各種壓力鋼管、壓力管道、壓力管件、鋼材 選用原則匯總
各種壓力管道、管件材料選用原則匯總
6.1.2 無縫鋼管
無縫鋼管 是采用穿孔熱軋等熱加工方法制造的不帶焊縫的鋼管。必要時(shí), 熱加工后的管子還 可以進(jìn)一步冷加工至所要求的形狀、尺寸和性能。
目前,無縫鋼管(DN15-600)是石油化 工生產(chǎn)裝置中應(yīng)用最多的管子。
a. 碳素鋼無縫鋼管
材料牌號(hào):10、 20、 09MnV 、 16Mn 共 4種
標(biāo) 準(zhǔn):GB8163《流體輸送用無縫鋼管》
GB/T9711.1-1997《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件》
GB6479《化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管》
GB9948《石油裂化用無縫鋼管》
GB3087《低中壓鍋爐用無縫鋼管》
GB5310《高壓鍋爐用無縫鋼管》
材料牌號(hào):10、 20、 09MnV 、 16Mn
適用范圍:設(shè)計(jì)溫度小于 350℃、壓力低于 10MPa 的油品、油氣和公用介質(zhì)
GB6479:
材料牌號(hào):10、 20G 、 16Mn 共 3種
適用范圍:設(shè)計(jì)溫度-40~400℃、設(shè)計(jì)壓力 10.0~32.0MPa 的油品、油氣
GB9948:
材料牌號(hào):10、 20共 2種
適用范圍:不宜采用 GB/T8163鋼管的場(chǎng)合。
GB3087:
材料牌號(hào):10、 20共 2種
適用范圍:低中壓鍋爐的過熱蒸汽、沸水等
GB5310:
材料牌號(hào):20G 1種
適用范圍:高壓鍋爐的過熱蒸汽介質(zhì)
檢驗(yàn) :一般流體輸送用鋼管必須進(jìn)行化學(xué)成分分析、拉力試驗(yàn)、壓扁試驗(yàn)和水壓試驗(yàn)。GB5310、 GB6479、 GB9948三種標(biāo)準(zhǔn)的鋼管,除了流體輸送用鋼管必須進(jìn)行的試驗(yàn)外,還要 求進(jìn)行擴(kuò)口試驗(yàn)和沖擊試驗(yàn);這三種鋼管的制造檢驗(yàn)要求是比較嚴(yán)格的。
GB6479標(biāo)準(zhǔn)還對(duì)材料的低溫沖擊韌性做出了特殊要求。
GB3087標(biāo)準(zhǔn)的鋼管,除了流體輸送用鋼管的一般試驗(yàn)要求外,還要求進(jìn)行冷彎試驗(yàn)。GB/T8163標(biāo)準(zhǔn)的鋼管, 除了流體輸送用鋼管的一般試驗(yàn)要求外, 據(jù)協(xié)議要求進(jìn)行擴(kuò)口試驗(yàn)和 冷彎試驗(yàn)。這兩種管子的制造要求不如前三種嚴(yán)格。
制造:
GB/T/8163和 GB3087標(biāo)準(zhǔn)的鋼管多采采用平爐或轉(zhuǎn)爐冶煉,其雜質(zhì)成分和內(nèi)部缺陷相對(duì)較 多。
GB9948多采用電爐冶煉。大多加入了爐外精煉工藝,成分和內(nèi)部缺陷相對(duì)較少。
GB6479和 GB5310標(biāo)準(zhǔn)本身規(guī)定了爐外精煉的要求, 其雜質(zhì)成分和內(nèi)部缺陷最少, 材料質(zhì)量 最高。
上述幾個(gè)鋼管標(biāo)準(zhǔn)的制造質(zhì)量等級(jí)從低到高的順序:
GB/T8163<GB3087<GB9948<GB5310<GB6479
選用 :
一般情況下, GB/T8163標(biāo)準(zhǔn)的鋼管適用于設(shè)計(jì)溫度小于 350℃、壓力低于 10.0MPa 的油品、 油氣和公用介質(zhì)條件下;
對(duì)于油品、油氣介質(zhì),當(dāng)其設(shè)計(jì)溫度超過 350℃或壓力大于 10.0MPa 時(shí),宜選用 GB9948或 GB6479標(biāo)準(zhǔn)的鋼管;
對(duì)于臨氫操作的管道, 或者在有應(yīng)力腐蝕傾向環(huán)境中工作的管道, 也宜使用 GB9948或 GB6479標(biāo)準(zhǔn)。
凡是低溫下 (小于-20℃ ) 使用碳素鋼鋼管應(yīng)采用 GB6479標(biāo)準(zhǔn), 只有它規(guī)定了對(duì)材料低溫沖擊 韌性的要求。
GB3087和 GB5310標(biāo)準(zhǔn)是專門為鍋爐用鋼管而設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)。《鍋爐安全監(jiān)察規(guī)程》 強(qiáng)調(diào)指出, 凡與鍋爐相連的管子都屬監(jiān)察范圍,其材料與標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用都應(yīng)符合《鍋爐安全監(jiān)察規(guī)程》的 規(guī)定,故鍋爐、電站、供暖以及石化生產(chǎn)裝置中用到的公用蒸汽管道 (由系統(tǒng)供給 ) 等都應(yīng)采 用 GB3087或 GB5310標(biāo)準(zhǔn)。
