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并且它具有适应性强、使用面广、操作灵活等优点。
在经过适当的热处理和无损检查之后,电弧焊直缝钢管的使用条件可以达到无缝钢管的使用条件而取代无缝钢管。
4、螺旋缝焊管:
是在焊接过程中,焊枪与焊缝处于旋转运动和直线运动组合的相对运动中,其焊缝是螺旋型。
与直缝钢管相比,其焊缝线度长,而且焊缝的受力为二维拉应力。
故它一般适用于设计温度为0~200℃,设计压力不超过1.OMPa的无毒介质管道。
但其生产可以连续作业,生产效率高,材料利用率高,便于大规模生产。
5、直缝电弧焊钢管常用标准有GB12771、HG50237.l~4,它们均是不锈钢焊接钢管标准,GB9711.1碳素钢焊管,我国尚无合金钢焊接钢管标准。
二、无缝钢管
目前,无缝钢管(DN15~600)是石油化工生产装置中应用最多的管子,生产工艺也比较成熟。
石油化工生产装置中,常用的碳素钢无缝钢管标准有GB/T8163、GB9948、GB6479、GB3087、GB5310五种标准。
1、碳素钢无缝钢管
(1)GB/T8163《输送流体用无缝钢管》是应用最多的一种,一般情况下它适用于设计温度小于350℃、压力低于10.0MPa的油品、油气和公用介质条件下。
对于油品、油气介质,当其设计温度超过350℃,或设计压力超过10.0MPa,宜选用GB9948《石油裂化用无缝钢管》或GB6479《高压化肥设备用无缝钢管》标准。
值得注意的是,质量好就意味着价格高,如GB9948比GB/T8163同材料的价格高近1/5。
(2)GB3087《低中压锅炉用无缝钢管》、GB5310《高压锅炉用无缝钢管》是专门为锅炉用钢管而设置的标准。
其中,GB3087的质量控制水平(制造质量水平)与GB/T8163相近,一般用在低压锅炉介质条件下。
而GB5310的制造质量水平比GB3087高。
GB5310强调管子的机械性能可靠性,一旦因强度发生破坏,带来的危害面比较广,例如可能导致一大片区域停电,或导致一大片区域停止供暖。
因此,二者的使用范围是不一样的。
《锅炉安全监察规程》强调指出。
凡与锅炉相连的管子都属监察范围,其材料与标准的应用都应符合《锅炉安全监察规程》的要求。
故石油生产装置中用到的蒸汽管道(由系统供给)都应该用GB3087或GB5310标准。
2、铬钼钢无缝钢管
石油化工生产装置中常用的铬钼钢钢管材料有12CrMo、15CrMo、1Cr5Mo、1Cr9Mo共四种,对应的标准有GB9948、GB6479、GB5310。
3.不锈钢无缝钢管
石油化工生产装置中常用的不锈钢无缝钢管材料有OCrl8Nil0Ti、OCrl8Ni9、00Crl9Ni10、OCrl7Nil2Mo2、00Crl7Nil4Mo2、OCrl8NillNb、1Crl8Ni9Ti(不推荐使用)、OCr25Ni20约八种,对应的标准是GB/T14976。
它们分别相当于ASTM的TP321、304、304L、316、316L、347和310材料牌号。
其中,超低碳不锈钢(00Crl9Ni10、00Crl7Ni14Mo2)具有优良的抗腐蚀性能,在一定条件下,可用来代替稳定型不锈钢(OCrl8Nil0Ti、OCrl8Ni11Nb)抗介质的腐蚀。
但其高温机械性能较低,一般仅用于温度低于525℃以下工况;
而稳定型奥氏体不锈钢则具有抗腐蚀性能好,又有较高的高温机械性能,因此这类材料价格较高一般用在较重要的场合;
OCrl8Ni9和OCrl7Nil2Mo2具有一般的抗腐蚀性能,价格便宜,因此广泛用在腐蚀环境不太恶劣尤其是没有晶间腐蚀的环境中。
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、GB13296和GB/T14976等五种钢管,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。
GB5310、GB6479和GB9948还要进行冲击试验。
