管道材料設計技術(shù)規(guī)定

管道材料設計技術(shù)規(guī)定1、適用范圍本設計規(guī)定適用于一般化工、石油化工裝置的管道及儀表流程圖（PID）上所示的管道材料（管子、管件、法蘭、墊片、緊固件、閥門）。1.1材料的選用導則：1.1.1被選用的材料應滿足裝置生產(chǎn)全過程配管的各種操作工況，并確保安全連續(xù)生產(chǎn)，無事故。1.1.2被選用的材料應綜合考慮其加工工藝性和經(jīng)濟性。1.1.3新材料和特殊材料的選用須經(jīng)嚴格試驗與生產(chǎn)論證后方可投入使用。1.2金屬材料選用原則：1.2.1根據(jù)材料的機械性能，物化特性，查閱有關(guān)材料手冊并以GB150《鋼制壓力容器》為依據(jù)，綜合考慮其溫度及壓力條件的使用狀況，進行既經(jīng)濟又合理的選材。常用管材在工程中的使用溫度范圍：1）低碳有縫鋼管使用條件：0～200℃低壓管線，不宜輸送危險性、可燃易爆或有毒的介質(zhì)。2）低碳無縫鋼管（10、20鋼）使用條件：—20～350℃中低壓管線。3）低合金無縫鋼管（16Mn、12CrMo、15CrMo等）使用條件：350～550℃之間的中溫工況。注：管道壓力分級（MPa）：真空管道P＜0，低壓管道0≤P≤1.6，中壓管道1.6＜P≤10.0，高壓管道P＞10.0。4）奧氏體不銹鋼管與25Cr-20N1鋼管使用條件：—196℃（低溫）及≥600℃（高溫）工況。1.2.2根據(jù)材料的腐蝕性能來考慮腐蝕裕量的選取，除晶間腐蝕和其他局部腐蝕需按具體情況特殊考慮外，一般腐蝕裕量=腐蝕速度×使用年限，使用年限一般按10～15年考慮。（具體腐蝕速度查《腐蝕數(shù)據(jù)圖表》）。1.3非金屬材料的選用原則當介質(zhì)腐蝕性強，不適宜選用一般碳鋼及合金鋼，須選用貴重合金時，為了考慮經(jīng)濟實用，可用非金屬材料（例如PVC，PP，PTFE等），但在選用時必須考慮以下幾點：需注意允許使用的溫度及壓力范圍，襯里管道的真空度大小。1.3.2塑料管道及附件受光和氧作用引起的老化現(xiàn)象，塑料管道在特定溫度上對介質(zhì)的腐蝕性能。1.3.3壓力和溫度突變的場合。1.3.4塑料在某些介質(zhì)作用下失去彈性而發(fā)生的脆性現(xiàn)象。1.4金屬與非金屬材料選用的注意事項：1.4.1金屬材料的注意事項：1）鑄鐵材料僅用于強度及韌性要求不高的工況。且不得用于有毒、可燃介質(zhì)或溫度急劇變化的受壓管道。2）碳鋼及低合金鋼不得在高溫（≥425℃）下使用，因為材料有石墨化，珠光體球化及高溫氧化傾向。3）NaOH高于下表（1.4.1-1）所列濃度及其對應溫度應進行消除應力處理。表1.4.1-1濃度%51015203040506070溫度℃8576706554484340384）碳鋼及低合金鋼耐熱鋼在≥200℃及一定壓力下與氫介質(zhì)接觸產(chǎn)生的氫脆現(xiàn)象。具體見曲線圖1.4.1-2，Nelson曲線，其中溫度應取介質(zhì)的最高操作溫度加上20～40℃的裕量。5）奧氏體不銹鋼對“Cl-”離子易產(chǎn)生點蝕。6）焊前預熱和焊后熱處理的溫度，詳見表1.4.1—3（僅為推薦）常用管材焊前預熱及焊后熱處理表1.4.1—3管材類別名義成份管材牌號焊前預熱 焊后熱處理 