管道材料设计部分讲诉.docx

1、管道材料设计部分讲诉 管道材料设计部分资料 邹跃平 整理 中国化工学会培训中心 目录第一章 管道材料设计工作内容简述第二章 在不同化工生产装置中管道材料设计的特点第三章 管道材料专业在工程设计中经常遇见的一些问题第四章 管道材料选材第一章 管道材料设计工作内容 1.1 设计文件的组成管道材料设计主要文件（工程设计）如下：1.1.1 管道材料控制专业图纸目录1.1.2 管道材料设计说明1.1.3 管道材料等级索引1.1.4 管道材料等级表1.1.5 管道壁厚表1.1.6 管道支管连接表1.2 简要说明1.2.1 管道材料控制专业图纸目录仅列出需发往用户和施工现场的设计文件目录。1.2.2 管道材

2、料设计说明对于工程中所用的管道材料从标准、规范、单位、材质、标记、试验、检验等进行说明；对常用管子、管件、阀门、法兰、垫片、螺栓（母）的尺寸及公差进行选择并作出规定。1. 常用管道材料的尺寸（阀门、法兰、管件等）在相应标准中已作出规定者，不需要使用者选择；2. 常用管道材料的尺寸公差已由相应标准作出规定者，不需要使用者选择；3. 如使用者对管道材料的尺寸及公差有特殊要求（不符合标准规范的工程特殊要求），可作出相应规定。管道材料设计说明.doc1.2.3 管道材料等级索引针对某个具体工程，将所有流体按压力、温度和使用的材料分成若干个等级的简要说明；是管道材料控制专业编制的主要文件之一。管道材料等

3、级索引.xls1.2.4 管道材料等级表针对某个管道等级，所使用的全部管道组成件包括管子、管件、阀门、法兰、垫片及螺栓（母）以及其他附件所使用的标准、材料、尺寸、型号等作出规定；是管道材料控制专业编制的主要文件之一，是管道设计、管道材料汇总和工程施工安装、生产维修的重要依据。管道材料等级表.xls1.2.5 管道壁厚表针对具体等级，将工程中所使用的各种等级管径的管道壁厚进行规定并列出表格。管道壁厚表.xls1.2.6 管道支管连接表针对具体等级，从对主管上引出支管所采用的根部连接形式进行规定。管道支管连接表.xls第二章 在不同化工生产装置中管道材料设计的特点2.1 水煤浆技术煤制甲醇/合成氨

4、生产装置2.1.1 气化单元中的煤浆、黑水和灰水介质如全部采用碳素体钢，管道的腐蚀裕度CA值根据物料在管道中的磨蚀强弱来确定，一般磨蚀较轻时CA值为3 mm（如：灰水介质）；对于磨蚀较强，流速较高的含灰、渣的物料管道CA值一般取6mm、9mm（如：煤浆、黑水介质）；煤浆、黑水介质中CL-含量较高，易产生缝隙腐蚀，故不可采用承插焊的连接型式（小口径（DN40）的管件、法兰均采用对焊连接型式，阀门均采用法兰式连接）；煤浆、黑水介质考虑到其磨蚀性，阀门一般选用全通径球阀或轨道式球阀，不宜选用闸阀、截止阀。 对于高压氧气管道，在靠近气化炉的部位，从安全防火方面考虑，氧气切断阀及管道材料要求选用Inco

5、nel625或Inconel600，要求严格的脱脂、清洗、抛光等，其他氧气管道可选用不锈钢。气化 变换单元等级表.xls2.1.2 变换单元中工艺气体含有大量H2并且含有一定量的H2S，当介质操作温度等于或高于200，应根据Nelson曲线确定是采用碳素体钢或采用珠光体（铬钼）耐热钢；当介质操作温度250 ，在满足氢腐蚀的基础上，应根据Couper曲线中高温H2SH2对各种钢材的腐蚀率来选择适当的材料。2.1.3 脱硫、脱碳单元中工艺介质的设计温度多为低温，当设计温度-20时采用普通碳素体钢；当设计温度在-20-40 采用16MnD低温钢；设计温度-40 采用0Cr18Ni9奥氏体不锈钢。如果

