第一篇 第十二章管阀基本知识Word格式.docx
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根据外力作用的性质不同,强度可分为抗拉强度、抗压强度和抗弯强度。
常用的强度指标有:
弹性极限——管材在外力作用下能保持弹性变形时的最大应力。
用e表示。
屈服极限(也叫屈服强度)——管材产生屈服时的应力,用s或0.2表示。
强度极限(抗拉极限)——管材在拉断前能承受的最大应力,用b表示。
(2)刚度:
管材的刚度是指管材抵抗弹性变形的能力。
(3)塑性:
管材的塑性是指管材在外力作用下产生塑性变形而不破坏的能力,常用的塑性指标有管材的延伸率()和断面收缩()。
(4)硬度:
管材的硬度是指管材抵抗硬物压人其表面的能力。
工程上常用硬度有布氏硬度和洛氏硬度。
(5)冲击韧性:
管材的冲击韧性是指管材抵抗冲击载荷的能力。
(6)疲劳强度:
管材的疲劳强度是指其经受无数次应力循环而不破坏的最大应力。
2.管材的物理化学性能
金属管材的物理性能主要是指密度、熔点、热膨胀性、导热性和电磁性。
化学性能主要是指管材的耐腐蚀性能。
3.管材的工艺性
管材的工艺性主要是指其能够适应加工工艺要求的能力。
如焊接性、切割性等。
4.常用机械无缝钢管的性能
常用无缝钢管的钢号、化学成分和机械性能,见表12-1。
表12-1常用无缝钢管的钢号、化学成分和机械性能
钢号
化学成分
机械性能
机械强度
b
MPa
屈服点
s
伸长率
%
不小于
10
按GB699—88(优质碳素结构钢)的规定和GB1591—88(普通低合金钢)的规定
340
210
21
15
380
230
22
20
400
250
25
280
19
30
500
290
18
35
520
310
17
40
560
320
45
600
14
50
630
360
12
09MnV
(440)
(300)
(22)
16Mn
(520)
(350)
(21)
15MnV
(540)
(400)
(18)
注:
表中括号内的性能指标供参考
三、管材的选用和检验
1.管材的选用
管材的选用,首先应按设计要求,选用符合施工图指定的管材种类和规格。
当确有困难时,应按我国常有配管用钢管见表12-2。
选出符合工艺要求的管材与规格。
表12-2中国常用配管用钢管
钢管名称
及标准号
规格尺寸
范围
制造方法
或/和交货状态
适用范围
注
低压流体输送用镀锌焊接钢管GB3091-82
DN(mm)
615普通管,加强管
B3F
(B2F,BJ2,BJ3)
0100C
0.6MPa,水、空气
代替
YB234-63
1983-03-1实施
低压流体输送用焊接钢管GB3092-82
同上
炉焊、电焊
以不带螺纹按原制造状态
>
DN10mm的钢管可带螺纹
流体输送用电焊钢管YB(T)30-86
DN6150
薄壁
普通管
加厚管
电焊以不带螺纹按原制造状态>
YB822-57
《圆锥状管螺纹》
输送流体用无缝钢管GB8163-87
热轧外径32630冷拔外径6200
10、20:
优质碳素钢
热轧(挤压、扩)以热轧状态或热处理状态
冷拔(轧)管以热处理状态
-20450C
-70100C
-40450C
YB231-70
石油裂化用无缝钢管
GB9948-88
外径
10273
热轧管终轧,冷拔管正火
炉管,换热器管和配管用
代替YB237-70
12CrMo、15CrMo:
合金钢