**值得注意的是,質(zhì)量好的鋼管標(biāo)準(zhǔn),鋼管的價(jià)格也比較高,如 GB9948比 GB8163材料的 價(jià)格高近 1/5, 因此, 在選用鋼管材料標(biāo)準(zhǔn)時(shí), 應(yīng)依據(jù)使用條件綜合考慮, 既要可靠又要經(jīng)濟(jì)。
b. 鉻鉬鋼和鉻鉬釩鋼無縫鋼管
石油化工生產(chǎn)裝置中,常用的 鉻鉬鋼和鉻鉬釩鋼無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn) 有
GB9948《石油裂化用無縫鋼管》
GB6479《化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管》
GB5310《高壓鍋爐用無縫鋼管》
GB9948包含的 鉻鉬鋼 材料牌號(hào):12CrMo 、 15CrMo 、 1Cr2Mo 、 1Cr5Mo 共 4種
GB6479包含的 鉻鉬鋼 材料牌號(hào):12CrMo 、 15CrMo 、 1Cr5Mo 共 3種
GB5310包含的 鉻鉬鋼和鉻鉬釩鋼 材料牌號(hào):15MoG 、 20MoG 、 12CrMoG 、 15CrMoG 、 12Cr2MoG 、 12Cr1MoVG 共 6種
c. 不銹鋼無縫鋼管
常用的不銹鋼無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)有:GB/T14976、 GB13296、 GB9948、 GB6479、 GB5310共五個(gè) 標(biāo)準(zhǔn)。其中,后三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中僅列出了兩三個(gè)不銹鋼材料牌號(hào),而且是不常用的材料牌號(hào)。因 此, 當(dāng)工程上選用不銹鋼無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)時(shí),基本上都選用 GB/T14976和 GB13296標(biāo)準(zhǔn)。GB/T14976《流體輸送用不銹鋼無縫鋼管》:
材料牌號(hào):0Cr18Ni9(304)、 00Cr19Ni10(304L)、 0Cr17Ni12Mo2 (316)、 00Cr17Ni14Mo2(316L)、 0Cr18Nil0Ti(321)、 0Cr18Ni11Nb(347)、 0Cr25Ni20(310)等 共 19種適于一般流體的輸送。GB13296《鍋爐、熱交換器用不銹鋼無縫鋼管》:
材料牌號(hào):0Cr18Ni9(304)、 00Cr19Ni10(304L)、 0Cr17Ni12Mo2 (316)、 00Cr17Ni14Mo2(316L)、 0Cr18Nil0Ti(321)、 0Cr18Ni11Nb(347)、 0Cr25Ni20(310)等 共 25種
※ “304” 代號(hào)為 ASTM 標(biāo)準(zhǔn)中的對(duì)應(yīng)牌號(hào)
※ 其中超低碳不銹鋼 (00Cr17Ni14Mo2、 00Cr19Ni10) 具有優(yōu)良的抗腐蝕性能, 在一定條件下, 可代替穩(wěn)定型不銹鋼 (0018Ni10Ti、 0Cr18Ni11Nb) 用于抗介質(zhì)的腐蝕;
※ 超低碳不銹鋼高溫機(jī)械性能較低,一般僅用于溫度低于 525℃的條件下;
※ 穩(wěn)定型奧氏體不銹鋼既具有較好的抗腐蝕性能, 又有較高的高溫機(jī)械性能, 但 0Cr18Ni10Ti 中的 Ti 在焊接過程中易被氧化而失掉,從而降低了其抗腐蝕性能,其價(jià)格較高,這類材料一 般用在較重要的場(chǎng)合。
※ 0Cr18Ni9、 0Cr17Ni12Mo2具有一般的抗腐蝕性能,價(jià)格便宜,因此被廣泛應(yīng)用。
6.2管件
常用的管件有 :彎頭、三通、異徑管(大小頭)、管帽、加強(qiáng)管嘴、加強(qiáng)管接頭、異徑短節(jié)、 螺紋短節(jié)、活接頭、絲堵、儀表管嘴、軟管站快速接頭、漏斗、水噴頭、管箍等。
管道的拐彎以前由現(xiàn)場(chǎng)煨制,該方法勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低,,材料的組織狀態(tài)和性能也不好, 而且往往因管壁厚減薄而導(dǎo)致拐彎處成為整個(gè)管道的薄弱環(huán)節(jié);管道的分支一般是在管子上 直接開孔連接,此處有時(shí)雖然進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng),但 . 焊縫一般為角焊縫,受力狀況不好,焊縫質(zhì)量也 不易控制,因此,該處往往也成為管道的薄弱環(huán)節(jié)。采用管件后,較好地解決了上述問題。因此,現(xiàn)在的壓力管道已大量采用各種各樣的管件,其投資約占整個(gè)管道投資的 1/5。
6.2.1連接形式
管件之間、管件和管子之間常用的連接型式有對(duì)焊連接、承插焊連接、螺紋連接和法蘭連接。
a. 對(duì)焊連接
