化工管道设计中的问题初探集锦1.doc

醋酸装置中高合金管道材料的应用与探讨
摘要：概述了醋酸装置中哈氏合金和锆合金的特性及其管道材料的应用，并对高合金管道的设计原则、新材料的采用、阀门及法兰的选材等方面进行了探讨。
关键词：醋酸装置 哈氏合金 锆合金
1、引言
由于需求增加，今年全球醋酸价格平均上涨了35%。在国内市场，醋酸价格上涨的走势更为强劲，市场价格全面达到5500元/t以上，上限突破了6000元/t，比去年同期上涨40-45%。这主要是我国醋酸下游产品醋酸乙烯、精对苯二甲酸（PTA）、聚乙烯醇、醋酐等进入快速发展时期，其中发展最快的是PTA，这些下游产品产能的快速增长必须迎来醋酸工业新的更大的发展。
我国现有的醋酸生产能力约达135万t/a；在建设中的四套醋酸装置将使生产能力增加70万t/a；另据悉，落户于南京化工园区的Celanese公司将独资建设一套60万t/a醋酸装置，规模号称中国第一、世界第二；中国石化（SINOPEC）与BP已签署协议，在南京合资建设50万t/a醋酸装置。详见表1。
表1 建设中和计划建设中的醋酸装置
公 司
地点
设计能力kt/a
工艺
开始建
设时间
预计投
产时间
江苏索普集团公司
镇江
150
甲醇羰基合成法
2002
2004.9
扬子江乙酰化工公司
重庆
350(从200扩建)
甲醇羰基合成法

2005
大庆石油管理局甲醇厂
大庆
200

2004.4
2005.10
山东兖矿集团
枣庆
200
甲醇羰基合成法
2001

Celanese
南京
600
A0

2006
SINOPEC-BP
南京
500
Cativa

2006
由于醋酸装置中除大量应用了300系列不锈钢外，还大量应用了哈氏合金（Hastelloy）、锆合金和超级不锈钢等高合金材料，这使醋酸装置的投资较高，对于一套50万t/a醋酸装置，总投资约为1.5亿美元。这必然会给有关的材料及加工行业带来新的契机。对于设计而言，正确、合理地应用这些高合金材料，以降低投资和延长装置的运行寿命必然是最关注的问题。本文仅就此对某些方面进行一些粗浅的探讨。
2、哈氏合金
2.1 概述
哈氏合金是由Haynes International Inc.开发的特殊用途的合金（耐蚀、耐高温等），有2类牌号，即Hastelloy和Haynes。
在耐蚀的Hastelloy系列中，Hastelloy B是较早使用的Ni-Mo合金，Hastelloy B使用中的主要问题是，焊接后在热影响区会形成第二相，从而大大降低了其耐蚀性。因此，用Hastelloy B制造的结构必须进行焊后热处理以提高其耐蚀性。
Hastelloy B-2是进一步开发的改进材料，对各种浓度的盐酸具有极好的耐蚀性，同时对硫酸、醋酸和磷酸具有良好的耐蚀性，而且对点蚀和应力腐蚀破裂有极好的耐蚀能力。Hastelloy B-2具有更低的C含量和Fe含量，从而消除了在热影响区形成第二相的问题，所以Hastelloy B-2可以在焊接状态下使用。
Hastelloy B-3是Ni-Mo合金家族中的新成员，它同样对各种浓度的盐酸具有极好的耐蚀性，同时对硫酸、醋酸、甲酸和磷酸具有良好的耐蚀性，而且对点蚀和应力腐蚀破裂有极好的耐蚀能力。由于对其化学组成进行了调整（增加Cr，W），改善了热稳定性和加工特性。
Hastelloy C-276 Ni-Mo-Cr合金，是在Hastelloy C基础上改进的新型的多用途的耐蚀合金。其低的碳含量使之在焊接热影响区的晶界析出减至最小。它可在焊接状态下应用于大多数化工过程。
Hastelloy C-276对宽范围的氧化性和还原性介质均有极好的耐蚀性，如强氧化性的氯化铁和氯化铜、甲酸、醋酸、醋酐、海水等；而且还是少数能够经受湿氯气、次氯酸盐的材料之一。正是由于它的极好的耐蚀性，常被誉为“万能”耐蚀合金，应用在看来可能会发生腐蚀的地方。在浓度小于65Wt%的磷酸中，在沸点以下的所有温度下，其腐蚀速率小于5mpy(0.13mm/y);在99%的醋酸中，在沸点下的腐蚀速率小于1mpy。
Hastelloy C-276还对点蚀、缝隙腐蚀和应力腐蚀破裂具有极强的抗蚀能力。
Hastelloy C-276可进行轧制、热镦锻、冲压，已成功地应用于深拉、拔丝、压力成形。所有常用的焊接方法均可用于Hastelloy C-276，但不推荐使用氧乙炔焊和埋弧焊。
除非另外规定，轧制的Hastelloy C-276常以固溶热处理状态供货。一般在1121℃进行热处理，然后迅速淬冷。
各种哈氏合金的典型化学组成如表2所示。
表2 各种哈氏合金的化学组成 Wt%

