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文档简介
管道材料专题 主办:中国石油学会,压力管道设计审批人员培训班,管道材料培训的几个方面,常用金属管道的基本概念与名词 管道材料及元件基本内容 需要掌握的一些内容 设計需要注意的一些问题,主题,1.管道元件的标准化 ,系列化 2.材料 3.管子(Pipe,Tube) 4.管件 (对焊,承插,螺纹) 5.法兰 (垫片,紧固件,夾持件) 6.阀门 (过滤器,视镜),1.1配管材料设計的特奌,标准化 系列化 國际化 中國化,1.2规格标准化,公称直径 Pipe ,Tube 外径 壁厚 ,壁厚 系列,1.3公称直径,Pipe,Tube 1.3.1公称直径,ISO 6708 , GB1048-2005定义 公称尺寸 DN SI制 中國 , 欧州 NPS In制 美國,1.3.2 PIPE,流体输送用圆截面中空管 规格采用公称直径 壁厚系列(壁厚)表示 同一公称直径 ,外径相同而壁厚可不同 工业管道 , 长输管道 , 公用工程,1.3.3 TUBE,中空管子统称 圆形 , 方形 规格用 外径 , 内径 , 壁厚数值 三者之二表示 仪表 , 伴热 , 液压 , 气动 , 洁净 , 高压 锅炉管 , 換热管 , 炉管,ASTM钢管标准,Pipe A106 A53 API5L A312 A333 A335 板焊管 A671 A672 A691 A358 A530通用标准,Tube A179 A213 A249 A334 A213 A450通用标准,GB 钢管标准,流体输送用(Pipe) GB3091 低压 CS 焊接(ERW,SAW) GB8163 CS 无缝 GB9711.1 高强钢,CS 无缝,焊接 SY5037 低压 CS 螺旋焊 GB14976 SS 无缝 GB18984 低温钢 无缝 GB12771 SS 焊接 HG20537.320537.4 SS 焊接,GB 钢管标准,未区分 Pipe和Tube GB5310 高压锅炉管 GB3087 中低压锅炉管 GB6479 化肥高压管 GB9948 石油裂化管,1.3.5 公称直径系列,美标体系 欧州体系,表1,1.3.6公称直径的选用 美标VS欧标 最小最大 优选 尽量不采用,大于DN600 美标体系 级差 150 (6in) 欧洲体系 级差 100(DN6001000) 200(大于DN1000),DN 6 , 8 , 10 DN32 , 65 , 90 , 125 , 550,表1,1.4 外径 1.4.1英制管和公制管,英制管(國际通用系列) ASME B36.10 ,36.19 HG20553 系列 SH3405 GB17395,公制管(國内沿用系列 淘汰系列) HG20553 系列,表3,英制管公制管,DN150以下 英制管 大外径 公制管 小外径 DN200300 英制管=公制管 相同外径,英制管公制管,DN350以上 英制管外径=NPS25.4 公制管外径英制管外径 DN+30mm DN+20mm,表3,1.4.2 选用外径系列时应注意的问题,公制管 管子 , 管件(对焊 , 承插 ) , 法兰 , 阀门 (对焊 , 承插 ) 的配套 管子 , 管件(对焊 , 承插 ) , 法兰 , 阀门 (对焊 , 承插 ) 的标识 , B 提供相关尺寸 不能采用管螺纹和螺纹管件,选用外径系列时应注意的问题,英制管 承插管件 ,阀门承插口内径与钢管外径的 配合 螺纹管件 ,阀门的螺纹型式( NPT , R , Rc , Rp )与钢管外径的 配合 SH3405大口径英制管外径的问题,表4,表2,表3,1.5 壁厚 1.5.1 壁厚系列 , 壁厚等级,Sch.5 160 ( 5, 10, 20, 30, 40, 60, 80, 100, 120, 140, 160 ) Sch.5S 80S ( 5S , 10S , 40S , 80S , 20S ) 重量等级 Std. XS , XXS,1.5.3 國内目前应用的壁厚系列,ASME B 36.10 , B36.19 (表13 ) HG20553 系列 (表14 ) SH3405 (表 15 ) (HG20553 系列 ),表5,表13,表14,表15,1,1.5.4管表号 Sch. 的含义,式中: t 壁厚(mm) ; P 内压(MPa) 许用应力(MPa); 焊缝系数 C 腐蚀余量 (2.54mm ; 0.875壁厚负偏差),1.5.4管表号 Sch. 的含义,設Sch. =1000P Sch. 的数值相当于钢管为100MPa 的承压能力Bar. t=(Sch. D1750)+2.54 管道壁厚的附加裕量包括材料壁厚负偏差, 腐蚀、冲蚀裕量,机械加工深度等 腐蚀裕量还应当考虑介质流动时对管道或受压元件的冲蚀量和局部腐蚀以及应力腐蚀对管道的影响,以满足管道安全运行的要求,1.5.5为什么要采用管表号 Sch.,管表号 Sch.