钻井平台管线和阀门基础知识Word文档下载推荐.docx
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氧气、乙炔、液化石油气、固井、压井、防喷、试油、生活区下水、空调冷水管线等。
为了确定适当的试验要求、连接形式以及热处理和焊接工艺规程等。
对不同用途的压力管系，按其设计压力和设计温度，一般分为三级，见表11－1。
表11－1 管系等级
管系
Ⅰ级
Ⅱ级
Ⅲ级
设计压力MPa
设计温度℃
蒸汽和热油
>
1.6
或>
300
≤1.6
和≤300
≤0.7
和≤170
燃油
150
和≤150
和≤60
其它介质
4.0
≤4.0
和≤200
注：
1）当管系的设计压力和设计温度中，一个参数达到表中Ⅰ级规定时，即定为Ⅰ级管系；
当管系的设计压力和设计温度均达到表中Ⅱ级和Ⅲ级规定时，即定为Ⅱ级管系和Ⅲ级管系。
2）有毒和腐蚀介质、加热温度超过其闪点的可燃介质和闪点低于60℃的介质、以及液化气体等一般为Ⅰ级管系；
如设有安全保护措施以防泄漏和泄漏后产生的后果，也可为Ⅱ级管系，但有毒介质除外。
3）货油管系一般为Ⅲ级管系。
4）不受压的开式管系，如泄水管、溢流管、透气管和锅炉放汽管等为Ⅲ级管系。
5）其它介质指空气、水、滑油和液压油等。
6）热油指热油系统的循环油液。
二、船用管子的材料、规格、特性及选用
1、管子的材料、规格和特性
管子是用来输送各种工作介质的通道，由于各种工作介质的压力，温度、流量及腐蚀性的不同，也就决定了管子的种类，规格的繁多及具有不同的特性。
在各类船舶上常用的管子主要有三大类别、即钢管、铜管、塑料管。
1）钢管
钢管按制造工艺分为有缝钢管和无缝钢管两类，钢管的材料有普通碳素钢、优质碳素钢、合金钢和不锈钢等，主要用于Ⅰ级和Ⅱ级管系的管子。
（1）无缝钢管
制造无缝钢管的材料牌号一般为10号、20号、30号等优质碳素钢，及A2，A3、A4等普通碳素钢，合金钢则为10Mn2、09Mn2V、16Mn、15MnV、12Mnov等，不锈钢多为OCrl8Ni9Ti、ICrl8Ni、10Ti、1Crl8Nil0Ti等。
无缝钢管是由圆坯加热后，经穿管机穿孔轧制（热轧）而成，或者经过冷拔成为外径较小的管子。
由于无缝钢管具有足够的强度，良好的延伸率和工艺性（即可冷弯、也可以热弯和良好的焊接性），所以在船舶各管系中应用得最为广泛。
例如：
蒸汽管、燃油管、滑油管、压缩空气管、冷却水管、消防管等，规格见表11－2。
表11－2 钢管外径与最小公称壁厚
外径Ｄ（mm）
最小公称壁厚δ（mm）
一般用管③④⑥⑧⑨⑩
与船体结构有关的舱柜的空气管、溢流管和测量管⑩②③④⑥⑦⑧
舱底、压载水管和一般海水管①③④⑤⑥⑦⑧
通过压载舱和燃油舱的舱底水管、空气管、溢流管和测量管，通过燃油舱的压载管和通过压载舱的燃油管⑧②③④⑤⑥⑦⑧
10.2～12
13.5～17.2
20
1.8
2.0
21.3～25
26.9～33.7
38～44.5
4.5
3.2
3.6
6.3
48.3
51～63.5
70
2.3
2.6
76.1～82.5
88.9～105
114.3～127
2.9
7.1
8.0
133～139.7
152.4～168.3
177.8
5.0
8.8
193.7
219.1
244.5～273
5.4
5.9
298.5～368
406.4～457
5.6
①具有有效防腐蚀措施的管子，其最小壁厚可适当减薄，但减薄最多不超过1mm；
②除液货闪点小于60℃的液货舱测量管外，表列测量管的最小壁厚系适用于液舱外部的测量管；
③对于允许采用的螺纹管最小壁厚应自螺纹根部量起；
