耐硫酸管道材質及壁厚的確定

耐硫酸管道材質及壁厚的確定

以山東某煉廠烷基化項目為例，濃硫酸作為烷基化反應的催化劑是重要的操作介質，所用的硫酸質量分數需≥98%。其主要性能參數要達到如下指標：

在整個烷基化反應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#材質的碳鋼鋼管進行密閉輸送。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，則在實際連續生產的過程中管道腐蝕是非常的厲害，例如國內某大型煉化公司烷基化裝置中這類濃度的管道材質選用的就是20#，而在實際生產過程中，兩三年之后管道的內外壁腐蝕都變得很嚴重（管道外壁腐蝕是應為裝置內不可避免存在濃硫酸泄漏，彌漫一定濃度硫酸霧氣），甚至產生了穿孔，必須進行更換，嚴重影響裝置的正常運行，且給操作和維護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。故在設計中選取普通不銹鋼06Cr19Ni10替代20#作為輸送這類介質管道的主要材質。

依據處理量需求，設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，我們進行管道壁厚計算，并進行數據比較。

確定管道材質后，根據《工業金屬管道設計規范》（GB50316-2000）6.2中規定，當直管計算壁厚ts小于管子外徑D₀的1/6時，承受內壓直管的計算壁厚不應小于下式計算的值。

依據業主提供的基礎設計輸入資料：上式中設計壓力P取0.73MPa（G），設計溫度T取40℃，[σ]^t根據《工業金屬管道設計規范》（GB50316-2000）附錄A金屬管道材料的許用應力表A.0.1進行選取，20#為130MPa，06Cr19Ni10為114MPa。

E_j取值是根據《壓力管道規范-工業管道 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《工業金屬管道設計規范》（GB50316-2000）表6.2.1進行選取，故20#和06Cr19Ni10的取值都為0.4。

依據公式（1）、（2）、（3）進行壁厚計算，其結果如下：

20#材質壁厚計算結果如下：

06Cr19Ni10材質壁厚計算結果如下：

由以上的計算結果可知：使用06Cr19Ni10材質的管道壁厚約為20#材質的管道壁厚的一半，相對耗材量也減少了近一半。但是當時市場上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。在設計過程中，業主多次強烈要求使用20#材質的管材，以節約一次投資成本。本著對設計負責的態度，及裝置的長周期運行、安全角度考慮，項目組與業主進行了反復溝通，最終選擇06Cr19Ni10材質作為這類管道的主材。