第一篇 第十二章管阀基本知识.docx

第一篇 第十二章管阀基本知识.docx

《第一篇 第十二章管阀基本知识.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第一篇 第十二章管阀基本知识.docx（71页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

第一篇第十二章管阀基本知识

第十二章管阀基本知识

第一节管道及附件的基本知识

一、管材的分类

管道工程中常用的管材种类很多，按制造材料可以分为金属管与非金属管两大类。

1．金属管

（１）钢管

一般我们最常用的是钢管。

按照制造方法钢管又分为有缝焊接钢管和无缝钢管。

①有缝焊接钢管。

（a）直缝焊接钢管。

这种焊接钢管有低压流体输送用镀锌管（GＢ3091—82），俗称白铁管；低压流体输送用焊接钢管（GB3092—82），俗称黑铁管。

因为这两种管子用于输送水、煤气、油等低压流体，所以也有称它为水煤气管的；还有现场制作的直缝卷焊管。

（b）螺旋缝焊接钢管。

这类焊接钢管有一般低压流体输送用螺旋埋弧焊钢管（SY5037—83）；高频焊钢管（SY5038—83）；（SY5039—83）；承压流体输送用螺旋缝埋弧焊钢管（SY5036—83）。

②无缝钢管。

无缝钢管按制造方法分冷轧（冷拔）管和热轧管。

按使用分为一般无缝钢管和专用无缝钢管。

（a）一般无缝钢管（简称无缝管）。

无缝管是按GB8162—87、GB8163—87制造的。

有普通碳素钢、优质碳素钢、普通低合金结构钢和合金结构钢材质。

（b）专用无缝钢管。

专用无缝钢管的种类较多，有低、中，压锅炉用无缝管，按GB3087—82标准生产。

有10#、20#优质碳素钢材质；高压锅炉用无缝钢管，按GB5301—85标准生产。

有优质碳素钢、普通低合金钢等材质；不锈钢无缝钢管等。

（２）铸铁管

铸铁管大都是用灰铸铁铸造而成。

其承压范围有低压、中压。

高压三种。

其规格用公称直径表示。

铸铁管的实际内径与公称直径基本上是相等的，一般从Dg７５、Dg100、Dg125、Dg150、Dg200，一直到、Dg1500近２０种。

管子长度一般为３～６米。

（３）有色金属管

①铝管。

②紫铜管和黄铜管。

紫铜管有软、硬两种，黄铜管有软、半硬、硬三种。

③铅管。

２．非金属管

常用的非金属管有如下几种。

（１）砼管

其中又分一般砼管、钢筋砼管和预应力砼管。

一般砼管有承插式、企口式、平口式三种，管径有Dg75～Dg450毫米多种。

钢筋砼管有轻型和重型两种。

规格有Dg75～Dg1200毫米多种。

预应力砼管规格有Dg400～Dg1200毫米。

（２）聚氯乙烯塑料管

聚氯乙烯塑料管分硬软两种。

硬聚氯乙烯管又分轻型和重型管。

其规格内径从３毫米～150毫米多种。

（３）玻璃钢管

（４）陶土管

陶土管主要用于下水管道，它的耐腐蚀能力比钢管、铸铁管都强。

其常用规格有２英寸、３英寸、４英寸、５英寸、６英寸等。

（５）石棉水泥管

石棉水泥管分有压管和无压管两种。

一般管径为口多Dg25～Dg500。

二、管材的性能

1．金属管材的机械性能

（1）强度：

管材的强度是指管材在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。

根据外力作用的性质不同，强度可分为抗拉强度、抗压强度和抗弯强度。

常用的强度指标有：

弹性极限——管材在外力作用下能保持弹性变形时的最大应力。

用e表示。

屈服极限（也叫屈服强度）——管材产生屈服时的应力，用s或0.2表示。

强度极限（抗拉极限）——管材在拉断前能承受的最大应力，用b表示。

（2）刚度：

管材的刚度是指管材抵抗弹性变形的能力。

（3）塑性：

管材的塑性是指管材在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力，常用的塑性指标有管材的延伸率（）和断面收缩（）。