Ni
Mo
Cr
Fe
Co
W
Mn
Al
Ti
Si
C
其它
HastelloyB
(N10001)
63.0
26.0-
30.0
1.0*
4.0-
6.0
2.5*

1.0*

1.0*
0.05*
V-0.2-0.4
P-0.04*
S-0.03*
HastelloyB-2
(N10665)
69.0
26.0-
30.0
1.0*
2.0*
1.0*

1.0*

0.1*
0.02*
P-0.04* S-0.03*
HastelloyB-3
(N10675)
65.0**
27.0-
32.0
1.0-
3.0
1.0-
3.0
3.0*
3.0*
3.0*
0.5*
0.2*
0.1*
0.01*
V-0.2* P-0.03*
S-0.01*
HastelloyC-276
(N10276)
57.0
15.0-
17.0
4.0-
7.0
4.0-
7.0
2.5*
3.0-
4.5
1.0*

0.08*
0.01*
V-0.35* P-0.04*
S-0.03*
*—max。
**—min。
2.2 Hastelloy B-2和Hastelloy B-3的对比
2.2.1 沸腾酸中均匀抗蚀能力
Hastelloy B-2和Hastelloy B-3在各种沸腾中的平均腐蚀速率列于下表。

表3 平均腐蚀速率 mpy(mm)
介 质
Hastelloy B-3
Hastelloy B-2
316L
MONEL400
50%醋酸
0.2(0.005)
0.4(0.010)
0.2(0.005)

40%甲酸
0.5(0.013)
0.7(0.018)
41(1.041)
2.1(0.053)
50-55%磷酸
3.0(0.076)
6(0.152)
18(0.457)
4.5(0.114)
50%硫酸
1.7(0.043)
1.2(0.030)
＞20000(＞500)
185(4.699)
20%盐酸
12(0.305)
15(0.381)
＞20000＞500)
1587(40.310)
2.2.2 应力腐蚀破裂
按照ASTM G-30应力方法，用U形弯试件在60%的沸腾硫酸中进行试验，试件在700℃下退火1小时，试验结果表明，Hastelloy B-3，24小时，无破裂；而Hastelloy B-2，3小时即发生晶间破裂。试验结果如图1所示。
2.2.3 热稳定性
Hastelloy B-2在700℃温度下短时间停留，会导致严重的脆化。对比，Hastelloy B-3的热稳定性比Hastelloy B-2有明显的提高，从而使Hastelloy B-2在加工过程中所产生的相关问题减至最少。这是由于在Hastelloy B-3中减少了析出有害金属间化合物的倾向，因而在各种热循环条件下有比Hastelloy B-2更好的韧性。图2所示为Hastelloy B-3和Hastelloy B-2在700℃温度下，不同停留时间时拉伸延展性的对比。
Hastelloy B-3有良好的成形和焊接性能，可以锻造和其他形式的热加工，同时也可进行冷加工，即用通常的冷加工技术制造Hastelloy B-3的各种部件。

2.3 应用
根据上述各方面性能的对比，不难看出，Hastelloy B-3无论在均匀抗蚀能力还是在抗应力腐蚀破裂方面，均比Hastelloy B-2具有明显的优势。因此，从抗蚀角度而言，在某些介质中，采用Hastelloy B-3取代Hastelloy B-2是适宜的。其管道、管件和法兰的ASTM标准分别为：ASTM B619 N10675，ASTM B366 N10675 Gr.WPHB-3和ASTM B462 N10675。这种新材料在国内加工和应用尚不普遍，据悉，齐鲁石化机械厂在2003年首次成功地制成Hastelloy B-3封头。
然而对于阀门，目前的铸造镍基合金的标准ASTM A494中尚无与Hastelloy B-2和Hastelloy B-3对应的材料，只有两种Ni-Mo合金可供选择，即N-12MV（相当于Hastelloy B）和N-7M。其化学组成列于表4。
表4 ASTM A494铸造镍基合金的化学组成 Wt%

C，max
Mn,max
Si,max
P,max
S,max
Mo
Fe
Ni
Cr
V
N-12MV
0.12
1.00
1.00
0.04
0.03
26.0-30.0
4.0-6.0
余额
1.00
0.20-0.60
N-7M
0.07*
1.00
1.00
0.04
0.03
30.0-33.0
3.00max
余额
1.00

