压力管道培训课件---二.ppt

4、压力管道的应用标准体系,4.1国际上常用的标准体系4.1.1德国及前苏联应用标准体系4.1.2美国应用标准体系(ANSI)4.1.3日本应用标准体系(JIS)4.1.4国际标准化组织（ISO）的应用标准体系4.1.5英国和法国应用标准体系,4、压力管道的应用标准体系,4.2国内常用的标准体系4.2.1石化行业应用标准体系4.2.2化工行业应用标准体系4.2.3机械行业应用标准体系4.2.4国家应用标准体系4.2.5压力管道应用标准体系配伍,4、压力管道的应用标准体系,目前，大多数压力管道及其元件都进行了系列化，并有相应的应用标准作支持。因此压力管道材料设计时首先要考虑的问题就是压力管道及其元件标准系列的选用。这些标准应包括管子系列标准、管件系列标准、法兰及其连接件系列标准、阀门标准等。这些标准通过一定的规则在一个管系中得到应用，它们之间相互衔接、相互配合，从而确定了管道及其元件的基本参数。这些标准中尤其以管子标准和法兰标准最具代表性，它们是其它应用标准的基础。,4、压力管道的应用标准体系,目前，大多数压力管道及其元件都进行了系列化，并有相应的应用标准作支持。因此压力管道材料设计时首先要考虑的问题就是压力管道及其元件标准系列的选用。这些标准应包括管子系列标准、管件系列标准、法兰及其连接件系列标准、阀门标准等。这些标准通过一定的规则在一个管系中得到应用，它们之间相互衔接、相互配合，从而确定了管道及其元件的基本参数。这些标准中尤其以管子标准和法兰标准最具代表性，它们是其它应用标准的基础。因此，压力管道设计的第一步就是选择应用标准体系，并作为设计的统一规定，以免各相关专业因采用不能互换的其它标准体系而导致错误。,4、压力管道的应用标准体系,世界各国应用标准大体上分为两大类。管子-即钢管外径系列分为1、国际通用系列（大外径系列）英制管；2、国内常用系列（小外径系列）公制管（或米制管）HG20553,4、压力管道的应用标准体系,法兰：欧式法兰和美式法兰压力等级：PN0.10.250.61.01.62.54.06.310.016.025.040.0MPa欧式法兰（DIN）压力等级：PN2.05.06.810.015.025.042.0MPa美式法兰（ANSI）CL15030040060090015002500由此可以看出，无论是法兰还是管子，上述两个系列或两个体系是不能混合使用的。,4、压力管道的应用标准体系,钢管壁厚表示方法有管子表号、钢管壁厚尺寸和管子重量三种方法1）是以管子表号Sch表示壁厚。管子表号是管子设计压力与设计温度下材料许用应力的比值乘以1000,并经圆整后的数值。即:SchP/t1000ANSIB36.10壁厚等级：Sch10、Sch20、Sch30、Sch40、Sch60、Sch80、Sch100、Sch120、Sch140、Sch160十个等级;,4、压力管道的应用标准体系,ANSIB36.19壁厚等级：Sch5s、Sch10s、Sch40s、Sch80s四个等级;2）以钢管壁厚尺寸表示中国、ISO、日本部分钢管标准采用3）是以管子重量表示管壁厚度,它将管子壁厚分为三种：a.标准重量管,以STD表示b加厚管，以XS表示c.特厚管，以XXS表示。对于DN250mn的管子，Sch40相当于STD，DN200mm的管子,Sch80相当于XS。,4.2国内常用的标准体系,目前，国内的压力管道及其元件的应用标准很多,又均不完整。以管法兰标准为例,常用的标准就有国家标准(GB)、机械行业标准(JB)、石化行业标准(SH)和化工行业标准(HG)等。这些标准各有各自的温度-压力表、密封面尺寸和接管尺寸,相互之间互换性差,有些甚至不能配套使用。为了能很好地应用这些标准，介绍一下目前国内常用的压力管道应用标准体系4.2.1石化行业应用标准体系管子尺寸系列标准(SH3405)基本属于“大外径系列”SH3405等效采用了ISO4200标准，故当DN1100mm时,它能与ANSIB36.l/36.19标准配套使用。,4.2国内常用的标准体系,法兰标准(SH3406)：属于美式法兰公称压力：PN1.0、PN2.0(CL150)、PN5.0(CL300)、PN6.8(CL400)、PN10.0(CL600),PN15.0(CL900)、PN25.0(CL1500)、PN42.0(CL2500)8个等级公称直径：DN15DN1500mm法兰密封面：当DN600时，凸台面、凹凸面、全平面、榫槽面、环槽面5种DN650时，凸台面1种法兰型式：当DN600时，平焊、对焊、承插焊、螺纹连接、松套5种DN650时对焊1种,4.2国内常用的标准体系,SH3406等效采用了ANSIB16.5和API605标准,。SH3406在结构尺寸和密封面型式上与ANSIB16.5/API605有着很好的互换性，它能与ANSI、API、MSS等标准的管道元件配套使用。但因为SH3406采用了我国材料标准而不是美国材料标准(ASTM),故二者的温度-压力表有少许偏差,故在考虑二者互换时,应注意并核对它们的温度-压力对应允许值。