（4）硬度：

管材的硬度是指管材抵抗硬物压人其表面的能力。

工程上常用硬度有布氏硬度和洛氏硬度。

（5）冲击韧性：

管材的冲击韧性是指管材抵抗冲击载荷的能力。

（6）疲劳强度：

管材的疲劳强度是指其经受无数次应力循环而不破坏的最大应力。

2．管材的物理化学性能

金属管材的物理性能主要是指密度、熔点、热膨胀性、导热性和电磁性。

化学性能主要是指管材的耐腐蚀性能。

3．管材的工艺性

管材的工艺性主要是指其能够适应加工工艺要求的能力。

如焊接性、切割性等。

4．常用机械无缝钢管的性能

常用无缝钢管的钢号、化学成分和机械性能，见表12-1。

表12-1常用无缝钢管的钢号、化学成分和机械性能

钢号

化学成分

机械性能

机械强度

b

MPa

屈服点

s

MPa

伸长率

%

不小于

10

按GB699—88（优质碳素结构钢）的规定和GB1591—88（普通低合金钢）的规定

340

210

21

15

380

230

22

20

400

250

20

25

400

280

19

30

500

290

18

35

520

310

17

40

560

320

15

45

600

340

14

50

630

360

12

09MnV

（440）

（300）

（22）

16Mn

（520）

（350）

（21）

15MnV

（540）

（400）

（18）

注：

表中括号内的性能指标供参考

三、管材的选用和检验

1．管材的选用

管材的选用，首先应按设计要求，选用符合施工图指定的管材种类和规格。

当确有困难时，应按我国常有配管用钢管见表12-2。

选出符合工艺要求的管材与规格。

表12-2中国常用配管用钢管

钢管名称

及标准号

规格尺寸

范围

钢号

制造方法

或/和交货状态

适用范围

注

低压流体输送用镀锌焊接钢管GB3091-82

DN（mm）

615普通管，加强管

B3F

（B2F，BJ2，BJ3）

0100C

0.6MPa，水、空气

代替

YB234-63

1983-03-1实施

低压流体输送用焊接钢管GB3092-82

同上

同上

炉焊、电焊

以不带螺纹按原制造状态

>DN10mm的钢管可带螺纹

0100C

0.6MPa，水、空气

流体输送用电焊钢管YB（T）30-86

DN6150

薄壁

普通管

加厚管

同上

电焊以不带螺纹按原制造状态>DN10mm的钢管可带螺纹

同上

YB822-57

《圆锥状管螺纹》

输送流体用无缝钢管GB8163-87

热轧外径32630冷拔外径6200

10、20：

优质碳素钢

09MnV

16Mn

热轧（挤压、扩）以热轧状态或热处理状态

冷拔（轧）管以热处理状态

-20450C

-20450C

-70100C

-40450C

代替

YB231-70

石油裂化用无缝钢管

GB9948-88

外径

10273

10、20：

优质碳素钢

热轧管终轧，冷拔管正火

炉管，换热器管和配管用

代替YB237-70

12CrMo、15CrMo:

合金钢

热轧管终轧+回火

冷拔管正火+回火

-40525C

-40550C

1Cr2Mo、1Cr5Mo:

耐热钢

1Cr19Ni9、

1Cr19Ni11Nb:

