压力管道器材选用讲座

戚元庆 2011年11月10日2011年11月10日 压力管道器材选用压力管道器材选用 目录目录 一、管道材料选择依据 二、 一、管道材料选择依据 二、管道级别 三、腐蚀环境与材料选择 四、管子 五、管件 六、法兰 七、垫片 八、紧固件 九、阀门 十、保温 十一、防腐材料 十二、热处理 十三、无损检测 管道级别 三、腐蚀环境与材料选择 四、管子 五、管件 六、法兰 七、垫片 八、紧固件 九、阀门 十、保温 十一、防腐材料 十二、热处理 十三、无损检测 一、 管道材料选择依据一、 管道材料选择依据 ?压力管道定义： 特种设备安全监察条例中定义： 压力管道是指利用一定的压力，用于输送气体或者液体的管状设备， 其范围规定为最高工作压力大于或者等于0.1MPa（表压）的气体、液化 气体、蒸汽介质或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于 或者等于标准沸点的液体介质，且公称直径大于25mm的管道。 此定义指明了压力管道是用于监管的安全范畴压力管道是用于监管的安全范畴，不是一般意义上的承 压管道。 一、 管道材料选择依据一、 管道材料选择依据 ?压力管道的基本条件： 介质最高工作压力 P0.1MPa（表压）； 管道规格 DN25mm。 ?压力管道的判断： 1）同时符合基本条件和的所有气体介质管道，属于压力管道； 2）同时符合基本条件和的可燃、易爆、有毒、有腐蚀性的液体介 质管道，属于压力管道； 3）同时符合基本条件和的不可燃、无毒、无腐蚀性，但最高工作 温度高于或者等于标准沸点液体介质管道，属于压力管道。 一、 管道材料选择依据一、 管道材料选择依据 ?管道材料选择原则： 应根据管道级别、设计温度、设计压力和介质特殊要求等设计条件，以 及材料加工工艺性能、焊接性能和经济合理性等选用。 ?执行标准： GB/T20801.162006压力管道规范 工业管道 GB503162000（2008版）工业金属管道设计规范 SH/T30592011石油化工管道设计器材选用规范 SH/T30642003石油化工钢制通用阀门选用、检验及验收 ZSTG-P-02-04 管道材料规定 ZSTG-P-02-12管道等级规定 SH3059对管道级别的划分 划分依据：根据管道介质的危险程度和设计条件进行划分。 SH35012011把管道划分为SHA和SHB两个大类，共8个小类。 SHA为有毒介质 SHB为可燃介质 数字表示等级 TSG D0001-2009压力管道安全技术监察规程对管道的分类、分级 GA、GB、GC、GD GC1GC3 思考：1、为什么要对管道进行分级？ 2、两个管道级别划分方法的对应关系？ 一、 管道材料选择依据一、 管道材料选择依据 ?管道压力等级定义 通常把管道中由标准管件的公称压力等级和壁厚等级共同确定的能反映 管道承压特性的参数叫做管道的压力等级。 ?设计压力 管道组成件的设计压力，不应低于正常操作过程中，由内压（或外压） 与温度构成的最苛刻条件下的压力。 （最苛刻条件是指导致管子及管道组成件最大壁厚或最高压力等级的条 件） ?确定方法 1）与设备连接的管道，管道的设计压力不低于设备的设计压力。 有安全阀时，管道设计压力不低于安全阀定压与静液柱压力之和。 2）离心泵出口管线取泵出口压力的1.2倍或泵的关闭扬程下的压力。 二、管道压力等级二、管道压力等级 ?设计温度 管道组成件的设计温度，不应低于正常操作过程中，由压力和温度构成 的最苛刻条件下的温度。 ?确定方法 1）有夹套管或外伴热管的设计温度：当工艺介质温度高于夹套介质温 度时取工艺介质温度，当工艺介质温度低于夹套介质温度时取夹套温 度。 带有外伴热的各道取伴热介质温度减10度或工艺介质温度的高者。 2）安全泄压管道取排放时可能出现的最高或最低温度作为设计温度。 3）吹扫管道的设计温度，根据具体条件确定。 二、管道压力等级二、管道压力等级 ?