石化行业应用标准体系中的常用标准SH3401管法兰用石棉橡胶板垫片SH3402管法兰用聚四氟乙烯包覆垫片SH3403管法兰用金属环垫片SH3404管法兰用紧固件SH3405石油化工企业钢管尺寸系列,4.2国内常用的标准体系,SH3406石油化工钢制管法兰SH3407管法兰用缠绕式垫片SH3408钢制对焊无缝管件SH3409钢板制对焊管件SH3410锻钢制承插焊管件石化行业应用标准体系属于一个比较完整的应用标准体系。因为它等效采用了ANSI标准,因此代表着先进和发展方向。又由于它的法兰(SH3406)能与API标准阀门匹配使用。通过近几年的应用证明,这套应用标准体系是一个科学的、先进的、同时又是可操作性好的标准体系。,4.2国内常用的标准体系,4.2.2化工行业应用标准体系管子尺寸系列标准(HG20553)A系列：属于大外径系列B系列：属于小外径系列法兰标准同时包含欧式法兰和美式法兰欧式法兰（HG20592HG20605）压力等级：PN0.25、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.3、10.0、16.0、25.0等10个等级公称直径：DN10DN2000mm法兰型式：板式平焊、带颈平焊、带颈对焊、整体式、承插焊、螺纹、对焊环松套、平焊环松套、法兰盖、衬里法兰等10种,4.2国内常用的标准体系,密封面型式：突面、凹凸面、榫槽面、环连接面、全平面等5种。它可以与JB阀门配套使用。.美式法兰标准(HG20615-HG20626)公称压力：PN2.0、PN5.0、PN11.0、PN15.0、PN26.0和PN42.06个压力等级公称直径:DN151500法兰型式:带颈平焊、带颈对焊、整体法兰、承插焊、螺纹、松套等6种,密封面型式突面、凹凸面、榫槽面、环连接面、全平面等5种型式。,4.2国内常用的标准体系,化工行业压力管道应用标准体系也是一个相对比较完整的标准体系，而且经历了若干年的生产实践检验,具有成熟的使用经验。由于它同时具有“大外径系列”和“小外径系列”、“欧式法兰”和“美式法兰”两个系列,故其使用面比较广,它既可以与国外的ANSI、DIN、ISO等标准配合使用,又可以与国内的GB、SH、JB等标准配合使用。化工行业应用标准体系中的常用标准.HG20537.1奥氏体不锈钢焊接钢管选用规定HG20553化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系列HG/T21634锻钢制承插焊管件HG/T21635碳钢、低合金钢元缝对焊管件,4.2国内常用的标准体系,HG/T21631钢制有缝对焊管件HG/T21632锻钢制承插焊、螺纹和对焊接管台HG/T21637化工管道过滤器HG/T21577快速特种接头HG2059220605钢制管法兰(欧洲体系)HG2061520626钢制管法兰(美洲体系)HG2060620612钢制管法兰用垫片(欧洲体系)HG2062720633钢制管法兰用垫片(美洲体系)HG20613钢制管法兰紧固件(欧洲体系)HG20634钢制管法兰紧固件(美洲体系),4.2国内常用的标准体系,4.2.3机械行业应用标准体系管子尺寸属于小外径系列法兰标准欧式法兰压力等级：PN0.25、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.3、10.0、16.0、20.0等10个压力等级公称直径：DN15DN1600mm法兰型式：整体、板式平焊、对焊、平焊环板式松套、对焊环板式松套、翻边板式松套和法兰盖等7种,4.2国内常用的标准体系,4.2.3机械行业应用标准体系管子尺寸属于小外径系列法兰标准欧式法兰压力等级：PN0.25、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.3、10.0、16.0、20.0等10个压力等级公称直径：DN15DN1600mm法兰型式：整体、板式平焊、对焊、平焊环板式松套、对焊环板式松套、翻边板式松套和法兰盖等7种密封面型式：平面、凸面、凹凸面、榫槽面、环连接面5种。JB没有相应的管子尺寸系列标准、管件标准，体系很不完善，需要GB体系作支持；,4.2国内常用的标准体系,JB法兰标准把不同等级的材料列入同一温度压力表中，以至失去了其科学性；JB阀门标准以有限的型号给出选用系列(从各产品汇编中体现出来)，既限制了其使用范围，又失去了其灵活性。从许多生产装置的应用情况来看,JB阀门的使用性能也不尽人意；JB阀门不能与ANSI配伍使用,不便于与世界接轨；机械行业应用标准体系中的常用标准有:JB/T74管路法兰技术条件JB/T75管路法兰类型JB/T79.179.4整体铸钢管法兰JB/T81板式平焊钢制管法兰JB/T82.182.4对焊钢制管法兰,4.2国内常用的标准体系,JB/T830.25、0.6、1.0、1.6、2.5MPa平焊环式松套钢制管法兰JB/T844.0、6.3、10.0MPa凹凸面对焊环板式松套钢制管法兰JB/T850.25、0.6MPa翻边式松套钢制管法兰JB/T86.186.2钢制管法兰盖,JB/47004703压力容器用法兰JB/T8790管路法兰用垫片JB47044706压力容器用垫片,4.2国内常用的标准体系,4.2.4国家应用标准体系管子尺寸系列标准GB17395属于大外径系列.法兰标准：(GB/T9112-2000)包括欧式法兰和美式法兰接管分为系列I、系列II系列I为“大外径系列”，以期能与SH标准等匹配；系列II为“小外径系列”，以期能与JB标准等匹配。