它是 DN≥50的管道及其元件常用的一種連接型式。對(duì)于 DN≤40的管子及其元件,因?yàn)樗?壁厚一般較薄,采用對(duì)焊連接時(shí)錯(cuò)口影響較大,容易燒穿,焊接質(zhì)量不易保證,故此時(shí)一般 不采用對(duì)焊連接。但下列幾種情況例外:
1) 對(duì)于 DN≤40、壁厚大于等于 SCH160的管道及其元件,其壁厚已比較厚,采用對(duì)焊連接 時(shí)前面所述的問題已不存在,故也常用對(duì)焊連接;
2) 有縫隙腐蝕介質(zhì) (如氫氟酸介質(zhì) ) 存在的情況下,即使 DN≤40、壁厚小于 SCH160,也采用 對(duì)焊連接,以避免縫隙腐蝕的發(fā)生,此時(shí)在焊接施工時(shí)常采用小焊絲直徑、小焊接電流的氬 弧焊而不用一般的電弧焊;
3)對(duì)潤(rùn)滑油管道,當(dāng)采用承插焊連接時(shí),其接頭縫隙處易積存雜質(zhì)而對(duì)機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生不利影 響,此時(shí)也應(yīng)采用對(duì)焊連接;
b. 承插焊連接
它多用于 D N≤40、管壁較薄的管子和管件之間的連接。
承插焊連接必定為一個(gè)是插口,另一個(gè)則為承口管件。
一般異徑短節(jié)、螺紋短節(jié)等為 插口管件 ;
彎頭、三通、管帽、加強(qiáng)管嘴、活接頭、管箍等為 承口管件 。在應(yīng)用中應(yīng)考慮這些管件之間 的搭配組合以及所需的結(jié)構(gòu)空間。
c. 螺紋連接
螺紋連接也多用于 DN≤40的管子及其元件之間的連接。常用于不宜焊接或需要可拆卸的場(chǎng) 合。
螺紋連接件有陽(yáng)螺紋和陰螺紋之分。
常用的管件中,螺紋短節(jié)為陽(yáng)螺紋,而彎頭、三通、管帽、活接頭等多為陰螺紋,使用時(shí)應(yīng) 注意它們之間的搭配和組合。螺紋連接與焊接相比,其接頭強(qiáng)度低,密封性能差,因此其使 用時(shí),常受下列條件的限制 :
1) 螺紋連接的管件應(yīng)采用錐管螺紋;
2) 螺紋連接不推薦用在大于 200℃及低于-45℃的溫度下;
3) 螺紋連接不得用在劇毒介質(zhì)管道上;
4) 螺紋連接不推薦用在可能發(fā)生的腐蝕、縫隙腐蝕或振動(dòng)、壓力脈動(dòng)及溫度變化可能產(chǎn)生交 變載荷的管道上;
5) 用于可燃?xì)怏w管道上時(shí),宜采用密封焊進(jìn)行密封。
常用的錐管螺紋可分為:
550錐管螺紋 (多用于歐洲 )
600錐管螺紋 (多用于美國(guó) )
(ISO7/1)為 550錐管螺紋。日本標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)包含 550錐管螺紋和 600錐管螺紋兩種。
GB7306為 550錐管螺紋 等同采用 (ISO7/1)
螺紋錐度為:1:16;
牙型角:550
尺寸范圍:1/16”~6”
螺紋標(biāo)志代號(hào):R(圓錐外螺紋 )
Rc (圓錐內(nèi)螺紋)
GB12716為 600錐管螺紋等同采用(ANSI/ASME B 1.20.1)
螺紋錐度為:1:16;
牙型角:600
尺寸范圍:1/16”~12”
標(biāo)識(shí):NPT
兩種圓錐管螺紋不能互換。
6.2.2對(duì)焊管件
常用的對(duì)焊管件包括彎頭、三通、異徑管 (大小頭 ) 和管帽,前三項(xiàng)大多采用無縫鋼管或焊接 鋼管通過推制、拉拔、擠壓而成,后者多采用鋼板沖壓而成。
它們通過公稱壁厚等級(jí)(管子表號(hào)或壁厚值)來實(shí)現(xiàn)與管子等強(qiáng)度 ,至于其局部應(yīng)力集中的 補(bǔ)強(qiáng),是制造廠應(yīng)解決的事情。制造廠應(yīng)對(duì)對(duì)焊管件的強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì),并通過驗(yàn)證試驗(yàn)法進(jìn) 行驗(yàn)證。
a. 彎頭
長(zhǎng)半徑彎頭(R =1.5DN ) :一般情況下,應(yīng)優(yōu)先采用;
短半徑彎頭(R =1.0DN ):多用于尺寸受限制的場(chǎng)合。其最高工作壓力不宜超過同規(guī)格長(zhǎng)半 徑彎頭的 0.8倍。
彎管 (R =nDN ) :用于緩和介質(zhì)在拐彎處的沖刷和動(dòng)能, 可用到 R=3DN、 6DN 、 10DN 、 20DN 根據(jù)制造方法不同又分為推制彎頭、擠壓彎頭和焊制斜接彎頭
推制彎頭和擠壓彎頭:常用于介質(zhì)條件比較苛刻的中小尺寸管道上
焊制斜接彎頭:常用于介質(zhì)條件比較緩和的大尺寸管道上, 同時(shí)要求其彎曲半徑不宜小于其 公稱直徑的 1.5倍。當(dāng)斜接彎頭的斜接角度大于 450時(shí),不宜用于劇毒、可燃介質(zhì)管道上,或 承受機(jī)械振動(dòng)、壓力脈動(dòng)及由于溫度變化產(chǎn)生交變載荷的管道上。
b. 三通
同徑三通
異徑三通
y 型三通 常常代替一般三通,用于輸送有固體顆粒或沖刷腐蝕較嚴(yán)重的管道上。
四通
c. 異徑管 (大小頭 )…
通常有同心異徑管
偏心異徑管
d. 管帽 (封頭 ). .