热轧管终轧+回火
冷拔管正火+回火
-40525C
-40550C
1Cr2Mo、1Cr5Mo:
耐热钢
1Cr19Ni9、
1Cr19Ni11Nb:
不锈钢
-40600C
-196700C
退火
固溶处理
水压流体输送用螺旋缝埋弧焊钢管SY5036-83
323.96
222016
Q235AF
RJ216-392
热轧钢带卷常温螺旋成形采用双面埋弧焊
钢带对头焊缝也可单面焊双面成形
200C
1.0MPa的非剧毒介质
未考虑高温状态使用
符合API-5LS标准规定的A、B、X42、X46、X52、X56、X60、X65、X70级钢种
一般低压流体输送用螺旋缝埋弧焊钢管
SJ5037一83
219.95
同上
热轧钢带卷常温螺旋成形,采用双面自动埋弧焊或单面焊双面焊时,内焊缝可采用气体保护焊
水、煤气、空气、蒸汽未考虑高温状态使用
水压流体输送用螺旋缝高频焊钢管SY5038—83
168.34
406.48
=4,5,6,7,8
Q235A
RJ216255
热轧钢带卷常温成形,采用高频搭接焊,钢带对头焊缝采用铜垫或焊剂垫的单面焊双面成形法
1.0MPa的非剧毒
介质
一般低压流体输送
用螺旋缝高频焊钢管
SY5039一一83
出厂静水压试验应力值较SY5038--83约低20%
低中压锅炉用无缝钢管GB3087--82
外径10426
热轧管以热轧状态,冷拔(轧)钢管以热处理状态交货
各种结构锅炉用和机车锅炉用
精度分普通级和高级两种,其外径和壁厚的允许偏差不同
高压锅炉用无缝钢管
GB5310-85
外径热轧
22530
冷拔(轧)
10108
20G
正火
适于高压及其以上压力的水管锅炉受热面用的优质碳素钢,合金钢和不锈耐热钢元缝钢管
12CrMo
15CrMo
12Cr2Mo
正火+回火
12Cr1Mov
壁厚40mm调质处理
12Cr2MoWVTiB
12Cr3MoVSiTiB
12MoVWBSiXt
1Cr19Ni9
1Cr19Ni11Nb
流体输送用不锈
钢焊接钢管
GB12771--91
6560
1Cr18Ni9
Ocr19Ni9
00Cr19Nill
0Cr25Ni20
OCrl7Nil2Mo2
00Cr17Ni14Mo2
OCr18Ni11Ti
(1cr18Ni9Ti)
OCr18Ni11Nb
00Cr17
00Cr18MO2
OCrl3
冷轧,以热处理状态交货,也可按其它状态交货固溶处理,退火处理
采用自动电弧焊或电阻焊的焊接方法制造
不锈钢无缝钢管
GB2270一80
热轧、热挤压:
外径54480
冷拔:
外径6200
0Cr13
lcr13
2Crl3
3Cr13
1Cr17Ni2
1Cr2STi
ICr21Ni5Ti
OCrl8Ni9Ti
00Crl8Ni10
1Crl8Ni9
1Crl8Ni9Ti
0OCr17Nil4Mo2
0OCrl7Ni14Mo3
OCrl8Ni12Mo2Ti
1Cr18Ni12Mo2Ti
1Cr18Nil2Mo3Ti
1Cr23Ni18
1Cr18Nil1Nb
热处理状态
-20600C
-196700
700
根据需方要求,并经双方协议,可生产规定之外的钢种
化肥设备用高压无缝钢管GB6479--86
外径厚14427340
10MnWVNb
热轧(挤压)或冷拔(轧)正火(当热轧管终轧温度符合正火温度时,允许用终轧代替正火)
-404000C,1032MPa的化工设备和管道用
1Cr5.Mo
2.管材的检验