欧式法兰：分为系列I、系列II，公称压力PN0.25、0.6、1.0、1.6、2.5、4.0、6.3、10.0、16.0MPa9个等级公称通径DN102000mm,4.2国内常用的标准体系,法兰型式：整体、带颈螺纹、对焊、带颈平焊、板式平焊、平焊环板式松套、对焊环板式松套、翻边环板式松套和法兰盖等9种密封面型式：平面、突面、凹凸面、榫槽面4种。美洲法兰：系列I(大外径)公称压力PN2.0、5.0、11.0、15.0、26.0、42.0MPa6个等级公称通径DN10600mm法兰型式：整体、带颈螺纹、对焊、带颈平焊、带颈承插焊、对焊环带颈松套和法兰盖等7种密封面型式：平面、突面、凹凸面、榫槽面、环连接面5种,4.2国内常用的标准体系,它基本上能含盖JB标准和HG标准的欧洲体系标准,为取代这两个标准创造了条件;欧式法兰和美式法兰，其温度-压力等级值的确定是将中国材料与欧洲材料和美洲材料进行性能对比后,选用ISO7005-1中规定的相应材料的压力温度参数。压力管道国家标准体系也是一个比较完整的标准体系。它的管件标准分为A、B两个系列，其中A系列为“大外径系列”，以期能与SH标准等匹配；B系列为“小外径系列”，以期能与JB标准等匹配。中国国家应用标准体系常用标准GB12459钢制对焊无缝管件GB/T13401钢板制对焊管件,4.2国内常用的标准体系,GB/T14626锻钢制螺纹管件GB/T14382管道用三通过滤器GB/T14383锻钢制承插焊管件GB/T91129124钢制管法兰GB4622.13管法兰用缠绕式垫片GB9126.14管法兰用石棉橡胶垫片GB9128.12管法兰用金属环垫片GB/T13404管法兰用聚四氯乙烯包覆垫片GB/T15601管法兰用金属包覆垫片GB30六角螺栓GB52六角螺母,4.2国内常用的标准体系,GB56六角厚螺母GB901等长双头螺柱B级GB6170I型六角螺母A和B级GB6171I型六角螺母细牙A和B级GB6175II型六角螺母A和B级.GB6176皿型六角螺母细牙A和B级GB12220通用阀门标志GB12221法兰连接金属阀门结构长度.GB12224钢制阀门一般要求,.,4.2国内常用的标准体系,GB12234通用阀门法兰和对焊连接钢制闸阀.GB12235通用阀门法兰连接钢制截止阀和升降式止回阀GB12236通用阀门法兰连接钢制旋启式止回阀GB12237通用阀门法兰和对焊连接钢制球阀GB12238通用阀门法兰和对夹连接蝶阀GB12239通用阀门隔膜阀GB1224412246减压阀GB1224712251蒸汽疏水阀GB/T13927通用阀门压力试验,4.2国内常用的标准体系,4.2.5压力管道应用标准体系配伍a可用的压力管道应用标准体系比较多，而且各标准体系之间有些是不能配套使用的,有些虽然基本能配套使用但尚有个别问题应注意。b.一个装置或同时建设的几个装置应尽量采用同一个应用标准体系,这样可以避免由于不同标准体系之间的配合问题而带来的一些错误。c.工程中经常遇到在一个装置上同时采用两套或多套应用标准体系的情况,或者是由于某套标准体系的应用标准不完善,需要其它体系的标准进行支持。这就要求材料工程师除了在了解有关的标准体系之外,还应知道各体系之间的标准配合问题。d.注意核对各标准的温度-压力值。,5管道压力等级,5.1设计条件5.1.1设计压力5.1.2设计温度5.2影响管道压力等级确定的因素5.2.1应用标准体系5.2.2材料5.2.3操作介质5.2.4介质温度及管系附加力5.3影响壁厚等级确定的因素5.3.1材料的许用应力5.3.2腐蚀余量5.3.3管子及其元件的制造壁厚偏差5.3.4焊缝系数5.3.5设计寿命5.4常用压力管道器材的设计标准,5管道压力等级,前面已经提及，压力管道的组成件一般都是标准件，因此压力管道组成件的设计主要是其标准件的选用，管道压力等级的确定也就是其标准件等级的确定。管道的压力等级包括两部分:以公称压力表示的标准管件的公称压力等级；以壁厚等级表示的的标准管件的壁厚等级。管道的压力等级：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。压力等级的确定是压力管道设计的基础，也是设计的核心。它是压力管道布置、压力管道应力校核的设计前提条件，也是影响压力管道基建投资和管道可靠性的重要因素。,5.1设计条件,工程上，工艺操作参数不宜直接作为压力管道的设计条件，要考虑工艺操作的波动、相连设备的影响、环境的影响等因素，而在工艺操作参数的基础上给出一定的安全裕量作为设计条件。这里所说的设计条件主要是指设计压力和设计温度管道的设计压力：应不低于正常操作时，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公称压力等级的条件。设计压力确定：考虑介质的静液柱压力等因素的影响，设计压力一般应略高于由(或)外压与温度构成的最苛刻条件下的最高工作压力。,5.1设计条件,a.一般情况下管道元件的设计压力确定一般情况下，为了操作上的方便，在此不妨采用压力容器的做法，即在相应工作压力的基础上增加一个裕度系数。b.管道中有安全泄压装置时，管道中有安全泄压装置时预示着该管道在运行过程中有出现超出其正常操作压力的可能。