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燃气工程常用材料设备材料基本知识
燃气工程常用材料设备基本知识
卢宗鉴
第一章A钢制管材
第一章B钢制管材的管路附件
第二章PE管材、PE管件、PE阀门
第三张阀门
第四章调压设备
第五章计量设备
城镇燃气管道设计压力（表压）分级
名称
压力（MPa）
高压燃气管道
A
2.5＜P≤4.0
B
1.6＜P≤2.5
次高压燃气管道
A
0.8＜P≤1.6
B
0.4＜P≤0.8
中压燃气管道
A
0.2＜P≤0.4
B
0.01＜P≤0.2
低压燃气管道
P≤0.01
第一章A钢制管材
一、钢制管材的分类
钢制管材按照制造方式分：
无缝钢管
焊接（有缝）钢管
钢制管材按照化学成分分：
碳素结构钢钢管
低合金钢钢管
合金钢钢管（包括不锈钢钢管）
无缝钢管按照制造工艺分：
热轧无缝钢管
冷拔无缝钢管
焊接钢管按照焊接工艺分：
无填充金属焊接钢管
（连续炉焊钢管电阻焊钢管）
有填充金属焊接钢管
（埋弧焊钢管熔化极气体保护电弧焊钢管）
焊接钢管按照焊缝形式分：
直缝焊接钢管
螺旋缝焊接钢管
无填充金属焊接钢管分：
连续焊钢管
电阻焊钢管
有填充金属焊接钢管分：
埋弧焊钢管
熔化极气体保护电弧焊钢管
解释：
1、采用热加工方法制造的不带焊缝的钢管叫无缝钢管（热轧无缝钢管）。
2、热加工后的管状产品进一步冷加工至所要求的形状叫冷拔无缝钢管。
3、连续炉焊：
在加热炉里对钢带进行加热，然后对已成型的边缘采用机械加压方法焊接在一起而成形的一条焊缝的工艺。
在此，将钢卷逐卷对接在一起，以保证焊管机形成一个连续的工艺（这种工艺是对焊工艺的一种）。
4、电阻焊：
通过电阻焊接或电感应焊接而形成一条焊缝的一种工艺。
在此，待焊接边缘通过机械加压方法焊接在一起，焊接热量由电阻产生。
5、埋弧焊：
此种工艺是通过一个或几个裸金属自耗电极与工件之间的一个或数个电弧对金属加热而产生金属结合的一种焊接工艺。
电弧和熔化金属被工件上的易熔小颗粒材料保护起来。
不需加压，填充金属部分或全部来自电极。
6、熔化极气体保护电弧焊：
此种工艺就是通过连续的自耗电极和工件之间的一个或数个电弧对金属加热而产生金属结合的一种焊接工艺。
其保护完全由外部提供的气体或混合气体来获得。
不需加压，填充金属来自电极。
7、ERW钢管：
就是高频直缝电阻焊钢管，英文ElectricResistanceWelding，缩写简称为ERW。
燃气工程中常用的钢制管材包括：
热轧无缝钢管、冷拔无缝钢管、双面埋弧焊螺旋缝钢管，高频直缝电阻焊钢管
燃气工程中常用的镀锌钢管也是高频电阻焊钢管。
二、钢制管材的规格
钢制管材为了与目前国际上流行的两个不同系列的钢管外径相适应，分为两个外径系列：
A系列为英制系列（CLASS系列），管子外径按ASMEB36.10M的规定。
ASMEB36.10M是美国国家标准中的钢管标准号。
ASME是AmericanSocietyofMechanicalEngineers（美国机械工程师协会）的英文缩写。
B系列为公制系列（PN系列）,管子外径按ISO4200的规定。
ISO4200是焊接和无缝平端钢管的尺寸和单位长度重量的标准。
ISO是InternationalOrganizationforStandardization（国际标准化组织）的英文缩写。
国际标准化组织是一个全球性的非政府组织，是国际标准化领域中一个十分重要的组织。
中国是ISO的正式成员。
A系列就是俗称的大外径系列，B系列就是俗称的小外径系列。
但A系列的大外径仅限于DN250以下，在DN300以上其直径反而小于B系列。
很多情况下两者差别是很大的：
如DN100时差了6.3mm，大直径时差别达20mm以上。