有平蓋封頭
標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭
平封頭制造較容易,價(jià)格也較低,但其承壓能力不如標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭,故它常用于 DN≤100、 介質(zhì)壓力低于 1.0MPa 的條件下。標(biāo)準(zhǔn)橢圓封頭為一帶折邊的橢圓封頭, 橢圓的內(nèi)徑長(zhǎng)短軸之 比為 2:1,它是應(yīng)用最廣的封頭。
在很多情況下,如管廊上的管子端部,管帽都由法蘭代替,以便于管子的吹掃和清洗。
6.2.3承插焊和螺紋連接管件
它一般是指 DN≤40的管道元件,包括彎頭、三通、加強(qiáng)管嘴、加強(qiáng)管接頭、管帽、管箍、異 徑短節(jié)、活接頭、絲堵、儀表管嘴、軟管站快速接頭、水噴頭等。
6.2.4 常用管件標(biāo)準(zhǔn)
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) :
GB12459-90 鋼制對(duì)焊無縫管件 DN=10-500mm A、 B 系列
GB/T13401-92鋼板制對(duì)焊無縫管件 DN=350-1200mm A、 B 系列
GB/T14383-93鍛鋼制承插焊管件 DN=15-80mm A、 B 系列
GB/T14626-93 鍛鋼制螺紋管件 DN=8-100
GB/T17185-1997 鋼制法蘭管件 DN=25-600mm PN 2.0, 5.0, 11.0, 15.0, 26.0MPa 中石化標(biāo)準(zhǔn):
SH 3408-1996 鋼制對(duì)焊無縫管件 DN =15-500mm
SH 3409-1996 鋼板制對(duì)焊管件 DN =200-1200mm
SH 3410-1996鍛鋼制承插焊管件 DN=10-80mm
化工部標(biāo)準(zhǔn) :
HG/T21634-1990鍛鋼制承插焊管件 1/2” -11/2” , 3000及 6000磅
HG/T21635-1990碳鋼、低合金鋼無縫對(duì)焊管件 DN=50-600mm
PN 25, 40, 64, 100kg/cm2
HG/T21631-1990鋼制有縫對(duì)焊管件 DN=300-1000mm
石油部標(biāo)準(zhǔn) :
SY/T0510-1998鋼制對(duì)焊管件 DN=15-600mm
各種管件標(biāo)準(zhǔn),對(duì)焊無縫和鋼板制對(duì)焊管件均等有效采用 ANSI B16.9和 ANSIB16.28。鍛鋼 制承插焊和螺紋管件均等有效采用 ANSI B16.11。但各標(biāo)準(zhǔn)同類管件的結(jié)構(gòu)尺寸不盡相同。
6.3法蘭及緊固件
法蘭、墊片及螺栓三者組成管道中可拆卸的連接結(jié)構(gòu),壓力管道中應(yīng)用很普遍也是一種很重 要的連接形式。通常,法蘭、螺栓與墊片三者共同構(gòu)成一個(gè)密封副,三者共同作用,相輔相 承,才能保證接頭的良好密封。
盲板、 8字盲板、限流孔板、混合孔板等與法蘭、墊片及螺栓關(guān)系比較密切,常與它們配合 使用,一起進(jìn)行介紹。
6.3.1法蘭
法蘭是確定管道公稱壓力等級(jí)的基準(zhǔn)件。由前面的介紹可知,法蘭的種類很多,不同型式的 法蘭,其密封性能不同,適用場(chǎng)合也不同。在這里僅討論不同型式的法蘭應(yīng)如何選用,僅供 參考。
a. 法蘭種類
◆ 結(jié)構(gòu)型式 管道法蘭按與管子的連接方式分為以下六種基本類型:平焊、對(duì)焊法、承插 焊、松套、螺紋法蘭和整體法蘭,如圖 6-1。
圖 6-1 管道法蘭與管子的連接方式
◆密封面型式 法蘭密封面有全平面、凸臺(tái)面、凹凸面、榫槽面、環(huán)槽面等五種。見圖 6 -2。
圖 6-2 法蘭密封面型式
◆ 法蘭代號(hào)
不同的標(biāo)準(zhǔn)其法蘭的密封面及型式的名稱、代號(hào)略有區(qū)別。見表 6-1、表 6-2。
表 6-1 密封面名稱及代號(hào)對(duì)照表
表 6-2 結(jié)構(gòu)型式代號(hào)對(duì)照表
b .結(jié)構(gòu)型式的選用:
平焊法蘭:多用于介質(zhì)條件比較緩和的情況下,如低壓非凈化壓縮空氣、低壓循環(huán)水,它的 優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格比較便宜;