不锈钢

同上

-40600C

-196700C

退火

固溶处理

水压流体输送用螺旋缝埋弧焊钢管SY5036-83

323.96

222016

Q235AF

16Mn

RJ216-392

热轧钢带卷常温螺旋成形采用双面埋弧焊

钢带对头焊缝也可单面焊双面成形

200C

1.0MPa的非剧毒介质

未考虑高温状态使用

符合API-5LS标准规定的A、B、X42、X46、X52、X56、X60、X65、X70级钢种

一般低压流体输送用螺旋缝埋弧焊钢管

SJ5037一83

219.95

222016

同上

热轧钢带卷常温螺旋成形，采用双面自动埋弧焊或单面焊双面焊时，内焊缝可采用气体保护焊

水、煤气、空气、蒸汽未考虑高温状态使用

同上

水压流体输送用螺旋缝高频焊钢管SY5038—83

168.34

406.48

=4,5,6,7,8

Q235A

RJ216255

热轧钢带卷常温成形，采用高频搭接焊，钢带对头焊缝采用铜垫或焊剂垫的单面焊双面成形法

200C

1.0MPa的非剧毒

介质

一般低压流体输送

用螺旋缝高频焊钢管

SY5039一一83

同上

同上

同上

同上

出厂静水压试验应力值较SY5038--83约低20%

低中压锅炉用无缝钢管GB3087--82

外径10426

10

20

热轧管以热轧状态，冷拔（轧）钢管以热处理状态交货

各种结构锅炉用和机车锅炉用

精度分普通级和高级两种，其外径和壁厚的允许偏差不同

高压锅炉用无缝钢管

GB5310-85

外径热轧

22530

冷拔（轧）

10108

20G

正火

适于高压及其以上压力的水管锅炉受热面用的优质碳素钢，合金钢和不锈耐热钢元缝钢管

12CrMo

15CrMo

12Cr2Mo

正火+回火

12Cr1Mov

正火+回火

壁厚40mm调质处理

12Cr2MoWVTiB

12Cr3MoVSiTiB

12MoVWBSiXt

正火+回火

1Cr19Ni9

1Cr19Ni11Nb

固溶处理

流体输送用不锈

钢焊接钢管

GB12771--91

外径

6560

1Cr18Ni9

Ocr19Ni9

00Cr19Nill

0Cr25Ni20

OCrl7Nil2Mo2

00Cr17Ni14Mo2

OCr18Ni11Ti

（1cr18Ni9Ti）

OCr18Ni11Nb

00Cr17

00Cr18MO2

OCrl3

冷轧，以热处理状态交货，也可按其它状态交货固溶处理，退火处理

采用自动电弧焊或电阻焊的焊接方法制造

不锈钢无缝钢管

GB2270一80

热轧、热挤压：

外径54480

冷拔：

外径6200

0Cr13

lcr13

2Crl3

3Cr13

1Cr17Ni2

1Cr2STi

ICr21Ni5Ti

OCrl8Ni9Ti

00Crl8Ni10

1Crl8Ni9

1Crl8Ni9Ti

0OCr17Nil4Mo2

0OCrl7Ni14Mo3

OCrl8Ni12Mo2Ti

OCrl8Ni12Mo2Ti

1Cr18Ni12Mo2Ti

1Cr18Nil2Mo3Ti

1Cr23Ni18

1Cr18Nil1Nb

热处理状态

-20600C

-196700

700

根据需方要求，并经双方协议，可生产规定之外的钢种

化肥设备用高压无缝钢管GB6479--86

外径厚14427340

10

20G

16Mn

15MnV

10MnWVNb

热轧（挤压）或冷拔（轧）正火（当热轧管终轧温度符合正火温度时，允许用终轧代替正火）

-404000C，1032MPa的化工设备和管道用

12CrMo