(1)钢管及其管件必须有出厂合格证明书,否则应补作所缺项目的检验,其指标应符合国家或行业标准。
(2)钢管、管件在使用前应按设计要求核对其规格、材质、钢号。
(3)钢管、管件在使用前要仔细检查其外表面,要求其无裂纹、夹渣、重皮,并不得有超过壁厚负偏差的锈蚀与凹陷。
(4)直径大于600毫米钢板卷管,有两道接缝时,两接缝间距应大于300毫米。
(5)钢板卷管所有焊缝都应经煤油渗漏试验合格后方可使用。
四、工业管道的分类与分级
1.按介质温度分类(见表12-3)
表12-3工业管道按介质温度分类
分类名称
介质温度
常温管道
低温管道
中温管道
高温管道
工作温度一40~120t
工作温度一40℃以下
工作温度121~450℃
工作温度超过450℃
按介质压力分类(见表12-4)
表12-4工业管道按介质压力分类
压力值,MPa
低压管道
中压管道
高压管道
超高压管道
公称压力不超过2.5
公称压力4~6.4
公称压力10一100
公称压力超过100
2.管道的分级(见表12-5)
表12-5工业管道的分级
级别
操作压力MPa
操作温度C
Ⅰ
6.4
450
-140-45
Ⅱ
46.4
350450
-45-30
Ⅲ
1.64
200350
-30-20
Ⅳ
1.6
-20200
3.按压力与管材分类、按使用部位分级(见表12-6)
表12-6油田集输管道类别和等级划分方法
根据管道设计压力和材质进行分类
碳素钢压力范围MPa
10<
P32
4<
P10
1.6<
P4
P1.6
普通低合金结构钢压力范围,MPa
P>
P1.6
管道类别
Ⅴ
根据管道使用部位分级
管道等级
A
B
C
联合站外输油气管道
AⅠ
AⅡ
AⅢ
AⅣ
AⅤ
计量站至联合站管道
BⅠ
BⅡ
BⅢ
BⅣ
BⅤ
井口至计量站管道
CⅠ
CⅡ
CⅢ
CⅣ
CⅤ
五、钢管的公称直径(DN)
公称直径(DN)是表示管道系统中除了用外径表示的组成件以外的所有组成件通用的一个尺寸数字,在一般情况下它是一个完整的数字,与组成件的真实尺寸接近,但不相等。
表12-7公制和英制管子公称直径(DN)对照表
公制,mm
英制,in
6
8
(32)
(65)
80
(90)
100
1/8
1/4
3/8
1/2
3/4
1
2
3
4
(125)
150
(175)
200
(225)
300
350
5
7
9
16
24
28
800
900
1000
1100
1200
1400
1500
1600
1800
2000
2200
32
36
44
48
56
60
64
72
88
钢管的公称尺寸,在国际上都称为公称直径,而不称公称口径,主要是因为对于直径350毫米的管子,公称直径直径指的是外径而不是内径,但对于螺纹连接的管子及其管件,因其内径与公称直径往往很接近,故亦可称为公称口径。
公称直径有公制SI和英制两种,在两种制度中钢管的具体尺寸和相应的螺纹尺寸是一致的。
公制和英制的管子公称直径对照如表12-7所示。
公称直径的公制和英制的换算关系为:
1in=25mm。
六、平台上配管的标识
管道的标识,在配管中用管线的编号来标明,具体形式和内容如下:
保温型式(表12-11)
4”——PH——2401——FAH
管线材质(表12-10)
压力等级(表12-9)
管线编号(工艺定)
介质代号(表12-8)
管线公称直径(英寸)
表12-8介质代号
代号
名称
AI
仪表空气
AU
公用空气
CI
化学药剂
CP
凝析油
DC
闭式排放