對(duì)焊法蘭:最常用的一種,它與管子為對(duì)焊連接,焊接接頭質(zhì)量比較好,而且法蘭的頸部利 用錐度過渡,可以承受較苛刻的條件;
承插焊法蘭:常用于 PN≤10.0MPa , DN≤40的管道中;
松套法蘭:常用于介質(zhì)溫度和壓力都不高而介質(zhì)腐蝕性較強(qiáng)的情況。當(dāng)介質(zhì)腐蝕性較強(qiáng)時(shí), 法蘭接觸介質(zhì)的部分 (翻邊短節(jié) ) 為耐腐蝕的高等級(jí)材料如不銹鋼等材料,而外部則利用低等 級(jí)材料如碳鋼材料的法蘭環(huán)夾緊它以實(shí)現(xiàn)密封;
整體法蘭:常常是將法蘭與設(shè)備、管子、管件、閥門等做成一體,這種型式在設(shè)備和閥門上常用。
b. 密封面型式的選用:
全平面密封面:常與平焊型式配合以適用于操作條件比較緩和的 (PNg1.0)工況下;常用于鑄 鐵法蘭或與鑄鐵連接的鋼法蘭;
凸臺(tái)面密封面:是應(yīng)用最廣的一種型式,它常與對(duì)焊和承插焊型式配合使用,在 " 美式法蘭 " 中,常用在 PN2.0、 PN5.0和部分 PN10.0MPa 壓力等級(jí)中;在 " 歐式法蘭 " 中則常用在 PN1.6、 PN2.5MPa 壓力等級(jí);
凹凸面密封面:常與對(duì)焊和承插型式配合使用,在 " 美式法蘭中不常采用,在 " 歐式法蘭 " 中常 用在 PN4.0、 PN6.4MPa 等級(jí)中。但它不便于墊片的更換;
榫槽面密封面:使用情況同凹凸面法蘭;
環(huán)槽面密封面:常與對(duì)焊連接型式配合 (不與承插焊配合 ) 使用,主要用在高溫、高壓或二者 均較高的工況。在 " 美式法蘭 ' 中,常用在 PN10.0(部分 ) 、 PN15.0、 PN25.0、 PN42.0MPa 壓力 等級(jí)中。在 " 歐式法蘭 " 中常用在 PNl0.0、 PN16.0、 PN25.0、 PN32.0、 PN42.0。
6.3.2螺栓 /螺母
選擇法蘭連接用緊固件材料時(shí),應(yīng)同時(shí)考慮 管道操作壓力、操作溫度、介質(zhì)種類和墊片類型 等因素。
墊片類型和操作壓力、操作溫度一樣,都直接對(duì)緊固件材料強(qiáng)度提出了要求。例如,采用纏 繞式墊片密封的低壓劇毒介質(zhì)管道的法蘭連接,盡管管道的操作壓力和溫度都不高,但因?yàn)?使纏繞式墊片形成初始密封時(shí)所需要的比壓力較大, 從而要求緊固件的承受載荷也大, 因此, 在這種情況下就要求緊固件采用高強(qiáng)度合金鋼材料。
合金鋼螺柱均應(yīng)采用高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼 . 即材料牌號(hào)后均應(yīng)加字母 A ,如 35CrMoA 、 25CrMoVA 根據(jù)結(jié)構(gòu)型式的不同,螺栓可分為六角頭螺栓和雙頭螺栓 (又稱為螺柱 ) 兩類,而雙頭螺栓又 分為通絲和非通絲兩種。
六角頭螺栓 :常與平焊法蘭和非金屬墊片配合用于操作較緩和的工況下。六角頭螺栓常用材 料是 BL3或者是 Q235B ;
雙頭螺栓 :常與對(duì)焊法蘭配合使用在操作條件比較苛刻的工況下,其中,因?yàn)橥ńz型雙頭螺 栓上沒有截面形狀的變化,故其承載能力強(qiáng)。而非通絲型雙頭螺栓則相對(duì)承載能力較弱。
螺母材料常根據(jù)與其配合的螺栓材料確定, 這些組合在一般的標(biāo)準(zhǔn)中都有規(guī)定。一般情況下, 螺母材料應(yīng)稍低于螺栓材料,并保證螺母硬度比螺栓硬度低 HB30左右。
6.3.3墊片
墊片是借助于螺栓的預(yù)緊載荷通過法蘭進(jìn)行壓緊,使其發(fā)生彈塑性變形,填充法蘭密封面與 墊片間的微觀幾何間隙,增加介質(zhì)的流動(dòng)阻力,從而達(dá)到阻止或減少介質(zhì)的泄漏的目的。墊 片性能的好壞以及選用的合適與否對(duì)密封副的密封效果影響很大。
常用的墊片可以分為三大類,即非金屬墊片、半金屬墊片和金屬墊片。
a. 非金屬墊片:
石棉橡膠墊片 ,它是通過向石棉中加入不同的添加劑壓制而成。在美國(guó),很多標(biāo)準(zhǔn)中都將石 棉制品列為致癌物質(zhì)而禁用。但在世界范圍內(nèi),石棉仍以其彈性好、強(qiáng)度高、耐油性好、耐 高溫、易獲得等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。