应当说这几种钢管的制造、检验要求是严格的。
除了流体输送用钢管的一般试验要求外,GB3087还要求进行冷弯试验,GB8163可根据协议要求进行扩口试验和冷弯试验,GB/T12771根据协议要求可进行卷边试验,此类管子制造、检验要求是比较严格。
GB/T3091除了流体输送用钢管的必检项目外,只附加了弯曲试验,制造方法为炉焊(或电焊)。
故此类管子的制造、检验要求是比较低的。
三.钢管的尺寸系列
1.钢管的公称直径
公称直径是用以表示管道系统中除已用外径表示的组成件以外的所有组成件通用的一个尺寸数字。
在一般情况下,是一个完整的数字,与组成件的真实尺寸接近,但不相等。
钢管的公称直径有公制(SI)和英制两种。
公制和英制的管子公称直径对照如下:
公制mm英制in公制mm英制in公制mm英制in
61/8200890036
81/4(225)9(950)38
103/825010100040
151/230012110044
203/435014120048
25140016140056
(32)1-1/445018150060
401-1/250020160064
502(550)22180072
(65)2-1/260024200080
803(650)26
100470028
(125)5(750)30
150680032
(175)7(850)34
注:
带括号者不推荐使用。
2.钢管的外径系列
20世纪40年代,由于历史原因,在欧美工业发达国家中管子外径系列出现了两个体系,一个是英美的管子外径系列,另一个是以德国为主的欧洲国家的管子外径系列。
前者俗称”英制管”或”大外径”管,后者俗称”公制管”或”小外径”管。
所为”大外径”或”小外径”管,是指在相同公称直径条件下,管子外径尺寸的大小,尺寸较大者叫”大外径”管,尺寸较小者叫”小外径”管。
50年代,前苏联有关标准出现了两种管子外径系列并存现象,一般机械工业和管法兰国家标准采用”小外径”管子系列,石油工业则采用”大外径”管子系列。
50年代我国机械工业基本上是按苏联模式发展的,因此这种两个系列并存的局面也反映在我国的标准体系中。
例如,GB/T3091-2001<
<
低压流体输送用焊接钢管>
>
标准,全系列14种规格管子,均属于”大外径”管,GB/T8163<
输送流体用无缝钢管>
所规定的外径规格为”大外径”与”小外径”同时并存的尺寸系列。
近年来,随着我国与世界各国石油化工公司交往的增多,引进了大量石化装置,形势发展要求我们的标准必须与国际接轨,因此,中石化管道器材标准SH3405-96<
石油化工企业钢管尺寸系列>
规定。
钢管尺寸选自GB/T8163-87<
钢管外径尺寸系列中最靠近”大外径”的外径尺寸。
3.钢管的壁厚系列
钢管壁厚分级共有三种:
(1)以管子表号(Sch)表示的壁厚系列。
这种表示方法是美国国家标准协会ASMEB36.10<
焊接和无缝钢管>
标准规定的。
管子表号(Sch)由下列算式确定:
Sch=P/S*1000
式中:
P–设计压力,MPa;
S–设计温度下材料的许用应力,MPa.
由上式计算的表号圆整到相近的规定表号,它仅仅是强度所必须的,不包括刚度和加工裕量的要求。
ASMEB36.10M和JIS标准中规定的表号系列为Sch10,20,30,40,60,80,100,120,140,160。
ASMEB36.19M和JIS标准中规定的奥氏体不锈钢管表号系列为Sch5S,10S,20S(JIS),40S,80S。
SH3405规定的管子壁厚表号系列与ASME标准相同。
(2)以管子重量表示管壁厚度
美国MSS和ASME规定了以管子重量表示壁厚的方法。
该标准将管子壁厚按重量分三种:
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
(3)以壁厚表示的系列
中国,ISO和日本的部分钢管标准采用壁厚尺寸表示钢管壁厚系列。
管子表号并不是壁厚,是壁厚系列。
实际的壁厚,同一管径,在不同的管子表号中其厚度各异。