CW-12MW
0.12
1.00
1.00
0.04
0.03
16.0-18.0
4.5-7.5
余额
15.5-17.5

CW-6M
0.07**
1.00
1.00
0.04
0.03
17.0-18.0
3.0max
余额
17.0-20.0

*—FLOWSERVEGS公司Chlorimet2牌号，其碳含量限制在0.03max。
**—FLOWSERVEGS公司Chlorimet3牌号，其碳含量限制在0.03max。
由表4可见，N-7M材料C、Fe含量较低、Ni、Mo含量较高，这使之增强了耐蚀性和延展性。以往在阀门中常采用ASTM A494 Gr.N-12MV作为阀体材料。笔者认为，如改用N-7M，必然会显示出更佳的综合性能。FLOWSERVE公司的Chlorimet2牌号Ni-Mo合金即按ASTM A494Gr，N-7M生产的，不过其C含量的要求更为严格，规定为0.03max。
在管道材料采用Hastelloy C-276的等级中，阀门材料通常采用ASTM A494 Gr.CW-12MW即原来的Hastelloy C，由于CW-12MW在耐蚀性、延展性和可焊性方面性能较差，如CW-12MW的延展性（2″）数据仅为4%，而CW-6M可达25%，所以CW-12MW渐被淘汰。笔者认为，采用CW-6M应更为适宜。尤其是FLOWSERVE公司的Chlorimet3牌号Ni-Mo-Cr合金的C含量控制在0.03max，在许多场合下具有和新的Hastelloy C-4（CW-2M）和Hastelloy C-22（CX-2MW）可比的耐蚀性能。
3、锆合金
3.1 概述
锆合金在大多数的有机酸、无机酸、盐溶液、强碱和熔融盐中具有极强的耐蚀性，例如，在较宽浓度范围（5%—99.7%），温度达200℃时，腐蚀速率小于1mpy。但在盐酸系统中锆合金的耐蚀性更优于钛。锆合金的价格虽然昂贵，它是石墨材料的4倍，钛材的2倍，但在腐蚀性环境中，石墨材料虽然能承受高温，但不能承受高压。锆合金的使用，延长了设备的寿命、降低了维修费用、减少了停车时间、更消除了由于腐蚀产物而带来的产品污染。大量的经验表明，锆合金在高温、高腐蚀性环境中，日益显示出经济上的优越性。
工业级的锆材大多含有2.5%的铪，锆合金称其为“Zircalloy”和“Zircadyne”。
3.2 两种锆基合金
化工中经常使用两种锆基合金，即Zr702和Zr705。其化学组成如表1所示。Zr702和Zr705的锆和铪的总含量分别为99.2%和95.5%，铪的最大含量为4.5%。Zr705是锆-铌合金，铌可增加其强度并改善其成形能力。
Zr702可用于苛刻的腐蚀环境，如高于55%浓度的硫酸等；Zr705可用于腐蚀性稍弱的场合，其价格比Zr702便宜。锆对氧具有很高的亲合力，在空气中，室温条件下即可生成保护性氧化膜，从而具有超强的抗蚀性。
3.3 晶体结构
Zr702在小于865℃时，为密排六方晶格结构（α），在更高温度下，将转换为体心立方晶格结构（β）；Zr705在小于920℃时是由上述两种晶格结构组成的两相系统，高于该温度时，转换为体心立方晶格结构（β）。
由于这一特性，通常轧制的锆合金是各向异性的，即锆合金的某些物性和机械性质随材料的方向而异。因此，锆合金的冶金产品均应以退火状态供货。