適用范圍 :T≤260℃, PN≤2.0MPa (SH 3401)
T≤400℃, PN≤4.0MPa (國(guó)標(biāo))
用于水、空氣、氮?dú)狻⑺帷A、油品等介質(zhì)工況下。
聚四氟乙烯 (PTFE)包覆墊片:
適用范圍 :T =-180~200℃, PN≤4.0MPa
常用于低溫或者要求干凈的場(chǎng)合下
b. 半金屬墊片
半金屬墊片 有纏繞式墊片、金屬包覆墊片和 柔性石墨纏繞墊三大類 。
纏繞式墊片 :是半金屬墊片中最理想、也是應(yīng)用最普遍的墊片。
特點(diǎn):壓縮回彈性好、強(qiáng)度高,有利于適應(yīng)壓力和溫度的變化,能在高溫、低溫、沖擊、振 動(dòng)及交變載荷下保持良好的密封性能。
纏繞鋼帶:20、 1Cr13、 0Cr19Ni9、 0Cr18Ni10Ti 、 0Cr17Ni12Mo2等材料
非金屬纏繞帶:特制石棉 、 柔性石墨帶和聚四氟乙烯帶 ,
適用范圍 :PN =2.0~10.0MPa
表 6-3纏繞式墊片的型式及代號(hào)
表 6-4 常用纏繞式墊片的使用條件
鐵包式墊片:密封性能不如纏繞式墊片,故壓力管道中用的不多,它常用在換熱器封頭等大 直徑的法蘭連接密封副上。
柔性石墨復(fù)合墊 由沖齒或沖孔金屬芯板與膨脹石墨粒子復(fù)合而成。適用于突面、 凹凸面和榫 槽面法蘭。
c. 金屬墊片
金屬墊片常用在高壓力等級(jí)法蘭上,以承受比較高的密封比壓。常用的金屬墊片有平墊、八 角形墊和橢圓型墊三種。
金屬平墊片 :常與凸臺(tái)面、凹凸面、榫槽面法蘭使用。
八角形金屬墊片和橢園形金屬墊片 :常與環(huán)槽面法蘭使用。與橢圓形金屬墊片相比八角形金 屬墊片容易加工,故其應(yīng)用比較多。
金屬墊片的材料應(yīng)配合法蘭材料選用,且要求墊片硬度比法蘭密封面硬度低 (不少于 HB30) 。
6.3.4盲板、 8字盲板、限流孔板和混合孔板
它們常被夾在兩片法蘭之間以實(shí)現(xiàn)不同用途。
它們都應(yīng)有兩個(gè)和匹配法蘭同樣的密封面。
例:某工程把下列條件的管道編在一個(gè)管道等級(jí)中,管道材料為 20:
蒸汽 設(shè)計(jì)壓力為 1.6 MPa,設(shè)計(jì)溫度為 330 °C
蒸汽 設(shè)計(jì)壓力為 2.6 MPa,設(shè)計(jì)溫度為 260 °C
如果不考慮法蘭選用的溫度 -壓力問題,請(qǐng)寫出該管道等級(jí)的最小壓力級(jí)別,并寫出兩種 以上的法蘭、墊片的組合形式。
答:1)壓力級(jí)為:4.0MPa ;
2) a 、 HG 法蘭 PN4.0 WN-MFM;墊片:PN4.0帶內(nèi)環(huán)纏繞墊。
PN4.0 WN-MFM;墊片:PN4.0柔性石墨復(fù)合墊
b 、 GB 法蘭 PN4.0 WN-MF;墊片:PN4.0 帶內(nèi)環(huán)纏繞墊。
PN4.0 SO-RF;墊片:PN4.0 帶外環(huán)纏繞墊
c 、 JB 法蘭 PN4.0 WN-MFM;墊片:PN4.0帶內(nèi)環(huán)纏繞墊。
6.4閥門及其它管道設(shè)備
工程上應(yīng)用的閥門種類很多, 常用的閥門 :
有閘閥、截止閥、止回閥、球閥、蝶閥、疏水閥、安全閥、調(diào)節(jié)閥等。
常用的其它管道設(shè)備 :如膨脹節(jié)、過濾器、視鏡、阻火器等
如何正確選用閥門及其它管道設(shè)備是一個(gè)比較復(fù)雜的問題, 內(nèi)容較多, 這里只作簡(jiǎn)單的介紹。
6.4.1閥門的質(zhì)量要求
a. 內(nèi)漏問題
是否有內(nèi)漏或內(nèi)漏的大小是衡量一個(gè)閥門質(zhì)量的主要技術(shù)指標(biāo),對(duì)于壓力管道來說,處理的 介質(zhì)大都是可燃、易燃、易爆、有毒的介質(zhì),閥門關(guān)閉時(shí),希望通過閥板的泄漏 (內(nèi)漏 ) 越少 越好,甚至有些介質(zhì)的泄漏要求為零。常用的評(píng)判閥門內(nèi)漏的標(biāo)準(zhǔn)有 API598、 ANSI B16.104和 JB/T9092。
b. 外漏問題
外漏是指通過閥桿填料和閥蓋墊片處的介質(zhì)外泄漏。它同樣是衡量閥門好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。對(duì)有些介質(zhì),外漏的要求甚至比內(nèi)漏要求更嚴(yán)格,因?yàn)樗苯有谷氪髿?會(huì)直接引起事故造 成人身傷害。對(duì)于這種情況, 有時(shí)不得不采用波紋管密封閥或隔膜閥來保證閥門的外漏為零。限制外漏的標(biāo)準(zhǔn)目前大多數(shù)采用美國(guó)環(huán)保局的限定,即不超過 500ppm 。