通常情况下，焊接钢管一般选用A系列，无缝钢管一般选用B系列。
公称通径：
公称通径（公称口径、公称直径）是管路系统中所有管路附件用数字表示的尺寸，公称通径是供参考用的一个方便的整数，与加工尺寸仅呈不严格的关系。
公称通径用字母“DN”后面紧跟一个数字表示。
钢管的规格一般用希腊字母“Φ”开头加钢管的外径*壁厚，例如Φ219*6，表示钢管的外径是219mm，壁厚是6mm。
也有用“公称通径*壁厚”表示的，不过这种表示方法是不规范的。
公称通径≤100的焊接钢管，通常只写公称通径，例如DN15的焊接（镀锌）钢管，表示外径是21.3mm，壁厚是2.8mm的焊接（镀锌）钢管。
需要注意的是，以上这种表示方法，通常表示壁厚符合GB/T3091标准的标准壁厚的焊接（镀锌）钢管。
如果钢管不是标准壁厚，通常用以下两种方式表示：
1、如果是大于或者小于标准壁厚的焊接（镀锌钢管），需要用公称通径或外径*钢管壁厚来表示，例如壁厚是2.5毫米的DN15焊接钢管的表示方式是：
DN15*2.5或者Φ21.3*2.5。
2、如果是GB/T3091标准中的壁厚加厚管，其壁厚需要在规格中表示出或者注明“壁厚加厚管”。
钢制管材A、B系列外径、公称通径、PE管公称外径规格对照表
公称通径
（英寸〞）
公称通径
（DN）
A系列钢管
大外径系列
（焊接钢管）
B系列钢管
小外径系列
（无缝钢管）
PE管公称外径
（Dn）
1/2
15
21.3
18
20
3/4
20
26.9
25
25
1
25
33.7
32
32
1-1/4
32
42.4
38
40
1-1/2
40
48.3
45
50
2
50
60.3
57
63
2-1/2
65
76.1
76
75
3
80
88.9
89
90
4
100
114.3
108
110、125
5
125
139.7
133
140
6
150
168.3
159
160、180
8
200
219.1
219
200、225
10
250
273
273
250、280
12
300
323.9
325
315
14
350
355.6
377
355
16
400
406.4
426
400、450
20
500
508
530
500、560
24
600
610
630
630
表中用斜体表示的PE管材规格不推荐使用。
需要注意的是，有些设计图纸和技术资料，设计者和资料编制者图省事，公称通径只用一个“D”字母表示，例如用D20表示DN20，这是不规范的。
钢管的“公称通径”和“钢管”的外径是两个不同的概念，部分公称通径数据和不同规格的钢管外径数相同，要注意认真区别。
例如公称通径是DN32的钢管和外径是Φ32的钢管是不一样的。
公称通径是DN32的钢管，A系列（大外径）钢管外径是Φ42.4，B系列（小外径）钢管外径是Φ38。
此外，燃气工程中使用的燃气PE管，通常用Dn表示“公称外径”。
目前对PE管材公称外径的表示方法有很多种，用Dn表示是比较规范的表示方法，由于PE管材通常不使用“公称通径”表示方法，所以PE管材的表示方法一般不容易将“公称外径”和“公称通径”混淆。
城市燃气工程中选用的镀锌钢管，应执行执行GB/T3091低压流体输送用（镀锌）焊接钢管，按照这个标准给定的标准壁厚订货。
焊管及镀锌钢管理论重量表（执行标准GB/T3091-2001）
规格
外径
mm
壁厚
mm
最小壁厚mm
焊管（6米定尺）
镀锌管（6米定尺）
公称通径
英寸
米重kg
根重kg
米重kg
根重kg
DN15
1/2
2.45
DN20
3/4
26.9
2.8
2.45
1.66
9.96
1.76
10.56
DN25
1
33.7
3.2
2.8
2.41
14.46
