2010年第lO卷第2期 气体净化 ・ 15 ・ 含CO2、H2 S的酸性气管道选材方案对比 郑 勇 (中国五环工程有限公司,湖北武汉430223) 摘要:通过对钢骨架塑料复合管、碳钢衬塑管道及碳钢无缝管道对1.5 km的酸气管道(干气)敷设 时选材的分析对比及已有的工程实例,论证了用碳钢无缝管道敷设的安全性和合理性。 关键词:钢骨架塑料复合管;碳钢衬塑管;碳钢管;酸气管道 在化工新建的项目和改造的项目中,建设者往 远远高于同尺寸的纯塑料管。 往都对有毒易燃易爆类的管道格外关注,这类管道 1.2优异的抗快速开裂和抗环境应力开裂性能 的选材是否得当直接关系到项目投产、管道使用寿 在钢骨架塑料复合管产品中,由于环形钢丝网 命以及对整个项目所带来的安全隐患。现以工程实 的存在,复合管径向承受负载能力大大提高,从而大 例探讨酸气管道选材的一些问题。 大改善了复合管塑料管壁部分的抗快速开裂、环境 天福化工有限责任公司合成氨及二甲醚项目的 应力开裂性能。 氨醇联合装置,副产一些酸气,为了更好地利用这些 1.3 耐冲击性和尺寸稳定性 酸气,企业决定将这些酸气送往至1.5 km之外的翁 钢的弹性模量通常是高密度聚乙烯弹性模量的 福集团公司磷肥厂硫酸装置,用于生产硫酸,从氨醇 200倍左右,由于钢骨架的加强作用,钢骨架塑料复 联合装置到硫酸装置,要穿过多个已建成投产的厂 合管的钢性、耐冲击性及尺寸稳定性优于任何一种 区,局部地区还要利用原有的老管架进行敷设,酸气 塑料管材。同时网状钢骨架本身的结构特征,又使 管道管径DN250(正常工况下管道内气体成分为: 复合管在轴向保留了适度的柔性,因此该管材具有 H2:0.08 ,CO:0.19 Ao,CO2:68.91 ,N2: 刚柔并济的特点,不仅运输和安装方便,而且能够有 0.16 ,H2S:29.33 ,NH :0.05%,HCN: 效承受土层沉降或滑移、地表车辆等造成的纵向载 0.07 ,CH。OH:0.89 ,H2 O:0.32 )。敷设距 荷,运行可靠性良好。 离约1.5~2 km,管道内介质的操作压力/设计压 1.4 耐腐蚀性能和耐磨损性能 钢骨架塑料复合管大多选用高密度聚乙烯,是 力:0.1 MPa/0.6 MPa;操作温度/设计温度:3O℃/ 一种结晶性非极性材料,化学性质非常稳定,耐多种 5O℃。现业主针对现场实际情况要我公司做一个 化学介质的侵蚀,无电化学腐蚀。 分别用钢骨架塑料复合管、碳钢衬塑管、碳钢管为材 1.5 内壁光滑,输送阻力小 料进行管道敷设的对比方案。 管骨架塑料复合管采用内定型工艺,其内表面 l钢骨架塑料复合管 比钢管内壁更光滑,绝对当量粗糙度为0.01 mm,而 钢骨架塑料复合管是以聚乙烯为基体,钢丝焊 钢管内表面的绝对当量粗糙度为0.2 mm,同等条件 接而成的网状钢骨架为增强体,经连续挤出成型的 下的输送量比钢管有明显提高。同时管材内壁光滑 复合管材,分为以钢丝网为骨架材料的钢骨架聚乙 耐磨,输送阻力小,不结垢、不结蜡,长期运行能效果 烯复合管材,生产采用内定径工艺(主要生产管道); 明显。 以钢板孔网为骨架材料的钢骨架聚乙烯复合管材, 1.6使用寿命增加 生产采用外定径工艺(主要生产管件)。可用于石 解决了普通钢管耐压不耐腐蚀的缺点。塑料管 油、化工、医药、冶金、采矿及船舶、市政建设、食品等 耐腐蚀不耐压,钢衬塑管容易脱层及管道连接部位 行业。管材输送介质温度范围一般为O~70℃。 防腐难等不足,克服了玻璃钢施工条件苛刻,容易脆 1.1优异的抗蠕变能力和破坏强度 化等缺点,使用寿命延长。 钢骨架塑料复合管经过长期静液压强度测试, 2碳钢衬塑管道 在23℃、6O。C、8O℃下,其抗蠕变能力和破坏强度 碳钢衬塑管目前使用较多的是聚乙烯塑料衬里 ・ 16 ・ 气体净化 2010年第1O卷第2期 管道,聚乙烯衬里具有优良的耐腐蚀性能,在常温下 钢管的跨度。 几乎任何有机溶剂都不能使它溶解;在7o~8o℃ 时,一些有机溶剂可以使它溶胀。