c. 材料質(zhì)量
材料質(zhì)量是衡量閥門強(qiáng)度可靠性和使用壽命的一個(gè)重要指標(biāo)。眾所周知, 大多數(shù) DN≥50的閥 門都是鑄造閥體,如果質(zhì)量不好, 會(huì)直接影響到閥門的可靠性和使用壽命。ASTM 和我國(guó)的 材料標(biāo)準(zhǔn)通常情況下的要求都是比較低的,為了保證在苛刻情況下材料能較好地適應(yīng)操作條 件的要求,這些標(biāo)準(zhǔn)中都設(shè)置許多選擇性附加檢驗(yàn)項(xiàng)目,設(shè)計(jì)人員如何根據(jù)使用條件來選擇 這些附加項(xiàng)目是一個(gè)技術(shù)性很強(qiáng)的問題,如果要求不當(dāng),會(huì)無意義的增加基建投資。
d. 閥門出廠前試驗(yàn)要求
1) 閥門出廠前要根據(jù) JB/T9092-1999《閥門的檢驗(yàn)與驗(yàn)收》 進(jìn)行殼體壓力試驗(yàn)和密封試驗(yàn)。密封試驗(yàn)分上密封、低壓密封和高壓密封試驗(yàn)。
2) 根據(jù)閥門類別不同選擇密封試驗(yàn)。閘閥和截止閥要進(jìn)行上密封和低壓密封試驗(yàn)。
3) 殼體壓力試驗(yàn),一般采用溫度不超過 52℃的水或粘度不大于水的非腐蝕性流體,以 38℃ 時(shí) 1.5倍的公稱壓力進(jìn)行。
4) 低壓密封試驗(yàn),一般采用空氣或惰性氣體,以 0.5~0.7MPa 壓力進(jìn)行。
5) SH3064《石油化工鋼制通用閥門選用、 檢驗(yàn)及驗(yàn)收》 對(duì)不同等級(jí)的壓力管道提出了相應(yīng)的 檢驗(yàn)要求,比 JB/T9092要求更嚴(yán)格。
6.4.2閥門規(guī)格書的內(nèi)容
通用閥門規(guī)格書應(yīng)包括下列內(nèi)容:
1)采用的標(biāo)準(zhǔn)代號(hào);
2)閥門的名稱、公稱壓力、公稱直徑;
3)閥體材料、閥體對(duì)外連接方式;
4)閥座密封面材料;
5)閥桿與閥蓋結(jié)構(gòu)、閥桿等內(nèi)件材料,填料種類;
6)閥體中法蘭墊片種類、緊固件結(jié)構(gòu)及材料;
7)設(shè)計(jì)者提出的閥門代號(hào)或標(biāo)簽號(hào);
8)其它特殊要求。
國(guó)內(nèi)現(xiàn)行的閥門型號(hào)表示方法,對(duì)閥桿及內(nèi)件材料、填料種類、中法蘭墊片種類、中法蘭緊 固件材料種類等均無規(guī)定,不能全面說明閥門的屬性。
6.4.3閥門型式的選用
閥門型式的選用是材料工程師的重點(diǎn)工作內(nèi)容之一,也是難點(diǎn)之一,它要求材料工程師不僅 應(yīng)對(duì)常用閥門的結(jié)構(gòu)型式、性能特點(diǎn)、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)等比較熟悉,也應(yīng)對(duì)應(yīng)用環(huán)境和工程要求比 較熟悉。
閥門型式的選用原則:
a. 閘閥 :一般開關(guān)情況下應(yīng)首選閘閥。
結(jié)構(gòu)特點(diǎn) :. 閘閥的閘板由閥桿帶動(dòng),沿閥座密封面作升降運(yùn)動(dòng),可接通或截?cái)嗔黧w的通 路,它主要用于管道的關(guān)斷。
適用范圍 :
1) 閘閥與截止閥相比,流阻小、啟閉力小,密封可靠,是最常用的一種閥門;
2) 當(dāng)部分開啟時(shí),介質(zhì)會(huì)在閘板背面產(chǎn)生渦流,易引起閘板的沖蝕和振動(dòng),閥座的密封面也 易損壞,故一般不作為節(jié)流用;
3) 與球閥和堞閥相比,閘閥開啟時(shí)間較長(zhǎng),結(jié)構(gòu)尺寸較大,不宜用在直徑較大的情況。閥門標(biāo)準(zhǔn) :API 和 ANSI B16.34,前者專用于石油化工裝置,后者則使用面比較廣。GB12232,它與管道的連接可以是螺紋、承插焊、法蘭或?qū)高B接。