DO
开式排放
DS
生活污水排放
FD
柴油
FH
高压放空
FK
压井介质
FL
低压放空
FM
热介质
GF
燃料气
GL
乙二醇
GP
工艺气体
PH
高压井口生产油气
PL
低压井口生产油气
PT
计量井口生产油气
VA
气体放空
WF
消防水
WS
海水
表12-9压力等级
编号
等级
150LB
300LB
C
600LB
D
900LB
E
1500LB
F
2500LB
表12-10管线材质
材质
碳钢
低温碳钢
G
镀锌
H
碳钢内涂塑
表12-11保温型式
岩棉保温
P
岩棉防烫
T
电伴热和岩棉保温
1/4D,(MAX,50)
管道的标识在平台上采用的方式是:
在管线阀门两侧的管子上及醒目处用黑色画上流向箭头及介质代号(见表12-8),其后用一颜色带表示液体介质,见图12-1和图12-2。
1/2D,(MIN,50;
MAX,100)
图12-1管道标识箭头
为区别电伴热保温与普通保温管线,在电伴热保温管线上要写有ELECTRICTRACE字样。
图12-2管道标识方法
七、法兰
1.法兰的分类
管道法兰按其与管子的连接方式分成以下五种基本类型:
(1)平焊法兰;
(2)对焊法兰;
(3)螺纹法兰;
(4)承插焊法兰;
(5)松套法兰。
图12-3法兰按与管子连接方式分类
2.各类法兰的特点及适用条件
(1)螺纹法兰
螺纹法兰是利用法兰内孔加工的螺纹与带螺纹的管子,旋合连接,不须焊接,因而具方便安装,方便检修的特点。
螺纹法兰有两种:
一种是利用加工成一定密封面的两个管端加透镜垫进行密封。
另一种与普通法兰一样,利用两个密封面密封。
螺纹法兰常用于不易焊接的场合,在温度高于260℃或低于一45℃的管道上不宜使用。
(2)平焊法兰
平焊法兰是将管于插入法兰内孔中进行焊接,具有容易对中找正,价格便宜的特点。
但由于在法兰面附近焊接容易损伤法兰面和引起法兰面变形,因此一般用于温度压力较低,不太重要的管道上。
平焊法兰分为二种,一种是板式平焊法兰,这种法兰刚性较差,焊接时易引起法兰面的变形,甚至在螺栓力的作用下也会变形,引起密封面的泄漏,因而一般用于压力温度较低,相对不太重要的管道上,石化工业中一般规定PN≤1.0MPa的水、低压蒸汽和空气管道上。
另一种是带颈平焊法兰,这种法兰的短颈使法兰刚度和其承载能力在有提高。
法兰本身的工艺较为简单。
完全适于过去国内习惯使用板式平焊法兰的场合,但在有频繁的大幅度温度循环的管道上不应使用。
(3)对焊法兰
对焊法兰是将法兰焊颈端与管子焊端加工成一定型式的焊接坡口后,直接焊接的。
这种法兰施工方便。
法兰强度高。
适应范围广,用于高温高压及低温的工艺管路均可以,是应用最广的法兰。
(4)承插法兰
承插法兰与平焊法兰相似,只是将管子插入法兰承插孔中进行焊接,一般用于小口径管道。
(5)松套法兰
松套法兰是将法兰松套在与管子焊好的翻边短节上,法兰密封面加工在翻边短节上。
特点是法兰体不与介质接触,法兰与翻边短节可分别采用不同的材料,这种法兰适用于腐蚀性较强的管路,可以节约耐腐蚀的不锈钢材料,同时松套法兰本身可以旋转易于安装。
(6)法兰盖
法兰盖也叫盲法兰,它是与管路上的法兰相配合使用的,因此使用时、法兰盖的密封面和公称压力应与管道上选用的法兰完全一致。
3.法兰密封面
常见密封面有宽面、光面、凹凸面、榫槽面和梯式槽面等,见图12-4:
图12-4 法兰密封形式
式分类
宽面密封面法兰主要用于铸铁设备和阀门的配对法兰,其法兰面上没有凸出部分,为一平面。