備注壁厚(mm)溫度(℃)壁厚(mm)溫度(℃)碳素鋼C10,20≥26100～200≥30600～650適用于C≤0.30%的全部碳素鋼中低合金鋼C—Mn16Mn、16MnR≥15150～200＞20600～650C—MnV09MnV≥15150～200＞20560～59015MnV≥15150～200全部560～590C—Cr—Mo12CrMo≥13150～250≥16650～700＜16且C＜0.25%不處理15CrMo≥6200～300＞10650～70012Cr2Mo全部250～350＞6700～7505Cr—1Mo全部250～350全部700～7509Cr—1Mo全部250～350全部750～780C-Cr-Mo-V12Cr1MoV全部250～350DN＞100700～750DN＜100且tm＜13不處理C—Ni2.25Ni、3.5Ni全部100～150≥19600～630高合金鋼C—Cr—Ni奧氏體不銹鋼全部＞10任意不要求1.4.2非金屬材料的注意事項：1）非金屬材料的的選用須重點考慮其加工工藝性和連接性，目前國內(nèi)主要非金屬管道的性能參數(shù)見表1.4.2。目前國內(nèi)主要非金屬管道性能參數(shù)表1.4.2序號管道品種名稱簡稱(代號)國內(nèi)標準號使用溫度使用壓力現(xiàn)有生產(chǎn)規(guī)格尺寸連接方式用途備注1增強聚丙烯管FRPP*HG20539-92-20～+1201.0D17～500法蘭（對焊、螺紋）承插適用于污水管,廢氣管可焊性差2聚丙烯/玻璃鋼（PP/FRP）管FRP/PP*HG/T21579-95-15～+1001.6600承插，法蘭適用于工藝酸管+溶劑層間粘合要求高3玻璃鋼/聚氯乙烯（FRP/PVC）復合管FRP/PVCHG/T21636—87＜801.6DN25～600承插，法蘭適用于工藝酸管價格低4鋼襯改性聚丙烯復合管CS/PP*HG/T2437-93；HG20538-92-14～+1001.6DN25～400法蘭適用于壓力工藝管有熱膨脹問題5（鋼滾襯聚乙烯管）(CS/HDPE)擬制定＜601.6DN25～1000法蘭適用于大直徑耐磨管、真空管厚度為4～6mm有均勻性問題6鋼襯聚四氟乙烯管(滾襯F40)CS/F4HG/T21562-94-20～+1801.6DN25～400(L≤4米)法蘭適用于高溫工藝耐酸管加工要求高，有熱膨脹問題，費用高7鋼襯橡膠CS/RBHG21562-94≤851.0DN25～500法蘭適用于耐普通酸管易老化8高密度聚乙烯HDPESG80—75≤601.0DN25～500對焊輸水管、煤氣管有發(fā)展前途9纖維纏繞玻璃鋼管*FRP(FW)*JC552—94(HG/T21633-91)≤120(與樹脂有關(guān))1.6DN25～3000承插、法蘭適用于有壓力管機械纏繞為主10硬聚氯乙烯管*UPVC*GB4220—84GB/T4219—84≤601.6D10～280承插、法蘭適用于耐普通酸管及污水管價格低11（聚丙烯管）PPSG246—810～+1101.0DN25～500法蘭、對焊適用于室內(nèi)工藝管不宜用于室外12丙烯腈-丁二烯-苯乙烯管ABSHG/T21561-94-20～+701.0DN15～200承插、法蘭適用于純水，污水管耐酸性差13（聚偏氟乙烯管）PVDF未制定≤1601.0DN25～150對焊、法蘭適用于高純水管及氣體管價格高，以進口為主注：帶*號者為常用。帶括號者為不常用。2）熱塑性塑料不得用于地面上輸送可燃性流體。3）脆性材料（硼硅玻璃、陶瓷）不得用于輸送有毒、可燃易爆及危險性介質(zhì)。1.5管子1.5.1由于有歐洲系列與美洲系列之分，故管子標準應根據(jù)工程實際要求來定，只有在管子標準確定后，其它管配件標準才能確定，所以管子標準和材質(zhì)的選擇是管道組成件選擇的基礎。1.5.2選用原則：1）最大管徑的選用范圍一般規(guī)定如下：焊接鋼管（螺紋連接，低壓流體用）：DN100無縫碳鋼管：DN400（成都無縫鋼管廠可生產(chǎn)至DN600）無縫不銹鋼管：DN2502）輸送氟里昂的管道，當DN≤25時用銅管（T2），其他用碳鋼（20）。3）在條件允許范圍內(nèi)，應采用焊接不銹鋼管，以節(jié)約投資（凡輸送有危險介質(zhì)，且PN≤4.0MPa，應采用氬弧焊，一般介質(zhì)且PN≤1.6MPa，可采用電阻焊），奧氏體焊接不銹鋼管不得用于極度危害介質(zhì)。