适用于表达一定范围內多个公称直径管子的壁厚 管表号 Sch.的数值代表许用应力为100MPa时钢管的承压能力 ( Bar ) 减少钢管壁厚规格数量 , 便于组织批量生差 , 庫存销售,1.6 管道元件的规格体系,管道外径 英制管 公制管,公称压力 Ciass150,300, 600,900、 PN10,16,25,40, 63,100 PN10,16,25,40, 63,100,1.6.1英制管+美國Class公称压力,钢管 HG20553 GB9711.1, SY5037 SH3405 对焊 管件 GB12459,13401 SH3408,3409 AWWA C205大直径 承插管件 GB14383 SH3410 MSS SP83,95,97,螺纹管件 GB14383,3287(MI) MSS SP83,95,97 SH3410 支管台 GB19326 法兰,盲板 HG20615,20623大直径, GB9112-124 GB13402大直径 SH3406 AWWA C207大直径, ASME B16.36孔板 HG21547盲板 阀门 API,GB,JB,1.6.2英制管+欧洲PN公称压力,钢管 HG20553 GB9711.1 SY5037 对焊 管件 GB12459,13401 承插管件 GB14383,螺纹管件 GB14383,3287(MI) 支管台 GB19326 法兰,盲板 HG20592,21547 阀门 API,GB,JB,1.6.3公制管+欧洲PN公称压力,2.材料,金属材料 , (非金属材料) 铁基材料, (有色 ) 钢 , (铸铁) 承压件用钢 ,(结构件),压力管道安全技术监察规程,铸铁(灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁)不得用于GC1级管道,灰铸铁、可锻铸铁不得用剧烈循环工况。(D0001/24) Q235A属于A级镇静钢,不得用于有毒、可燃介质管道,设计压力小于或者等于1.6MPa,使用温度 350 。 (D0001/26) Q235B级镇静钢可用于设计压力小于或者等于3.0MPa非极度、高度危害有毒介质管道, 温度 350。(D0001/26),2.1 管道元件用钢的分类,碳钢,低合金高強度用钢强度钢 Cr-Mo合金钢热強钢,抗氢钢 低温钢 不锈钢 Fe-Cr-Ni合金和Ni基合金 铝,铜,钛合金,2.2.1钢的国标牌号表示方法,2.2.1钢的牌号表示方法 普通碳素结构钢牌号:屈服点的拼音的第一个字母”Q”及屈服强度值(Mpa),质量等级( A、B、C) Q235AF表示屈服235Mpa、质量为 A级的沸腾碳素结构钢 优质碳素结构钢采用钢中含碳量的万分数(平均值)20 号钢 含C0.2 当钢中含碳量为 0.150.6,含 Mn量超过 0.7(0.71.0)时,称之为高锰钢,必须将“Mn”标出, 16Mn、40Mn。,2.2.1钢的国标牌号表示方法,合金钢,前两位数字是钢的平均含碳量(万分之几)合金元素用化学符号(或汉字),后边的数字合金元素的平均百分含量,当合金元素含量小于 1.5时,只写出元素符号,不标明含量;当含量为 1.5 2.49标2、 2.5 3.49标3、22.523.49标23。例如 40Cr表示平均含碳量为 0.4、 Cr含量小于 1.5。 当钢中硫、磷含量低于 0.025为高级优质钢, 在钢号后再加上 “A”,例如35CrMoA。,2.2.1钢的国标牌号表示方法,奥氏体不锈钢:合金元素符号 合金元素百分含量”表示,(旧)前面一位数字表示平均含碳量(以千分之几计),含C0.03时用“00”C0.08时用“0”、C0.15时用“1”表示。例如 00Cr19Ni10表示C0.03, Cr:1820%,Ni:812%,0Cr18Ni9表示C0.08 Cr:17 19%,Ni:8 10%,1Cr18Ni9表示C0.15, Cr:17 19%,Ni:810%等。C0.08奥氏体不锈钢为低碳不锈钢(304)C0.03奥氏体不锈钢为超低碳不锈钢(304L),2.2.1钢的国标牌号表示方法,马氏体不锈钢牌号的表示方法中的前面一位数字,当含碳量大于 0.15后,基本上是采用平均含碳量的千分数表示,例如 2Cr13的含碳量 0.160.25。 不锈钢新牌号:Cr之前的数字表示碳(C)的万分之几的含量。304牌号为06Cr19Ni10,表示碳(C)含量万分之六(0.06%);316L牌号为022Cr17Ni12Mo2,表示碳(C)含量万分之二点二(0.022%)。