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化工管道的材料选择对于确保生产安全、提高效率以及延长使用寿命至关重要。在选用管道时,必须考虑被输送物料性质和它的腐蚀性,同时也应考虑物料状态和压力,在不同的温度及压力范围内,管道必须能保持一定的机械强度,管子选用的材料,视所送物料性质而定,常采用的材料有灰铸铁、碳钢、橡胶、有色金属、玻璃、塑料等。
一、金属管:金属管在化工管路中应用极为广泛,常用的有铸铁管、钢管、有色金属管。
铸铁管:铸铁管可分为普通铸铁管和硅铁铸管两大类。普通铸铁管由灰铸铁铸造而成。铸铁中含有耐腐蚀的硅元素和微量石墨,具有较强的耐蚀性能。通常在铸铁管内外壁面除有沥青层,以提高其使用寿命。灰铸铁用于制造普通的阀件、管件以及受压较小的管子。铸铁管及其管阀件常用作埋入地下的给、排水管,煤气管道以及有腐蚀性物料的管路,由于铸铁组织疏松,质脆强度低,铸铁管不能用于蒸汽管路,也不能用于压力较高或有毒易爆介质的管路上。
普通铸铁管的直径为φ50~300mm,壁厚为4~7mm,管长有3m、4m、6m等系列。硅铁铸管是指含碳 0.5%~1.2%,含硅10%~17%的铁硅合金,由于硅铁管表面能形成坚固的氧化硅保护膜,因而具有很好的耐腐蚀性能,特别是耐多种强酸腐蚀。硅铁管硬度高,但耐冲击和抗振动性能差。
钢管:用于制造钢管的常用材料有普通碳素钢、优质碳素钢、低合金钢和不锈钢等。按制造方式又可分为有缝钢管和无缝钢管。有缝钢管又称为焊接钢管,一般由碳素钢制成。表面镀锌的有缝钢管叫镀锌管或白口管,不镀锌的叫黑铁管。有缝钢管常用于低压流体的输送。如水、煤气、天然气、低压蒸汽和冷凝液等。
无缝钢管质量均匀、品种齐全、强度高、韧性好、管段长,是工业管道中最常用的管材。按轧制方法不同,无缝钢管分为热轧管和冷轧管两种。冷轧管的外径为φ5~200mm,长度为1.5~9m;热轧管的外径为φ32~600mm,长度为3~12.5m。无缝钢管的材质常用10、20、16Mn、09Mn2V等。碳钢管适用于一般性的腐蚀环境,成本较低,但不耐强酸、强碱和有机溶剂。
不锈钢无缝钢管常用材质有OCr13、1Cr13、1Cr18Ni9Ti、OCr18Ni12Mn2Ti、0Cr18Ni12Mo3Ti等。冷轧管的外径为φ6~200mm,长度为1.5~8m;热轧管的外径为φ54~480mm,长度为1.5~10m。不锈钢管具有良好的耐腐蚀性和机械性能,广泛应用于食品工业、制药行业及轻度腐蚀环境中。
合金钢管:如铬钼钢、镍基合金等,能够抵抗更苛刻的化学腐蚀条件,适用于高温高压场合。
有色金属管包括铜管、铝及铝合金管及铅管等
铜管:铜管有紫铜管和黄铜管两种。紫铜管含铜量为99.5%~99.9%。黄铜管材料则为铜和锌的合金。铜管的常用规格为:外径φ5~155mm,长度1~6m,壁厚1~3mm。铜管导热性能好,大多用于制造换热设备、深冷管路,也常用作仪表测量管和液压传输管路。铜及铜合金管(例如黄铜、紫铜)适用于海水或淡水环境中的管道系统。
铝及铝合金铝管:常用工业纯铝制造。铝合金管则多采用5A02、5A03、5A05、5A06、3A21、2A11、2A12等制成。由于铝及铝合金具有良好的耐腐蚀性和导热性,常用于输送脂肪酸、硫化氢、二氧化碳气体等介质,还可用于输送硝酸、醋酸、磷酸等腐蚀性介质,但不能用于盐酸、碱液等含氯离子的化合物。铝及铝合金的使用温度一般不超过150℃,介质压力不超过0.6MPa。
