压力管道管件基本知识Word格式文档下载.docx
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Q195A、Q215A、Q235A三种
用
途:
适于设计温度为0~100℃、设计压力不超过0.6MPa的水和压缩空气系统。
标
准:
b.电阻焊钢管
电阻焊钢管是通过电阻焊或电感应焊焊接方法生产的,带有一条直焊缝的钢管
生产效率高,自动化程度高,焊后的变形和残余应力较小。
设备投资高,对焊接接头的质量要求也比较高。
由于接头处难免有杂质存在,所以接头塑性和冲击韧性较低。
适用于设计温度≤200℃的水、煤气、空气、采暖蒸汽等
L175、L210,L245,L290,L320,L360,L450等15种
石油天然气工业中可燃流体和非可燃流体(中、低压)
c.电孤焊钢管
电孤焊钢管是通过电弧焊焊接方法生产的钢管。
接头达到完全的冶金结合,接头的机械性能能够完全达到或达到母材的机械性能。
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达到无缝钢管的使用条件而取代之。
螺旋缝钢管材料牌号:
Q195、Q215、Q235三种
∙直缝钢管材料牌号:
1Cr18Ni9、0Cr19Ni9、00Cr19Ni11、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni12Mo2、00Cr17Ni14Mo2共12种
设计压力小于5.0MPa,焊缝系数小于1.0时,不宜用于极度或高度危害介质
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(DN15-600)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
10、20、09MnV、16Mn共4种
GB8163《流体输送用无缝钢管》
GB/T9711.1-1997《石油天然气工业输送钢管交货技术条件》
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:
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:
10、20G、16Mn共3种
设计温度-40~400℃、设计压力10.0~32.0MPa的油品、油气
GB9948:
10、20共2种
不宜采用GB/T8163钢管的场合。
∙GB3087:
低中压锅炉的过热蒸汽、沸水等
GB5310:
20G
1种
高压锅炉的过热蒸汽介质
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。
制造:
GB/T/8163和GB3087标准的钢管多采采用平炉或转炉冶炼,其杂质成分和内部缺陷相对较多。
GB9948多采用电炉冶炼。
大多加入了炉外精炼工艺,成分和内部缺陷相对较少。
GB6479和GB5310标准本身规定了炉外精炼的要求,其杂质成分和内部缺陷最少,材料质量最高。
上述几个钢管标准的制造质量等级从低到高的顺序:
GB/T8163<
GB3087<
GB9948<
GB5310<
GB6479
∙选用:
一般情况下,GB/T8163标准的钢管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℃或压力大于10.0MPa时,宜选用GB9948或GB6479标准的钢管;
对于临氢操作的管道,或者在有应力腐蚀倾向环境中工作的管道,也宜使用GB9948或GB6479标准。
凡是低温下(小于-20℃)使用碳素钢钢管应采用GB6479标准,只有它规定了对材料低温冲击韧性的要求。
GB3087和GB5310标准是专门为锅炉用钢管而设置的标准。
《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》的规定,故锅炉、电站、供暖以及石化生产装置中用到的公用蒸汽管道(由系统供给)等都应采用GB3087或GB5310标准。
**值得注意的是,质量好的钢管标准,钢管的价格也比较高,如GB9948比GB8163材料的价格高近1/5,因此,在选用钢管材料标准时,应依据使用条件综合考虑,既要可靠又要经济。
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
GB6479《化肥设备用高压无缝钢管》
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
∙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》:
0Cr18Ni9(304)、00Cr19Ni10(304L)、0Cr17Ni12Mo2(316)、00Cr17Ni14Mo2(316L)、0Cr18Nil0Ti(321)、0Cr18Ni11Nb(347)、0Cr25Ni20(310)等
共19种适于一般流体的输送。