2.554
15.32
DN32
1-1/4
42.4
3.5
3.06
3.36
20.16
3.56
21.36
DN40
1-1/2
48.3
3.5
3.06
3.87
23.22
4.10
24.60
DN50
2
60.3
3.8
3.325
5.29
31.74
5.607
33.64
DN65
2.5
76.1
4.0
3.5
7.11
42.66
7.536
45.21
DN80
3
88.9
4.0
8.38
50.28
8.88
53.28
DN100
4
114.3
4.0
10.88
65.28
11.53
69.18
DN125
5
140
4.5
15.04
90.24
15.942
98.65
DN150
6
168.3
4.5
18.18
109.08
19.27
115.62
DN200
（焊管）
8
219.1
6.0
31.53
189.18
DN200
（热镀锌）
8
219.1
6.5
36.12
216.7
三、钢制管材采购的数量验收
1、无缝钢管以检重方式验收数量，无缝钢管通常不定尺交货。
无缝钢管壁厚通常有正公差，实际检重数量大约是理论重量的105~108%。
2、焊接钢管以理论计算方式验收数量，焊接钢管通常定尺交货。
3、钢管理论重量计算公式
0.02466*[（外径-壁厚）*壁厚]=kg/m（保留2位小数）
例如219*6钢管：
0.02466*[（219-6）*6]=31.52kg/m
四、钢制管材的材质
1、钢材的化学成分
钢材中除主要化学成分Fe以外，还含有少量的碳（C）、硅（Si）、锰（Mn）、磷（P）、硫（S）、氧（O）、氮（N）、钛（Ti）、钒（V）等元素，这些元素虽含量很少，但对钢材性能的影响很大。
碳是决定钢材性能的最重要元素。
钢中有益元素有锰、硅、钒、钛等，控制掺入量可冶炼成低合金钢。
钢中主要的有害元素有硫、磷及氧，要特别注意控制其含量。
磷是钢中很有害的元素之一，主要溶于铁素体起强化作用。
磷含量增加，钢材的强度、硬度提高，塑性和韧性显著下降。
特别是温度愈低，对塑性和韧性的影响愈大，从而显著加大钢材的冷脆性。
磷也使钢材可焊性显著降低，但磷可提高钢的耐磨性和耐蚀性。
硫也是很有害的元素，呈非金属硫化物夹杂物存在于钢中，降低钢材的各种机械性能。
由于硫化物熔点低，使钢材在热加工过程中造成晶粒的分离，引起钢材断裂，形成热脆现象，称为热脆性。
硫使钢的可焊性、冲击韧性、耐疲劳性和抗腐蚀性等均降低。
氧是钢中有害元素，主要存在于非金属夹杂物中，少量熔于铁素体内。
非金属夹杂物降低钢的机械性能，特别是韧性。
氧有促进时效倾向的作用。
氧化物所造成的低熔点亦使钢的可焊性变差。
2、钢材的力学性能
钢材力学性能是保证钢材最终使用性能（机械性能）的重要指标，它取决于钢的化学成分和热处理制度。
燃气用钢管主要的力学性能有：
屈服强度、抗拉强度、伸长率
1）屈服强度
钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。
钢材的屈服强度是指材料在出现屈服现象时所能承受的最大应力。
屈服强度值用MPa表示。
需要注意的是，不能片面追求材料的高屈服强度，因为随着材料屈服强度的提高，材料的抗脆断强度会降低，材料的脆断危险性会增加。
屈服强度不仅有直接的使用意义，在工程上也是材料的某些力学行为和工艺性能的大致度量。
例如材料屈服强度增高，对应力腐蚀和氢脆就敏感；材料屈服强度低，冷加工成型性能和焊接性能就好等等。
因此，屈服强度是材料性能中不可缺少的重要指标。
2）抗拉强度
钢材或试样在拉伸过程中，从开始到发生断裂时所达到的最大应力值。
它表示钢材抵抗断裂的能力大小。
抗拉强度值用MPa表示
3）伸长率
