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1、管道阀门密封法兰等等基本知识6 管道器材选用压力管道的管子及其元件的选用包括应用标准、材料标 准、结构形式、连接形式等内容的选定。它是管道压力等级 内容的延伸。压力管道的介质、操作条件种类繁多，在这里 不可能对各种情况都给出选用的标准，只能给大家一个思 路，在具体的设计工作中还要具体分析并注意总结经验。6.1 管子 管子是压力管道中应用最普遍、用量最大的元件，它的重量 占整个压力管道的近 2/3，而投资则占近 3/5。因此，管子选的好与坏、是否经济合理，直接影响着石油化工生产装置的 安全和基建投资费用。在我国的钢管制造标准中，有 结构用钢管和流体输送用钢管 之分。结构用钢管 ： 主要用于一般金

2、属结构如桥、梁、钢构架等， 它只要求保证强度与刚度，而对钢管的严密性不作要求。流体输送用钢管 ：主要用于带有压力的流体输送，它除了要 保证有符合相应要求的强度与刚度外， 还要求保证密闭性 ， 即在出厂前要求逐根进行水压试验 。对压力管道来说，它输 送的介质常常是易燃、 易爆、 有毒、 有温度、 有压力的介质， 故应选用流体输送用钢管。在实际的工程设计、采购和施工中，经常发现有用结构用钢 管代替流体输送用钢管的现象，这是不允许的。常用的焊接钢管标准有：GB/T3091 流体输送用焊接钢管GB/T9711.1 1997石油天然气工业输送钢管交货技术条件HG50237.14 奥氏体不锈钢焊接钢管 目

3、前，常用的焊接钢管根据其生产时采用的焊接工艺不同可 以分为： 连续炉焊 （锻焊）钢管、电阻焊钢管和电弧焊钢管 三种。a.连续炉焊（锻焊）钢管然后对连续炉焊 （锻焊）钢管 是在加热炉内对钢带进行加热， 已成型的边缘采用机械加压方法使其焊接在一起而形成的 具有一条直缝的钢管。点： 生产效率高，生产成本低；但焊缝质量差，综合材料牌号：Q195A 、Q215A 、Q235A 三种机械性能差。用 途：适于设计温度为 0100 C、设计压力不超过 0.6MPa的水和压缩空气系统。标 准： GB/T3091 流体输送用焊接钢管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

4、的钢管 特 点：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。标 准： SY/T5038 普通流体输送用螺旋缝高频焊钢管用 途：适用于设计温度 200C的水、煤气、空气、采暖蒸汽等 标 准： GB/T9711.1 1997石油天然气工业输送钢管交货技术条件 材料牌号： L 175、 L210，L245，L290，L320，L360，L450等 15 种压）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。特 点：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

5、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螺旋缝 钢管材料牌号：Q195、 Q215、 Q235 三种用条件而取代之。用 途：适用于设计温度 200C的水、煤气、空气、采暖蒸汽等 标 准： SY/T5037 普通流体输送用螺旋缝埋弧焊钢管直缝钢管材料牌号： 1Cr18Ni9、 0Cr19Ni9、 00Cr19Ni11 、0Cr18Ni10Ti 、 0Cr17Ni12Mo2 、 00Cr17Ni14Mo2 共 12 种 用 途：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 标 准： GB12771 流体输送用不锈钢焊接钢管

6、HG50237.14奥氏体不锈钢焊接钢管6.1.2 无缝钢管 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.材料牌号：10、 20、 09MnV、 16Mn 共 4种碳素钢无缝钢管标 准： 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：材料

7、牌号： 10、 20、 09MnV、 16Mn适用范围：设计温度小于 350C、压力低于10MPa的油品、油气和公用介质G B6479 ：适用范围：设计温度40400 C、设计压力10.032.0 MPa的油品、油气GB9948：材料牌号：10 、 20 共 2 种GB3087：适用范围：低中压锅炉的过热蒸汽、沸水等GB5310：材料牌号： 20G 1 种 适用范围：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