,新牌号不锈钢个别材质含量调整,2.2碳钢,低合金高強度用钢,強度 塑性, 韌性, 可焊性, 工艺性能 含碳量 低碳 0.25%C , 中碳0.250.6%C , 高碳 0.60%C 合金元素添加 Mn,V,Nb,Ti, 残余元素:S、P有害杂质元素;C:高、钢硬度强度高,塑性和韧性下降,焊接性能下降,焊缝热影响区扩大。,2.2碳钢,低合金高強度用钢,碳当量 C+Mn6+(Cr+Mo+V)5+ (Ni+Cu)15( 0.4%不预热, 0.40.6% 预热, 0.6%难焊、预热T较高、工艺严)(p294、7.4.2) 脱氧 (P295 7.5.1) 沸腾钢( Si0.07),半镇静钢( Si0.17) 镇静钢( Si0.12),真空脱氧,铝脱氧,2.2碳钢,低合金高強度用钢,优质钢与普通结构钢 优质钢S,P0.035、高级优质钢S,P0.030 特级优质钢S,P0.025 晶粒度 粗晶粒 , 细晶粒(5级,或总铝0.02%) 材料交货(使用)状态和热处理 热轧, A, N, N+T, Q+T, PWHT, 控制轧制 生産和加工型式 热轧,冷轧,冷拉,锻造,铸造, 热加工,冷加工,机加工 焊接, 热处理,2.2碳钢,低合金高強度用钢 强度等级,2.2碳钢,低合金高強度用钢 强度等级,2.2碳钢,低合金高強度用钢,管道工程中的应用 工业管道 管子,对焊管件 20 , Q235A,B, (16Mn) 锻制管件,法兰16Mn,(20) 铸件 WCB 長输管道 管子,对焊管件X42, X60, X70,2.2碳钢,低合金高強度用钢,使用温度上限和下限 高温长期强度,氧化,组织穩定性(石墨化,珠光体球化) 碳钢、碳锰钢在425以上的温度下长期使用,碳化物有转化为石墨的可能。其强度和塑性将会下降 。 钢材的蠕变温度通常碳钢在 300350、低合金钢在 400450时应考虑蠕变问题。 脆断,2.2碳钢,低合金高強度用钢,腐蚀与防腐 腐蚀裕量 镀锌,镀镍,氮化,磷化 除锈,喷砂 Sa2.5级 内,外塗料,油漆 (底漆 ,面漆 ),衬里,(13)SCC应力腐蚀断裂,应力腐蚀断裂三个条件, 1)特定的腐蚀环境(成分、浓度、杂质和温度等); 2)足够大的拉伸应力; 3)材料的合金成分和组织(晶粒大小、取向、形态、相结构、缺陷等)。 防止措施: 1)降低应力水平,避免或减少局部应力集中,消除加工和焊接残余应力。 2)控制敏感环境,加入缓蚀剂,升高PH值,采用电化学保护等措施。 3)选材,避免易产生应力腐蚀开裂的材料-环境组合。,2.2碳钢,低合金高強度用钢, 碳钢和低合金钢产生应力腐蚀破坏介质碱液、硝酸盐溶液、无水液氨、湿硫化氢、醋酸等; 碱脆和PWHT NaOH 2 3 5 10 15 20 30 40 50 60 90 80 85 76 70 65 54 48 43 40 H2S-SCC(氢脆) 湿H2S-SCC, H2S分压0.0035kgcm2, 温度,PH值,催化剂氰化物,2.2碳钢,低合金高強度用钢,NACE MR0175 Rc22, HB187,197 强度,含碳量,碳当量,Ni,热处理,焊接,WPQ, 补焊 (HV250), PWHT, 检验HB, HIC,层状撕裂,Z向性能 板 S0.003 管 S0.01 锻件 S0.025 高温高压氢腐蚀,氢鼓泡 Nelson曲线,2.3低温用钢,铁素体钢的脆性转变 ( 体心立方晶格 ) 脆性断裂 应力,缺口,脆性转变温度 工程中钢材脆性转变的判据 V形缺口夏比冲击试验和冲击试验温度 标准试样,小试样,冲击功,侧向膨胀,断口纤维率,脆性转变温度,冲击试验温度,2.3低温用钢 影响钢材脆性转变的因素,强度 厚度,方向性,焊接厚度 应力,残余应力,低应力 焊接,PWHT 晶粒度 化学成份 c,Mn,Ni,微合金化,纯净度,脱氧,气体含量 热处理,回火脆性,控轧 焊接材料,药皮类型,2.3低温用钢,低温界线与低温用钢 0 Q235B,A 19 20,16Mn 29 L245,A105,WPB,WCB, 40 16MnD 46 10MnD,A333Gr6,WPL6,LF2,LCB 101 3.5Ni 253奥氏体不锈钢,Al,Cu,2.3低温用钢,管道工程中遇到的几种低温工况 工作条件 环境温度 (定义,厚度,材料,管道规范) 节流效应 低温低应力: (指受压元件的设计温度虽然低于-20,但其薄膜(环向)应力小于或等于钢材标准常温屈服强度的1/6,且不大于50MPa的工况。) 压力试验的温度,2.3低温用钢,钢材的使用温度低于或等于-20时, 应进行夏比(V型缺口)低温冲击试验。 