④焊接钢管和无缝钢管的外径和壁厚的数值取自ISO的推荐文件Ｒ336，若按其它标准选取管子壁厚可允许适当减小；
⑤通过深舱的舱底水管和压载水管的最小壁厚应另行考虑；
⑥直径较大的管子的最小壁厚另行考虑；
⑦舱底、测量、空气和溢流管的最小内径应为：
舱底管：
d=50mm，测量管：
d=32mm，空气和溢流管：
d=50mm；
⑧本表所列的最小壁厚一般是指公称壁厚，因此不必考虑负公差和弯曲减薄余量；
⑨排气管的最小壁厚另行考虑；
⑩货油管的最小壁厚应另行考虑。
不锈钢管也属于无缝钢管的范畴，它除具备一般无缝钢管的特性外，还具有耐腐蚀性强，在高温下不易被氧化，不结皮，并保持较高的机械性能的特点，但是这种管子不宜热弯，在大量的含有氯离子介质中易产生应力腐蚀，它除用于潜艇中高温，高压，高清洁度，工作介质的腐蚀性大的特殊系统外，一般船舶不宜采用，规格见表11－3。
表11－3 不锈钢管外径与最小公称壁厚
管子外径Ｄ（mm）
≤10
1.0
11～18
1.5
19～83
84～169
2.5
170～246
3.0
247～340
3.5
341～426
427～511
512～597
（2）有缝钢管
这类钢管是由钢板卷曲后经焊接而成，根据表面颜色又分两种，其中之一是为了提高钢管的抗腐蚀能力，在管子表面镀上一层耐腐蚀的锌层，由于镀锌后的管壁内外表面呈银白色，人们习惯称为白铁管，而没有镀锌的有缝钢管统称为黑铁管。
制造这类管子的材料牌号有A2、A3、B2、B3等，A类钢多用于船舶。
由于有缝钢管所选用的材料无严格要求，故其机械性能也相对较差。
白铁管只适用于常温和工作压力P≤0.1MPa以下的日用水，卫生水、舱底水等系统，黑铁管可用于输送低温低压的水和油等工作介质，有时也可用于低压的废气和蒸汽系统。
2）铜管
常用的有紫铜管和黄铜管两种，紫铜管由含铜量99.5％以上的纯铜拉制和挤制而成；
黄铜管由铜基合金制成，两者相比较紫铜管的韧性稍高一些，黄铜管的强度稍高一些。
（1）紫铜管
紫铜管经退火后，质地柔软，工艺性好，具有很高的塑性和耐蚀性，它不适用于高温、高压系统，再加之价格较贵，在一般的船舶上，只用于压力表管或直径φ≤14mm的液压油类管，但在舰艇上得到广泛应用，如海水系统，液压系统，滑油系统等。
常用的紫铜管材料牌号有T1、T2、T3、T4、TUP等，由制造厂供应的紫铜管均末退火，故在加工过程中，首先应对弯曲部位进行退火，退火温度一般为550—650℃之间。
规格见表11－4。
表11－4 铜和铜合金管外径与最小公称壁厚
铜
铜合金
8～10
0.8
12～20
1.2
25～44.5
50～76.1
88.9～108
133～159
193.7～267
273～470
508
①外径和壁厚的数值取自ISO标准；
②若按其它标准选取管径，管子壁厚可允许适当减小。
（2）黄铜管
黄铜管的特点是抗海水及空气的腐蚀能力很强，而且有很好的导热率，但由于冶炼困难产量少，价格较贵，一般只用于热交换器的管束及通话管。
黄锅管系由H62、H68、锡黄铜HSn70—1、HSn62—1、铅黄铜HPb59—1、铁黄铜HFe59—l—l等拉制或挤制而成，黄铜管在加工过程中也均应首先进行退火处理。
3）双金属管
所谓的双金属管是指管壁由两层不同的金属组合而成的管子，即外层为10号优质碳素钢，内层镀有0.6～0.8mm厚的T4号铜制成,管子的外径D为6～70mm，壁厚δ为1.5～6mm，管长L为3～7m。
这种管子具备了钢管和紫铜管的双重特点，即有较高的机械强度，又有较强的耐腐蚀能力，因此，它一般专用于高压空气管路，常用于舰艇上。
这种管子加工较困难，因钢和铜的溶点、机械性能都不同，所以最好采用冷弯工艺。
4）铝管