公称压力较低,我国石化工业管道很少采用这种密封面的法兰。
光面密封面法兰在管道工业中应用中最为广泛,在法兰面上有凸起的密封面。
凹凸密封面由二个不同的密封面一凹一凸组成,这种密封面减少了垫片被吹出的可能性,但汪能保护垫片不挤入管中。
这种法兰大量用于PN4.0MPa的法兰。
榫槽面和环连接面的密封面更优于凹凸面,垫片在槽内受两侧金属的限制,不会被吹出,也不会被挤入管内。
榫槽面法兰用平垫片,而环连接而刚用八角形或椭圆截面金属环垫,环垫连接面密封良好,适用于高温高压情况。
八、垫片
1.概述
工艺管线及设备的密封是消除跑、冒、滴、漏的重要方面,对降低产品消耗与改善环境污染也有着十分重要的意义。
垫片有非金属垫片、半金属垫片、金属垫片。
非金属垫片一般以石棉为主体配以橡胶等材料制作而成,通常用在操作压力较低,温度不高的管道上;
半金属垫片是由金属材料和非金属材料共同组合而成,常用的有缠绕式垫片和金属包垫片,它比非金属垫片所承受的压力温度要高;
金属垫片全部由金属制作,有波形、齿形、椭圆形、八角形和透镜垫等,它能承受高温和高压。
2.非金属垫片
(1)橡胶石棉板
橡胶石棉板有高压、中压、低压、耐油和高温耐油石棉板五种。
它的适应范围较宽,从介质来说它适应于水、盐水、空气、蒸汽、氨气、氨水、水煤气、裂解气、乙炔、乙烯、氯乙烯氟里昂、酸、盐类、油品(航空油除外)类和溶剂(苯除外)类。
①低压橡胶石棉板,它是灰色的,厚度从3.5~6.0毫米,耐压PN1.6MPa,耐温小于200℃。
②中压橡胶石棉板,红色,厚度1.0~2.0毫米,耐压PN4.0兆帕,耐温350℃以下。
③高压橡胶石棉板,紫色,耐压PN6.0兆帕,厚度从1.0~3.0毫米,耐温450℃以下。
④耐油橡胶石棉板,绿色,耐压PN1.6兆帕,耐温350℃以下。
⑤高温耐油石棉板,黑色,耐压PN4.0兆帕,耐温400℃以下,厚度为1.0~3.0毫米。
图12-6缠绕式垫片
图12-5聚四氟乙烯包覆垫式分类
(2)聚四氟乙烯包覆垫
一种适合强腐蚀介质和不允许污染物的垫片,在需洁净介质等管道上使用。
由于某种原因纯聚四氟乙烯有热蠕变特点,使用温度一般不超过150度,工作压力不大于4.0MPa。
其分为剖切型(机加工翅型)、机加工型(机加工矩型)和折包型。
垫片厚度为3mm,嵌入层为石棉橡胶板,包覆层为纯四氟乙烯,厚度为0.5mm。
3.半金属垫片
(1)缠绕式垫片是半金属垫片中最理想的一种,垫片的主体由V型或M型金属带填加不同的软填料用缠绕机螺旋绕制而成,适用范围见表12-12。
表12-12缠绕式垫片适用范围
法兰公称压力PN,MPa
介质温度℃
法兰密封面型式
垫片材料
油品、液化气
溶剂、氢气
高压氮气
2.5
4.0
201~300
201~450
光滑式
凹凸式
榫槽式
08(15)号钢带——石棉(石墨)带
催化剂和催化烟气
2.5,4.0
451~650
不锈钢带——石棉(石墨)带
蒸汽
251~450
(2)金属包石棉垫是用软金属包石棉板的结构,这种垫片目前用的较少,耐温与耐压情况视外包金属的材质而定,适用范围见表12-13。
表12-13波形铁包石棉垫片的选用
阀门及法兰公称压力PN,MPa
法兰密封面
油品、液化气、溶剂
光滑
凹凸面
马口铁(镀锡钢板)
石棉板
氢气、流化催化剂
2.5,4.0
4.金属垫片
(1)齿形垫
其齿形为密纹同心圆,密封性能好,硬度小于法兰密封面的硬度,厚度为3~5mm,主