管道材料-马学娅-寰球

1、管道材料专题 主办：中国石油和化工勘察设计协会,压力管道设计审批人员培训班,管道材料培训的几个阶段,基础知识 专业知识 规范宣贯 设計技术文件,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,Tube1.3.1公称直径,ISO 6708 , GB1048-2005定义 DN SI制 中國 , 欧州 NPS In

2、制 美國 混用 日本 400A 16B,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,1.3.4 钢管标准分类,Pipe 流体输送用 Tube 机械 , 结构用,ASTM钢管标准,Pipe A106 A53 API5L A312 A333 A335 板焊管 A671 A672 A691 A35

3、8 A530通用标准,Tube A179 A213 A249 A334 A213 A450通用标准,JIS钢管标准,Pipe SGP STPG STS STPT STPY STPA STPL SUS-TP,Tube STB STBA STBL SUS-TB,GB 钢管标准,流体输送用(Pipe) GB3091-2001 低压 CS 焊接(ERW,SAW) GB8163-1999 CS 无缝 GB9711.1-1997 高强钢,CS 无缝,焊接 SY5037 低压 CS 螺旋焊 GB14976-2002 SS 无缝 GB18984-2003 低温钢 无缝 GB12771 SS 焊接 HG2053

4、7.320537.4 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 B36.1

5、0 ,36.19 ISO4200 HG20553 系列 SH3405 GB17395 JIS,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

6、, 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,1.5.2壁厚级数,ISO4200 级

7、差约12.5%,表6,1.5.3 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,管表号 Sch.

8、核算示例,表7,表7,1.5.5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,壁厚规格数量比较,表8,表9,1.5.6板焊管及其壁厚等级 CWP,大口径管道缺乏壁厚等级 DN600 较多 DN600 1200 较少 DN1200 无 适用于以单张钢板为坯料的板焊管 板厚负偏差 腐蚀余量 ( 0 ,1.5 mm) 厚度 SI制 , 整数,板焊管及其壁厚等级 CWP,适用范围 DN150 4000 钢板卷焊管 CWP

9、含意 钢板卷焊管 冷态 (常温 ) 工作压力 ( Bar ) 数值相当于 许用应力与焊接质量系数的乘积 等于125MPa时钢管的承压能力 ( Bar ) 按两种腐蚀余量 ( 0 ,1.5 mm)設置,板焊管及其壁厚等级 CWP,CWP12 ,16 ,20 ,25 ,32 ,40 ,50 , 63 ,80 ,100 ,125 ,160 ,200 ,250 共14个 CWP12S, 16S,20S, 25S, 32S,40S, 50S ,63S,80S,100S,125S,160S, 200S,250S 共14亇 级差 25% 最大厚度40mm,板焊管及其壁厚等级 CWP,表10 CWP12250

10、 表11 CWP12S250S,表10,表11,板焊管壁厚等级 CWP的应用,CWP数值相当于 许用应力与焊接质量系数的乘积等于125MPa时钢管的承压能力 ( Bar ) 按当量 (相当于常温 )设计压力选用 考慮1.5D弯头和标准异径管的削弱,提高1级 考慮支管連接的削弱,提高12级,表12,1.6 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 SH3

11、405 对焊 管件 GB12459,13401 SH3408,3409 AWWA C205大直径 承插管件 GB14383 SH3410 MSS SP79,83,95,螺纹管件 GB14626,3287(MI) MSS SP79,83,95 支管台 GB19326 法兰,盲板 HG20613,20623大直径,GB13401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 GB143

12、83,螺纹管件 GB14626,3287(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),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, 中碳, 高碳 合金元素添加 Mn,V,Nb,Ti, 残余元素 碳当量 C