奥氏体不锈钢低温管道,在设计温度高于或等 于-196,且满足下列各项要求时可免做低温冲击试验: A 母材含碳量小于或等于 0.10; B焊接材料设计温度低于-100时 进行焊缝金属的低温夏比(V型缺口)冲击试验并符合要求,2.4 Cr-Mo合金钢,低合金钢(合金元素总量5)15CrMo 中合金钢(合金=510%)12Cr5Mo 高合金钢(合金10)不锈钢等 2.4.1用途 耐热,热强,650 表16 , 400 抗氢, 对操作温度 200,氢气介质碳钢及低合金钢管道,最高操作温度加20 40的裕量氢气的分压,按(Nelson曲线)选择适当的抗氢钢材 。高温H2S腐蝕,2.4.2 Cr-Mo合金钢钢号优选,540 15CrMo 14Cr1Mo 580 12Cr2Mo 12Cr1MoV 650 1Cr5Mo Cr9Mo1V,2.4.3 Cr-Mo合金钢热处理与强度等级 表17,退火 A 正火+回火 N+T 回火温度 调质 Q+T 回火温度 热加工后的恢复性能热处理 PWHT与回火温度, 氢腐蚀与PWHT 母材和焊接接头硬度 HB225, 241 焊前予热与层间温度,表17,2.5 不锈钢,2.5.1不锈钢分类 奥氏体 ,沉淀硬化不锈钢, 铁素体,马氏体, 双相钢 2.5.2奥氏体不锈钢的用途 耐蚀,洁净, 高温, 低温,2.5.3奥氏体不锈钢,Cr 耐蚀,鈍化膜 Ni ,组织和相平衡 铬当量,镍当量,舍夫勒图,Delong图 Cr=Cr+Mo+1.5Si+0.5Nb Ni= Ni +30(C+N)+0.5Mn C 碳化物, 強度 标准成份范围的差異 表18,表18,2.5.4 300系列奥氏体不锈钢,301,302304低碳304L超低碳 321,347稳定化 304316,317316mod904L6Mo(254SMO)20合金 304304H316H,347H309 310800H800HT 304304NXM19,2.5.5奥氏体不锈钢使用问题,耐蚀 氧化性,还原性,钝化膜,酸洗钝化,回火色,保护气氛,铁离子试验 晶间腐蚀 机理,碳化物析出,敏化和晶间腐蚀试验,休氏试验,超低碳( 0.03%以下),稳定化(钛和铌) 晶间腐蚀是由于晶界沉积了杂质,奥氏体不锈钢在焊接时,焊缝两侧加热到400910, 晶间腐蚀敏化区,晶界的铬和碳化合碳化铬,2.5.5奥氏体不锈钢使用问题,奌蚀,缝隙腐蚀和应力腐蚀 氯离子,浓度和浓缩,温度,PH 連多硫酸-SCC,稳定化SS 应力腐蚀 (1) 奥氏体 SS,介质:氯离子、氯化物蒸汽、湿硫化氢、碱液等; (2)对含钼奥氏体SS,介质:碱液、氯化物水溶液、硫酸 硫酸铜的水溶液等,2.5.5奥氏体不锈钢使用问题,热处理 固溶,稳定化处理,消除应力热处理,再结晶 金相组织 奥氏体,相,相(6501000),碳化铬析出(400950),马氏体转变(磁性),晶粒度 应变硬化和泠加工变形量 A2-70, A193 B8-2 2015%,10%(675),2.5.5奥氏体不锈钢使用问题,高温使用(H) 含碳量 0.04 (焊材),晶粒度(6), 冷变形(10%) 低温使用 -101WPQ, 相5% -196侧向膨胀0.38mm 固溶状态,2.5.5奥氏体不锈钢使用,双牌号 304304L ,304304H 316316L ,316316H 许用应力, 0.2 , 1 ns1.5, 1.1 钢号合併,代用,不锈铸钢,2.6双相不锈钢,2.6.1双相不锈钢的特奌 双相,50%,+ 加N 高强 耐蚀 奌蚀, SCC,2.6.3双相钢的应用,相比例 相 母材3555% 相和475脆化 , HB271(Rc28) -46Akv 45J 設計温度 -50, +300,3.管道工程用钢管 3.1钢管分类,3.1.1几种分类方法 用途(压力,对象) 材料 制管工艺 3.1.2按制管工艺分类 无缝(热轧,冷拔,冷轧,锻造,离心铸造) 有缝,焊接,3.1钢管分类 3.1.2按制管工艺分类,直缝(炉焊,ERW,SAW,GTAW,GMAW, PAW, FCAW,SMAW) 螺旋焊缝(ERW,SAW) 对接,3.2无缝制管工艺及质量控制,3.2.1无缝轧制工艺 工艺 管坯(軋,锻,連铸);修磨;穿孔(荒管); 热軋;定径;热处理;校直;表面处理. 冷軋; 泠拔(打头). 主要质量控制奌: 管坯;穿孔;成型及表面质量;热处理;NDT和压力试验.,3.2.3 ERW工艺,工艺: 板卷+分条;机组成型和 ERW;去毛刺;热处理;切断. 主要质量控制奌: 板卷;去内毛刺;焊缝热处理;检验. 3.2.4 EFW板焊管工艺: 板卷+分条;机组成型和 EFW;热处理;切断;检验;表面处理. 