第2节管件
管件是用来改变管路方向、改变管径大小、进行管路分支、局部加强、实现特殊作用的管道元件,它的应用历史并不长,在我国,则是从八十年代开始才得到广泛应用的。
在此之前,管路的拐弯和变径,多是在施工现场利用火焰加热,然后给予加力或敲打而实现的。
其弊病很多,如因管子壁厚减薄而致使拐弯处和变径处成为整个管路的薄弱环节;
现场偎制劳动强度大,效率低等等。
而管路的分支则是在管子上开孔连接,此处有时虽然进行补强,但其焊缝一般为角焊缝,焊缝质量不易控制,无法进行内部无损探伤(如RT、UT),因此,该处往往也成为管路的薄弱环节。
采用管件后,较好地解决了上述问题。
因此,现在的压力管路已大量采用各种各样的管件,其投资约占整个管路投资的1/5。
石油化工生产装置中常用的管件有弯头,三通、异径管(大小头)、管帽、加强管嘴、异径短管、活接头、丝堵、仪表管嘴、软管站快速接头、漏斗、喷头、管箍等等。
一.管件连接型式
由于管件的连接方法不同,其连接结构也不同,一般有对焊连接,螺纹连接,
承插焊连接,法兰连接等。
二.常用管件
1.对焊连接管件
此种管件主要用在等于或大于2″(DN50)的管道,它广泛地应用于可燃物料的管道。
对焊管件比其它连接型式可靠,价格便宜,没有泄漏点。
此类管件中,中小尺寸者多采用无缝钢管推制或液压成型,大直径者一般采用钢板成型后焊制。
对焊管件规格采用公称直径及管子表号表示,管件壁厚一般与连接管子壁厚相同。
目前国内共有七个对焊管件标准,其中有两个国家标准,两个中石化标准,两个化工部标准,一个石油行业标准。
这些标准除在管件外径尺寸系列稍有差别外,其结构尺寸基本上均与ASMEB16.9及B16.28相同。
2.承插焊管件
承插焊管件采用模锻毛坯机械加工制成,管子插入管件承口用角焊缝连接,施工方便,连接可靠。
通常用于小于或等于1-1/2″(DN40)的管线。
目前我国有三个承插焊管件标准,其中国家标准,中石化标准,化工部标准各一个,这几个标准均等效采用美国国家标准ASMEB16.11。
(1)GB/T14383-93<
锻钢制承插焊管件>
公称直径范围:
DN=15~80mm
管子外径系列:
A,B两个系列
使用管子表号:
Sch80,Sch160
(2)SH3410-96<
公称直径范围:
Sch80,Sch160,XXS
(3)HGJ10-80<
DN=15~40mm
使用管子表号:
Sch80,Sch160,Sch80S
压力等级:
3000,6000Lb
(4)ASMEB16.11<
锻钢承插焊和螺纹管件>
1/8″~4″
2000,3000,6000,9000Lb
压力等级与壁厚表号对应关系如下:
压力等级(Lb)壁厚表号
3000Sch80
6000Sch160
9000XXS
3.螺纹管件
螺纹管件可用锻钢,可锻铸铁,铸铁等材料制造,管件的螺纹多为锥管螺纹。
目前螺纹管件只有一个国家标准,GB/T14626-93<
锻钢制螺纹管件>
,此标准系参照ASMEB16.11<
编制而成。
DN8~100mm(1/4″~4″)
压力等级与壁厚表号对应关系如下:
2000Sch80
3000Sch160
6000XXS
在标准中规定管件的螺纹可采用60°
或55°
锥管螺纹,设计选用时指定。
采用螺纹管件时应注意以下几点:
(1)螺纹连接的内外螺纹应采用锥管螺纹。
当采用圆锥外螺纹与圆柱内螺纹配合时,其设计温度不应超过150℃,设计压力不应大于0.5MPa。
(2)剧毒介质管道不得采用螺纹管件。
(3)对于水,低压蒸汽,空气系统管道,为了提高螺纹连接的密封性,可以使用密封剂或密封带。
(4)对于工艺介质及介质渗透性较强或对泄漏率控制要求较严的管道,可以采用密封焊。
对于可能发生应力腐蚀或由于振动,压力脉动及温度变化等可能产生交变荷载的部位,不宜采用螺纹连接。
第3节法兰
法兰也是管件的一种,主要用于管子与管件,阀门,设备的连接。
法兰的种类虽多,但均可以法兰与管子的连接方式,法兰密封面的型式,以及压力温度等级进行分类。