材料在拉断后，其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率。
伸长率用％表示
五、按照化学成分分类的几个钢种
1、碳素结构钢
含碳量约0.05％～0.70％，个别可高达0.90％。
可分为普通碳素结构钢和优质碳素结构钢两类。
普通碳素结构钢含杂质较多，价格低廉，用于对性能要求不高的地方，它的含碳量多数在0.30％以下，含锰量不超过0.80％，强度较低，但塑性、韧性、冷变形性能好。
除少数情况外，一般不作热处理，直接使用。
普通碳素结构钢用途很多，用量很大，主要用于铁道、桥梁、各类建筑工程，制造承受静载荷的各种金属构件及不重要不需要热处理的机械零件和一般焊接件。
燃气工程用钢管中的Q235B,属于普通碳素结构钢。
优质碳素结构钢钢质纯净，杂质少，力学性能好，可经热处理后使用。
根据含锰量分为普通含锰量（小于0.80％）和较高含锰量（0.80％～1.20％）两组。
含碳量在0.25％以下，多不经热处理直接使用，或经渗碳、碳氮共渗等处理，制造中小齿轮、轴类、活塞销等；含碳量在0.25％～0.60％，典型钢号有40，45，40Mn，45Mn等，多经调质处理，制造各种机械零件及紧固件等；含碳量超过0.60％，如65，70，85，65Mn，70Mn等，多作为弹簧钢使用。
燃气工程中使用的螺栓一般选用3535CrMo，螺母选用3030CrMo。
这类钢主要保证力学性能，故其牌号体现其力学性能，用Q+数字表示，其中“Q”为屈服点“屈”字的汉语拼音字首，数字表示屈服点数值，例如Q275表示屈服点为275Mpa。
若牌号后面标注字母A、B、C、D，则表示钢材质量等级不同，含S、P的量依次降低，钢材质量依次提高。
燃气工程用钢管中的20、20g，L175~245管线钢系列，属于优质碳素结构钢。
碳素结构钢一般情况下都不经热处理，而在供应状态下直接使用。
通常Q195、Q215、Q235钢碳的质量分数低，焊接性能好，塑性、韧性好，有一定强度，常轧制成薄板、钢筋、焊接钢管等，用于桥梁、建筑等结构和制造普通螺钉、螺母等零件。
Q255和Q275钢碳的质量分数稍高，强度较高，塑性、韧性较好，可进行焊接，通常轧制成型钢、条钢和钢板作结构件以及制造简单机械的连杆、齿轮、联轴节、销等零件。
2、低合金钢
低合金钢与碳素钢、低合金钢与合金钢之间，明确划出的概念是不存在的。
目前低合金钢的基本含义是：
合金元素总量在1.2~3（5）%，屈服强度在275Mpa以上，具有良好的可加工性和耐腐蚀性，型、带、板、管等形状，在热轧状态直接使用的钢材。
燃气工程用钢管中的Q345B、L290~555管线钢，属于低合金钢。
需要说明的是，按照GB/T9711.2标准制造钢管用的管线钢钢板，必须经过热处理工艺。
经过热处理工艺的管线钢钢板，用NB和MB表示。
NB形变正交货状态为N。
MB形变热处理交货状态为M。
3、合金钢
合金钢与碳素结构钢相比含有较多其他元素。
合金钢是指钢中除含硅和锰作为合金元素或脱氧元素外，还含有其他合金元素（如铬、镍、钼、钒、钛、铜、钨、铝、钴、铌等），有的还含有某些非金属元素（如硼、氮等）的钢。
根据钢中合金元素含量的多少，又可分为低合金钢，中合金钢和高合金钢。
燃气工程用钢管中的不锈钢管，属于特殊性能合金钢，这是一种低碳高合金钢，抗腐蚀性好，用做高压和耐低温材料。
六、钢号表示方法和常用的燃气工程钢制管材钢号
钢的牌号简称钢号，是对每一种具体钢产品所取的名称，是人们了解钢的一种共同语言。
我国的钢号表示方法，根据国家标准《钢铁产品牌号表示方法》（GB/T221―2000）中规定，并于2000年11月1日开始实施。
钢号的表示，一般采用采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。
