
能量价格:PE=29￥/GJ;岩棉保温结构价格:PT=1600￥/m3;管廊费用:P1=2000￥/m2;土地费用按P2=25万元/亩=375￥/m2
年摊销率的计算公式为, 年利率取i=10%, 保温费用的摊销年限取6年, 管廊和土地的摊销年限取20年。故ST=0.23, S1=S2=0.117。年运行时间t=8000 h/年.
由于需要试差, 需要取一初始保温厚度, 我们取δ0=50mm, 故初始保温外径为D10=0.208m。将以上各值带入式 (9) 可得:D11=0.240, 再将前两次D1的平均值带入 (9) , 如此反复, 其各次所得值为D12=0.232, D13=0.226, D14=0.229, D15=0.230.可见D14和D15只相差1mm, 所以取D1=0.230m。
而按式 (1) 计算的管道经济保温厚度若为100mm, 就显然偏大, 与工程实际不符。故考虑管廊和土地费用在工程设计中是有其实际意义的。
结论
综上所述, 考虑了管廊和土地费用的管道保温经济厚度计算公式计算出的保温厚度更为合理和更贴近实际运用, 在化工设计中应加以考虑和运用。
参考文献
[1]GB 50264-2013.工业设备及管道绝热工程设计规范[S].
[2]SH 3010-2000.石油化工设备和管道隔热技术规范[S].
[3]GB/T 8175-2008.设备及管道绝热设计导则[S].
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