不同连接方式的法兰,可有相同或不同的密封面型式;
同一连接方式的法兰亦可有相同或不同的密封面型式;
各种类型的法兰又有不同的压力温度等级。
一.法兰与管子的连接方式
法兰与管子的连接方式分为:
对焊,平焊,螺纹,承插焊和活套法兰。
1.对焊法兰:
对焊法兰与管子对接焊接,施工费比较便宜。
对焊法兰与其它法兰不同之处在于法兰与管子焊接处有一长而倾斜的高颈。
此段高颈的厚度通过此高颈逐渐过渡到管壁厚度,于是降低了应力的不连续性,因而增强了法兰的强度。
对焊法兰适用于要求比较苛刻的场合,石油化工企业中工艺管线常用对焊法兰。
对焊法兰的内径应与连接的管内径一致。
2.平焊法兰:
平焊法兰系将管子插入法兰内孔中进行焊接,具有容易对中,价格便宜等特点。
按内压力计算,平焊法兰的强度约为相应的对焊法兰的2/3;
平焊法兰的疲劳寿命约仅为对焊法兰的1/3。
另外,由于在法兰面附近焊接容易损伤密封面和引起法兰面变形。
因此,平焊法兰只适用于压力温度较低,不太重要的管道上,在石油化工企业中大多用于公用工程管道。
3.承插焊法兰:
承插焊法兰与平焊法兰相似,只是将管子插入法兰的承插孔中进行焊接,因法兰和管子间存在间隙,容易产生腐蚀。
一般用于小口径管道(DN40及以下)。
4.活套法兰:
活套法兰是将法兰松套在翻边短节上,法兰密封面加工在翻边短节上。
其特点是法兰可旋转,易于对准螺栓孔,便于安装,另外,法兰本体不与介质接触,法兰与翻边短节可分别采用不同材料。
这种法兰适用于腐蚀性介质的管道上,可以节省不锈钢,有色金属等耐腐蚀材料。
但此种法兰使用压力等级≤5.0Mpa。
二.法兰密封面
法兰密封面有全平面(FF),凸台面(RF),凹凸面(MF),榫槽面(TG)及环槽面(RJ)。
1.全平面法兰主要用于铸铁设备管嘴的对应法兰,因为铸铁有很大的耐压能力,但耐拉,弯的能力弱;
为了使紧固时弯曲力矩小,垫片宽度应与法兰面一致,以防法兰破损。
因此,铸铁法兰的配对法兰,即使用钢制,也必须用全平面法兰。
2.凸台面法兰应用最广泛。
在一般操作条件下均能使用。
但在高温高压条件下,使用效果可能不令人满意。
3.凹凸面法兰其特点是垫片嵌在凹槽中,减少了垫片被吹出的可能性。
但不能保证垫片不被挤入管内。
4.榫槽面法兰具有凹凸面法兰相似的优点,又优于凹凸面法兰,其垫片在凹槽内受两侧金属的限制,可免于变形而挤入管道中。
垫片不与管内介质直接接触,较少遭受介质的侵蚀或腐蚀。
通常适用于高温高压工况。
法兰型式和密封面选择与介质,操作工况有密切关系,一般由管道材料等级规定确定。
三.目前国内常用管法兰标准如下:
目前,国际上管法兰标准概括起来有两大体系,即欧洲法兰体系和美州法兰体系。
欧洲法兰体系以德国DIN管法兰标准为代表,美州法兰体系以美国ASME管法兰标准为代表。
1.国外标准
(1)德国及前苏联管法兰标准
1)德国管法兰标准的公称压力等级共有0.1,0.25,0.6,1.0,1.6,2.5,4.0,6.4,10.0,16.0,25.0,32.0及30.0MPa共十三种等级,公称直径范围为DN6~DN4000mm。
法兰结构有平焊板式,平焊环松套式,翻边松套式,对焊翻边松套式,对焊环松套式,对焊式,带颈螺纹连接式,整体式及法兰盖九种。
法兰密封面有平面,凸台面,凹凸面,榫槽面,橡胶环连接面,透镜面及膜片焊接面等七种。
钢管外径尺寸属于小外径。
公称压力属于常温压力等级。
2)前苏联与1980年发布的管法兰标准的公称压力有0.1,0.25,0.6,1.0,1.6,2.5,4.0,6.4,10.0,16.0及20.0MPa十一个等级,公称直径10~3000mm,法兰结构型式有板式平焊,平焊环松套,翻边松套,对焊,带颈螺纹连接,整体及法兰盖七种型式,法兰密封面有全平面,凸台面,凹凸面,榫槽面,透镜面,聚四氟用榫槽及椭圆形环连接七种。
前苏联管法兰标准,除20Mpa一个压力等级外,对于公称压力16Mpa及以下各压力等级管法兰连接尺寸与德国法兰可以互换。
实际上前苏联法兰标准属于欧洲体系。
(2)美国法兰标准
美国ASMEB16.5<
