耐硫酸管道材質(zhì)及壁厚的確定

以山東某煉廠烷基化項目為例，濃硫酸作為烷基化反應(yīng)的催化劑是重要的操作介質(zhì)，所用的硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)需≥98%。其主要性能參數(shù)要達(dá)到如下指標(biāo)：

在整個烷基化反應(yīng)中主要存在以下三種濃度的硫酸：-98%的濃硫酸，-93%（wt）的廢濃硫酸以及≤1%（wt）的稀硫酸。

普通碳鋼就能可用于貯存、裝運和輸送93%-98%（wt）的濃硫酸，故可選取20#材質(zhì)的碳鋼鋼管進(jìn)行密閉輸送。但是≤1%（wt）濃度的微量硫酸雖然濃度非常低，但是卻具有一定的腐蝕性。若選用20#的管材，則在實際連續(xù)生產(chǎn)的過程中管道腐蝕是非常的厲害，例如國內(nèi)某大型煉化公司烷基化裝置中這類濃度的管道材質(zhì)選用的就是20#，而在實際生產(chǎn)過程中，兩三年之后管道的內(nèi)外壁腐蝕都變得很嚴(yán)重（管道外壁腐蝕是應(yīng)為裝置內(nèi)不可避免存在濃硫酸泄漏，彌漫一定濃度硫酸霧氣），甚至產(chǎn)生了穿孔，必須進(jìn)行更換，嚴(yán)重影響裝置的正常運行，且給操作和維護(hù)人員帶來較大的安全隱患。

鉻鎳不銹鋼則可以使用于常溫下≤5%（wt）濃度的稀硫酸。故在設(shè)計中選取普通不銹鋼06Cr19Ni10替代20#作為輸送這類介質(zhì)管道的主要材質(zhì)。

依據(jù)處理量需求，設(shè)計中主要涉及公稱直徑在DN50-200之間的管道。針對20#和06Cr19Ni10這兩種材質(zhì)，我們進(jìn)行管道壁厚計算，并進(jìn)行數(shù)據(jù)比較。

確定管道材質(zhì)后，根據(jù)《工業(yè)金屬管道設(shè)計規(guī)范》（GB50316-2000）6.2中規(guī)定，當(dāng)直管計算壁厚ts小于管子外徑D₀的1/6時，承受內(nèi)壓直管的計算壁厚不應(yīng)小于下式計算的值。

依據(jù)業(yè)主提供的基礎(chǔ)設(shè)計輸入資料：上式中設(shè)計壓力P取0.73MPa（G），設(shè)計溫度T取40℃，[σ]^t根據(jù)《工業(yè)金屬管道設(shè)計規(guī)范》（GB50316-2000）附錄A金屬管道材料的許用應(yīng)力表A.0.1進(jìn)行選取，20#為130MPa，06Cr19Ni10為114MPa。

E_j取值是根據(jù)《壓力管道規(guī)范-工業(yè)管道 第2部分：材料》（GB/T20801.2-2006）表A.3，故20#和06Cr19Ni10的取值都為1。

Y根據(jù)《工業(yè)金屬管道設(shè)計規(guī)范》（GB50316-2000）表6.2.1進(jìn)行選取，故20#和06Cr19Ni10的取值都為0.4。

依據(jù)公式（1）、（2）、（3）進(jìn)行壁厚計算，其結(jié)果如下：

20#材質(zhì)壁厚計算結(jié)果如下：

06Cr19Ni10材質(zhì)壁厚計算結(jié)果如下：

由以上的計算結(jié)果可知：使用06Cr19Ni10材質(zhì)的管道壁厚約為20#材質(zhì)的管道壁厚的一半，相對耗材量也減少了近一半。但是當(dāng)時市場上20#的管材市價約為6800元/噸，而06Cr19Ni10的管材市價約為32000元/噸之多，是前者的價格將近五倍。在設(shè)計過程中，業(yè)主多次強烈要求使用20#材質(zhì)的管材，以節(jié)約一次投資成本。本著對設(shè)計負(fù)責(zé)的態(tài)度，及裝置的長周期運行、安全角度考慮，項目組與業(yè)主進(jìn)行了反復(fù)溝通，最終選擇06Cr19Ni10材質(zhì)作為這類管道的主材。