3.4 应用
3.4.1设计原则
由于锆合金材料及其加工的费用均非常高，因此在设计中必须特别注意，主要应考虑以下几个方面:
—设备布置尽可能紧凑、合理;
—管道布置尽可能短，应避免不必要的管袋;
—管件、阀门的布置应合理，尽可能减少不必要的焊缝;
—加强自检和校、审，保证图纸100%正确、无误。
当然，这些设计原则对其它类的高合金管道设计同样是适用的。
3.4.2 管壁厚度
应根据计算确定管道壁厚。必要时，为考虑经济原则，在同一等级中，相同直径的管道可有不同的壁厚。
对于放空和排净所需的螺纹连接，应按标准规定确定最小壁厚。可采用螺纹管台和短管(nipple)，而没必要使所有的管道因此而增加壁厚。
由于锆合金材料的加工要求比较严格，所以在对焊连接处应是等壁厚的原则。尽可能避免在焊接加工时由于不同壁厚而导致的额外加工。
3.4.3 法兰
由于锆合金材料的机械强度较低，因此在采用锆合金法兰时，必须检查其设计条件在法兰的额定数据(P-T Rating)之内。
为降低费用和提高额定数据，常采用松套法兰。法兰环的材料不可采用碳钢，以防铁素体污染。可选择316不锈钢、双相钢和哈氏合金等，视设计条件而定。笔者认为，为降低费用，在一定条件下，适当提高压力等级而采用316不锈钢取代双相钢或哈氏合金作法兰环，很可能是个不错的选择。这里值得提及的是，松套法兰虽可降低费用，但承受内压的性能远不如对焊法兰(指和法兰环相同的材料)，在校核额定压力时，应留有余地。在全额定条件下使用时，应采取慎重态度。
3.4.4 阀门
还是由于锆合金材料的机械强度较低的原因，为了提高阀门的额定值，往往结构比较特殊。FLOWSERVE公司的Noble Alloy Valve即很有特点，其中，具有专利权的Custom球阀为组合式法兰结构，很有独到之处，其阀体为锻造的锆合金材料，法兰是用高合金材料采用热嵌螺纹连接技术紧配合在密封面的外侧。这种结构使之可以利用标准的法兰提高了阀门的额定值，对于锆合金这种低强度阀体材料，其优点显得尤为突出。Custom球阀的另一特点是采用了“Nobleizing”表面硬化技术，经"Nobleizing"表面硬化处理的锆合金的阀座、球和阀杆，其表面硬度可达70Rockwell C，且达一定的深度。这大大增强了材料的耐磨损性，从而延长了阀门的寿命。大多数情况下，经处理的金属仍保持其耐蚀性或有所改善。

图3 Custom球阀的组合式法兰
对于Custom球阀，还可以按照用户的要求进行制造，例如，为满足特定的工艺条件，用户可选择600×300锆合金阀体(600等级的阀体，300等级的法兰)，法兰的材料选择Hastelloy C276。这样，用户可以有很宽的选择余地。当然，对于上述举例，笔者认为，选用600等级的标准阀体，以316不锈钢取代Hastelloy C276作为法兰材料，也可能是一个不错的选择。这样，可以提高法兰等级的方法，满足设计条件，同时，可从改用标准的阀体和以316不锈钢取代Hastelloy C276中，获得明显的费用节省。
4 结语
在成熟的醋酸装置中，新材料的采用，同样是令人关注的;在高合金的管道设计中，"细化"设计是值得提倡的。

甲醇装置转化气管线爆裂原因及材料选用分析
摘要：本文从设计、操作等方面对甲醇装置转化气管线爆裂的原因进行了分析，并提出了相应的整改措施。
关键词：转化气管线 爆裂 原因分析 整改措施
某年产10万吨甲醇厂，自1998年11月开车投料试运行以来，造气工序转化气废热锅炉后的锅炉给水预热器，至精馏工序加压塔再沸器，和与再沸器相连的分离器A之间的转化气管线上，共有三处在不同的时间内相继出现裂缝并发生管线爆裂，使转化气大量外漏，从而影响了甲醇装置的安全运行和正常生产。
1、转化气管线裂缝及爆裂的位置和特征