13、+Mn6+(Cr+Mo+V)5+ (Ni+Cu)15,2.2碳钢,低合金高強度用钢,脱氧 沸腾钢( Si0.07),半镇静钢( Si0.17) 镇静钢( Si0.12),真空脱氧,铝脱氧 优质钢与普通结构钢 S,P0.035 晶粒度 粗晶粒 , 细晶粒(5级,或总铝0.02%),2.2碳钢,低合金高強度用钢,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 Pcm=C+Si30+(Mn+Cu+Cr)20+ Ni60+Mo15+V10+5B+T600+ H60,2.2

14、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) 脆断 腐蚀与防腐 腐蚀余量 镀锌,镀镍,氮化,磷化 内,外塗料,油漆 (底漆 ,面漆 ),衬里 除锈,喷砂 Sa2.5级,2.2碳钢,低合金高強度用钢,SCC 碱脆和PWHT NaOH 2 3 5 10 15

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 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,2.2碳钢,低合金高強度用钢,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

16、 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,

17、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 压力试验的温度,2.4 Cr-Mo合金钢,2.4.1用途 耐热,热强,650 表16 , 400 抗氢,高温H2S腐蝕 Nelson曲线,表16,2.4.2 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,

18、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17,2.4.4 Cr-Mo钢的回火脆性,450600, 可逆, 2.25Cr1Mo敏感 长时间回火或PWHT 高温长期使用 冲击功下降,脆性断裂 影响因素 P,Sn,As,Pb杂质 J=(Si+Mn)(P+Sn)10E4 X=(10P+5Sb+4Sn+As)100 晶粒度,2.4.4 Cr-Mo钢的回火脆性,回火脆性敏感性试验(步冷试验) 593315 200余小时逐步冷却 材料TT54J或FATT脆性转变温度在步冷试验前后的变化为判据,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，

19、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

20、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,稳定化 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,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(焊材),晶粒度(6),

21、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,2.6.2常用双相钢,3RE60,00Cr18Ni5Mo3Si2 2205 ,31803 (2304) 2507 表19 奌蝕指数PREN PREN=Cr+3.3Mo+16N,表19,2.6.3双相钢的应用,相比例 相 母材35

22、55% 相和475脆化 , HB271(Rc28) -46Akv 45J 設計温度 -50, +300,2.6.3双相钢的焊接,焊接材料 22-09, 母材 N 0.140.20 焊接接头 HVmax310(Rc28) -46 Akv27J (0.38mm) 焊缝,热影响区 相 3070% 粗晶区(2个晶粒宽) 相 85%,2.6.4双相钢的热处理,重新固溶 液淬,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

23、,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.,3.2.2锻管,3040T钢锭 4500T立式冲孔 2500T卧式拔伸 車削,镗孔 317.5281066.5198 , 48.5M 471厂,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

24、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

25、 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

26、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 A694 AS A GB3091(直) Q235A, B C Sy5037(螺旋 Q235A, B C

27、,碳钢无缝钢管的质量分级,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

28、,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 A671,672,694 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

29、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 C2C

30、1B2B1A2A1 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

31、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.,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

32、/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

33、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,对

34、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,椭圆形封头,平封头 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. 适用的口径较小,标淮DN100,实用

35、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 A SH3410 MSS SP83活接头 ？,4.4 承插管件,MSS SP79异径接插件 ？ MSS SP97支管台 GB19326 MSS SP95异径短管及管堵 ？ API602小口径闸伐 JB7746 4.4.3承插焊结构特奌 按装施工方便,不拍片,可靠性较好,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

36、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

37、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 仪表,阀门,工艺系统螺纹管件 按装不加填充剂,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,按装可加填充剂,不采用密封焊 4.5.3螺纹管件标准 ASME B16.11 GB14626锻钢管件 GB3287可锻铸铁镀 锌管件 MSS SP83活接头 ？ MSS SP97支管台 GB19326 MSS SP95异径短管及管堵 ？ API602小口径闸伐 JB7746 GB8464水暖内螺纹 铜,铁阀,4.5管螺纹

38、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 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,MI,DI