1.5.3管子壁厚可按下列公式計算，經(jīng)計算后的管子壁厚，雖已考慮到腐蝕裕度及加工偏差量，但還屬理論壁厚，最終厚度應符合標準及實際供貨狀況。管子理論壁厚的計算公式：Do—管外徑，mmP—設計壓力MPat—最小厚度，mm[σ]—材料許用應力Mpaφ—焊縫系數(shù)焊接管=0.85無縫管=1C—附加裕量（C1+C2）C1—腐蝕裕量（按介質(zhì)的10年腐蝕量取）。C2—無縫管管子成形的偏差量見表1.5.3，鋼板卷制管要查板材偏差值。Y—系數(shù)。見表1.5.4·當Do/t＞6或P＜10[σ]tφ/0.26無縫鋼管的壁厚偏差量表1.5.3材料壁厚（mm）負偏差（%）碳鋼、合金鋼≤20＞2012.512.5不銹鋼≤10＞101520系數(shù)Y值表1.5.4溫度C482510538566593621鐵素體鋼0.40.50.70.70.70.7奧氏體鋼0.40.40.40.40.50.7其他韌性金屬0.40.40.40.40.40.41.5.4結(jié)合項目實際情況及供貨狀況選擇國際標準或國內(nèi)標準，常用管子標準如下：1）國際標準：ASMEB36.10MASMEB36.19MAPI5L2）國內(nèi)管子標準和使用范圍管子名稱標準號材質(zhì)使用溫度℃公稱通徑mm備注碳素鋼管GB/T3091GB/T3092Q235-15～2006～150GB3087GB8163GB6479GB994810-19～4256～40025～6006～2506～250GB3087GB8163GB994820-19～4256～40025～6006～250GB647920G-19～4256～250低合金鋼管GB6479GB816316Mn-40～4506～25025～600GB816309Mn2V-70～10025～600合金鋼管GB5310GB6479GB994812CrMo上限52515～5006～2506～250GB5310GB6479GB994815CrMo上限55015～5006～2506～250GB5310GB994812Cr1MoV1Cr2Mo1Cr5Mo上限580上限580上限60015～5006～2506～250不銹鋼管GB/T149760Cr18Ni9Ti-196～700GB/T1497600Cr18Ni10-196～425φ6～200GB/T149760Cr18Ni12Mo2Ti-196～700GB/T1497600Cr17Ni14Mo2-196～450φ50～480注：表中系材質(zhì)標準，另有規(guī)格標準，詳見HG20553—93或SH3405－96。1.6管件1.6.1管件應根據(jù)用途、使用場合等來確定管件的種類，并按照所在管道的設計壓力，設計溫度來確定其溫度—壓力等級，并以公稱壓力或管表號來表示。1.6.2選用原則：1）一般選用半徑=1.5DN的長半徑彎頭。2）與主管等徑的支管連接采用等徑三通（標準件）。3）支管小于主管時則用異徑三通（標準件）或等徑三通（標準件）另加異徑短管，當主管DN＞65，支管DN＜50時宜單頭管箍或支管臺。其余可直接焊接，但須計算是否需補強。4）卷板焊異徑管僅用于PN≤2.5Mpa。5）螺紋連接的可鍛鑄鐵管件僅用于PN＜1.05MPa的無毒、不燃，對人體無危害的介質(zhì)，溫度為-19℃～175℃的地上管線。