上图是转化气管线流程示意图，管张上的裂缝主要出现在三个部位。
1.1 第一次裂缝
第一次裂缝发生在1999年10月2日，管体爆裂位置位于锅炉给水预热器转化气出口下端直管段和与之相连的90°弯头环焊缝以上65mm处。经现场检验，爆口边缘附近管体壁厚减薄较为明显，最薄处壁厚已不足1mm。
1.2 第二次裂缝
第二次裂缝发生在1999年12月22日，管体爆裂位置出现在精馏工序，位于加压塔再沸器与分离器A之间转化气管线第一个90°弯头至U型管入口的直管段上，爆裂口距弯头与无缝管间环焊缝约90mm处的纵向断口上。现场测量，爆裂口附近管体壁厚仅为0.8mm。
1.3 第三次裂缝
第三次裂缝发生在2000年2月25日，管体爆裂位置位于锅炉给水预热器转化气出口第一个90°弯头背部，爆裂口的尺寸径向为380mm宽，轴向为600mm长，最薄处壁厚不足1mm。
2、爆裂口处管线的设计工况
2.1 锅炉给水预热器出口转化气管线的设计工况
正常操作压力 2.86MPa（G）
正常操作温度 178℃
转化水碳比为3.4
转化气组成和流量：
组分
H2
CH4
CO
CO2
H2O
N2
∑
组成mol%
44.33
3.64
7.93
5.79
28.29
0.02
100
流量kmol/时
1489.62
122.35
266.42
194.54
1286.56
0.82
3360.31
经ASPEN PLUS程序计算,在此操作条件下,介质的露点温度为183℃,气相分率为93.2%,转化气中冷凝液含量4.1吨/时。
2.2精馏工序加压塔再沸器出口转化气管线的设计工况
正常操作压力2.84MPa(G)，正常操作温度156℃，由于锅炉给水预热器出口至加压塔再沸器和分离器A之间，管线中的介质没有发生化学变化，只有热量的交换，所以，各组分的组成和流量与锅炉给水预热器出口相同，但操作温度由178℃降为156℃，所以在加压塔再沸器出口转化气中的水蒸汽已出现了大量的冷凝。使管线内介质呈两相流状态。
原设计中已充分考虑了两相流管线的配管特点，在设备布置上使该管线短而直，两设备管口的距离约为lm。为了解决两设备管口间管线带来的热应力问题，设计中选用了一个无推力膨胀节直连。
3、管线爆裂处的实际操作状况
3.1 锅炉给水预热器出口转化气管线的实际状况:管线发生爆裂时，该弯头处的操作条件为压力2.79MPa(G)，温度为160℃，转化水碳比为3.6。
3.2 精馏工序加压塔再沸器出口转化气管线的实际状况:管线发生爆裂时，该处的操作条件为压力2.8MPa(G)，温度为156℃。
与原设计不同的是，由于在施工过程中，现场到货的无推力膨胀节存在制造质量问题，建设方将加压塔再沸器出口至分离器A之间的无推力膨胀节，改为水平U型管线连接。
4、爆裂原因的分析
4.1 现场检验结果
事故发生后，生产厂委托中国科协工程联失效分析和预防中心石油管材与装备分中心，对现场管体取样，并进行了一系列的化验和分析，出具了如下的分析报告。
从爆裂管体上取金相试样，进行金相组织分析，其金相组织为铁素体加珠光体，管壁无明显的脱碳现象，也末发现晶界裂纹。
从爆裂管体上取化学成分分析试样，经直读光谱和脱硫仪分析，其管体化学成分符合GB699-88规定的20#钢的标准要求。
从爆裂管体上取试样，进行拉伸试验、冲击试验、压扁试验，其管体的机械性能均符合GB8163-87标准的要求。
4.2 爆裂原因的分析
(1)由中国科协工程联失效分析和预防中心石油管材与装备分中心出具的报告认为:爆裂位于管线90°弯头及弯头与直管环焊缝附近，直管与弯头通过焊接相连接，环焊缝内表面明显高于管体内壁，气流流经弯头和环焊缝时，气流遇阻，气体流动方向发生改变，在焊缝或弯头附近管壁处形成湍流，便此处管壁发生冲蚀损伤;又由于该管体本身壁厚不均，薄壁区更容易受冲蚀，造成管壁减薄。
因此气体冲刷腐蚀导致管体局部壁厚减薄，承压能力降低，是造成管体爆裂的主要原因之一。