6、采用A333Gr.6，设计温度为-20-45 ，设计温度-45 采用0Cr18Ni9奥氏体不锈钢；对于低温介质的管道应选用低温阀门，低温阀门根据温度分为：D型 低温（-46），D型 低温（-101），D型 低温（-196）。脱硫 脱碳等级表.xls2.2 硫酸生产装置2.2.1 转化单元中存在高温SO2和SO3工艺气体的氧化和硫化； SO2和SO3工艺气体有温度高，压力低，管径大的特点，其管道材料设计中对于管径DN200mm的钢管均采用现场钢板卷制焊接钢管，管道材料的选用根据设计温度做以下划分：T350，材料选用普通碳素体钢（如：Q235B）; 350T475，材料选用Q345; T475，材

7、料选用0Cr18Ni9；阀门选用对焊蝶阀（DN100mm）；DN200mm的管件均采用现场制做。硫酸装置等级表.xls2.2.2 干吸单元中存在高温硫酸（操作温度T110），管道材料的选用316L+阳极保护的防腐蚀措施。2.3 磷酸/磷铵生产装置2.3.1 用硫酸或硝酸、盐酸等分解磷矿制得磷酸通称为湿法磷酸，工业生产中大多用硫酸分解磷矿。湿法磷酸生产装置用的防腐蚀材料有不锈钢和耐蚀合金以及非金属材料两大类。常见的腐蚀形态有点蚀、腐蚀-磨蚀、应力腐蚀和晶间腐蚀等。在具体的工程设计中管道材料的选用如下：磷酸反应料浆、磷铵料浆、浓磷酸、稀磷酸和回磷酸介质的管道材料可选用00Cr17Ni14Mo2；酸

8、性循环水、洗涤液、氟硅酸介质的管道材料可选用钢骨架复合HDPE；尾气（含氟）介质的管道材料可选用FRP；磷酸磷铵等级表.xls2.4 羰基镍/羰基铁生产装置 根据职业性接触毒物危害程度分级GB5044的规定，介质羰基镍/羰基铁是级（极度危害）的毒物，该类介质的管道材料设计有如下特点： 不锈钢钢管及对焊管件厚度的选用要求：DN(mm)厚度（最小值）(mm)DN(mm)厚度（最小值）(mm)152.51503.5202.520042532504.5（32）3300540335055034005（65）3.54505803.550061003.5（550）6（125）3.56006.5 法兰的选用要

9、求： 不应采用平焊（平板式）法兰； 除了采用焊唇垫片外，法兰公称压力的选用宜留有25%的裕量，且不应低于公称压力2.0MPa； 采用软垫片时，应选用凹凸面或榫槽面的法兰。 阀门的选用要求： 应采用防止阀杆填料处泄露的阀门，包括波纹管密封的截止阀、旋塞型和其他具有可靠的密封结构型式的阀门（如采用两段填料间加孔环并带小引出口的结构）。具体的管道材料设计见管道材料等级表。羰基镍 羰基铁等级表.xls 第三章 管道材料专业在工程设计中经常遇见的一些问题3.1 管道材料等级表中其它Others栏中的备注说明是非常重要的，这些备注说明不能在数据库中完全体现出来，必须要管道专业在接收到管道材料等级表后要仔细

10、阅读，并在随后的工程设计中按备注说明的要求进行设计；对于有些备注说明，管道专业还必须把这些备注说明写到施工图说明里；管道材料等级表-备注.xls3.2 氧气管道材料的选用除了要满足温度、压力及流速等工艺参数外，还和工艺方案的选择有很大关系。例如：当氧气管道上调节阀组设置独立阀门室或防护墙时（手动阀门的阀杆伸出防护墙外操作），管道材料的选用可按温度、压力及流速等工艺参数进行选取；当调节阀组不单独设置阀门室或防护墙时，氧气调节阀前后8倍调节阀公称直径的范围内，应采用铜合金（含铝铜合金除外）或镍基合金材质。3.3 在工程设计中经常会碰到这种类型的工程，该工程的基础设计是由一些国外工程公司完成的，其要