环境影响 1）由于环境影响可能形成真空的气体和蒸汽管道，应有耐真空能力或 采取防止产生真空的措施。 2）由于环境影响可能造成压力升高的管道，应能承受升高后的压力或 采取消除升压的措施。 ?动力影响 承受机械振动、压力脉动的管道，应考虑振动影响。 二、 管道压力等级二、 管道压力等级 ?管道材料的许用应力 按现行GB150或GB50316查取 ?管道设计寿命 宜为15年。 ?管道在操作过程中存在压力压力温度波动时，管道组成件的压力温度允 许变动范围 ?有毒可燃介质管道的法兰连接最低公称压力 SHA级管道的公称压力，不宜低于5.0MPa； SHB级管道的公称压力，不宜低于2.0MPa。 二、 管道压力等级二、 管道压力等级 压力管道标准体系配伍表压力管道标准体系配伍表 标准:加工高硫原油重点装置主要管道设计选材导则SH/T3129-2002 高温氢腐蚀 1）操作温度200，介质中含有氢气的管道按照Nelson曲线选材。温 度取管道最高操作温度2040，压力采用氢气分压。 2）操作温度250，介质中含有H2S/H2的材料选用，应根据Coupen曲线选 材。材料的腐蚀速率小于0.25mm/a。 ?主要出现在加氢装置反应炉进出口管道、反应器进出口管道、热高分进出口 管道 ?腐蚀形态 三、腐蚀环境与材料选择三、腐蚀环境与材料选择 湿硫化氢腐蚀环境 高温硫、高温硫化物腐蚀环境 是一种高硫、低酸原油在高温部位发生的腐蚀环境， 主要出现在常减压、催化、焦化装置的加热炉进出口管道系统、分馏塔塔底及部 分侧线。 腐蚀机理：均与腐蚀 高温S+H2S+RSH-RCOOH 。 1、分类 1）按照制造方式 无缝钢管： DN15600 焊接钢管：连续炉焊、电阻焊、电弧焊 电弧焊分直缝管和螺旋焊缝 2）按尺寸系列 “大外径系列大外径系列”：SH3405、HG/T20553-1993a系列、 ASME B36.10M ，与SH3406法兰、HG美洲体系法兰、 ASME B16.5配套，阀门采用API标准。 “小外径系列小外径系列”： HG/T20553-1993系列，与JB法兰或HG欧洲 体系法兰配对使用，阀门采用国标系列。 “大外径系列”是优先采用系列， “小外径系列”是沿用系列。 四、管子四、管子 2、选用 当压力等级CL600时，一般性公用工程介质用碳钢管应选用： a) 公称直径DNl5DN500钢管选用无缝钢管； b) 公称直径DN550的钢管选用直缝焊接钢管。 当压力等级CL600时，一般性腐蚀介质或洁净介质用不锈钢管宜按下列要 求选用： a) 公称直径DNl5DN250钢管选用无缝钢管： b) 公称直径DN300的管子选用直缝电熔焊钢管。 压力等级CL600的任何介质的管道，公称直径DN500的管子选用无缝钢 管。 公称直径DN32、DN65、DN90、DNl25、和DN550应尽量避免使用。 除了国外工艺专利商有特殊要求外，公称压力等级小于或等于CL600的管道及 其组成件的材料宜优先选用中国材料及标准，公称压力等级大于或等于CL900的 任何介质的管道及其组成件的材料宜全部选用ASTM、ASME或API的相关标准 四、管子四、管子 3、无缝钢管制造标准及选用 碳钢标准 GB/T8163-2008 流体输送用无缝钢管 GB9948-2006 石油裂化用无缝钢管 GB3087低中压锅炉用无缝钢管 GB5310高压锅炉用无缝钢管 GB6479高压化肥设备用无缝钢管 制造质量等级高低GB/T8163600的法兰均为WN/RF ?承插焊法兰无表号 六、法兰六、法兰 ?法兰的许用工作压力应根据法兰标准中所列的压力温度参数确定。 法兰当量压力和泄露校核法兰当量压力和泄露校核 ?若PFD大于管道的公称压力，则该处法兰需要提高压力等级。 ?垫片的选用应根据垫片的密封性能、操作压力、操作温度、工作介质特 定及密封要求等因素确定 ?分类 ?非金属垫、半金属垫、金属垫 ?知识点 ?石棉垫片或含有石棉的垫片均不允许使用。 ?凸台面法兰应采用带外环的缠绕式垫片 ?