(2)转化气中氢气对管体爆裂的影响
转化气中氢气含量高达44%，氢气对钢材的腐蚀性只有在高温和高压下才表现出来。钢的氢腐蚀表现为组织脱碳与晶界裂纹，其结果是降低钢的机械性能，特别是抗拉强度、延性和冲击韧性。普通碳钢包括低含碳的普通碳钢，在400℃的工作温度下不长时间内就会受到严重的氢蚀。在300℃的工作温度下则无明显的氢蚀现象发生。
发生爆裂的转化气管线操作温度在178℃至156℃之间，远低于普通碳钢发生氢腐蚀的温度;从管体金相组织分析来看，末发现金相组织晶界裂纹及脱碳现象;管体机械性能符合GB8163-87标准及GB3087-82规定的20#钢的标准要求，且断口为塑性断口，因此可以排除因氢腐蚀而导致管体爆裂的可能性。
(3)转化气管线布置对管体爆裂的影响
该甲醇装置为了降低能耗，提高能量的综合利用，在工艺设计上采用了与中小规模的甲醇装置不同的能量利用方案。一改传统的精馏塔由低压蒸汽供热的惯例，而采用转化气直接向精馏工序加压塔再沸器供热的方式。由于废热锅炉和锅炉给水预热器布置在造气工序，而精馏加压塔和预塔及分离器A位于精馏工序，锅炉给水预热器至精馏加压塔再沸器的管线通过管廊来连接，距离约100米。这种工艺方案，就决定了转化气管线将大大增长。由于转化气己处于露点以下，随着管线内介质与外界热量的交换，也造成冷凝液的增加。
原设计中精馏工序加压塔再沸器至分离器A之间的转化气管线为气液两相流管线，其连接为管口对管口的直连。为消除热应力，设计为一无推力膨胀节，长度约为lm。在施工过程中，由于该管线改为水平U型布置，从而增加了3个90°弯头和5m多的直管段。这样，转化气在输送过程中，流经90°弯头时，在较短的时间内几处发生较大的流向改变，使气液两相的流型更不稳定，更加剧了对管线的冲刷腐蚀，使管线局部管壁减薄加速，这是导致管线爆裂的原因之一。
(4)操作温度的改变对管体爆裂的影响
锅炉给水预热器转化气出口设计温度178℃，转化水碳比为3.4。在此温度下转化气的气相分率为93.2%，转化气中冷凝液含量4.1吨/时。而现场操作中，该处实际操作温度，大多数时间控制在160℃左右，转化水碳比为3.6。经计算在与原设计相同的操作气量和组成的情况下，当转化气的温度为160℃，转化水碳比为3.6时，其工艺冷凝液量由4.1吨/小时增加到16吨/小时。在这种情况下，转化气中的一部分CO2便会溶解在冷凝液中，形成了以碳酸为主的酸性冷凝液，在管线内表面发生下面的化学反应。
Fe+2H2CO3=Fe(HCO3)2+2H2↑
同时，气液两相的存在，更加剧了对管线腐蚀速率。
另根据现场对转化气管线壁厚测量数据的分析，随着装置运行时间的加长，转化气管线的壁厚逐渐在减薄;从脱盐水站回收的转化气中的冷凝液的分析结果来看，铁离子含量大大超标。
以上足以说明，由于操作温度的降低，而出现的大量的CO2酸性冷凝液是导致管线壁厚减薄，引起管体爆裂的主要原因之一。
(5)转化气管线选材对管体爆裂的影响
该装置中转化气采用的管线材料，是基于年产3万吨甲醇装置且已有成功运行经验的基础上确定的。管线材料选用φ325X10的无缝碳钢管。
设计中没有考虑到生产过程中，由于工艺过程的改变，管线布置的变化，操作温度和转化水碳比的改变所带来的影响。所以设计选材也是导致转化气管线管体爆裂的根本原因。
5、采取的措施
转化气管线爆裂后，设计方配合生产厂对存在的问题进行了全面整改。
其一，对转化气进行热交换后出现的工艺冷凝液进行分离。在锅炉给水预热器后增加一分离器，首先将冷凝后的工艺冷凝液分离，这样可以避免管线内出现气液两相流。
其二，将这部分碳钢管更换为不锈钢管。
采取以上措施后，装置已运行正常。
6、结束语
笔者认为，CO2酸性冷凝液的腐蚀是导致管线爆裂的根本原因。而管线布置、焊缝质量造成介质对管壁的冲刷腐蚀也是导致管线爆裂的主要原因。因此，首先要从设计上杜绝此类事件的发生，该类管线应选用不锈钢材料为宜。