b. 截止閥、節(jié)流閥 :對(duì)要求有一定調(diào)節(jié)作用的開關(guān)場(chǎng)合 (如調(diào)節(jié)閥旁路、軟管站等 ) 和輸送液化 石油氣、液態(tài)烴介質(zhì)的場(chǎng)合,宜選用截止閥以代替閘閥。
結(jié)構(gòu)特點(diǎn) :都是向下閉合式閥門,閥瓣由閥桿帶動(dòng),沿閥座中心線做升降運(yùn)動(dòng)的閥門。截止 閥和節(jié)流閥結(jié)構(gòu)基本相同,只是閥瓣形狀不同。截止閥的閥瓣為盤形;節(jié)流閥的閥瓣多為圓 錐流線型。
適用范圍 :1) 與閘閥相比截止閥具有一定的調(diào)節(jié)作用,故常用于調(diào)節(jié)閥組的旁路。
2) 截止閥在關(guān)閉時(shí)需要克服介質(zhì)的阻力,因此,它最大直徑僅用到 DN200。
3)節(jié)流閥特別適用于節(jié)流,用于改變通道截面積,調(diào)節(jié)流量或壓力。
c. 止回閥 :對(duì)于要求能自動(dòng)防止介質(zhì)倒流的場(chǎng)合應(yīng)選用止回閥。
結(jié)構(gòu)特點(diǎn) :止回閥又稱單向閥,它只允許介質(zhì)向一個(gè)方向流動(dòng),當(dāng)介質(zhì)順流時(shí)閥瓣會(huì)自動(dòng)開 啟,當(dāng)介質(zhì)反向流動(dòng)時(shí)能自動(dòng)關(guān)閉。安裝時(shí),應(yīng)注意介質(zhì)的流動(dòng)方向應(yīng)與止回閥上的箭頭方 向一致。
升降式止回閥 :是靠介質(zhì)壓力將閥門打開,當(dāng)介質(zhì)逆向流動(dòng)時(shí),靠自重關(guān)閉 (有時(shí)是借助于彈 簧關(guān)閉 ) ,因此升降式止回閥只能安裝在水平管道上;受安裝要求的限制,常用于小直徑場(chǎng)合 DN≤40。
旋啟式止回閥 :是靠介質(zhì)壓力將閥門打開,靠介質(zhì)壓力和重力將閥門關(guān)閉,因此它即可以用 在水平管道上,又可用在垂直管道上 (此時(shí)介質(zhì)必須是自下而上 ) 。(DN≥50)
對(duì)夾式止回閥 :結(jié)構(gòu)尺寸小,制造成本低,常用來代替升降式和旋啟式止回閥
梭 式 止回閥 :是解決 DN40的升降式止回閥不能用在豎管上的問題。
選用 :
DN≤40時(shí)宜用升降式止回閥 (僅允許安裝在水平管 ' 道上 ) ;
DN=50~400時(shí),宜采用旋啟式止回閥 (不允許裝在介質(zhì)由上到下的垂直管道上 ) ;
DN≥450時(shí),宜選用 Tillting -Disc (緩沖型 ) 止回閥;
DN=100~400,也可以采用對(duì)夾式止回閥,其安裝位置不受限制;
d. 蝶閥 :對(duì)于設(shè)計(jì)壓力較低、管道直徑較大,要求快速啟閉的場(chǎng)合一般選用蝶閥。
結(jié)構(gòu)特點(diǎn) :具有 900旋轉(zhuǎn)快速開啟關(guān)閉的特點(diǎn),重量輕,結(jié)構(gòu)尺寸小 (尤其是對(duì)夾式蝶閥 ) 等優(yōu) 點(diǎn)。但密封性能不如閘閥可靠,在某些條件下可以代替閘閥
e. 球閥 :對(duì)于要求快速啟閉的場(chǎng)合一般選用球閥。
結(jié)構(gòu)特點(diǎn) :閥瓣為一中間有通道的球體,球體繞自身軸線作 900旋轉(zhuǎn),達(dá)到啟閉目的。球閥 的最大特點(diǎn)是在眾多的閥門類型中其流體阻力最小,流動(dòng)特性最好。其密封性能較可靠。與 蝶閥相比,它的重量較大,結(jié)構(gòu)尺寸也比較大,故不宜用于直徑太大的管道。
◆※與蝶閥一樣,長(zhǎng)期影響它不能在石化生產(chǎn)裝置上應(yīng)用的問題是熱脹或磨損后會(huì)造成密封 不嚴(yán)的題。軟密封球閥雖有較好的密封性能,但當(dāng)它用于易燃、易爆介質(zhì)管道上時(shí),尚須經(jīng) 受火災(zāi)安全試驗(yàn)和防靜電試驗(yàn)。因此,石化生產(chǎn)裝置上球閥應(yīng)用的也不多,近年來,許多球 閥生產(chǎn)廠開發(fā)出了一些新型結(jié)構(gòu)的球閥,如 :軌道球閥、偏心球閥等,一些球閥將閥座設(shè)置成 金屬?gòu)椥蚤y座,使其在熱脹和磨損的情況下仍有良好的密封。因此,這些球閥也在石化生產(chǎn) 裝置上開始應(yīng)用。
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