单张钢板+刨边;UOE或JCOE;EFW;定径或冷扩(1.5%);PWHT;检验;表面处理.,3.2.4 EFW板焊管工艺,主要质量控制奌 钢板 EFW工艺 PWHT NDT 压力试验,3.3钢管标准,國内钢管标准 见1.3.4 GB Pipe所列,但缺乏板焊管 國外钢管标准 见1.3.4 ASTM Pipe所列,尤其是A671,A691板焊管标准,3.4 钢管标准的适用规格,范围和质量等级,标准规定的适用范围;材料;规格;质量等级; 质量等级 A高级 1高级 B中等 2一般 C较低,3.4 钢管标准的适用范围和质量等级,3.4.1无缝管标准 规格 热轧 DN25500 冷拔DN200(50) 冷轧DN100, 仪表,公差,抛光 GB8162,机械结构用;不适用. B级无缝管标准(优质碳素钢) GB8163 和GB3087 以及GB9711.1 L245 适用范围 ,市场及质量体系 B-2;B-1;B-1. 管坯 B-2;B-1;B-1. 质量要求(检验)和等级 B-2;B-1;B-1.,3.4.1无缝管标准,A级无缝管标准 GB5310 CS AS SS A1 GB6479 CS AS SS A1 GB9948 CS AS SS A2 GB18984 LTCS Ni-AS A2 GB14976 SS A2 GB9711.2 高強度低合金钢 A2,3.4.2 ERW 焊管,规格 DN15500(400), 英制管 材料 Q195,Q235A(Galv.) 标准和质量等级 GB3091 C2 GB9711.1 C1(内毛刺,热处理, NDT和压力试验),3.4.3碳钢和低合金钢SAW板焊管,规格DN4502000(对接更大) 板材(20mm),长度12M, GB9711 L245X70 A, B A671 ,672 CS,LTCS,Ni-AS A, B A691 AS A GB3091(直) Q235A, B C Sy5037(螺旋 Q235A, B C,碳钢无缝钢管的质量分级,剧烈循环条件解释,3.4.3碳钢和低合金钢SAW板焊管,影响质量等级的因素 板材 钢管长度(併接) 双面,单面saw 焊缝探伤 焊缝係数 表20 热处理 压力试验,表20,3.4.4不锈钢EFW焊管,两种工艺 連续生産DN15200, 5S 10S 板卷,机组成型,自动TIG不加丝,在线NDT,热处理,压力试验,酸洗钝化 单根生産 ,DN150 , 20mm,6M 单张板,折卷成型,半自动PAW(加或不加丝),整形,NDT,(热处理,压力试验) ,酸洗钝化,3.5設計选用,3.5.1按质量等级选用 GC1 A GC2 B或A GC3 C或B GC2,无毒,非可燃,且PN20以下 C或B 用于压力管道的钢管,保证强度和刚度外,还要求保证密闭性,因此要求逐根管子进行水压实验。,3.5設計选用,3.5.2按材料选用 Q235,195 ERW GB3091 SAW GB3091 螺旋 SAW SY5037 20 无缝 GB8163,3087,9948,6479 20G 无缝 GB5310 L245 无缝 GB9711 DSAW GB9711 ERW GB9711,3.5設計选用 3.5.2按材料选用,20R,20g,16MnD,15CrMoR,A516等板 DSAW板焊管 A671,672,691 15CrMo等CrMo合金管 无缝 GB5310,6479,9948 LTCS,3.5Ni等低温钢,无缝, GB18984 304等不锈钢 无缝 GB14976 304等不锈钢 板焊管 HG20537.4 ASTM A358,3.5設計选用 3.5.3按规格选用,Q235,195 ERW DN15500 Q235,195 SAW DN450 L245 ERW DN15400 L245 DSAW DN450 20 ,15CrMo等 无缝 DN400 20G,15CrMo等高温高压厚壁锻造管 DN3001000 低温钢 无缝 DN400,3.5設計选用 3.5.3按规格选用,20R,16MnDR,15CrMoR等DSAW管 DN450 304等不锈钢 无缝 DN300 304等不锈钢 板焊 DN150,3.5設計选用 3.5.4考慮经济性,检查项目增加,价格依次提高 C2C1B2B1A2A1 ERWSAW气体保护焊热轧冷拔冷轧锻造 Q235A Q235B 20 L245 20G LTCS CrMo钢3.5Ni 304304L321347316316L,3.5.5考慮采购与成套,标准与非标 通用与特殊,专用 材件和规格的合併与分散 批量大与小 庫存与订单生産,4.管件 4.1管件分类(不包括法兰类),按结构形式或功能分 直通,转向,封闭,分支/斜接,变径,同心/偏心, 按連接型式分 对接,承插(承口/插口),管螺纹(NPT, R, Rp,Rc; G; 内,外),螺纹, 卡套,扩口 按材料类别和制造形式分 材件 ;无缝,焊接,锻制,铸造,4.2构成管件的四大要素,结构形式 連接型式(两端/多端、阴/阳) 规格尺寸DN 及承压能力(壁厚或压力等级) 材料和制造型式 和由管件标准或小样图,数据表表达; 由材料和管件制造技术要求表达; 由設計选用确定. 管道元件标准件的设计压力应当符合有关安全技术规范及其相应标准的要求。