碳钢衬里管道一 般使用压力在2.0 MPa,温度在100℃以内,钢衬聚 b)钢骨架聚乙烯复合管的内外壁都是聚乙烯, 钢骨架材料在管材内部被聚乙烯包裹。钢骨架聚乙 烯管的机械强度较低,作明管敷设受碰撞容易破损。 c)管架上已有很多工艺管道,施工时采用电热 熔连接有安全隐患。 乙烯管道广泛的运用在纯盐酸管道、稀H SO 管 道、HF、稀HNO。和碱、盐溶液。这类管道运行一 段时间后衬里层会局部脱落,因此对衬里层的质量 d)作为易燃易爆的燃气输送管道,一般很少使 用钢骨架聚乙烯复合管管道作架空管敷设道,国际 要求较高,另外这类管道输送的介质不能有氧化性 较强的介质,聚乙烯衬里层抗氧化性差。这类管道 一般都是用法兰连接,介质多为液体,易观察泄漏 点,很少用在有毒可燃的气体管道上。 3碳钢管道 碳钢无缝管是工业中最常用的一类管道,广泛 用于多种介质,由于此次输送的介质是几乎不含水 的酸气,因此对管道的腐蚀率很小,采用焊接的方式 进行连接,也减少了酸气泄露的可能性,而且这类管 道施工安装相对比较方便,在原有管架上进行敷设 时只要安全保护措施得当,是不会对原有管道造成 破坏的。为了更加确信碳钢管道输送酸气在实际项 目中的成功运用,业主和我公司技术人员一起去山 东东营市的一家化工企业考察了相似介质的碳钢管 道的敷设情况,该公司的管道内的介质也是无水酸 气,且H。S浓度更高,采用直埋方式在地下敷设,运 行已有1年多,运行情况良好,管壁腐蚀率正常。而 且随着钢铁工业的发展,耐硫蚀管线的开发和应用 也已经取得了很好的成绩,只是管线的规格(目前可 生产出的规格较少)和耐温性能(200℃以上不能保 证较好的高强度性能)所限,没有大规模地工业化应 用,相信耐硫蚀管道在不久的将来将会以其突出的 性能占据耐硫类管道的市场。 4 比 较 从天福化工有限责任公司合成氨及二甲醚项目 的氨醇联合装置(起点)至翁福集团公司磷肥厂硫酸 装置(终点)在已有老管架上增加敷设一根DN250 的酸气管道。 4.1 采用钢骨架复合管所面临的问题 a)这根DN250的管道要敷没在以前的老管架 上,管架上有很多已经存在的蒸汽管道和工艺介质 管道,钢骨架复合管道一般只能耐70。C以下温度, 并且不耐有机腐蚀性介质,因此管道布置时需要注 意,且DN250的管道只能自跨4 m左右,远远低于 上一般也规定只作埋地管使用。酸、碱、盐及油类等 有机化学物质对钢骨架聚乙烯管的腐蚀作用以及太 阳光中紫外线和雨水中的杂质对钢骨架聚乙烯管道 的老化和氧化作用,将会降低钢骨架聚乙烯燃气管 管道的使用寿命。 e)如果用钢骨架复合管架空敷设输送此易燃易 爆介质,管道将穿越几个化工厂,由于钢骨架复合管 道只能耐7O℃以下温度,一旦在管架附近发生火灾 或者爆炸,使钢骨架管道遭到破坏,会导致介质泄露 引起二次火灾或者爆炸。 f)用钢骨架聚乙烯复合管输送酸气管道与其它 管道集中敷设,暂无丰富经验。 4.2采用碳钢衬塑管面临的问题 这类管道敷设约1.5 km,管长一般4~6 m,若 要用法兰连接,则将会有几百套法兰,无形中会增加 很多泄露点,安全隐患较多,且很少用这类管道输送 有毒可燃气体介质。 由此可见,选用碳钢无缝管道进行此次酸气敷 设是可行的,为了延长管道的使用寿命,在进行设计 时或采购时可以适当增加2 mlTl的壁厚,延缓腐蚀。 由于管道要穿越多个老厂区管架,为了安全,可以严 于规范标准,对焊口进行百分之百的无损检测。由 于管道的压力不高,试压时建议采用气压试压,因为 若水压试验,由于管道较长会形成很多高低点,若水 压试压后排水不净,酸气会在湿的环境中对管道形 成严重腐蚀,而且水压试验时临时增加的高点排气 和低点排放也会带来泄露隐患。在管道投用前一般 要在适当的位置设置硫化氢报警器和检测仪,并用 便携式硫化氢检测仪对管道进行定期检测。并在危 险地段设置硫化氢警示牌。 5 结 论 进行此次酸气管道敷设的选材结合现场的实际 情况,选择碳钢无缝管是安全、科学、合理、经济的。