8、 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

9、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/T8163GB3087GB9948GB531050的管道及其元件常用的一种连接型式。对于采用对焊DNC 40的管子及其元件，因为它的壁厚一般较薄，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DNC 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DNC 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

10、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DNC40、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。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 DNC40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。常用的管件中，螺纹短节为阳螺纹，而弯头、三通、管帽、螺纹连接件有阳

11、螺纹和阴螺纹之分。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 C及低于-45 C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

12、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螺纹标志代号：R（圆锥外螺纹）尺寸范围： 1/16 ”6”Rc （圆锥内螺纹）GB12716 为 600锥管螺纹等同采用（ ANSI/ASME B螺纹锥度为： 1： 16；牙型角： 600尺寸范围： 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

13、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

14、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，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DNC 100、介质压力低于1.0MPa的条件。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

15、代替， 以便于管子的吹扫和清洗。它一般是指DNC 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。6.2.4 常用管件标准 国家标准 ：GB1245990 钢制对焊无缝管件 DN=10500mm A、 B系列GB/T13401 92 钢板制对焊无缝管件 DN=350 1200mm A 、 B 系列GB/T1 4383 93 锻钢制承插焊管件 DN=1580mm A、 B系列GB/T1 4626 93 锻钢制螺纹管件 DN=8100GB/T17185 1997 钢制法兰管件 DN=25 600mm PN 2.0， 5

16、.0，11.0，15.0，26.0MPa中石化标准：SH 3408 - 1996钢制对焊无缝管件 DN = 15-500mmSH 3409 - 1996 钢板制对焊管件 DN = 200 - 1200mmSH 3410-1996 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 -600mmPN 25，40， 64，100kg/cm2HG/T21631 -1990钢制有缝对焊管件 DN=300 - 1000mm石油部标准

17、 ：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ANSI B16.9 和 ANSIB16.28 。锻钢制承插焊和螺纹管件均等 有效采用 ANSI B16.11 。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。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

18、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。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SH 3406 HG20592 JB/T74 -90GB9112

19、 号9620635979420001全平面（FF）全平面（FF）平面（FF）2凸台面（RF）突面（RF）凸面突面（RF）3凹凸面（MF ）凹凸面（MFM ）凹凸面凹凸面（MF ）4榫槽面（TG）榫槽面（TG）榫槽面榫槽面（TG）5榫槽面（TG）环连接面（RJ）环连接面环连接面（RJ）表6-2结构型式代号对照表序SH 3406 -HG20592 JB/T74 90GB9112 t=r. 号9620635979420001对焊（WN ）对焊（WN ）对焊（）对焊（）2承插焊承插焊（SW）承插焊（）(SW)3平焊（SO）平焊（SO）平焊（）平焊（）4螺纹（PT）螺纹（Th）螺纹（）5松套（LJ）松套

20、（PJ/LF）松套（）松套（）6法兰盖（-）法兰盖（BL）法兰盖（）法兰盖（）7整体法兰（IF ）整体法兰整体法兰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 PNC 10.0MPa , DNC 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

21、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、阀门等做成体，这种型式在设备和阀门上常用。b.密圭寸面型式的选用: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焊型式配合使用，在美式法兰中,常用在 PN2.0、PN5.0凸台面密封面：是应用最广的一种型式，它常与对焊和承插和部分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， 在欧式法兰 中常用在 PN4.0、 PN6.4MPa 等级 中

22、。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。 在美式法兰压力等级中。在欧式法兰 中常用在 PNl0.0、PN16.0、PN25.0、中，常用在 PN10.0（部分）、PN15.0、PN25.0、PN42.0MPaPN32.0、 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

23、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

24、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常用的垫片可以分为三大类，即非金属垫片、半金属垫片和果影响很大。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。适用范围：TW 260C, PNC 2.0MPa (SH 3401)TW 40（E, PNC 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： 适用范围：T = - 18020