非标准件的管道元件还应当有设计计算书和图样。(D0001/14),4.3管件选用中应注意的问题 4.3.1对焊管件, DN151200, ( 更大直径?小尺寸的連接型式是否合适?) ; 壁厚以及无缝/有缝同管子标准(最小壁厚); 如要加厚,应标记端部和加厚二个厚度; 标准型式与非标?(弯曲半径,斜接三通,虾米弯) 弯头宜采用长半径弯头(R1.5DN),当 采用短半径弯头(R1.0 DN)时,其最高工作压力不宜超过同规格长半径弯头工作压力的 0.8倍。,4.3.1对焊管件,弯头与弯管; 大R; 带直边; 三通与支管連接,异径三通; 补强型式(支管連接,支管台,Boss,半管接头,补强板,补强管,主管加强,焊接三通,鞍式加強) 异径管,同心/偏心;带/不带折边和直边;,4.3.1对焊管件,坡口标准化 ; ( 37.530) 无缝与有缝 (板,焊管;焊制坯件,成型后併焊); 原材料与管件材料(指定坯料,WPB); 表21 焊缝RT(100%,同管子要求); 焊缝数量和位置; 交货状态(标准规定,实际需要和可能);,表21,4.3.1对焊管件,制造工艺和坯料的多样性组合 冷/热/局部加热/併焊/锻; 有芯/无芯; 扩径/缩径; 增厚/减薄; 型式试验(ASME B16.9,MSS SP75) 等爆破强度(而不是屈服,整体屈服,局部屈服),或不小于按实际抗拉強度计算的圆管爆破压力P(P=2t/Do)的1.05倍; 同一种管件型式及其加工工艺的组合、 覆蓋范围(与材料无关):,4.3.1对焊管件 型式试验,覆蓋范围(MSS SP75) DN 0.52; t/D 0.53; 等径可覆盖异径; 小R弯头可覆盖大R弯头; 不同强度等级的材料可按抗拉強度推算;,4.3.1对焊管件,对焊支管台的选用(MSS SP97) 按主管或支管壁厚系列号的大者选用; 壁厚系列为Std, XS,而非Sch.40,80; 等级为Sch.160的支管台仅限用于主管规格不大于DN600-Sch.160,且支管规格不大于DN150-Sch.160; 尽量不要选用等径支管台,应选用三通等; 细部结构,下端部椭圆加工,坡口,椭圆孔,焊接,4.3.1对焊管件,(16)对焊支管台的型式试验(MSS SP97 B) 爆破压力按主管计; 覆蓋范围(与材料无关) : d/D 0.5d/0.5D2 d/2D; 支管的t/d 0.53; 对焊管件的强度計祘 最小設計厚度应不小于管件最小壁厚 弯头,弯管,虾米弯;,4.3.1对焊管件 对焊管件的强度計祘,异径管 1/Cos半锥角(标准,25) 三通同开孔补強 采用支管連接管件者可不计算 等靣积法(适用范围); 压力靣积法(异型,Y形,范围外) 外压按直管(轴线长度),4.4 承插管件,4.4.1承插焊结构 ASME管道体系及管道元件所采用的一种端部单面填角焊連接结构.材料锻件 适用的口径较小,标淮DN100,实用DN50或40; 原适用的管子外径为美标英制管,但國内已扩大. 4.4.2涉及的管件标准 ASME B16.11 GB14383 , 系列 SH3410 HG21634 MSS SP83活接头 SH/T3424,4.4 承插管件,MSS SP79异径承插件 ? MSS SP97支管台 GB19326 MSS SP95 SH/T3419 异径短管及管堵 钢制异径短节 4.4.3承插焊结构特奌 安装施工方便,不拍片,可靠性较好但下列管道除外: (1)壁厚大于或等于SCH160的小口径管道 (2)缝隙腐蚀敏感介质存在的小口径管道; (3)润滑油的小口径管道(有洁净要求),4.4 承插管件,4.4.4注意问题: 國内标准尚有缺项,须使用ASME标准补缺; 外径尺寸的差异,带来为承口内径的调正. 建议根据采用的外径系列附承口内径调正表. ASME,ISO/HG,SH,公制管 表4 采用GB/HG标准时的公制管标记B或 注意插口与承口阴阳配合 阳(插口) :管,短管,堵头 阴(承口) :管件,阀门,法兰,表4,4.4 承插管件,4.4.5压力等级及承压能力 Class3000(3M),Psi Sch.80 Class6000(6M),Psi Sch.160 Class9000(9M),Psi XXS 可使用更薄或更厚管子 管子更薄者,管件承压强度等于管子; 管子更厚者,管件承压强度等于磅级Psi. 