即：
①钢号中化学元素采用国际化学符号表示，例如Si,Mn,Cr……等。
②产品名称、用途、冶炼和浇注方法等，一般采用汉语拼音的缩写字母表示。
③钢中主要化学元素含量（%）采用阿拉伯数字表示。
采用汉语拼音字母表示产品名称、用途、特性和工艺方法时，一般从代表产品名称的汉语拼音中选取第一个字母。
当和另一个产品所选用的字母重复时，可改用第二个字母或第三个字母，或同时选取两个汉字中的第一个拼音字母。
暂时没有可采用的汉字及汉语拼音的，采用符号为英文字母。
1）20
20钢属于优质碳素结构钢是国产无缝钢管最常用的材质，钢制法兰也多采用这个材质。
强度比15号钢稍高，很少淬火，无回火脆性。
冷变形塑性高、一般供弯曲、压延、弯边和锤拱等加工，电弧焊和接触焊的焊接性能好，气焊时厚度小，外形要求严格或形状复杂的制件上易发生裂纹。
切削加工性冷拔或正火状态较退火状态好、一般用于制造受力不大而韧性要求高的。
2）20g（2008年标准改为Q245R）
g为锅炉板中“锅”的第一个字母。
20g钢管是GB/5310国标钢号，为最常用锅炉钢管用钢，化学成分和力学性能与20板材基本相同。
该钢有一定常温和中高温强度，含碳量较低，有较佳塑性和韧性，其冷热成型和焊接性能良好。
20#（20号钢）无缝钢管和20g高压无缝钢管的区别是：
它们除含碳量一样外，20g还有一些微量元素更适合用作锅炉压力容器使用的特性。
另外20g还着重考核它的物理性能。
比如弯曲、冲击和抗拉性能。
3）Q235BQ235相当于国产老钢号A3
Q代表的是这种材质的屈服强度，后面的235，就是指这种材质的屈服强度值≥235MPa。
Q235A，Q235B，Q235C，Q235D。
这是等级的区分，指的是它们性能中冲击试验的温度不同。
分别为：
Q235A级，是不做冲击；Q235B级，是200C常温冲击；Q235C级，是00C冲击；Q235D级，是-200C冲击。
元素含量：
A、B、C、D硫含量依次递减；A和B的磷含量相同，C的磷含量次之，D磷含量最少。
4）Q345BQ345相当于国产老钢号16Mn
Q345B属于低合金钢。
钢号含义是指这种材质的屈服强度值≥345MPa。
与Q235B的主要区别是锰（Mn）含量较高，约为1.6%。
ABCD的含义与Q235B相同。
5）GB/T9711.1和GB/T9711.2标准中的L系列管线钢
按照GB/T9711.1-1997《石油天然气工业输送钢管交货技术条件》标准制造L175~555钢管是A级钢管；按照GB/T9711.2-1997《石油天然气工业输送钢管交货技术条件》标准制造L175~555MB（NB）钢管是B级钢管。
GB9711.2包括的质量和试验要求在总体上高于GB9711.1的规定，GB9711.2使用的管线钢钢板必须是经过热处理工艺的钢板（MB、NB）
GB/T9711.1和GB/T9711.2标准中的L系列管线钢规定的钢级与ANSI/APIspec5L（输送钢管规范）规定的钢级对比表。
AmericanNationalStandardsInstitute（ANSI-美国国家标准学会）；AmericanPetroleumInstitute（API-美国石油协会）
钢级
GB/T9711.1
L210
L245
L290
L320
L360
L485
L390
L415
L450
L555
钢级
ANSI/APIspec5L
A
B
X42
X46
X52
X70
X56
X60
X65
X80
第一章B钢制管材管路附件
一、法兰
管道法兰和压力容器法兰是管路附件中品种最多、使用面最广的一种零件，他和密封垫片、紧固螺栓三者一起组成一个法兰接头，起着连接管子和管子、管子和设备的作用。