设置安全泄压装置(如安全阀、爆破片等)的目的，就是在系统中出现超出其正常操作压力的情况时，能将压力自动释放而使设备、管道等系统的硬件得到保护。此时管道的设计压力应不低于安全泄压装置的设定压力。,5.1设计条件,c.管道中有高扬程的泵对于高扬程的泵，尤其是往复泵，在开始启动的短时间内，往往会在第一道切断阀之前的管道和泵内产生一个较高的封闭压力，有时这个封闭压力会达到一个很大的值。此时泵的出口管道，其设计压力应取泵的最大封闭压力值。d.真空系统真空系统管道承受的压力就是其外部的大气压力，故其设计压力应取0.1MPa外压；e.与塔或容器等设备相连的管道与塔或容器等设备相连的管道其设计压力应不低于所连设备的设计压力。当管道内有较高的液体液柱时，还应考虑该液体静压头的影响。事实上，对于管道来说，其受力要比设备复杂，这是因为它除受介质载荷之外，还往往遭受到由于管道的热胀冷缩而产生的管系力等。因此，管道的设计压力一般应不低于设备的设计压力。,5.1设计条件,设计温度:应不低于正常操作时，由内压（或外压）与温度构成的最苛刻条件下的温度。最苛刻条件指导致管子及管道组成件最大壁厚、最高公称压力等级或最高材料等级的条件。设计温度的确定:考虑环境、隔热、操作稳定性等因素的影响，设计温度应略高于由内压(或外压)与温度构成的最苛刻条件下的最高工作温度。,5.1设计条件,a.一般情况下管道元件的设计温度确定一般情况下为了操作上的方便，在此不妨也采用压力容器的做法，在相应工作温度的基础上增加一个裕度系数（除法兰和螺栓以外）。b.夹套或外伴热管道对于夹套或外伴热的管道当工艺介质温度高于伴热介质温度时，其设计温度按上表选取；当工艺介质温度低于伴热介质温度时，对夹套伴热取伴热介质温度为设计温度，而对外伴热则取伴热介质温度减10与工艺介质温度二者的较大值为设计温度；,5.1设计条件,c.安全泄压管道安全泄压管道取排放时可能出现的最高或最低温度为设计温度；d蒸汽吹扫的管道采用蒸汽吹扫的管道当介质温度高于吹扫蒸汽的温度时，则按介质温度根据上表确定其设计温度。当介质温度低于吹扫蒸汽温度时，应视具体情况而定。例如，按介质温度选取的管道及其元件不能承受吹扫介质的条件时，应适当提高等级以适应吹扫介质条件。f.多种工况下工作的管道同一根管道，如果在两种或两种以上工况条件下工作时，其设计温度应取与内压(或外压)构成的最苛刻条件下的最高工作温度，并对其它工况进行校核。,5.1设计条件,f.临氢管道临氢操作的管道，在查Nelson曲线时，应取设计温度再加3050作为查曲线的温度参数值。这是因为Nelson曲线为统计值，在邻近曲线下方选材时而出现氢损伤的实例也曾发生过；g.带衬里的管道带隔热耐磨衬里的管道，其金属部分的管道设计温度应经计算或实测确定。一般情况下，宜取250作为设计温度；h.管系应力计算时在进行有弹簧支架的管系应力计算时，宜取介质的正常工作温度作为计算参数。,5.2影响管道压力等级确定的因素,除了上述的设计温度和设计压力是管道压力等级确定的基本参数外，还有一些其它因素也将影响到管道压力等级的确定。5.2.1应用标准体系不同的标准体系，其公称压力等级系列是不同的，对应的温度-压力表也不相同。或者说，相同的设计条件，而选用不同的应用标准，其公称压力等级是不同的。因此，在确定管道公称压力等级之前，应首先确定其应用标准体系。,5.2影响管道压力等级确定的因素,5.2.2材料不同的材料，其机械性能是不同的，那么它们在标准中的温度-压力表上的对应值也是不相同的。因此在确定管道的公称压力之前应首先确定管道及其元件的材料。材料的选用是由设计温度、设计压力和操作介质确定的。管道中各元件的材料标准往往是不同的，一般情况下，管子用管材，法兰用锻材，而阀门多用铸材。无论用什么材料标准，它们都应该是同等级的材料，即具有对操作条件的同等适应性和等强度；注意管材、板材、棒材、铸材的配伍。,5.2影响管道压力等级确定的因素,5.2.3操作介质一般情况下，管道的公称压力在对应温度下的许用压力不得超出其设计压力。对由于管子及其元件失效而将造成严重危害或易于产生重大事故的介质，在考虑其公称压力等级时，不应仅仅按温度-压力表来确定，应适当提高其公称压力等级，即提高其安全可靠系数。SH3059、SYJ1064标准对此都有详细的规定，例如：对输送剧毒介质的管道，当采用SH标准体系时，无论介质的操作压力是多少，其公称压力等级应不低于PN5.0MPa；当采用JB标准体系时，应不低于PN4.0；,5.2影响管道压力等级确定的因素,对输送氢气、氨气、液态烃等介质的管道，当采用SH标准体系时，无论介质的操作压力是多少，其最低公称压力等级应不低于PN2.0MPa，当采用JB标准体系时，应不低于PN2.5MPa；对输送一般可燃介质的管道，当采用SH标准体系时，其公称压力等级应不低于PN2.0MPa，当采用JB标准体系时，应不低于PN1.6MPa。,5.2影响管道压力等级确定的因素,5.2.4介质温度及管系附加力许多法兰标准都给出这样一个注释:其温度-压力表的对应值是指法兰不受冲击载荷的对应值。事实上，法兰遭受外部管道给予的弯曲、振动、温度循环等附加载荷时，都将影响其密封性，甚至影响到强度的可靠性，此时应将这些外部载荷折算成当量介质压力来确定管道所需的公称压力。给予法兰的弯曲载荷主要是由管系的热胀冷缩引起的。