参考文献
1 中国科协工程联失效分析和预防中心石油管材与装备分中心城《失效分析报告》(99)管失字第80号/(2000)管失字第004号
2 余宗森 《钢的高温氢腐蚀》化学工业出版社 1987年11月
浅谈:管道材料设计与选用工作中应注意的几个问题

在管道设计工作中，材控专业对管道材料的设计与选用，关系装置的安全和寿命，关系工程的费用控制，是整个工程项目管道系统设计、采购、施工能否顺利进行的控制基础。
在以往的工程项目管理过程中，限于大型综合性工程公司的体制，使得材控专业与各设计专业之间、各工作环节之间的沟通和协调都有些欠缺，由于各大工程公司中材控专业人员少且每个材控专业人员所承担的项目较多等因素，材控设计人员很难将其工作深入细化，也很难使其具有专业指导性的工作，作用于其下游专业和下游环节。
形成以上现象的原因，是项目管理决策者对该专业的工作重视不够。这个问题、乃至整个项目管理中的材料控制问题，很有必要引起项目管理决策者的高度重视，将这些(不在面上的)工作做好、做准、做细，以便保障整个工程项目管道系统设计、采购、安装工作的顺利进行，否则，势必会给工程项目带来许多麻烦，尤其是在项目实施到中、后期的采购和安装阶段，所出现的问题往往会造成被动局面，或导致工程费用的损失，或严重制约工程进度，而且质量控制更加难以保证。
下面根据我们在管道材料采购工作中的体会，来谈一谈在管道材料设计与选用工作中应注意的几个问题:
一、材控专业是保证管道安装设计、管道材料采购和管道安装施工正确性的基础从各工程项目实际情况看，在管道安装设计中，经常会出现一些管道材料参数上的错误，例如:管口尺寸系列问题(公制与英制系列/A系列与B系列)、管壁厚标号问题(Sch与δ)、压力等级问题(PN、Lb)、连接方式问题(BW、SW、FLG)、材质问题、国内标准(GB、HG、SH)与国外标准(ANSI、API、DIN、JIS)共用或互换问题等等，由于配管设计人员不会过多地考虑这些材控因素，在配管图的材料统计中很容易将材料的描述和参数搞错，这看起来是个小问题，但在后续的工程采购、工程安装过程中会造成一系列的麻烦和浪费!如果材控专业能保证其《管道材料等级》和材料数据库的正确性，在此基础上再要求配管人员掌握管道材料基本知识，应该会减少这类错误。
对于采购方面，材料采购专业人员应该在尽量早的时间内得到材控专业编制的《管道材料等级》，初步了解本工程所需管道材料的系列、材质、规格范围等，做好采购市场资源、价格、供货周期万面的调查等采购准备工作。同时，最好能够根据市场因素对材控专业的材料选用进行分析，甚至提出修改意见，及时解决选材不合理因素，让材控专业进一步完善(升版)其《管道材料等级》，以保证工程后续工作的顺利。
在安装施工管理工作中，有经验的施工管理人员(无论是控制方还是实施方，从管道等级中即可对整个安装工程形成一个定性的概念;在管道安装过程中，对于安装图纸或材料表中涉及材料参数模糊的问题，均可以通过《管道材料等级》进行澄清，对于管道安装的质量控制工作，也应从管道等级要求着手实施系统的质量控制。
从以上几个方面的粗略分析使我们看到，材控专业虽然在每个项目中的工作量不是很大，但其具有指导性的工作是贯穿整个工程项目的。因此，材控人员需要有丰富的工程经验，同时掌握大量的市场信息和相关因素，要有认真仔细的工作态度、不断地积累知识才能够胜任。从某种意义上讲，材控专业是保证管道设计、管道材料采购和管道安装施工正确性的基础，同时它也起到了连接管道设计、采购、施工及项目现场管理的纽带和桥梁的作用。我们希望以此能够对材控专业在工程项目中的重要性有更进一步的认识，这个认识应该包