高温承压强度随材料许用应力,按比例降低 Class800 PN138(140) P/T值按Class600和Class900,内插,4.5管螺纹和螺纹管件,4.5.1管螺纹 螺纹密封管螺纹 R ; NPT两大类 非螺纹密封管螺纹 G 4.5.2常用 表22 NPT (工作条件较为苛刻的场合) 仪表,阀门,工艺系统螺纹管件 安装不加填充剂,防漏可密封焊 R Rp 公用工程用螺纹管件和阀门、GB3287可锻铸铁镀锌管件,GB3091镀锌管,表22,4.5管螺纹和螺纹管件,安装可加填充剂,不采用密封焊 4.5.3螺纹管件标准 ASME B16.11 GB14383 SH3410 MSS SP83活接头 SH/T3424 MSS SP97支管台 GB19326 MSS SP95 SH/T3419 异径短管及管堵 钢制异径短节,4.5管螺纹和螺纹管件,4.5.4 注意 管螺纹型式配对及标记 锥/锥,锥/平选用及标记R/Rc,R/Rp 外/内标记 与外径的配合或删除DN65,125,150 适用口径DN1050 DN15150 max 公制管系统不能用,4.5管螺纹和螺纹管件,4.5.5压力等级及承压能力 2000,2M,Psi Sch.80 3000,3M,Psi Sch.160 6000,6M,Psi XXS 可使用更薄或更厚管子 管子更薄者,管件承压强度等于管子; 管子更厚者,管件承压强度等于磅级Psi. 高温承压强度随材料许用应力,按比例降低,4.5管螺纹和螺纹管件,4.5.6 ASME B31.3选用规定(NPT) GC2 CS,AL DN40 Sch.80 DN50150 Sch.40 SS DN150 Sch.40 GC3 各种材料 DN300 計祘 用于有毒,易燃介质,大于DN50应加安全防护,4.5管螺纹和螺纹管件,4.5.7管螺纹NPT导致的厚度附加量 表23,表23,5.法兰接头 5.1法兰接头分类,法兰,特种法兰; 孔板法兰,夹套,异径,绝缘法兰. 垫片; 紧固件; 法兰夾持件; 盲板,排污环,临时过濾器,5.2管法兰标准体系,5.2.1美國体系 ASME B16.5,B16.47,B16.36 孔板,B16.48盲板, Class150,300,600,900,1500,2500 PN20,50,110(100),150,260(250),420,5.2管法兰标准体系,API605(B16.47B,) MSS SP44(B16.47A,DN550) AB系列尺寸不同、不可以互换,注意各个专业的统一性。 阀门采购不指定B,API阀门会认为A系列,B系列的尺寸A不是配管的外径,是法兰结构强度需要的尺寸 图列 AWWA C207,5.2.6國内管法兰标准,管子外径系列 國际通用系剂英制管; 國内沿用系剂公制管,(淘汰) 公称压力 ISO7268/GB1048 由字母PN和后跟无因次数字组成; 仅用于表示管道元件的允许工作压力(数值相当于Bar); 不同材料在工作温度下的允许工作压力在压力温度等级表中给出;,5.2.6國内管法兰标准,GB91129124 美國体系CL1502500,DN15600 欧洲体系PN2.5160,DN103000 系列,。PN2.5, DN4000 GB13402 CL75900, DN6501500 A,B HG20615美,HG20592欧 美國体系PN20420,DN151500(B) 欧洲体系PN2.5160,DN102000接管A,B SH3406 美國体系PN20420,DN151500(B),5.2.6國内管法兰标准,其他标准 JB7490欧洲体系 PN0.2520MPa DN15600 H高压管件通用設計 PN220,320 DN6150(250),5.3压力等级,5.3.1公称压力,压力额定值和压力-温度表 “压力、温度相偶合最严重的条件”如何理解? 管壁厚 其中P, 为变量, 为判断的条件.找出最大值就是最 严重条件。 注意每版工艺条件温压是否范围 条件是否包括各种工况,某乙烯厂的一个管道等级、材料:钢CS,最高无冲击工作压力MPa,5.3压力等级,5.3.2欧洲体系 PN 常温屈服强度225MPa为基淮值; 大于,按225MPa; 低于或高温按比例; 奥氏体钢按0.2%条件屈服强度. 材料分组(铸,锻,板),5.3压力等级 5.3.3美国体系,材料分组 1 CS AS 2 SS Ni Class300,600/150 300x2.5x.06895=51.7 Bar(PN50) 115x2.5x.06895=19.8 Bar(PN20),5.3压力等级 5.3.4压力等级的应用,标准体系的识别; 管道系统,管道等级承压能力的标志; 阀门压力等级及压力-温度额定值; 相同压力等级PN-Class,基本可連接性; 压力-温度额定值与法兰計算的关係; 活套法兰取决于法兰用材; 夹套法兰取决于内管P; 更高温度按比例折算; 外力和弯矩的折算; 高PN法兰可用于低PN管道,反之不行;,5.3.4压力等级的应用,不同PN,但仍可連接,PN按低值: 欧标 PN10-16-25-40 DN1080 PN10-16 DN100150 PN 25-40 DN100150 PN63-100-160 DN1040 PN100-160 DN50200 美标 PN50-110 DN1580 PN150-260 DN1565,5.4法兰型式和密封面,5.4.1基本型式 法兰型式(板,带颈,长颈,超长颈,蓋) 連接型式(活套,整体,WN,SO,SW,Th) 5.4.2两个体系的法兰型式不同 美标 全带颈,承插,厚度相同 欧标 板式,活套,厚度不同 5.4.3特殊型式法兰 美标 孔板法兰,盲板,异径 夹套,绝缘法兰,压制法兰,5.4法兰型式和密封面 5.4.4法兰型式选用,法兰是极易出错的管道元件、配管及材料人员在设计中都要重视! 