凹凸面法兰应采用带内环的缠绕式垫片 ?金属环垫材料硬度值应比法兰材料硬度值低3040HB ?金属环垫与法兰材料相同时，金属环垫应通过热处理降低硬度 ?润滑油管道一般采用聚四氟乙烯包覆垫片或聚四氟缠绕垫片 ?八角形垫片与椭圆形相比，容易加工、精度容易保证，应用较多 ?大直径法兰和换热器管箱法兰可考虑采用波齿复合垫 七、垫片七、垫片 ?法兰连接用紧固件应能保证垫片达到初始密封条件，并在整个操作过程 中保持垫片的密封性。 ?标准 ? SH3404 ?材 料 35CrMoA/35# 、 35CrMoA/30CrMoA 、 25CrMoVA/35CrMoA 、 0Cr19Ni9/ 0Cr19Ni9 ?知识点 ?常用螺栓：双头、通丝、带型螺母 ?DN15的阀门宜配套采用型螺母 ?润滑油管道宜配套采用不锈钢螺栓 ?安全阀入口、8字盲板、限流孔板的螺栓需要加长 ?法兰、垫片和紧固件的选配SH3059 表7.7.1 八、紧固件八、紧固件 ?常用阀门分类 ? 闸阀、 截止阀、球阀、止回阀、疏水阀、蝶阀、旋塞阀、夹套阀、 ?阀门标准 API600、API602、API608、API69、ASME B16.34、API598 ? 阀门的制造应符合相应的API标准的规定，阀门的压力温度等级应按 ASME Bl6.34的规定。 ?工艺介质管道需采用非金属阀座的球阀、旋塞阀时，阀门应有防火、防 静电结构，且压力温度等级应根据设计条件校核。 ?带螺纹阀盖的阀门不应用于极度、高度危害介质和液化烃管道。 ?阀门的结构应采用整体锻造、整体铸造或对接焊连接阀体。 ?阀体与端法兰采用焊接连接时应采用对焊连接，并应根据材料特性进行热处理 和检验。禁止使用承插焊接式、螺纹连接密封焊接式的法兰阀。 ?承插焊阀门要求两端各带150mm短管。 九、阀门九、阀门 闸阀的结构闸阀的结构 A216-WCB D&S:STL CL300 RF API600 BB-BG-OS&Y BG:304+柔性石墨缠绕垫片 GP：柔性石墨编织填料+柔性石墨环 PS-BG-OS&Y API阀门的优点 截止阀的结构截止阀的结构 三偏心蝶阀 球阀的防火、防静电结构 ? 内漏 检验方法有壳体压力试验和密封试验 密封试验包括上密封、低压密封和高压密封试验 ?外漏 ?材料质量 临氢阀门对材料质量的要求 阀门的质量阀门的质量 ? 一般首选闸阀 DN40闸阀宜采用明杆支架式楔式固定闸板结构； DN50的闸阀宜采用明杆支架式楔式弹性闸板结构； 阀板部分开启时，易引起阀板的冲蚀和振动，故一般不做节流用。 ?截止阀。 对有调节要求的场合宜采用截止阀 如调节阀副线、转子流量计前 对剧毒截止，宜选用波纹管密封的截止阀代替闸阀 截止阀一般用于DN200以下 旋塞型截止阀阀板的调节性能介于平板和锥型阀板之间，但防冲刷性能好 ?止回阀 DN 40宜选用升降式，仅允许安装在水平管道上 DN50400，宜采用旋启式，水平，或垂直自下而上流动 DN450，宜采用缓冲型止回阀 DN 400可采用对夹式止回阀，安装没有限制 对夹式止回阀不得用于往复式设备或其他苛刻条件 带阻尼缓闭式止回阀常用于可能发生水锤的场合 阀门型式的选用阀门型式的选用 ? 蝶阀代替闸阀的条件 ?设计压力1.0MPa，设计温度100，介质为水、空气，直径 DN400-1200，宜采用双偏心或三偏心软密封蝶阀。 ?设计压力1.0MPa，设计温度300，介质空气、油气，直径 DN400-1000，应采用双偏心或三偏心金属硬密封蝶阀。 ?设计压力2.0MPa，设计温度300，介质空气、油气，直径 DN200-500，应采用三偏心金属硬密封蝶阀。 ?球阀代替闸阀条件 ?设计压力1.0MPa，设计温度100，介质为水、空气，直径 DN200，可选用软密封球阀，也可用金属密封。 ?设计压力2.0MPa，设计温度300，介质为油品、油气， DN200，应选用金属密封。 阀门型式的选用阀门型式的选用 阀门齿轮传动的选用条件阀门齿轮传动的选用条件 3.3.10 提供的手动齿轮操作机构的压力等级和尺寸如下表所列。 