法兰接头既是一种可拆卸连接件，又是一种承压密封件，它主要是借助连接螺栓穿过法兰的螺栓孔，在螺栓预紧力作用下对法兰密封面施加压紧力，压紧夹在法兰中间的密封垫片，使垫片在螺栓压紧力的作用下发生塑性变形或弹性变形，从而填塞住法兰密封面的微几何间隙来实现密封目的。
法兰作为法兰接头中的一个单元，通常以一个独立的标准零件出现，但它和密封垫片及法兰用螺栓又有密切的联系。
1、法兰型式
按法兰的结构及其与管子的连接方式，法兰的型式分为：
整体法兰、平焊法兰、承插焊法兰、对焊法兰、螺纹法兰、松套法兰及法兰盖（盲板）。
整体法兰系指法兰与泵、阀、机等设备的进出口管道连接的法兰，通常和这些管道设备制造成一个整体，作为管道设备的一部分。
法兰通常与设备一起铸造成型，少数为锻造成型，如锻钢阀门的端法兰。
板式平焊法兰、承插焊法兰、带颈平焊法兰。
对焊法兰、法兰盖（盲板）、带颈螺纹法兰。
带颈对焊环松套法兰、平焊环松套法兰、八字盲板
上述9种形式的法兰，前6种在燃气工程中经常使用，松套法兰常用于与燃气工程有关的设备上。
平焊法兰与管子的连接是先将管子插入法兰内孔至适当位置，然后再搭焊，其优点在于焊接装配时较易对中，且价格便宜，因而得到广泛的应用。
按内压计算，平焊法兰的强度约为相应的对焊法兰的2/3，疲劳寿命约为对焊法兰的1/3。
所以，平焊法兰只适用于压力等级比较低，压力波动、震动及震荡均不严重的管道系统中。
对焊法兰又称高颈法兰，他与其他法兰的不同之处在于法兰与管子焊接处到法兰盘有一段长而倾斜的高颈，此段高颈的壁厚沿高度方向逐渐过渡到管壁厚度，改善了应力的不连续性，因而增加了法兰强度。
对焊法兰主要用于工况比较苛刻的场合，如管道热膨胀或因其它载荷而使法兰处受的应力较大或应力变化反复的场合；压力、温度大幅度波动的管道或高温、高压及零下低温的管道。
松套法兰由法兰与法兰附属元件组合而成。
松套法兰的连接实际上也是通过焊接实现的，只是法兰是套在已与管子焊接在一起的附属元件上，法兰可以旋转，因而称松套法兰。
法兰（即松套）本身则不接触介质，只是通过连接螺栓将附属元件和垫片压紧以实现密封。
松套法兰的优点在于不仅可以旋转，而且易于对准螺栓孔，易于安装。
松套法兰用于在对准法兰螺栓孔时仅需要转动法兰而不必旋转管子之处。
2、法兰密封面型式及代号
法兰密封面主要有平面、突面、凹凸面、榫槽面、环连接面5种型式，燃气工程常用的是平面、突面、凹凸面三种形式，其中突面形式最为常用。
平面密封面主要用于宽面法兰及低压管道系统中，与之相配的密封垫片接触面分布于法兰螺栓中心园的内外两侧，对应的垫片材质多为石棉橡胶等非金属软质材料，垫片所需的最小压紧应力（或预紧比压）较低。
突面密封面主要用于窄面法兰，即与之相配的垫片的接触面位于法兰螺栓孔所包围的圆周内测，也就是突面密封面对应的垫片外径正好与法兰连接螺栓的内切圆直径相当，安装时可借助螺栓使垫片固定在法兰面中央。
适用于突面密封面的法兰垫片有各种非金属垫片、缠绕式金属垫片（含带外环和带内外环）等。
凹凸面密封面由凹面和凸面组成，其特点是垫片嵌在凹面的凹槽中，减少垫片被压力冲击的可能性，装配时便于对中，和突面密封面法兰相比，这种密封面常常可以用在密封要求比较严的场合，其缺点是一对法兰两种密封面，密封面加工较突面复杂，因此不像突面法兰那样应用广泛。
凹凸面密封面适用的密封垫片有：
各种非金属平垫片、基本型或者带内环型金属缠绕垫片等。
法兰密封面型式代号（GB/T9112-2000）
密封面形式
代号
平面
FF
突面
RF
凹凸面
凸面
MF
M
凹面
F
榫槽面
榫面
TC
T
槽面
C
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