括材控专业的自身与其客观环境，旨在通过材控专业的作用，尽量减少工程项目中长期存

在的一些问题，更加有效地实现工程项目的三大控制。
二、材控专应对配管设计过程的材料关键点进行控制
材控专业的《管道材料等级》对管道设计中的材料选用和材料描述均有明确的规定，从各个工程项目情况看，管道安装设计在材料问题上，往往仍然会出现许多错误，而这些问题将会给后续的工程项目实施造成各种各样的损失。总结起来，属于配管设计中出现的材料问题一般是两个方面，一是材料参数的描述错误，二是材料量的错误。材料参数的描述错误在上述内容中己经提到;而材料量的错误，分析其原因又可分为"笔误错误"和"统计错误"两种，"笔误错误"往往是由于配管设计人员缺乏管道材料知识的基本概念，这需要加强管道设计人员的专业基本功来解决，另一种常见情况是由于计算机拷贝所产生的错误，这需要加强管道设计人员认真的工作态度来解决;"统计错误"的解决，我们认为最好是由材控专业介入施工图材料的统计工作，这样不但可以减少施工图材料统计的出错率，还可以在对全厂管道材料汇总过程中进行归类、合并……这是一项非常有意义的工作!
管道材料规格、品种繁杂，而每种规格的数量又多少不一，在材控专业开始编制管道等级时，往往是根据管子的设计压力、温度、腐蚀裕度等因素，确定各种工况条件下的管道类型、材质、壁厚等等，归并为若干个管道等级。而在整个管道系统设计完成后，配管专业才能给出各个工号、各个管号的管材数量，而各种类别、各种规格的管道材料的数量差异很大(有的规格极少!)，如果由材控专业进行全厂管道材料的汇总，在汇总过程中，将那些数量少的管子进行归类合并，化零为整，尽量减少品种规格，这对后续的采购工作、现场材料控制、安装施工等方面都十分有好处，这也是管道采购、安装工作能否顺利进行的控制基础。
特别要提到的是，对于大型管道器材，材控专业应与配管专业一起反复核对其数量、连接尺寸、标准规范等数据，确保无误后及时发给采购部门，尽量提前订货，保证供货周期和安装进度。因为大型管道器材(通常指DN≥500的阀门、过滤器、视镜、管子管件等)制造周期长、成本高，一旦数量或连接尺寸上有问题，势必造成可观的费用损失并影响工程进度，后果非常严重。
三、管道材料设计必须考虑采购因素，确保工程采购顺利
所谓材控专业要考虑采购因素，实际上就是材控专业应掌握大量的市场信息，首选市场上常规的、质量可靠的长线产品。材控专业应多种渠道地收集市场信息、采购信息和用户使用情况的反馈，充分了解并掌握管道材料加工业和销售业的市场情况，这一点是非常重要的，因为只有围绕市场，才能降低工程用料成本，简化质量控制难度，保证工程进度。
下面用几个工程中常见的例子加以说明:
·对于地下管网系统常用的大口径(DN＞300)的碳钢焊接钢管，在满足工况条件情况下，若采用公制规格 (φ426、φ478、φ529……)的螺旋缝碳钢管，就目前市场而言供货非常容易，且价格适宜，反之若设计中选用英制规格(φ406、φ457、φ508……)焊管或直缝焊管，将会增加采购难度，采购进度难以保证、采购费用 (材料费用和运杂费)也会增加，在施工过程中的少量材料增补采购起来就更加困难，有时在项目采购中不得不采用代材或变更。
·对于一些国外基础设计、国内详细设计/施工图设计的项目，在管道材料选用标准、规范、材质、尺寸系列等方面应尽量考虑到国内管道材料生产业、加工业的实际状况。一般情况下，除有特殊要求的产品外，采购工作通常是立足于国内供货的，如果照搬国外材料的标准规范，就不可避免地造成采购工作的困难，进而影响了工程进度和费用。在国内设计的工程项目中(无论所建装置是在国内还是在国外)，大量的管道材料还是得从中国市场采购;既然如此，将国外标准规范结合国内实际情况转换为国内标准规范，这项工作对于材控专业是责无旁贷的，譬如，我们常见的ASTM/API/ASME与GB/JB/HG/SH标准的转换、A1O6B与20#的转换、A1O5与20#锻钢的转换、A333GR6与16Mn的转换、尺寸系列的转换、压力等级的转换等等。如果将这类问题拖延到采购工作阶段解决，必将造成一系列的工作混乱。在标准规范的转换工作中，材料采购专业应向材控专业提供国内市场实际状况的准确信息，甚至应该向材控专业提交一份国内材料代用对照表，由材控专业根据工艺条件进行审核并制定材料转换方案，所制定的转换方案再由采购专业进行市场可行性分析和审核，最终由材控专业定版。
有必要进一步说明的是，管道材料的转换是以国外基础设计版的《管道材料说明(Piping Material Specifications)为基础的，这种转换决不是机械的、简单的替代过程，而是分析国内外材料的化学成份、机械性能差异，结合实际工况条件的各种因素进行合理的转换。举例说明，如美国标准中碳钢法兰材质通常为ASTMAlO5，而国内通常采用20钢进行替代，如果设计温度为100℃，设计压力为1.5MPa时，国外通常采用AlO5材料，15OLb的法兰是没有问题的;但是，按照国内相应标准的20#钢法兰在2.OMpa下，法兰10O℃时仅能承受1.42MPa，由此看来，如果机械地进行转换，末考虑到法兰的温度/压力对应关系，就会造成所选法兰达不到设计压力。如果将国外的美标管子及法兰完全转换为国内沿用的公制系列，上述管道压力转换的问题更加突出。因此，我们必须将美标中15OLb，30OLb，60Olb…等法兰的压力等级系列，根据介质实际操作的工况条件来转换成公制的1.OMPa，1.6MPa，2.5MPa，4.OMPa…法兰的压力等级系列。
材控专业在对于较特殊和复杂的管道元件，如疏水阀、过滤器(尤其是蓝式过滤器)、视镜、消音器、阻火器、安全阀等应尽量避免采用某制造厂的专有型号，这样有可能会造成一些制造厂利用其专有型号的优势进行"供货垄断"，迷惑采购部门和业主，提高产品价格，从而增加了工程造价。材控专业应根据工程实际需要，将这些特殊和复杂的管道元件一一作出《数据单》(data sheet或Specifications)，在《数据单》中给出结构图或示意图，标明部件的材质、温度、压力和结构尺寸，提供给相关专业和采购部门进行设计条件的交流，采购部门也应据此《数据单》进行询价工作，及时和制造厂进行设计条件和制造条件的沟通，并将结果尽快返给材控专业做进一步的设计条件调整。应强调的是，由于这些管道元件的特殊性，材控专业在做数据单时，应特别仔细、认真，保证正确无误。如果一旦在数量或是材质、尺寸上出现错误，将会造成采购进度和费用的损