但是， 将手轮或手柄 开到一半的位置时的操作力不能超过 35kgf。 压力等级(磅级) 闸阀 截止阀 CLl50 DN400及其以上 DN350及其以上 CL300 DN350及其以上 DN300及其以上 CL600 DN300及其以上 DN200及其以上 CL900 DN200及其以上 DNl50及其以上 CLl500 DNl50及其以上 DNl50及其以上 CL2500 DNl50及其以上 DNl50及其以上 压力等级(磅级) 旋塞阀 蝶阀 CLl50 DNl00及其以上 DN200及其以上 CL300 DNl00及其以上 DN200及其以上 ? 阀內件 ?一般情况对碳钢与合金钢阀门选13Cr，对不锈钢阀门阀內件同 阀体材料 ?PNCL300时，可仅在阀座上堆焊STL，或在阀板和阀座上均堆 焊STL（除止回阀外） ?PNCL600时，阀板和阀座上均应堆焊STL（除止回阀外） ?阀盖 ?PNCL600所有DN40的阀门均采用螺栓连接阀盖 ?PNCL900且DN50的阀门采用压力自紧密封阀盖 ?栓联阀盖的垫片 ?PNCL600时，垫片使用柔性石墨复合垫或不锈钢缠绕垫； ?PN=CL600时，可选用缠绕垫，但对H2介质应使用金属环垫。 阀內件和阀盖型式选用阀內件和阀盖型式选用 ? 绝热材料选材规定 ?设计温度250及以上统一选用硅酸铝纤维制品或憎水型微孔硅酸钙 材料； ?设计温度250以下选用岩棉。 ?不锈钢管道、立式设备、高压系统、仪表系统应选用硅酸铝纤维制 品。 ?异型设备(泵、阀门等)隔热材料采用防水型复合硅酸铝纤维制品。 ?奥氏体不锈钢设备用隔热材料的氯离子含量25ppm。 ?硅酸铝纤维制品保温材料的容重统一按120kg/m3考虑，硅酸铝绳的容 重统一按500kg/m3考虑。 ?保冷材料选用聚氨酯泡沫塑料。 ?阀门保温采用超轻硅酸铝连续毯 十、保温材料十、保温材料 ?外保护层选取 ?采用镀锌铁皮保护层： a) DN600的管道和设备采用防水型硅酸铝纤维卷毡外包0.5mm镀锌铁 皮。 b) 40DN600的管道采用防水型硅酸铝纤维管壳外包0.5mm镀锌铁 皮。 c) DN25管子保温采用硅酸铝绳两层外包细格玻璃布。 ?采用铝合金板保护层： a) 管道使用0.5mm厚的平铝合金板； b) 卧式和760mm及以下的立式设备使用0.5mm厚的平铝合金板； c) 760mm以上的立式设备使用0.8mm1.0mm厚的铝合金板； d) 所有不规则的表面，如设备封头、泵表面、阀保温盖、管件保温盖等 使用0.8mm厚的平铝合金板。 十、保温材料十、保温材料 ?伴热管道保温管壳加大原则 ?当DN40时，加大二级； ?当50DN150时，加大一级； ?当DN150时，可不加大。 ?设备隔热按照ZSTG-P-02-07 隔热材料规定选取 十、保温材料十、保温材料 ?标准 SH 3022-2011石油化工设备和管道涂料防腐蚀设计规范 项目统一规定 ?不应涂漆的表面： a) 奥氏体不锈钢表面； b) 除了焊缝外的镀锌碳钢件的表面； c) 已精加工的表面； d) 涂塑料或涂变色漆的表面； e) 铭牌、视镜、看窗、标志板和标签等； f) 阀杆、电机轴以及其他传动部件外表面； g) 泵、压缩机等其他设备在制造厂已完成全部涂漆工作，且也符合设计 规定的表面。 ?埋地设备和管道采用环氧煤沥青防腐蚀涂层结构进行涂料防腐蚀，防腐蚀等级 为特加强级。 ?埋地管线表面除锈等级为St3级，非埋地管线表面除锈等级为Sa2.5级；所有管 线均需工厂抛丸除锈并涂防锈底漆一道 十一、防腐材料十一、防腐材料 架空管道的防腐材料 70m 表面用喷射或抛射除锈(Sa2.5) 底漆：水溶无机硅酸锌底漆两道，干膜厚度 70m 保温管道和设备 温度t400 P-3 140 m 表面用非常彻底的手工或动力工具除锈(Sa2.5) 底漆：水溶无机硅酸锌底漆两道，干膜厚度 70m 面漆：各色有机硅耐高温漆两道