12CrMo

12Cr2Mo

正火+回火

1Cr5.Mo

退火

2．管材的检验

（1）钢管及其管件必须有出厂合格证明书，否则应补作所缺项目的检验，其指标应符合国家或行业标准。

（2）钢管、管件在使用前应按设计要求核对其规格、材质、钢号。

（3）钢管、管件在使用前要仔细检查其外表面，要求其无裂纹、夹渣、重皮，并不得有超过壁厚负偏差的锈蚀与凹陷。

（4）直径大于600毫米钢板卷管，有两道接缝时，两接缝间距应大于300毫米。

（5）钢板卷管所有焊缝都应经煤油渗漏试验合格后方可使用。

四、工业管道的分类与分级

1．按介质温度分类（见表12-3）

表12-3工业管道按介质温度分类

分类名称

介质温度

常温管道

低温管道

中温管道

高温管道

工作温度一40～120t

工作温度一40℃以下

工作温度121～450℃

　　工作温度超过450℃

按介质压力分类（见表12-4）

表12-4工业管道按介质压力分类

分类名称

压力值，MPa

低压管道

中压管道

高压管道

超高压管道

公称压力不超过2．5

公称压力4～6．4

公称压力10一100

公称压力超过100

2.管道的分级（见表12-5）

表12-5工业管道的分级

级别

操作压力MPa

操作温度C

Ⅰ

>6.4

>450

-140-45

Ⅱ

>46.4

>350450

>-45-30

Ⅲ

>1.64

>200350

>-30-20

Ⅳ

1.6

>-20200

3.按压力与管材分类、按使用部位分级（见表12-6）

表12-6油田集输管道类别和等级划分方法

根据管道设计压力和材质进行分类

碳素钢压力范围MPa

10

4

1.6

P1.6

普通低合金结构钢压力范围，MPa

P>10

4

1.6

P1.6

管道类别

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

Ⅴ

根据管道使用部位分级

管道等级

A

B

C

联合站外输油气管道

AⅠ

AⅡ

AⅢ

AⅣ

AⅤ

计量站至联合站管道

BⅠ

BⅡ

BⅢ

BⅣ

BⅤ

井口至计量站管道

CⅠ

CⅡ

CⅢ

CⅣ

CⅤ

五、钢管的公称直径（DN）

公称直径（DN）是表示管道系统中除了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，在一般情况下它是一个完整的数字，与组成件的真实尺寸接近，但不相等。

表12-7公制和英制管子公称直径（DN）对照表

公制，mm

英制，in

公制，mm

英制，in

公制，mm

英制，in

6

8

10

15

20

25

（32）

40

50

（65）

80

（90）

100

1/8

1/4

3/8

1/2

3/4

1

1

1

2

2

3

3

4

（125）

150

（175）

200

（225）

250

300

350

400

450

500

600

700

5

6

7

8

9

10

12

14

16

18

20

24

28

800

900

1000

1100

1200

1400

1500

1600

1800

2000

2200

32

36

40

44

48

56

60

64

72

80

88

钢管的公称尺寸，在国际上都称为公称直径，而不称公称口径，主要是因为对于直径350毫米的管子，公称直径直径指的是外径而不是内径，但对于螺纹连接的管子及其管件，因其内径与公称直径往往很接近，故亦可称为公称口径。