一般情况下，对于PN2.0等级的法兰，当其工作温度大于200时，或PN5.0及以上等级的法兰在工作温度大于400时，均应考虑管系对法兰产生的附加载荷的影响，否则应提高管系的公称压力等级。,5.3影晌壁厚等级确定的因素,5.3.1材料的许用应力材料的许用应力是指材料的强度指标除以相应的安全系数而得到的值。材料的机械性能指标有屈服极限、强度极限、蠕变极限、疲劳极限等，这些指标分别反映了不同状态下失效的极限值。为了保证管道运行中的强度可靠，常将管道元件中的应力限制在各强度指标下某一值，该数值即为许用应力。当管道元件中的应力超过其许用应力值时，就认为其强度已不能得到保证。因此说，材料的许用应力是确定管道壁厚等级的基本参数。,5.3影晌壁厚等级确定的因素,5.3.2腐蚀余量腐蚀余量是考虑因介质对管道的腐蚀而造成的管道壁厚减薄，从而增加的管道壁厚值。它的大小直接影响到管道壁厚的取值，或者说直接影响到壁厚等级的确定。目前我国尚没有一套有关各种腐蚀介质在不同条件下对各种材料的腐蚀速率数据，因此，工程上大多数情况下仍是凭经验来确定其腐蚀余量的。许多国内外的工程公司或设计院通常都将腐蚀余量分为如下四级:a.无腐蚀余量。对一般的不锈钢管道多取该值；b.1.6mm腐蚀余量。对于腐蚀不严重的碳素钢和铬钼钢多取该值；c.3.2mm腐蚀余量。对于腐蚀比较严重的碳素钢和铬钼钢管道多取该值；d.加强级(大于3.2mn)腐蚀余量。对于有固体颗粒冲刷等特殊情况下的管道，根据实际情况确定其具体值。.,5.3影晌壁厚等级确定的因素,5.3.3管子及其元件的制造壁厚偏差管子及其元件在制造过程中，相对于其公称壁厚(或者叫理论壁厚)都会有正、负偏差，因此在确定管子及其元件公称壁厚时一定要考虑可能出现的负偏差值。各种钢管标准中规定的负偏差值是不完全相同的5.3.4焊缝系数金属的焊接过程，实质上是一个冶金过程，其组织带有明显的铸造组织特征。一般情况下，铸造组织缺陷较多，材料性能也有所下降。对于有纵焊缝和螺旋焊缝的焊接管子及其元件，相对于无缝管子及其元件来说，工程上常给它一个强度降低系数(即焊缝系数)，以衡量其机械性能下降的程度。,5.3影晌壁厚等级确定的因素,5.3.5设计寿命a.设计寿命与压力管道的腐蚀余量有关。对于均匀腐蚀来说，当知道其年腐蚀速率后，根据预定的设计寿命，就很容易算出其应取的腐蚀余量了。b.设计寿命还与交变应力作用的荷载变化次数、氢损伤的孕育时间、断裂因子的扩展期等影响因素有关，c.与压力管道的一次性投资、资金代尝期和技术更新周期有关。d.美国一杂志上推荐的设计使用寿命为:碳钢为5年；铬钼钢和不锈钢为10年。SH3059标准规定的设计寿命为15年。国外的一些工程公司对总承包项目规定一般为10年；非总包项目一般为15年，以便从中获取较大的利润。,5.3影晌壁厚等级确定的因素,5.4常用压力管道器材的设计标准1)GB50316-2000工业金属管道设计规范；2)GB50251输气管道工程设计规范；3)GB50253输油管道工程设计规范；4)GB50028城镇燃气设计规范；5)GB50030氧气站设计规范；6)SH3059-2001石油化工管道设计器材选用通则；7)SH3064-1994石油化工钢制通用阀门选用、检验及验收；8)HG/T20646化工装置管道材料设计规定。,6管道器材选用,压力管道的管子及其元件的选用包括应用标准、材料标准、结构形式、连接形式等内容的选定。它是管道压力等级内容的延伸。压力管道的介质、操作条件种类繁多，在这里不可能对各种情况都给出选用的标准，只能给大家一个思路，在具体的设计工作中还要具体分析并注意总结经验。6.1管子管子是压力管道中应用最普遍、用量最大的元件，它的重量占整个压力管道的近2/3，而投资则占近3/5。因此，管子选的好与坏、是否经济合理，直接影响着石油化工生产装置的安全和基建投资费用。,6管道器材选用,在我国的钢管制造标准中，有结构用钢管和流体输送用钢管之分。结构用钢管：主要用于一般金属结构如桥、梁、钢构架等，它只要求保证强度与刚度，而对钢管的严密性不作要求。流体输送用钢管：主要用于带有压力的流体输送，它除了要保证有符合相应要求的强度与刚度外，还要求保证密闭性，即在出厂前要求逐根进行水压试验。对压力管道来说，它输送的介质常常是易燃、易爆、有毒、有温度、有压力的介质，故应选用流体输送用钢管。在实际的工程设计、采购和施工中，经常发现有用结构用钢管代替流体输送用钢管的现象，这是不允许的。,6管道器材选用,6.1.1焊接钢管常用的焊接钢管标准有：GB/T3091流体输送用焊接钢管GB/T9711.11997石油天然气工业输送钢管交货技术条件SY/T5038普通流体输送用螺旋缝高频焊钢管SY/T5037普通流体输送用螺旋缝埋弧焊钢管GB12771流体输送用不锈钢焊接钢管HG50237.14奥氏体不锈钢焊接钢管,6管道器材选用,6.1.2无缝钢管无缝钢管是采用穿孔热轧等热加工方法制造的不带焊缝的钢管。必要时，热加工后的管子还可以进一步冷加工至所要求的形状、尺寸和性能。目前，无缝钢管（DN15600）是石油化工生产装置中应用最多的管子。a.