11、求全部采用ASTM或DIN标准材料以及ASME或DIN制造标准，而该工程的详细设计和采购、施工又在国内进行，此时应采用国内材料替代国外材料。工程中常见的一些材料替代情况如下：国内的碳钢材料（20#钢）替代美标A53,A106,API 5L，不锈钢材料0Cr18Ni9替代美标A312 TP304，不锈钢材料00Cr19Ni10替代美标A312 TP304L，0Cr17Ni12Mo2替代美标A312 TP316，00Cr17Ni14Mo2替代美标A312 TP316L，耐热合金钢材料15CrMo替代美标A335 P12，12Cr2Mo替代美标A335 P22等等，在替代时应特别注意两者的使用范围、

12、强度等的区别。H02-7C001.pdf3.4 在工程设计中常会遇见两种不同金属材料之间的连接，对于异种金属材料之间的连接，宜优先选择法兰连接的形式，如要采用焊接连接的形式，则需注意异种钢之间的焊接问题；有关异种钢焊接是有相关标准规范的，例如石油化工异种钢焊接规程SH/T 3526-2004，管道专业还必须把异种钢焊接所遵循的标准规范写到施工图说明里。SHT 3526-04 石油化工异种钢焊接规程.pdf3.5 新的管道命名表中有了关于管道施工中无损检测的检查方法和比例的要求，管道专业在完成该管道命名表时，常会有关于无损检测的检查方法和比例如何确定的问题；以下列出的几个标准规范中均有关于无损检

13、测的检查方法和比例的规定；管道专业可参考上述标准规范来完成该管道命名表。3.5.1 压力管道规范 工业管道 第5部分：检验和试验中第26页；GBT 20801.5压力管道规范 工业管道 第5部分：检验与试验.pdf3.5.2 工业金属管道设计规范 GB 50316-2000(2008年版)中第145146页；GB 50316-2000 (2008年版) 工业金属管道设计规范.pdf3.5.3 工业金属管道工程施工及验收规范GB 50235-97中第3536页；工业金属管道工程施工及验收规范（GB50235-1997）.pdf3.5.4 石油化工有毒、可燃介质管道工程施工及验收规范 SH3501

14、-2002中第1314页；SH3501-2002 石油化工有毒可燃介质管道工程施工及验收规范.doc3.5.5输送氧气介质的管道，管道的焊缝检查应采用射线检测，当采用水压试验时，检测的数量和标准应按下表要求执行；设计压力 p/MPa射线照相比例焊缝质量评定 GB/T3323p4.0100%级1.0p4.040%（固定焊口）15%（转动焊口）级p1.010%级低温液体管道100%级当采用气体做压力试验时，焊缝的射线检测要求如下：设计压力p0.6MPa时，检测比例不小于15%，焊缝质量等级不低于级；设计压力0.6p4.0MPa时，检测比例为100%，焊缝质量等级不低于级；（上述数据出自深度冷冻法生

15、产氧气及相关气体安全技术规程 GB 16912-200）。第四章 管道材料选材应满足管内介质对材料耐腐蚀性（包括磨蚀）温度、压力方面的要求1)耐腐蚀：酸、碱、尿素、NH3、氢、氧、氯离子、硫化氢汽、CO2汽等在不同温度不同浓度下的腐蚀性。耐腐蚀等级分类分类年腐蚀率充分耐腐蚀材料0.05mm/年（可充分使用）耐腐蚀材料0.050.1mm/年（可使用）尚耐腐蚀材料0.10.5mm/年（可加大腐蚀裕度）不耐腐蚀材料0.5 mm/年（不能用）要考虑磨蚀：加腐蚀裕量2）耐温度要根据金属材料的最高使用温度及低温材料能耐的最低温度选材。碳钢Q235AF-10250Q235A、B-10350Q235C-104

16、0010#-3042520#-2042516Mn-40450低温碳钢A106-28.956509MnD-5035009Mn2VD-5010009MnNiD-7035016MnD-403503.5Ni-101铬钼钢12CrMo52515CrMo55012Cr1MoV5751Cr5Mo600奥氏体不锈钢(C0.04%)500600316-196500（max700）321-196600（max 700）超低碳不锈钢(C0.03%)304L-196400（max 425）316L-196450（max 450）注：铸铁（一般不用于压力管道） 普通灰铸铁不得用于有毒可燃或温度急剧变化的受压管道，但可用