铝管是拉制或挤制而成的无缝管，一般船舶铝管由硬铝合金拉制而成。
主要优点是重量轻、耐腐蚀、塑性好、易加工，常为一般轻型快艇所采用。
由于其机械性能不及铜管，只适用于低温、低压的场合，如燃油管、滑油管、冷却水管路等。
常用的铝管牌号有LF2－M防锈合金铝、LF2、LF21、LYll、LYl2等。
这种管子即可冷弯、也可热弯、冷弯前需经退火处理。
5）塑料管
塑料管一般由耐冲击聚氯乙烯制成，它具有重量轻，比目前船上常用的任何一种金属管都轻，耐腐蚀性能强，还具有摩阻小、绝缘、隔音、吸振、耐磨、绝热和不需油漆，加工与安装工艺较简便等优越特性，但是也存在着强度低、耐热、防火性能差、膨胀系数大，易老化，破损不易修补，焊接温度不易控制等缺陷。
所以，目前这种管子仅用于工作温度在－0℃～＋60℃，工作压力小于0.6MPa的管系中，如甲板排水、污水、洗涤水、空气管等。
随着塑料管的材料性能不断改进，制造工艺的不断完善，必将会获得广泛的应用。
6）钛合金管
钛合金是问世不久的新型材料，用这种材料制造的管子优于无缝钢管和紫铜管所具备的特性，且又克服了无缝钢管耐腐蚀性差、紫铜管强度低的问题，但由于其价格昂贵、规格较少，所以，它目前的应用只局限于舰艇上某些特殊的场合。
2、管子的选用原则
管子的选用主要应遵循保证使用要求、工艺要求及降低成本等三个方面的原则。
1）使用要求
使用要求主要是指管系对管子的机械强度、刚度、尺寸大小、重量、抗腐蚀能力，耐热性等。
不同系统中的管子除要满足管内流通的工作介质在压力、温度、流量、抗腐蚀等要求，还应考虑是否受水击、振动等外界环境条件。
2）工艺要求
选用管子在满足使用要求的前提下，还应达到弯曲、焊接、安装、维护保养、检修等方面的工艺技术条件。
3）经济要求
在选用管材过程中，应在考虑使用要求和工艺要求的同时，还要防止大材小用，优材劣用。
在符合使用要求的前提下，尽最大努力降低船舶的建造成本，在船舶设计阶段是实现这个目标的最佳时机。
综上所述，管子的选用需要考虑各方面的要求，但是在许多情况下，选出同时满足上述各方面要求的管子，也是很困难的，因此，首先要抓住主要矛盾，即满足工作介质的压力、温度和腐蚀性对管子的要求，而兼顾其它方面的要求，在此基础上，最后按照有关规范和标准进行，尽量减少规格的数量和不常采用的规格牌号。
三、管路的管径和流速计算：
管路计算主要根据管系中所输送的工质、流速、温度、压力等参数，确定其管径和管壁厚度。
1、管径计算
管径是根据管内流体的流速和流体流经管子的能量损失来决定的。
在流量一定的情况下，管径主要取决于管内流体的流速。
用下式计算：
（11－１）
式中 d——管子内径，m；
qv——流体的容积流量，m3/h；
v——管内流体的流速，m/s；
qm——流体的质量流量，kg/h；
ρ——流体的密度，kg/m3。
选定合适的流速是十分重要的。
流速过小，管径变大，各种管路附件的直径随之变大，从而使整个管系的重量增加，并使初投资增加。
如果流速过大，虽然可使管径减小，但流体在管内的能量损失增加，甚至超过所允许的范围而影响工作。
管内流体的流速依据管内的能量损失或管子的腐蚀程度而定。
前一种方法主要用于蒸汽动力装置的蒸汽管路、凝水管路、给水泵的吸入管路、油泵吸入管路等。
后一种方法则考虑海水管路的腐蚀、给水管路阀体阀座的腐蚀等。
在实际应用中，常推荐的管内流速，见表11－５。
表11－５ 各种管内流体流速
管子名称
压力（MPa）
流速（m/s）
备注
海、淡水管路
0.1666～0.294
0.5～1.5
常取2
锅炉给水管路
<
燃油吸入管路
0.1～1.0
滑油吸入管路
0.15～1.5
滑油压出管路
0.25～2
压缩空气管路