钢制管法兰及法兰管件>
是一套完整的,系列性较强的管法兰及法兰管件国家标准。
公称压力为150,300,400,600,900,1500及2500Lb(相当于2.0,5.0,6.8,10.0,15.0,25.0,42.0MPa)共七个压力等级。
公称直径范围为1/2”~24”,(DN15~600mm)。
法兰结构型式有平焊,承插焊,螺纹连接,松套,对焊及法兰盖等六种。
法兰密封面型式有凸台面,凹凸面(分大小两种),榫槽面(分大小两种)及金属环连接面等四种。
钢管外径尺寸采用“大外径”系列尺寸。
以磅级表示的压力等级属于高温压力等级。
美国法兰国家标准是美洲法兰体系的代表,它在世界各国的石油工业中得到广泛应用。
(3)英国和法国管法兰标准
在英,法两国也是两套法兰标准并存。
一套标准以德国法兰体系为主,法兰公称压力,结构及连接尺寸与德国法兰标准相同,属于欧洲法兰体系。
另一套以美国ANSIB16.5法兰标准为主,法兰公称压力,结构及连接尺寸与美国法兰标准相同,属于美洲体系。
(4)ISO管法兰标准ISO7005-1<
钢法兰>
ISO7005-1<
,是目前世界上最新的钢制管法兰国际标准。
该标准同时包括了以美国法兰为代表的美洲法兰系列和以德国法兰为代表的欧洲法兰系列。
它代表了当前世界法兰标准的应用趋势。
在标准中,管法兰公称压力共有两个系列:
第一系列:
PN1.0,1.6,2.0,5.0,11.0,15.0,26.0,42.0MPa;
第二系列:
PN0.25,0.6,2.5,4.0Mpa;
第一系列为基本系列,第二系列为限制使用系列。
在ISO钢法兰标准中的两个公称压力系列,公称压力0.25,0.6,1.0,1.6,2.5及4.0MPa等六个等级的法兰尺寸属于欧洲法兰体系。
公称压力为2.0,5.0,11.0,15.0,26.0及42.0Mpa的六个等级的法兰尺寸则属于美洲法兰体系,两个体系的法兰连接尺寸不能互换。
需要说明的是,美洲法兰体系中PN10.0及25.0两个压力等级,与欧洲法兰体系中的PN10.0及25.0两个压力等级相同,容易发生混淆,因此,在ISO7005-1<
正式标准中已将美洲法兰系列中的PN10.0及25.0两个压力等级分别改为PN11.0及PN26.0MPa,但PN11.0MPa仍相当于PN10.0(600Lb),PN26.0MPa仍相当于PN25.0(1500Lb)。
2.我国钢制管法兰标准体系
(1)钢制管法兰国家标准
1)GB/T9112~9125《钢制管法兰》国家标准是参照ISO/DIS7005《钢法兰》编制而成。
其公称直径范围、法兰结构及密封面型式等与ISO标准基本相同。
标准的构成形式为一种法兰型式、一种密封面型式和一个压力等级构成一个标准,其有165个法兰尺寸标准。
标准中有两个公称压力系列:
0.25,0.6,1.0,1.6,2.5,4.0MPa;
2.0,5.0,11.0,15.0,26.0,42.0MPa。
公称直径范围因公称压力不同而异:
PN=0.25MPa,DNmax=4000mm;
PN=42.0MPa,DNmax=300mm。
法兰结构型式:
有整体、螺纹、对焊、带颈平焊、带颈承插焊、对焊环松套带颈、板式、对焊环松套板式、平焊环松套板式、板式翻边松套、法兰盖等。
2)GB/T13402-92《大直径碳钢管法兰》基本上是等效采用ASMEB16.47-B《大直径碳钢法兰》。
公称压力PN为2.0、5.0、6.3、15MPa。
公称直径范围DN为650~1500mm。
法兰结构有对焊式和整体式两种,密封面为凸面。
(2)中国石油化工总公司标准SH3406-96《石油化工钢制管法兰》
SH3406是根据石油化工生产的特点,参照美国国家标准ASMEB16.5《钢制管法兰及法兰管件》及美国石油协会标准ASMEB16.47《大直径碳钢法兰》B系列编制而成。
标准属于美州体系。
公称压力范围PN
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