铅管:常用铅管有软铅管和硬铅管两种。软铅管用含铅量在99.95%以上的纯铅制成,最常用的是 Pb4 铅管。硬铅管由锑铅合金制成。铅管硬度小、密度大,具有良好的耐蚀性,在化工生产中主要用来输送浓度在70%以下的冷硫酸,浓度40%以下的热硫酸和浓度10%以下的冷盐酸。由于铅的强度和熔点都较低,故使用温度一般不得超过140℃。
二、非金属管
塑料管:在非金属管路中,应用最广泛的是塑料管。塑料管种类很多,分为热塑性塑料管和热固性塑料管两大类。属于热塑性的有聚氯乙烯管、聚乙烯管、聚丙烯管、聚甲醛管等。属于热固性的有酚醛塑料管等。塑料管的主要优点是耐蚀性能好、质量轻、成形方便、加工容易,缺点是强度较低,耐热性差。
聚氯乙烯(PVC)管耐大部分无机酸、碱及盐类溶液,但不适合用于高浓度氧化剂或有机溶剂中。
聚乙烯(PE)管包括HDPE(高密度聚乙烯)、LDPE(低密度聚乙烯)。具有较好的耐化学品性能,特别适合低温液体运输。
聚丙烯(PP)管比PVC更好的耐热性和抗冲击性,可用于更高温度下的酸碱介质。
氟塑料管如PTFE(聚四氟乙烯)、PFA等,几乎能抵抗所有化学品侵蚀,但价格昂贵。
陶瓷管:陶瓷管结构致密,表面光滑平整,硬度较高,具有优良的耐腐蚀性能。除氢氟酸和高温碱、磷酸外,几乎对所有的酸类、氯化物、有机溶剂均具有抗腐蚀作用。陶瓷管的缺点是质脆易破裂,耐压和耐热性能差,一般用于输送温度小于120℃、压力为常压或一定真空度的强腐蚀介质。陶瓷管具有极高的耐腐蚀性和耐磨性,主要用于极端腐蚀环境下。
橡胶管:橡胶管用天然橡胶或合成橡胶制成。按性能和用途不同有纯胶管、夹布胶管、棉线纺织胶管、高压胶管等。橡胶管质量轻、挠性好,安装拆卸方便,对多种酸碱液具有耐蚀性能。橡胶管为软管,可任意弯曲,多用来作临时性管路和某些管路的挠性连接件。橡胶管不能用作输送硝酸、有机酸和石油产品的管路。
玻璃钢管:玻璃钢管是以玻璃纤维及其制品为增强材料,以合成树脂为黏结剂,经过一定的成形工艺制作而成。玻璃钢管具有质量轻、强度高、耐腐蚀的优点,但易老化、易变形、耐磨性差,一般用于温度小于150℃、压力小于1MPa的酸性和碱性介质的输送管路。
玻璃管: 玻璃管一般由硼玻璃或高铝玻璃制成,具有透明、耐蚀、阻力小、价格低等优点,缺点是质脆,不耐冲击和振动。玻璃管在化工生产中常用作监测或实验的管路。
三、复合材料管道
衬里管道:在金属管道内部衬上一层耐腐蚀材料,如橡胶、塑料或玻璃鳞片等,以提高整体耐腐蚀性能。
双层或多层结构:结合不同材料的优点,形成多层结构,既能保证力学性能又能满足特定环境下的防腐需求。
化工管道选用原则
介质性质:考虑输送物质的化学特性,如pH值、温度、压力等因素。•经济性:综合考虑材料的成本、加工费用及维护成本。
安全性:确保所选材料在使用过程中不会产生有害物质,符合相关法规标准。
可操作性:安装便捷性、连接方式是否合理等也是重要考量因素之一。
长期稳定性:评估材料在预期寿命内的物理化学变化情况。
总之,在选择化工管道材料时需要综合考虑多个方面,并且可能还需要通过实验测试来确定最适合的具体材质。