2.45～2.94
12～15
管径为15～150mm
蒸汽管路
≤3.92
20～40
腐蚀速度见表11－6。
表11－6 不同材料管子的腐蚀速度
管子材料
工作介质
管壁腐蚀程度（mm/年）
碳钢（10号、20号）
滑油、燃油、空气
0.1
不锈钢
滑油、淡水
双金属
滑油、空气
滑油、空气、淡水
海水
0.15
铜镍合金
2、管子的壁厚计算
管壁的厚度对于其能够承受工作介质的压力大小，起着决定性的作用，下面简单介绍管子壁厚的计算公式及有关几个常用的压力概念。
1）压力概念
（1）压力：
单位面积上所受到的正压力称为压强，工程上习惯把压强称之为压力。
（2）公称压力：
是指管子、附件等在0℃时所能承受的压力，它没有考虑温度对金属强度的影响。
公称压力用字母“PN”表示，其后标注压力数值。
（3）工作压力：
是指一定温度的液体或气体在工作状态下允许通过管子的压力。
工作压力用字母P表示。
（4）强度试验压力：
是指对管子和附件等作强度试验的压力称之为强度试验压力，用字母PS表示。
2）管子壁厚的计算
各管系输送不同介质，它们的内壁受不同的压力、流速、和温度的作用，计算时必须保证管子的必要强度，并按“钢质海船入级与建造规范”有关规定公式计算：
受内压的管子，其最小壁厚：
（11－2）
式中 δ——最小计算壁厚，mm；
δ０——基本计算壁厚，mm，计算见公式11－3；
b——弯曲附加余量，mm，
c——腐蚀余量，mm，
对钢管：
可查表11－7
表11－7 钢管腐蚀余量
管系用途
腐蚀余量cmm
过热蒸汽管系
0.3
滑油管系
饱和蒸汽管系
燃油管系
货油舱蒸汽加热管系
货油管系
锅炉开式给水管系
冷藏装置制冷剂管系
锅炉闭式给水管系
0.5
淡水管系
锅炉排污管系
海水管系
压缩空气管系
冷藏货油盐水管系
液压油管系
对铜管：
对铜、铝黄铜和镍含量低于10%的铜镍合金，c=0.8mm；
对镍含量为10%及以上的铜镍合金，c=0.5mm；
对介质对管材不产生腐蚀者，c=０。
基本计算壁厚 δ０按下式计算：
（11－3）
式中 δ０——基本计算壁厚，mm；
P——设计压力，MPa；
D——管子外径，mm；
[σ]——管子许用应力，Pa；
e——焊接有效系数，对无缝钢管、电阻焊和高频焊钢管及铜和铜合金管取1，其它方法制造的管子，另行考虑。
从上面计算可以看出，壁厚δ与工作压力成正比，即工作压力值越大，其壁厚也就随之增加；
壁厚与许用应力[δ]成反比，由于许用应力与工作介质的温度也是成反比的，所以壁厚值δ与工作介质的温度成正比；
工作介质的腐蚀性大的，则c值增加、相应的壁厚δ值也增加，这就说明，在选用管子时，主要考虑工作介质的压力、温度和腐蚀性三个要素。
四、平台管系的防腐
平台管线防腐方法：
电化学牺牲阳极表面覆盖层。
防腐措施可以分为主动活化方法与被动钝化方法两类。
电化学保护通过改变电位因而在防腐过程中发挥了主动活化作用。
被保护物体上的防腐层则将防腐介质阻挡在一定距离以外。
在没有电化学保护的情况下，假如覆盖层发生破损那么只会加剧腐蚀。
在没有覆盖层的的情况下，只有足够好的电流分布才能满足保护准则的要求才能实施电化学保护。
防腐蚀覆盖层可分为有机涂料、水泥沙浆、磁漆和金属涂层。
有机防腐层：
有机防腐层主要用于管道与储罐的防腐，包括涂料、塑料、和沥青。
水泥砂浆覆盖层：
通常用水泥砂浆作为输水管道的内壁衬里。
磁漆：
储罐内壁采用磁漆防腐
金属覆盖（镀）层：
在需要用涂敷金属或其腐蚀产物确保防腐作用的特殊情况下才使用金属覆盖层。
热交换.冷凝器.管路的阴极保护：
可以采用牺牲阳极或强制电流来保护这些设备.根据电解质选定阳极材料:
海水用锌极和铝阳极,淡水回路用镁阳极.