介质性质、温度、压力决定; 由端部連接型式决定; 贵金属或低强度材料 活套,衬里; 法兰密封可靠性-刚度,转角1 板式平焊的现场焊接 法兰刚度,5.4法兰型式和密封面 5.4.5法兰刚度,ASME BPV -1附录S 三个計算式: 整体,WN; 带颈的SO,SW,Th,活套; 不带颈的板式SO,活套; 可获得许用的Mmax比较 表24,表24,5.4法兰型式和密封面 5.4.6密封面,密封面形式 平面,突面 RF 全平面 脆性材料,绝缘性 凹凸M/FM 大/小 榫槽T/G 大/小 环連接面 高温高压金属密封 O形圈密封面 透镜垫密封面,5.4法兰型式和密封面 5.4.6密封面,密封面光洁度-表面粗糙度 Ra轮廓算术平均偏差,轮廓偏距绝对值的算术平均值. Ra m AARH 算术平均粗糙度高度 英制Ra in AARH40Ra Ra0.8 AARH 32 Ra3.2 AARH125 Ra6.3 AARH250,5.4法兰型式和密封面 5.4.6密封面,水线 国内老标准的错误 ASME B16.5的规定 刀具圆角Rmin1.6mm 水线密度 2440/in,1.060.64mm(0.8mm) Ra12.53.2 4555/in,0.560.46mm(0.5mm) Ra 6.33.2,5.4法兰型式和密封面 5.4.6密封面,密封面粗糙度与垫片材料的关係 垫片予紧吋的压缩量应大于两侧法兰密封面的轮廓最大高度Ry,瓢曲度,不平度之和. 垫片压缩量与垫片材料的硬度呈反比; 垫片越硬,密封面粗糙度应越小. 表25为各种垫片材料对密封面粗糙度的要求,最大密封面粗糙度. 各种垫片(复合材料)对密封面粗糙度的要求,见垫片章节.,表25,5.4.7 WN法兰端部最小厚度,美标法兰 B16.5 法兰端部最小厚度应不小于材料屈服强度275MPa时的钢管設計厚度 工业管道用CS,AS,SS材料屈服强度一般不大于275MPa,因此无核算必要; 长輸管道用x42以上高强度材料需核算. 欧标法兰 EN1091-1 表26 WN法兰端部最小厚度S,表26,5.5 垫片,垫片是保証法兰密封的关键部件 垫片选用应攷慮的因素: 温度 介质适应性 压缩率,回弹率,蠕变性(冷流), 密封比压Ymin , 温度下的Ymin , m 压溃强度Ymax,5.5 垫片 5.5.1非金属材料,温度较低, 介质适应性好, Ymin小,m小,密封予紧力小,密封面粗糙度大 但有时有渗透性,有一定泄漏率 压溃强度Ymax也小,不适用于高压, 密封面粗糙度不宜太低(摩擦力小,易吹出) 垫片宽度大,可降低泄漏率,防压溃,5.5 垫片 5.5.2金属材料,适用温度较高,根据温度选用材料 介质适应性较好,根据介质选用材料 Ymin较大,m较大,密封予紧力较大,密封面粗糙度要求较光滑 泄漏率低 压溃强度Ymax大, 适用于高压, 垫片宽度应小,可降低予紧力,5.5 垫片 5.5.3缠绕垫,齿形复合垫,金属-非金属复合材料 缠绕垫密(封性能好、耐压性能好、PN26.0MPa和600的苛刻条件) 齿形复合垫 利用各自优奌,规避各自弱奌 适用于中温中高压 ASME B16.21对缠绕垫的予紧比压原则要求: 207172MPa(600;NPS 1) 4.53.2; 3.22.5; 2.51.8,5.5 垫片 5.5.3缠绕垫,齿形复合垫,比压 40MPa; 300 70MPa; 130MPa; 900 180MPa; 1500 230MPa; 2500 300MPa. 外环 定位;予紧限位;过紧保护;加固,防散 突面法兰外环、凹凸面法兰内环、榫槽面法兰基本型 内环 高压(PN 15.0Mpa) ,F4加固,,5.5 垫片 5.5.3缠绕垫,齿形复合垫,非金属带露头0.20.3mm; 石墨带灰份小于2, S 1000ppm, Cl 50ppm, 密度1.01.1g/cm3 不得使用再生F4, F4密度1.6g/cm3, 金属带厚度0.2mm; 齿形复合垫 90齿形,齿深0.4mm,齿顶宽0.1mm, 金属垫厚4mm,覆层0.5mm;,5.5 垫片 5.5.4石棉橡胶板, 致癌,欧美法规禁用 GB3985石棉橡胶板
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