GB13296《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》:
共25种
※“304”代号为ASTM标准中的对应牌号
※其中超低碳不锈钢(00Cr17Ni14Mo2、00Cr19Ni10)具有优良的抗腐蚀性能,在一定条件下,可代替稳定型不锈钢(0018Ni10Ti、0Cr18Ni11Nb)用于抗介质的腐蚀;
※超低碳不锈钢高温机械性能较低,一般仅用于温度低于525℃的条件下;
※稳定型奥氏体不锈钢既具有较好的抗腐蚀性能,又有较高的高温机械性能,但0Cr18Ni10Ti中的Ti在焊接过程中易被氧化而失掉,从而降低了其抗腐蚀性能,其价格较高,这类材料一般用在较重要的场合。
※0Cr18Ni9、0Cr17Ni12Mo2具有一般的抗腐蚀性能,价格便宜,因此被广泛应用。
∙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。
管道的拐弯以前由现场煨制,该方法劳动强度大、效率低,,材料的组织状态和性能也不好,而且往往因管壁厚减薄而导致拐弯处成为整个管道的薄弱环节;
管道的分支一般是在管子上直接开孔连接,此处有时虽然进行补强,但.焊缝一般为角焊缝,受力状况不好,焊缝质量也不易控制,因此,该处往往也成为管道的薄弱环节。
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。
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DN≥50的管道及其元件常用的一种连接型式。
对于DN≤40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。
但下列几种情况例外:
1)对于DN≤40、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DN≤40、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;
b.承插焊连接
它多用于DN≤40、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DN≤40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。
螺纹连接件有阳螺纹和阴螺纹之分。
常用的管件中,螺纹短节为阳螺纹,而弯头、三通、管帽、活接头等多为阴螺纹,使用时应注意它们之间的搭配和组合。
螺纹连接与焊接相比,其接头强度低,密封性能差,因此其使用时,常受下列条件的限制:
1)螺纹连接的管件应采用锥管螺纹;
2)螺纹连接不推荐用在大于200℃及低于-45℃的温度下;
3)螺纹连接不得用在剧毒介质管道上;
4)螺纹连接不推荐用在可能发生的腐蚀、缝隙腐蚀或振动、压力脉动及温度变化可能产生交变载荷的管道上;
5)用于可燃气体管道上时,宜采用密封焊进行密封。
常用的锥管螺纹可分为:
550锥管螺纹(多用于欧洲)
600锥管螺纹(多用于美国)
(ISO7/1)为550锥管螺纹。
日本标准同时包含550锥管螺纹和600锥管螺纹两种。
GB7306为550锥管螺纹等同采用(ISO7/1)
螺纹锥度为:
1:
16;
牙型角:
550
尺寸范围:
1/16”~6”
螺纹标志代号:
R(圆锥外螺纹)
Rc(圆锥内螺纹)
GB12716为600锥管螺纹等同采用(ANSI/ASMEB
∙牙型角:
600
1/16”~12”
标识:
NPT
两种圆锥管螺纹不能互换。
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。
它们通过公称壁厚等级(管子表号或壁厚值)来实现与管子等强度,至于其局部应力集中的补强,是制造厂应解决的事情。
制造厂应对对焊管件的强度进行设计,并通过验证试验法进行验证。
a.弯头
长半径弯头(R=1.5DN):
一般情况下,应优先采用;
短半径弯头(R=1.0DN):
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(R=nDN):
用于缓和介质在拐弯处的冲刷和动能,可用到R=3DN、6DN、10DN、20DN
根据制造方法不同又分为推制弯头、挤压弯头和焊制斜接弯头
推制弯头和挤压弯头:
常用于介质条件比较苛刻的中小尺寸管道上
焊制斜接弯头:
常用于介质条件比较缓和的大尺寸管道上,同时要求其弯曲半径不宜小于其公称直径的1.5倍。
当斜接弯头的斜接角度大于450时,不宜用于剧毒、可燃介质管道上,或承受机械振动、压力脉动及由于温度变化产生交变载荷的管道上。
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
平封头制造较容易,价格也较低,但其承压能力不如标准椭圆封头,故它常用于DN≤100、介质压力低于1.0MPa的条件下。
标准椭圆封头为一带折边的椭圆封头,椭圆的内径长短轴之比为2:
1,它是应用最广的封头。