39、 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(10

40、0),150,260(250),420,5.2管法兰标准体系,API605(B16.47B,Class75) API6A(SY5127) 2000,3000,5000,10000,150000, 20000PSi MSS SP44(B16.47A,DN550) AWWA C207 B(86Psi,DN1003600) PL D(150Psi,DN100 2400 ,3600) SO,PL E(275Psi,DN1002400,3600) SO,PL F(300Psi,DN1001200) PL,5.2.3欧洲体系(EN-DIN),EN1092-1系列 PN2.5,6,10,16,25,40,2

41、50,320,400) DN104000 EN1092- 2 , 3 , 4 (CI , Cu , Al) EN-class系列 EN 1759-1 , 3 , 4 (St , Cu , Al),5.2.4日本体系(JIS),JIS B2220 5K DN101500 ; PL,SO,BL 10K DN101500 ; PL,SO,BL 16K DN10600 ; SO,BL 20K DN10600 ; SO,BL 30K DN10400 ; SO,WN,BL,5.2.5 ISO7005-1管法兰标准体系,欧洲体系 PN2.540 美國体系 PN20420,5.2.6國内管法兰标准,管子外径系

42、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PN20420,DN15600 欧洲体系PN2.5160,DN103000 系列, GB13401 PN20150, DN6501500(A) HG2059220635 美國体系PN20420,DN151500(B) 欧洲体系PN2.5160,DN102000系列A,B SH3406 美國体系PN

43、20420,DN151500(B),5.2.6國内管法兰标准,其他标准 JB H高压管件通用設計 PN220,320 DN6150(250) JB27682778-79 PN160,320 DN6200 GB船用法兰 GB真空法兰,5.2.7铸铁管法兰标准,GB17241铸铁管法兰(ISO7005-2) CI PN2.5,6,10,16,25,40; 20,50 DN104000 DI PN10,16,25,40; 20,50 DN252000 MI PN6,10,16,25,40; DN10300,5.2.8各种管法兰标准的识别,按公称压力进行识别 欧洲体系 PN2.5400 JB7486-

44、94 H JB27682778高压管件 美國体系 Class (PN新,旧值) 铸铁Class125,250,800 Psi API6A AWWA C207,5.2.8各种管法兰标准的识别,适用管子外径的标识 焊接式欧州体系法兰的两种管子外径和标识; 美國体系 仅一种管子外径; 整体法兰不涉及管子外径; 螺纹法兰仅用于英制管,但应注意管螺纹与 英制管外径系列的配合.,5.2.8各种管法兰标准的识别,美国体系大直径法兰的标识 B16.47 A , B系列 HG,SH B GB13401 A 美国体系铸铁法兰(B16.1) A AWWA C207 A,5.3压力等级,5.3.1公称压力,压力额定值

45、和压力-温度表 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 Class值的含意 850F(454), CS材料的许用应力8750Psi,60.3MPa 法兰的额定工作压力值,Psi 常温与454的额定工作压力值之比2.5; 常温与454的许用应力值之比2.5; 基准值8750X2.5x3.2=70000Psi(抗拉) A105,WCB,5.3压力等级5.3.3美国体系,许用应力准则 CS,AS 抗拉3.2 , 屈服1.67(60%) , 持

46、久 1.5 SS 抗拉3.2 , 屈服1.43(70%), 持久 1.5 基准值 抗拉70000Psi 最大值 CS,AS 1.2 1.9组(1.25Cr-Mo SS 2.2组(316),5.3压力等级5.3.3美国体系,材料分组 1 CS AS 2 SS Ni Class300,600/150 300 x2.5x.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-

47、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,BW

48、,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,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

49、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. Rz微观不平度十奌高度,5亇最大峰高和5 亇最大谷深之和,除以5. Ry轮廓最大高度. Ry Rz Ra Rz 45 Ra Ry 47 Ra,5.4法兰型式和密封面5.4.6密封面,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 AARH2