五、平台管系的保温
1、管道保温的一般要求：
1）管道保温应在防腐，压力实验合格后进行，如果需要先包温后焊管线试压要将管道焊接处留出，待焊接及压力试验后再将连接处包好。
保温层的材质，规格应该符合设计要求，粘帖牢固、平整，厚度均匀，帮扎紧密，不滑动、松池、断裂现象。
2）垂直管道做保温层，当层高超过5米应改设支撑托板。
3）管道附件保温，除寒冷地区及特别要求管线在舱室外的连接法兰等附件要保温外，在舱室内的法兰阀门一般不用保温。
4）保温管道的支架处应留膨胀伸缩隙，用石棉或玻璃棉填充。
5）采用预制块保温时，预制块拼缝要错开，缝隙不要大于5MM，拼缝用胶泥填满。
保温外经大于200MM时，宜用30×
30×
50×
50的镀锌铁丝网包扎。
6）用包温瓦做管道保温层时，应在直线管段每隔5－7米留一道5MM的膨胀隙。
7）保温层外要做保温护层，采用铁皮、不锈钢、铝合金皮等做护层时，纵缝搭口应朝下。
2、常用保温材料的技术性能及选择：
工业管道常用的保温材料有：
膨胀珍珠岩及其制品，岩棉制品，玻璃棉及制品，硅酸铝纤维制品，微孔硅酸钙，泡沫石棉，泡沫塑，橡塑棉等。
保温材料的选择应遵循以下原则：
1）材料的热导率值要低
2）具有较高的耐热性，用于制冷系统的保温材料应具有良好的抗冻性。
3）不腐蚀金属
4）材料的密度小
5）具有一定的机械强度
6）吸水率低、易于施工
表11－8：
常用保温材料及其制品主要技术性能：
材料名称
密度（kg/m3）
导热率[W/（m.k）]
适应温度（℃）
抗压强度
说明
膨胀珍珠岩类:
水玻璃珍珠岩板管壳
三料（二级）
200－300
80－150
0.056-0.056
0.052-0.056
＜650
～200
600-1200
密度轻化学稳定性强不燃不腐蚀无毒无味
普通玻璃棉类
中级纤维酚酞树脂制品
120－150
0.041-0.047
-35～350
耐酸抗腐不烂不蛀无毒无味寿命长但刺激皮肤
棉类:
石棉绳
泡沫石棉
589-730
40-50
0.070-0.209
0.038+
＜500
500
耐火耐酸碱
岩棉类:
岩棉保温板
岩棉保温毡
岩棉保温管
80-120
90-195
100-200
0.047-0.056
0.047-0.052
0.052-0.058
-256～500
-256～40
-256～350
使用温度范围广,施工简单,但刺激皮肤
硅酸铝纤维类:
硅酸铝纤维板
硅酸铝纤维毡
硅酸铝纤维管
150-200
180
300-380
0.047+
≤1000
密度小,耐高温.但是价格贵
泡沫塑料:
可发性聚苯乙烯塑料制品
硬质聚氨脂泡沫塑料制品
20-50
30-42
0.031-0.047
0.023
-80～75
-80～120
＞150
250-500
不耐高温,试适用于60℃以下的低温管保温
可现场发泡成形,强度高,成本高
橡塑保温材料类:
70-120
0.034
-40～+105
抗水汽渗透能力强,
导热系数低,施工方便
0.042
≤1450
耐高温,容重范围大
六、管道的保温施工要求：
1、常用保温结构及施工要求
1）预制装配式：
常用的预制块有玻璃棉、岩棉、膨胀珍珠岩、矿渣棉、硅酸铝纤维等。
施工方法及要求：
先在管道上抹一层胶泥或不抹胶泥，预制块用镀锌铁丝绑在管道上或直接将预制块绑在管道上。
预制块的纵向间隙要错开接触面用石棉泥、胶泥或其它保温材料粘合，使纵横向都没有间隙。
2）包扎结构：
常用保温材料有矿渣棉毡、玻璃棉毡、岩棉毡、硅酸铝纤维毡、玻璃棉毡、牛羊毛毡等。
先把成卷的棉毡按管经的尺寸大小裁好并将棉毡加压达到要求的容重，然后包扎在管线上，当单层棉毡不能达到规定的保温厚度时可以用多层包扎时横缝一定要紧密接合，如果有缝隙用同样
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