17、于设计温度0150，设计压力1.6MPa的一般介质管道。特殊情况输送可燃流体，但T设150，P设1.0MPa。 球墨铸铁-20343 2.5 MPa，常温下可用于4.0MPa 可锻铸铁 -20343，对可燃介质仅用于设计温度150，设计压力2.5MPa要区别使用镇静钢与沸腾钢 输送极毒、高度毒性、可燃介质、液化烃的压力管道应用镇静钢。 输送可燃介质管道不得采用沸腾钢制造 含C量0.24%的钢材，不宜用于焊制管子和管件。3）耐压力（与温度共同对管材壁厚强度的要求） 管表号的含义 Sch.NO=1000P/ Sch的数值相当于钢管为100MPa时的承压能力（bar）。 Sch.NO适用于表达一定承

18、压范围内多个公称直径管子的壁厚，将钢管壁厚系列化，便于组织批量生产。壁厚（mm）t 1000P DO壁厚（mm）t = + C . 1750 式中：P. 内压；MPa . 许用应力；MPa DO，外径；mm C. 腐蚀裕量；mm（2.54mm）.焊缝系数2工程可用钢管1） 分类 （1）按材料 （2）按用途 （3）按制管工艺 无缝（热轧、冷拔、冷轧、锻造、离心铸造） 有缝（焊接）1. 直缝（焊接：ERW、EFW、EAW、GTAW、GMAW、PAW、FCAW、SMAW）2. 螺旋焊缝（ERW、SAW） 其中：ERW、电阻焊 EFW、电熔焊SAW、埋弧焊GTAW、手工或自动惰性气体保护钨极电弧焊GM

19、AW、金属极惰性气体保护电弧焊PAW、等离子焊FCAW、CO2药芯焊丝保护焊SMAW、焊条电弧焊i 连续炉焊钢管仅用于水及压缩空气ii 电阻焊管：以管子（带卷）本身作为电流回路，利用电阻加热的同时，在压力作用下连续对接焊接的管子，用于200无毒介质，不得用于剧烈循环工况。iii 电熔焊管：采用自动电弧焊或手工电弧焊，在预成形的坯料上纵向对接焊成的管子iv 直缝埋弧焊管1.6MPa ，水、空气、蒸汽、低压煤气及非极毒介质v GB9711螺旋焊天然气钢管，中度及轻度毒性介质300 钢管、水煤气输送钢管1.0MPa 0200（4）管子和管件 4.1 碳钢、奥氏体不锈钢钢管及其对焊管件应符合表1的规定

20、。 表1 碳钢、奥氏体不锈钢钢管及其对焊管件标准材料（牌号）制管工艺使用限制GB/T 30912001碳素结构钢a电阻焊焊管b1 按2.2条规定a，且设计压力不大于 1.6 MPa；2 不得用于剧烈循环工况电熔焊焊管及其对焊管件按2.2条规定a 不得用于剧烈循环工况 GB/T 9711.11997L210L245L290电阻焊焊管b不得用于GC1级管道； 不得用于剧烈循环工况； 设计压力不大于4.0MPa电熔焊焊管及其对焊管件不得用于GC1级管道GB/T 81631999GB 30871999GB/T 9711.11997碳钢无缝管及其对焊管件GB/T 127712000HG/T 20537.

21、31992奥氏体不锈钢电熔焊焊管（不添加填充金属） 及其对焊管件不得用于GC1级管道； 不得用于剧烈循环工况 HG/T 20537.41992纵缝未作射线检测的电熔焊焊管（添加填充金属）及其对焊管件 a 2.2条规定：a,不得用于GC1管道；b，Q215A,Q235A等A级镇静刚钢仅限于非可燃及非有毒流体，P设1.6MPa，T设350；c，Q215B,Q235B级镇静钢P设3.0 MPa，T设350d，对焊接而言，含硫量不得大于0.3%，A级16，B级20，F级半镇钢12b 也适用于采用碳素结构钢钢板制造的对焊管件。 c 不得采用电阻焊焊管制造对焊管件。4.2 在剧烈循环工况下选用钢管、有色金