在很多情况下,如管廊上的管子端部,管帽都由法兰代替,以便于管子的吹扫和清洗。
它一般是指DN≤40的管道元件,包括弯头、三通、加强管嘴、加强管接头、管帽、管箍、异径短节、活接头、丝堵、仪表管嘴、软管站快速接头、水喷头等。
国家标准:
GB12459-90
钢制对焊无缝管件
DN=10-500mm
A、B系列
GB/T13401-92钢板制对焊无缝管件
DN=350-1200mm
GB/T14383-93锻钢制承插焊管件
DN=15-80mm
GB/T14626-93锻钢制螺纹管件
DN=8-100
GB/T17185-1997钢制法兰管件DN=25-600mm
PN2.0,5.0,11.0,15.0,26.0MPa
∙中石化标准:
SH3408-1996钢制对焊无缝管件DN=15-500mm
SH3409-1996钢板制对焊管件DN=200-1200mm
SH3410-1996锻钢制承插焊管件
DN=10-80mm
化工部标准:
HG/T21634-1990锻钢制承插焊管件
1/2”-11/2”,3000及6000磅
HG/T21635-1990碳钢、低合金钢无缝对焊管件DN=50-600mm
PN25,40,64,100kg/cm2
HG/T21631-1990钢制有缝对焊管件DN=300-1000mm
石油部标准:
SY/T0510-1998钢制对焊管件DN=15-600mm
各种管件标准,对焊无缝和钢板制对焊管件均等有效采用ANSIB16.9和ANSIB16.28。
锻钢制承插焊和螺纹管件均等有效采用ANSIB16.11。
但各标准同类管件的结构尺寸不尽相同。
∙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。
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,仅供参考。
a.
法兰种类
◆
结构型式
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,如图6-1。
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图6-1
管道法兰与管子的连接方式
◆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。
见图6-2。
图6-2
法兰密封面型式
法兰代号
不同的标准其法兰的密封面及型式的名称、代号略有区别。
见表6-1、表6-2。
表6-1
密封面名称及代号对照表
序号
SH3406-96
HG20592~20635-97
JB/T74~90-94
GB9112-2000
1
全平面(FF)
平面(FF)
2
凸台面(RF)
突面(RF)
凸面
3
凹凸面(MF)
凹凸面(MFM)
凹凸面
4
榫槽面(TG)
榫槽面
5
环连接面(RJ)
环连接面
∙表6-2
结构型式代号对照表
对焊(WN)
对焊(-)
承插焊(SW)
承插焊(-)
平焊(SO)
平焊(-)
螺纹(PT)
螺纹(Th)
螺纹(-)
松套(LJ)
松套(PJ/LF)
松套(-)
6
法兰盖(-)
法兰盖(BL)
7
整体法兰(IF)
整体法兰(-)
∙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PN≤10.0MPa,DN≤40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
∙备和阀门上常用。
b.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(PNg1.0)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"
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。
美式法兰'
中,常用在PN10.0(部分)、PN15.0、PN25.0、PN42.0MPa压力等级中。
中常用在PNl0.0、PN16.0、PN25.0、PN32.0、PN42.0。
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。
合金钢螺柱均应采用高级优质钢.即材料牌号后均应加字母A,如35CrMoA、25CrMoVA
根据结构型式的不同,螺栓可分为六角头螺栓和双头螺栓(又称为螺柱)两类,而双头螺栓又分为通丝和非通丝两种。
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。
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。
T≤260℃,PN≤2.0MPa(SH3401)
T≤400℃,PN≤4.0MPa(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:
T=-180~200℃,PN≤4.0MPa
常用于低温