碳素钢无缝钢管材料牌号：10、20、09MnV、16Mn共4种标准：GB8163流体输送用无缝钢管GB/T9711.11997石油天然气工业输送钢管交货技术条件,6管道器材选用,GB6479化肥设备用高压无缝钢管GB9948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GB/T8163：材料牌号：10、20、09MnV、16Mn适用范围：设计温度小于350、压力低于10MPa的油品、油气和公用介质GB6479：材料牌号：10、20G、16Mn共3种适用范围：设计温度40400、设计压力10.032.0MPa的油品、油气,6管道器材选用,GB9948：材料牌号：10、20共2种适用范围：不宜采用GB/T8163钢管的场合。GB3087：材料牌号：10、20共2种适用范围：低中压锅炉的过热蒸汽、沸水等GB5310：材料牌号：20G1种适用范围：高压锅炉的过热蒸汽介质,6管道器材选用,检验：一般流体输送用钢管必须进行化学成分分析、拉力试验、压扁试验和水压试验。GB5310、GB6479、GB9948三种标准的钢管，除了流体输送用钢管必须进行的试验外，还要求进行扩口试验和冲击试验；这三种钢管的制造检验要求是比较严格的。GB6479标准还对材料的低温冲击韧性做出了特殊要求。GB3087标准的钢管，除了流体输送用钢管的一般试验要求外，还要求进行冷弯试验。GB/T8163标准的钢管，除了流体输送用钢管的一般试验要求外，据协议要求进行扩口试验和冷弯试验。这两种管子的制造要求不如前三种严格。,6管道器材选用,b.铬钼钢和铬钼钒钢无缝钢管石油化工生产装置中，常用的铬钼钢和铬钼钒钢无缝钢管标准有GB9948石油裂化用无缝钢管GB6479化肥设备用高压无缝钢管GB5310高压锅炉用无缝钢管GB9948包含的铬钼钢材料牌号：12CrMo、15CrMo、1Cr2Mo、1Cr5Mo共4种GB6479包含的铬钼钢材料牌号：12CrMo、15CrMo、1Cr5Mo共3种GB5310包含的铬钼钢和铬钼钒钢材料牌号：15MoG、20MoG、12CrMoG、15CrMoG、12Cr2MoG、12Cr1MoVG共6种,6管道器材选用,c.不锈钢无缝钢管常用的不锈钢无缝钢管标准有：GB/T14976、GB13296、GB9948、GB6479、GB5310共五个标准。其中，后三个标准中仅列出了两三个不锈钢材料牌号，而且是不常用的材料牌号。因此，当工程上选用不锈钢无缝钢管标准时，基本上都选用GB/T14976和GB13296标准。GB/T14976流体输送用不锈钢无缝钢管GB13296锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管,6.2管件,常用的管件有：弯头、三通、异径管（大小头）、管帽、加强管嘴、加强管接头、异径短节、螺纹短节、活接头、丝堵、仪表管嘴、软管站快速接头、漏斗、水喷头、管箍等。现在的压力管道已大量采用各种各样的管件，其投资约占整个管道投资的1/5。6.2.1连接形式管件之间、管件和管子之间常用的连接型式有对焊连接、承插焊连接、螺纹连接和法兰连接。a.对焊连接它是DN50的管道及其元件常用的一种连接型式。对于DN40的管子及其元件，因为它的壁厚一般较薄，采用对焊连接时错口影响较大，容易烧穿，焊接质量不易保证，故此时一般不采用对焊连接。,6.2管件,但下列几种情况例外：1)对于DN40、壁厚大于等于SCH160的管道及其元件，其壁厚已比较厚，采用对焊连接时前面所述的问题已不存在，故也常用对焊连接；2)有缝隙腐蚀介质(如氢氟酸介质)存在的情况下，即使DN40、壁厚小于SCH160，也采用对焊连接，以避免缝隙腐蚀的发生，此时在焊接施工时常采用小焊丝直径、小焊接电流的氩弧焊而不用一般的电弧焊；3）对润滑油管道，当采用承插焊连接时，其接头缝隙处易积存杂质而对机械设备产生不利影响，此时也应采用对焊连接；,6.2管件,b.承插焊连接它多用于DN40、管壁较薄的管子和管件之间的连接。承插焊连接必定为一个是插口，另一个则为承口管件。一般异径短节、螺纹短节等为插口管件；弯头、三通、管帽、加强管嘴、活接头、管箍等为承口管件。在应用中应考虑这些管件之间的搭配组合以及所需的结构空间。c.螺纹连接螺纹连接也多用于DN40的管子及其元件之间的连接。常用于不宜焊接或需要可拆卸的场合。,6.2管件,6.2.2对焊管件常用的对焊管件包括弯头、三通、异径管(大小头)和管帽，前三项大多采用无缝钢管或焊接钢管通过推制、拉拔、挤压而成，后者多采用钢板冲压而成。a.弯头长半径弯头（R1.5DN）：一般情况下，应优先采用；短半径弯头（R1.0DN）：多用于尺寸受限制的场合。其最高工作压力不宜超过同规格长半径弯头的0.8倍。弯管（RnDN）：用于缓和介质在拐弯处的冲刷和动能，可用到R=3DN、6DN、10DN、20DN,6.2管件,b.三通同径三通、异径三通y型三通常常代替一般三通，用于输送有固体颗粒或冲刷腐蚀较严重的管道上。四通c.异径管(大小头)通常有同心异径管偏心异径管d.管帽(封头).有平盖封头标准椭圆封头,6.3法兰及紧固件,法兰、垫片及螺栓三者组成管道中可拆卸的连接结构，压力管道中应用很普遍也是一种很重要的连接形式。通常，法兰、螺栓与垫片三者共同构成一个密封副，三者共同作用，相辅相承，才能保证接头的良好密封。盲板、8字盲板、限流孔板、混合孔板等与法兰、垫片及螺栓关系比较密切，常与它们配合使用，一起进行介绍。