1概述

氯氣是工業中經常用到的氣體原料，廣泛應用于化學化工、制藥、冶金、電子、環保等行業。氯氣屬于有毒氣體且是一種強氧化劑，非常活潑，腐蝕性很強。在工業裝置中一般采用管道密閉的方式進行輸送，避免因泄漏造成安全、環保事故。管道材質的選擇是設計輸送氯氣用工業管道(以下簡稱“氯氣管道")首先必須解決的問題，事關能否安全、經濟、高效的使用氯氣，甚至可能決定整個項目的成敗。

2主要物料管道選材

2.1管道材料在高溫下的性能

(1) 金屬管道在高溫下性能發生以下幾個變化:蠕變，碳素鋼工作溫度超過300~350°C，合金鋼工作溫度超過300~400°C就會有蠕變。石墨化，碳鋼長期工作在425℃以上環境，就會發生石墨化。熱疲勞性能，鋼材如果長期冷熱交替工作，那么材料內部在溫差變化引起的熱應力作用下，會產生微小裂紋而不斷擴展，最后導致破裂。因此，在溫度起伏變化工作條件下的結構、管道應考慮鋼材的熱疲勞性能。

(2)常見的非金屬管道耐熱溫度為110℃以下，但長期耐熱性普遍較差，易老化，管道性能會隨著溫度的升高而迅速下降。因此在使用中，需注意非金屬管道允許使用溫度。

2.2管道材料在低溫下性能

(1) 金屬管道：當環境溫度低于該材料的臨界溫度時，金屬材料沖擊韌性會急劇降低，這一臨界溫度稱為材料的脆性轉變溫度。常用低溫沖擊韌性(沖擊功)來衡量材料的低溫韌性，在低溫下工作的管道，必須注意其低溫沖擊韌性。

(2) 非金屬管道：在低溫下，非金屬管道的脆性增大，抗沖效能降低，在受到外力沖擊時可能會產生微觀裂紋，在相同的環向應力下，這些裂紋的擴展速率明顯加快，導致管材破裂。2.3管道材料在腐蝕環境中性能

(1) 金屬腐蝕的危害性十分普遍，而且也十分嚴重，腐蝕會遺成直接或間接損失。例如，金屬的應力腐蝕、疲勞腐蝕和晶間腐蝕往往會造成災難性重大事故，金屬腐蝕會造成大量的金屬消耗，浪費大量資源。

(2) 非金屬管道都有比較好的耐腐蝕性。但在使用中，需注意其在高溫環境下，耐腐蝕性能的表現。

2.4氯氣

由電解槽出來的濕氯氣，溫度高并伴有大量的水蒸氣和雜質，具有較強的腐蝕性，必須經過冷卻、干燥和凈化處理。溫度低于60℃的濕氯氣，應宜選用FRP/UPVC管道及管件;溫度高于60℃的濕氯氣應選用鈦合金管道及管件。氯氣經干燥后，水的體積分數降至0.04%以下，腐蝕性大大降低，輸送管道采用碳鋼材質，如20號鋼。干態氯氣在常溫時對金屬腐蝕不大，直接采用16Mn、碳鋼、鑄鐵；高溫下對碳鋼等鋼材的腐蝕就會加劇，一般采用富含鎳鉻等不銹鋼、哈氏合金等。注意高溫干態氯氣環境下，不可采用鈦金屬，因鈦在干氯中會生成四氯化鈦。

鈦材在干燥氯氣中會引起劇烈的化學反應而燃燒，因此，不能用鈦管輸送干燥的氯氣。濕氯氣具有強烈的氧化性，它的腐蝕實際上就是鹽酸和次氯酸的腐蝕。濕氯氣能腐蝕絕大多數金屬和非金屬材料，在輸送、干燥、液化過程中，都需要特別措施和材料來對應。可選用聚四氟管，但溫度控制在230℃度以下，高溫只能選用鈦管了。液氯管道應選10號鋼，16Mn或耐低溫性能優于16Mn的材料。液氯生產系統的設備、管道上不得使用橡膠墊片，應選用高強度的耐氯墊片。液氯介質的閥門宜選用波紋管密封截止閥；干氯氣介質的閥門宜選用波紋管密封閘閥或截止閥，當選用球閥或蝶閥時，閥門應具有可靠的密封結構型式，閥門的耐壓等級、材質、耐腐蝕性等指標應符合氯氣使用的要求。液氯系統使用的管道和閥門應建立定期更換制度。

3 管道材質的經濟性對于氯氣管道的材質選擇，在保證安全可靠的前提下，也應考慮到經濟合理性。例如PTFE管道對氯氣有非常好的適用性，但是如果單獨大量使用，價格太高，施工難度又大，還不耐紫外線，所以一般會選擇碳鋼襯PTFE管。還有例如貴金屬氯化物生產工藝需要將室外氯氣站的干氯氣通入生產車間內反應釜中的強酸性熱水溶液中進行反應，且最終產品質量對于鐵離子的含量相當敏感，此種情況如果使用單一材質管線，要么無法滿足工藝要求，要么就是難以找到材料或者由于材質的特殊性而價格不菲，因此必須考慮采用多種材質管線結合使用的方式。例如可選用碳鋼管道作為氯氣站至生產車間的外管主材，而車間內直至反應釜附近的管線可選用PVC外纏FRP管道，最后接近反應釜直至深入反應釜內水溶液液面以下的管線可選用聚四氟乙烯管道或者PFA+PVDF管道。顯然這樣多種材料結合使用，既滿足了氯氣管道的使用要求，又兼顧了經濟性。

4 管道工作環境的影響在工業應用中，氯氣管道一般會有室內和室外部分。而普通非金屬管道(如PVC、PVDF、PTFE)的抗紫外線能力一般較差，導致其在室外的老化速度遠比金屬管道要快，因此在選擇氯氣特別是濕氣氣的室外管道材料時要特別留意。如果選擇非金屬管道作為氯氣的室外管道，一定要選擇具有抗紫外線能力的(例如碳鋼襯PTFE 管)，也可考慮采用鋁皮、彩鋼板包裹的方式避免紫外線的影響。除此以外，對特殊工況還需要具體分析，例如將干氯氣通入熱的水溶液液面下進行工藝反應時，在氯氣與水溶液的交界面上肯定會形成濕氯氣，如果還選用鋼管作為插入管顯然是不合適的。結語雖然氯氣是一種強氧化劑，本身還是比較穩定的。純凈的氯氣在常溫下與金屬鐵不會發生化學反應。正是基于此，工業上，特別是在氯堿行業中碳鋼管道被大規模的應用于低于80℃的干氯氣的輸送。同時，因為氯氣的高毒性及泄漏后可能造成嚴重后果，氯氣管道的材質還必須可靠及耐用。