公称直径有公制SI和英制两种，在两种制度中钢管的具体尺寸和相应的螺纹尺寸是一致的。

公制和英制的管子公称直径对照如表12-7所示。

公称直径的公制和英制的换算关系为：

1in=25mm。

六、平台上配管的标识

管道的标识，在配管中用管线的编号来标明，具体形式和内容如下：

保温型式（表12-11）

4”——PH——2401——FAH

管线材质（表12-10）

压力等级（表12-9）

管线编号（工艺定）

介质代号（表12-8）

管线公称直径（英寸）

表12-8介质代号

代号

名称

代号

名称

代号

名称

AI

仪表空气

AU

公用空气

CI

化学药剂

CP

凝析油

DC

闭式排放

DO

开式排放

DS

生活污水排放

FD

柴油

FH

高压放空

FK

压井介质

FL

低压放空

FM

热介质

GF

燃料气

GL

乙二醇

GP

工艺气体

PH

高压井口生产油气

PL

低压井口生产油气

PT

计量井口生产油气

VA

气体放空

WF

消防水

WS

海水

表12-9压力等级

编号

等级

编号

等级

A

150LB

B

300LB

C

600LB

D

900LB

E

1500LB

F

2500LB

表12-10管线材质

编号

材质

编号

材质

A

碳钢

B

低温碳钢

C

不锈钢

G

镀锌

H

碳钢内涂塑

表12-11保温型式

编号

材质

编号

材质

H

岩棉保温

P

岩棉防烫

T

电伴热和岩棉保温

1/4D，（MAX，50）

管道的标识在平台上采用的方式是：

在管线阀门两侧的管子上及醒目处用黑色画上流向箭头及介质代号（见表12-8），其后用一颜色带表示液体介质，见图12-1和图12-2。

1/2D，（MIN，50；MAX，100）

图12-1管道标识箭头

为区别电伴热保温与普通保温管线，在电伴热保温管线上要写有ELECTRICTRACE字样。

图12-2管道标识方法

七、法兰

1.法兰的分类

管道法兰按其与管子的连接方式分成以下五种基本类型：

（1）平焊法兰；

（2）对焊法兰；

（3）螺纹法兰；

（4）承插焊法兰；

（5）松套法兰。

图12-3法兰按与管子连接方式分类

2．各类法兰的特点及适用条件　

（1）螺纹法兰

螺纹法兰是利用法兰内孔加工的螺纹与带螺纹的管子，旋合连接，不须焊接，因而具方便安装，方便检修的特点。

螺纹法兰有两种：

一种是利用加工成一定密封面的两个管端加透镜垫进行密封。

另一种与普通法兰一样，利用两个密封面密封。

螺纹法兰常用于不易焊接的场合，在温度高于260℃或低于一45℃的管道上不宜使用。

（2）平焊法兰

平焊法兰是将管于插入法兰内孔中进行焊接，具有容易对中找正，价格便宜的特点。

但由于在法兰面附近焊接容易损伤法兰面和引起法兰面变形，因此一般用于温度压力较低，不太重要的管道上。

平焊法兰分为二种，一种是板式平焊法兰，这种法兰刚性较差，焊接时易引起法兰面的变形，甚至在螺栓力的作用下也会变形，引起密封面的泄漏，因而一般用于压力温度较低，相对不太重要的管道上，石化工业中一般规定PN≤1.0MPa的水、低压蒸汽和空气管道上。