6.3.1法兰法兰是确定管道公称压力等级的基准件。由前面的介绍可知，法兰的种类很多，不同型式的法兰，其密封性能不同，适用场合也不同。在这里仅讨论不同型式的法兰应如何选用。,6.3法兰及紧固件,管道法兰按与管子的连接方式分为以下六种基本类型：平焊、对焊法、承插焊、松套、螺纹法兰和整体法兰,6.3法兰及紧固件,密封面型式法兰密封面有全平面、凸台面、凹凸面、榫槽面、环槽面等五种,6.3法兰及紧固件,b结构型式的选用：平焊法兰：多用于介质条件比较缓和的情况下，如低压非净化压缩空气、低压循环水，它的优点是价格比较便宜；对焊法兰：最常用的一种，它与管子为对焊连接，焊接接头质量比较好，而且法兰的颈部利用锥度过渡，可以承受较苛刻的条件；承插焊法兰：常用于PN10.0MPa，DN40的管道中；松套法兰：常用于介质温度和压力都不高而介质腐蚀性较强的情况。当介质腐蚀性较强时，法兰接触介质的部分(翻边短节)为耐腐蚀的高等级材料如不锈钢等材料，而外部则利用低等级材料如碳钢材料的法兰环夹紧它以实现密封；整体法兰：常常是将法兰与设备、管子、管件、阀门等做成一体，这种型式在设备和阀门上常用。,6.3法兰及紧固件,c.密封面型式的选用：全平面密封面：常与平焊型式配合以适用于操作条件比较缓和的(PN1.0)工况下；常用于铸铁法兰或与铸铁连接的钢法兰；凸台面密封面：是应用最广的一种型式，它常与对焊和承插焊型式配合使用，在美式法兰中，常用在PN2.0、PN5.0和部分PN10.0MPa压力等级中；在欧式法兰中则常用在PN1.6、PN2.5MPa压力等级；凹凸面密封面：常与对焊和承插型式配合使用，在美式法兰中不常采用，在欧式法兰中常用在PN4.0、PN6.4MPa等级中。但它不便于垫片的更换；榫槽面密封面：使用情况同凹凸面法兰；环槽面密封面：常与对焊连接型式配合(不与承插焊配合)使用，主要用在高温、高压或二者均较高的工况。在美式法兰中，常用在PN10.0(部分)、PN15.0、PN25.0、PN42.0MPa压力等级中。在欧式法兰中常用在PNl0.0、PN16.0、PN25.0、PN32.0、PN42.0。,6.3法兰及紧固件,6.3.2螺栓/螺母选择法兰连接用紧固件材料时，应同时考虑管道操作压力、操作温度、介质种类和垫片类型等因素。垫片类型和操作压力、操作温度一样，都直接对紧固件材料强度提出了要求。例如，采用缠绕式垫片密封的低压剧毒介质管道的法兰连接，尽管管道的操作压力和温度都不高，但因为使缠绕式垫片形成初始密封时所需要的比压力较大，从而要求紧固件的承受载荷也大，因此，在这种情况下就要求紧固件采用高强度合金钢材料。,6.3法兰及紧固件,六角头螺栓：常与平焊法兰和非金属垫片配合用于操作较缓和的工况下。六角头螺栓常用材料是BL3或者是Q235B；双头螺栓：常与对焊法兰配合使用在操作条件比较苛刻的工况下，其中，因为通丝型双头螺栓上没有截面形状的变化，故其承载能力强。而非通丝型双头螺栓则相对承载能力较弱。螺母材料常根据与其配合的螺栓材料确定，这些组合在一般的标准中都有规定。一般情况下，螺母材料应稍低于螺栓材料，并保证螺母硬度比螺栓硬度低HB30左右。,6.3法兰及紧固件,6.3.3垫片垫片是借助于螺栓的预紧载荷通过法兰进行压紧，使其发生弹塑性变形，填充法兰密封面与垫片间的微观几何间隙，增加介质的流动阻力，从而达到阻止或减少介质的泄漏的目的。垫片性能的好坏以及选用的合适与否对密封副的密封效果影响很大。常用的垫片可以分为三大类，即非金属垫片、半金属垫片和金属垫片。a.非金属垫片：石棉橡胶垫片，它是通过向石棉中加入不同的添加剂压制而成。在美国，很多标准中都将石棉制品列为致癌物质而禁用。但在世界范围内，石棉仍以其弹性好、强度高、耐油性好、耐高温、易获得等优点而得到广泛应用。,6.3法兰及紧固件,适用范围：T260，PN2.0MPa（SH3401）T400，PN4.0MPa（国标）用于水、空气、氮气、酸、碱、油品等介质工况下。聚四氟乙烯(PTFE)包覆垫片：适用范围：T180200，PN4.0MPa常用于低温或者要求干净的场合下b.半金属垫片半金属垫片有缠绕式垫片、金属包覆垫片和柔性石墨缠绕垫三大类。缠绕式垫片：是半金属垫片中最理想、也是应用最普遍的垫片。,6.3法兰及紧固件,特点：压缩回弹性好、强度高，有利于适应压力和温度的变化，能在高温、低温、冲击、振动及交变载荷下保持良好的密封性能。缠绕钢带：20、1Cr13、0Cr19Ni9、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni12Mo2等材料非金属缠绕带：特制石棉、柔性石墨带和聚四氟乙烯带，适用范围：PN2.010.0MPac.金属垫片金属垫片常用在高压力等级法兰上，以承受比较高的密封比压。常用的金属垫片有平垫、八角形垫和椭圆型垫三种。金属平垫片：常与凸台面、凹凸面、榫槽面法兰使用。,6.3法兰及紧固件,八角形金属垫片和椭园形金属垫片：常与环槽面法兰使用。与椭圆形金属垫片相比八角形金属垫片容易加工，故其应用比较多。金属垫片的材料应配合法兰材料选用，且要求垫片硬度比法兰密封面硬度低(不少于HB30)。6.3.4盲板、8字盲板、限流孔板和混合孔板它们常被夹在两片法兰之间以实现不同用途。它们都应有两个和匹配法兰同样的密封面。