50、50,5.4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

51、,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(泠流), 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,适用温度较低, 介质适应性好, Ymin小,m

52、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,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: 207

53、172MPa(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 内环 高压(PN63) ,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

54、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石棉橡胶板的误导 XB200 200 1.5 MPa半小时 XB350 350 4.0 MPa半小时 XB450 450 6.0 MPa半小时 JPI7S- 4 -71,JPI7S - 81 96; 0260 水,蒸气 20K; 油,一般气体 16K; 易燃气体 10K; 毒性气体 PN10.,5.5 垫片5.5.5金属环垫,金属环垫Ramax 1.6 HBmax 軟铁 90; 低碳钢 120; Cr5Mo 130 1Cr13 170; 奥氏体不锈钢 160 法

55、兰密封面 CS,AS Ramax 1.6 SS Ramax 0.8,5.5 垫片5.5.5垫片性能参数,JPI 7S-81-96 表27 EN1591 表28,表27,表28,5.6紧固件5.6.1型式,六角螺栓/六角螺母(0.8D,1.0D) 双头螺柱,全螺纹螺柱/六角螺母(0.8D,1.0D) 5.6.2材料 强度等级: 低,中,高; 商品紧固件 4.6;5.6;8.8; A2-50;A2-70;A4-50;A4-70; 专用紧固件 35CrMo (B7);25Cr2MoV (B16) 304,316, Cl.2,5.6紧固件5.6.3螺纹,MI制,公制 60, 粗牙 ,细牙 英制,UNC

56、 60, 粗牙 ,8牙,5.6紧固件5.6.4紧固件选用,根据垫片性能参数 软垫片 低强度,中等强度 半金属垫 中等强度,高强度 金属垫 高强度 根据温度,PN,用途 商品级-20250, PN20六角, PN50双头 公用/工艺 欧洲/美國,5.6 紧固件5.6.4 紧固件选用,专用材料 低温, Akv -40 高温 450 H2S SCC B7M Rc22 316Cl.2, 540 35CrMo / B7 450540 25Cr2MoV/ B16 450600 A453-660 15-25MoTiVB 540,5.6 紧固件5.6.4 紧固件选用,美标紧固件的代用 表29 双头/全螺纹 螺

57、母高度 0.8/1.0D,表29,5.6 紧固件5.6.4 紧固件的拧紧,扭矩 螺栓予紧力 F=A 直径,螺距/升角 FP/2 螺纹精度及摩擦或润滑 F f r 中半径 螺母与法兰面的摩擦或润滑 F f r螺母中半径,5.6 紧固件5.6.4 紧固件的長度,法兰厚度 2 正公差 相同/不同 螺母高度 2/1 正公差 0.8/1.0 垫片厚度 2/1 螺栓/螺柱露头, 倒角(中/美), 负公差 夾持件 公差的一半,工业管道的阀门选用1.阀门类型,1.1闸阀 楔式 刚性,弹性;二片 平板 刀形 1.2截止阀 直通,Y型,角式 截止止回阀,柱塞阀,排污阀,针形阀,调节阀 1.3止回阀 升降式,垂直升降式,旋启式,蝶式,双板 特殊(低压降,阻尼),工业管道的阀门选用1.阀门类型,1.4 球阀 顶入式,整体侧进式,二片式,三片式; 固定球,浮动球 1.5 旋塞阀 注油润滑,衬套. 1.6 蝶阀 中心线,偏心(2,3) 1.7 隔膜阀 1.8 疏水阀 1.9 安全阀,工业管道的阀门选用2.阀门标准,1.4 球阀 顶入式,整体侧进式,二片式,三片式; 固定球,浮动球 1.5 旋塞阀 注油润滑,衬套. 1.6 蝶阀 中心线,偏心(2,3) 1.7 隔膜阀 1.8 疏水阀 1.9 安全阀,工业管道的阀门选用2.阀门标准,2.1标准类型 通用标准 B16.34, GB12224 産品标准