另一种是带颈平焊法兰，这种法兰的短颈使法兰刚度和其承载能力在有提高。

法兰本身的工艺较为简单。

完全适于过去国内习惯使用板式平焊法兰的场合，但在有频繁的大幅度温度循环的管道上不应使用。

（3）对焊法兰

对焊法兰是将法兰焊颈端与管子焊端加工成一定型式的焊接坡口后，直接焊接的。

这种法兰施工方便。

法兰强度高。

适应范围广，用于高温高压及低温的工艺管路均可以，是应用最广的法兰。

（4）承插法兰

承插法兰与平焊法兰相似，只是将管子插入法兰承插孔中进行焊接，一般用于小口径管道。

（5）松套法兰

松套法兰是将法兰松套在与管子焊好的翻边短节上，法兰密封面加工在翻边短节上。

特点是法兰体不与介质接触，法兰与翻边短节可分别采用不同的材料，这种法兰适用于腐蚀性较强的管路，可以节约耐腐蚀的不锈钢材料，同时松套法兰本身可以旋转易于安装。

（6）法兰盖

法兰盖也叫盲法兰，它是与管路上的法兰相配合使用的，因此使用时、法兰盖的密封面和公称压力应与管道上选用的法兰完全一致。

3．法兰密封面

常见密封面有宽面、光面、凹凸面、榫槽面和梯式槽面等，见图12-4：

图12-4　　法兰密封形式

式分类

宽面密封面法兰主要用于铸铁设备和阀门的配对法兰，其法兰面上没有凸出部分，为一平面。

公称压力较低，我国石化工业管道很少采用这种密封面的法兰。

光面密封面法兰在管道工业中应用中最为广泛，在法兰面上有凸起的密封面。

凹凸密封面由二个不同的密封面一凹一凸组成，这种密封面减少了垫片被吹出的可能性，但汪能保护垫片不挤入管中。

这种法兰大量用于PN4.0MPa的法兰。

榫槽面和环连接面的密封面更优于凹凸面，垫片在槽内受两侧金属的限制，不会被吹出，也不会被挤入管内。

榫槽面法兰用平垫片，而环连接而刚用八角形或椭圆截面金属环垫，环垫连接面密封良好，适用于高温高压情况。

八、垫片

1．概述

工艺管线及设备的密封是消除跑、冒、滴、漏的重要方面，对降低产品消耗与改善环境污染也有着十分重要的意义。

垫片有非金属垫片、半金属垫片、金属垫片。

非金属垫片一般以石棉为主体配以橡胶等材料制作而成，通常用在操作压力较低，温度不高的管道上；半金属垫片是由金属材料和非金属材料共同组合而成，常用的有缠绕式垫片和金属包垫片，它比非金属垫片所承受的压力温度要高；金属垫片全部由金属制作，有波形、齿形、椭圆形、八角形和透镜垫等，它能承受高温和高压。

2．非金属垫片

（1）橡胶石棉板

橡胶石棉板有高压、中压、低压、耐油和高温耐油石棉板五种。

它的适应范围较宽，从介质来说它适应于水、盐水、空气、蒸汽、氨气、氨水、水煤气、裂解气、乙炔、乙烯、氯乙烯氟里昂、酸、盐类、油品（航空油除外）类和溶剂（苯除外）类。

①低压橡胶石棉板，它是灰色的，厚度从3.5～6.0毫米，耐压PN1.6MPa，耐温小于200℃。

②中压橡胶石棉板，红色，厚度1.0～2.0毫米，耐压PN4.0兆帕，耐温350℃以下。

③高压橡胶石棉板，紫色，耐压PN6.0兆帕，厚度从1.0～3.0毫米，耐温450℃以下。

④耐油橡胶石棉板，绿色，耐压PN1.6兆帕，耐温350℃以下。

⑤高温耐油石棉板，黑色，耐压PN4.0兆帕，耐温400℃以下，厚度为1.0～3.0毫米。

图12-6缠绕式垫片

式分类

图12-5聚四氟乙烯包覆垫式分类

（2）聚四氟乙烯包覆垫

一种适合强腐蚀介质和不允许污染物的垫片，在需洁净介质等管道上使用。

由于某种原因纯聚四氟乙烯有热蠕变特点，使用温度一般不超过150度，工作压力不大于4.0MPa。

其分为剖切型（机加工翅型）、机加工型（机加工矩型）和折包型。

垫片厚度为3mm，嵌入层为石棉橡胶板，包覆层为纯四氟乙烯，厚度为0.5mm。

3．半金属垫片

（１）缠绕式垫片是半金属垫片中最理想的一种，垫片的主体由V型或M型金属带填加不同的软填料用缠绕机螺旋绕制而成，适用范围见表12-12。

表12-12缠绕式垫片适用范围

介质

法兰公称压力PN,MPa

介质温度℃

法兰密封面型式

垫片材料

油品、液化气

溶剂、氢气

高压氮气

1.6

2.5

4.0

201～300

201～450

450

光滑式

凹凸式

榫槽式

08（15）号钢带——石棉（石墨）带

催化剂和催化烟气

2.5,4.0

451～650

不锈钢带——石棉（石墨）带

蒸汽

2.5,4.0

251～450

08（15）号钢带——石棉（石墨）带

（２）金属包石棉垫是用软金属包石棉板的结构，这种垫片目前用的较少，耐温与耐压情况视外包金属的材质而定，适用范围见表12-13。

表12-13波形铁包石棉垫片的选用

介质

阀门及法兰公称压力PN,MPa

介质温度℃

法兰密封面

垫片材料

油品、液化气、溶剂

2.5

201～450

光滑

凹凸面

马口铁（镀锡钢板）

石棉板

氢气、流化催化剂

4.0

450

蒸汽

2.5,4.0

251～450

4．金属垫片

（1）齿形垫

其齿形为密纹同心圆，密封性能好，硬度小于法兰密封面的硬度，厚度为3～5mm，主