,6.4阀门及其它管道设备,6.4阀门及其它管道设备工程上应用的阀门种类很多，常用的阀门：有闸阀、截止阀、止回阀、球阀、蝶阀、疏水阀、安全阀、调节阀等。常用的其它管道设备：如膨胀节、过滤器、视镜、阻火器等如何正确选用阀门及其它管道设备是一个比较复杂的问题，内容较多，这里只作简单的介绍。6.4.1阀门的质量要求a.内漏问题,6.4阀门及其它管道设备,b.外漏问题外漏是指通过阀杆填料和阀盖垫片处的介质外泄漏。它同样是衡量阀门好坏的一个重要指标。对有些介质，外漏的要求甚至比内漏要求更严格，因为它直接泄入大气，会直接引起事故造成人身伤害。对于这种情况，有时不得不采用波纹管密封阀或隔膜阀来保证阀门的外漏为零。限制外漏的标准目前大多数采用美国环保局的限定，即不超过500ppm。c.材料质量材料质量是衡量阀门强度可靠性和使用寿命的一个重要指标。众所周知，大多数DN50的阀门都是铸造阀体，如果质量不好，会直接影响到阀门的可靠性和使用寿命。,6.4阀门及其它管道设备,d.阀门出厂前试验要求1）阀门出厂前要根据JB/T9092-1999阀门的检验与验收进行壳体压力试验和密封试验。密封试验分上密封、低压密封和高压密封试验。2)根据阀门类别不同选择密封试验。闸阀和截止阀要进行上密封和低压密封试验。3)壳体压力试验，一般采用温度不超过52的水或粘度不大于水的非腐蚀性流体，以38时1.5倍的公称压力进行。4)低压密封试验，一般采用空气或惰性气体，以0.50.7MPa压力进行。5)SH3064石油化工钢制通用阀门选用、检验及验收对不同等级的压力管道提出了相应的检验要求，比JB/T9092要求更严格。,6.4阀门及其它管道设备,6.4.3阀门型式的选用阀门型式的选用是材料工程师的重点工作内容之一，也是难点之一，它要求材料工程师不仅应对常用阀门的结构型式、性能特点、相关标准等比较熟悉，也应对应用环境和工程要求比较熟悉。阀门型式的选用原则：a.闸阀：一般开关情况下应首选闸阀。结构特点：.闸阀的闸板由阀杆带动，沿阀座密封面作升降运动，可接通或截断流体的通路，它主要用于管道的关断,6.4阀门及其它管道设备,6.4.3阀门型式的选用阀门型式的选用是材料工程师的重点工作内容之一，也是难点之一，它要求材料工程师不仅应对常用阀门的结构型式、性能特点、相关标准等比较熟悉，也应对应用环境和工程要求比较熟悉。阀门型式的选用原则：a.闸阀：一般开关情况下应首选闸阀。结构特点：.闸阀的闸板由阀杆带动，沿阀座密封面作升降运动，可接通或截断流体的通路，它主要用于管道的关断,6.4阀门及其它管道设备,适用范围：1)闸阀与截止阀相比，流阻小、启闭力小，密封可靠，是最常用的一种阀门；2)当部分开启时，介质会在闸板背面产生涡流，易引起闸板的冲蚀和振动，阀座的密封面也易损坏，故一般不作为节流用；3)与球阀和堞阀相比，闸阀开启时间较长，结构尺寸较大，不宜用在直径较大的情况。阀门标准：API和ANSIB16.34，前者专用于石油化工装置，后者则使用面比较广。GB12232，它与管道的连接可以是螺纹、承插焊、法兰或对焊连接。,6.4阀门及其它管道设备,b.截止阀、节流阀：对要求有一定调节作用的开关场合(如调节阀旁路、软管站等)和输送液化石油气、液态烃介质的场合，宜选用截止阀以代替闸阀。结构特点：都是向下闭合式阀门，阀瓣由阀杆带动，沿阀座中心线做升降运动的阀门。截止阀和节流阀结构基本相同，只是阀瓣形状不同。截止阀的阀瓣为盘形；节流阀的阀瓣多为圆锥流线型。适用范围：1)与闸阀相比截止阀具有一定的调节作用，故常用于调节阀组的旁路。2)截止阀在关闭时需要克服介质的阻力，因此，它最大直径仅用到DN200。3）节流阀特别适用于节流，用于改变通道截面积，调节流量或压力。,6.4阀门及其它管道设备,c.止回阀：对于要求能自动防止介质倒流的场合应选用止回阀。结构特点：止回阀又称单向阀，它只允许介质向一个方向流动，当介质顺流时阀瓣会自动开启，当介质反向流动时能自动关闭。安装时，应注意介质的流动方向应与止回阀上的箭头方向一致。升降式止回阀：是靠介质压力将阀门打开，当介质逆向流动时，靠自重关闭(有时是借助于弹簧关闭)，因此升降式止回阀只能安装在水平管道上；受安装要求的限制，常用于小直径场合DN40。旋启式止回阀：是靠介质压力将阀门打开，靠介质压力和重力将阀门关闭，因此它即可以用在水平管道上，又可用在垂直管道上(此时介质必须是自下而上)。(DN50),6.4阀门及其它管道设备,对夹式止回阀：结构尺寸小，制造成本低，常用来代替升降式和旋启式止回阀梭式止回阀：是解决DN40的升降式止回阀不能用在竖管上的问题。选用：DN40时宜用升降式止回阀(仅允许安装在水平管道上)；DN=50400时，宜采用旋启式止回阀(不允许装在介质由上到下的垂直管道上)；DN450时，宜选用缓冲型止回阀；DN=100400，也可以采用对夹式止回阀，其安装位置不受限制；,6.4阀门及其它管道设备,d.蝶阀：对于设计压力较低、管道直径较大，要求快速启闭的场合一般选用蝶阀。结构特点：具有900旋转快速开启关闭的特点，重量轻，结构尺寸小(尤其是对夹式蝶阀)等优点。但密封性能不如闸阀可靠，在某些条件下可以代替闸阀e.球阀：对于要求快速启闭的场合一般选用球阀。结构特点：阀瓣为一中间有通道的球体，球体绕自身轴线作900旋转，达到启闭目的。球阀的最大特点是在众多的阀门类型中其流体阻