22、属管和对焊管件时，应符合下列规定： a) 应采用附录A中表 A.1所列无缝管、纵向焊接接头系数大于或等于0.90的焊管和板焊管，不得选用电阻焊(ERW)焊管以及未经射线照相检测的电熔焊(EFW)焊管； b) 应采用无缝管件、纵向焊接接头系数不小于 0.90 的板制对焊管件和质量系数 C。不小于 0.90 的铸件。 4.3 碳钢和铬钼合金钢 a) 用于焊接的碳钢、铬钼合金钢，含碳量应不大于 0.30； b) 对于 L290 (GB/T 9711.11997) 和更高强度等级的高屈强比材料，不宜用于设计温度大于200的高温管道； c) 对于2.25Cr-1Mo 钢，当使用温度大于 455 时，焊缝

23、金属的含碳量应大于 0.05。 4.4 奥氏体不锈钢 a) 低碳 (C0.08) 非稳定化不锈钢 (如 0Crl8Ni9、0Cr17Ni12Mo2) 在非固溶状态下(包括固溶后经热加工或焊接)不得用于可能发生晶间腐蚀的环境； b) 超低碳不锈钢不宜在 425以上长期使用。 （5）常用钢管5.1 碳钢5.1.1 电阻焊管（ERW） GB/T 3091Q215AA400a,b,n GB/T 9711.1L210B400b,d,m GB/T 3091Q235AA400a,b,n GB/T 3091Q235BA400b,n GB/T 9711.1L245B400b,d,m GB/T 9711.1L29

24、0A400b,m5.1.2 电熔焊、埋弧焊管（EFW/SAW）GB/T 700, Q215AGB/T 3091Q215A A 350a,b,nGB/T 700, Q235AGB/T 3091Q235A A 350a,b,nGB/T 700, Q235BGB/T 3091Q235B A 350b,nGB/T 9711.1L245 B 400b,d,mGB 6654, 20Rh 20R B 400b,d,hGB 713, 20gh 20g B 400b,d,hGB 713, 16Mngh 16Mng A 400b,d,hGB 6654, 16MnRh 16MnR B 400b,d,hGB 713,

25、 22Mngh 22MngA 400b,d,hGB/T 9711.1 L290 A 400b,m5.1.3 无缝管 GB/T 816310B400b,d,m GB/T 9711.1L210B400b,d,m GB 994810B400b,d GB 647910B400b,d GB 308710B400b,d,m GB/T 9711.1L245B400b,d,m GB/T 816320B400b,d,m GB 308720B400b,d,m GB 531020GB400b,d GB 531020MnGB400b,d GB 647920B400b,d GB 994820B400b,d GB/T 9

26、711.1L290A400b,h,m GB/T 8163Q345B400b,m GB 531025MnGB400b GB 647916MnB400b5.2 低温钢5.2.1 低温电熔焊、埋弧焊管（EFW/SAW）GB 6654, 20Rh 20R -20350h,kGB 6654, 16MnRh 16MnR-20350h,kGB 3531, 16MnDRh 16MnDR-40350hGB 3531, 16MnDRh 16MnDR-30350hGB 3531, 09MnNiDRh 09MnNiDR -70350h5.2.2低温无缝管GB 6479 10-30350kGB 6479 20-2035

27、0kGB 6479 16Mn -40350kGB/T 18984 10MnDG-46350GB/T 18984 06Ni3MoDG-1013505.3 合金钢5.3.1 电熔焊管（EFW）GB 6654, 15CrMoRh 15CrMoR-20 550d,hGB 6654, 14Cr1MoRh 14Cr1MoR-20 550d,hGB 150, 12Cr2Mo1Rh 12Cr2Mo1R-20 575d,h5.3.2 无缝合金钢管GB 6479 15CrMo -20 550dGB 5310 15CrMoG-20 550dGB 9948 15CrMo-20 550dGB 5310 12Cr2Mo-20 575dGB 647912Cr2Mo-20 575dGB 647910MoWVNb-20 500pGB 64791Cr5Mo-20 600GB 99481Cr5Mo-20 6005.4 不锈钢5.4.1 电熔焊不锈钢管（EFW）(一)GB/T 127710Cr18Ni10Ti (321)-253525b,cHG/T 20537.30Cr18Ni10Ti (321)-253525