1.6.3管件的常見標準見下：1）國內(nèi)標準：GB12459—90 《鋼制對焊無縫管件》GB/T12465—96 《管路松套伸縮接頭》GB/T13401—92 《鋼板制對焊管件》GB3733～3765—83 《卡套式接頭》GB5625～5653—85 《擴口式接頭》GB8259～8261—87 《卡箍柔性管式接頭》GB3289—82 《可鍛鑄鐵管路連接件型式尺寸》HG/T21634—88 《鍛鋼承插焊管件》HG/T61635—87 《碳鋼、低合金鋼無縫對焊管件》HG/T21631—90 《鋼制有縫對焊管件》HG/T21632—90 《鍛鋼承插焊、螺紋和對焊接管臺》GB/T14626—93 《鍛鋼制螺紋管件》GB/T14383—93 《鍛鋼制承插焊管件》SH3408—96 《鋼制對焊無縫管件》SH3409—96 《鋼板制對焊管件》SH3410—96 《鍛鋼制承插焊管件》2）國外標準：ASMEB16.9 《工廠制造的鍛鋼對焊管件》ASMEB16.11 《承插焊和螺紋鍛鋼管件》1.7法蘭1.7.1法蘭的壓力等級須高于管子的設計壓力，以達到法蘭面充分密封，無泄漏的要求。1.7.2選擇法蘭的注意事項：1）根據(jù)壓力、溫度介質(zhì)特性選擇恰當?shù)姆ㄌm連接型式，密封面型式及壓力等級。2）選擇法蘭須考慮法蘭的溫度—壓力之間關(guān)系及墊片與緊固件的情況。3）劇烈循環(huán)條件下，應選用對焊法蘭。4）承插焊法蘭不宜用于有縫隙腐蝕的流體。5）承插焊、帶頸平焊、螺紋法蘭一般用于常溫～260℃。6）低溫流體（<-20℃）法蘭需作低溫沖擊試驗。1.7.3法蘭的常用標準：ASMEB16.5石化部標準SH3406化工部標準HG20592～HG20635國家標準GB/T9112～91241.8閥門1.8.1管道上用的閥門須根據(jù)管道內(nèi)被輸送流體的相態(tài)（液、汽），含固量、壓力大小、溫度高低、腐蝕性質(zhì)等諸方面進行考慮，此外，操作上可靠無故障，費用上經(jīng)濟合理也是重要考慮因素。1.8.2選擇閥門的材質(zhì)須注意以下事項：1）鑄鐵閥體的使用溫度為t≤230℃2）t＞230℃時采用鋼閥3）t＞425℃時宜選用合金鋼材料4）t＞250℃時不宜使用Cr含量>12%的閥桿1.8.3閥門的種類及選用：1）閘閥用于流體的啟閉，流體阻力小，密封性好，重量較重，閥桿有明、暗桿之分，閘板有楔式、平行式及彈性，明桿適用于腐蝕介質(zhì)及室內(nèi)管道，閘閥不宜用于有固體沉降的流體，也不宜用于流量調(diào)節(jié)，如密封性要求及其嚴格，可采用雙閘板式。2）截止閥用于手動調(diào)節(jié)流量，結(jié)構(gòu)簡單，制造維護方便，一般用于DN≤150的管道上，密封面結(jié)構(gòu)較耐腐蝕，流體阻力大，不宜用于懸浮固體及粘度較大的流體。3）蝶閥廣泛用于PN<6.3MPa帶有懸浮固體的液體的啟閉和節(jié)流，阻力小、重量輕，結(jié)構(gòu)尺寸小，啟閉迅速，適合用于大尺寸管道。4）球閥適用于漿液、粘性流體及密封要求較高的管道上，啟閉迅速，阻力非常小，有浮動球和固定球之分。5）隔膜閥結(jié)構(gòu)上分為直通式、堰式，依靠彈性隔膜切斷流體，適用于壓力不高溫度不高于60℃，有腐蝕性的漿液或懸浮粘性流體。6）旋塞閥分直通、三通、四通等適用于汽、液相流體多向分配，啟閉迅速，阻力較大，適用于漿液和高粘度流體。7）柱塞閥密封件耐磨性能較好，更換密封件方便，適用于密封要求較高的啟閉，但不宜用于有懸浮固體及粘度較大的液體，可代替截止閥，一般用于蒸汽。8）止回閥使用于防止流體逆向流動，有旋啟式、升降式、蝶型、球形之區(qū)分，升降式止回閥宜安裝在水平管道上，旋啟式止回閥可安裝在垂直或水平管線上，但易引起水錘現(xiàn)象。1.8.4閥門的常用標準國家標準 GB12220～GB12240國外標準 ASMEB16.34 API6001.9墊片1.9.1選用原則及注意事項合理正確選用墊片的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)型式是保證管道系統(tǒng)連續(xù)安全生產(chǎn)，無跑、冒、泄漏的根本原則。1）選用的墊片應使所需的密封負荷與法蘭的設計壓力、密封面、法蘭強度及其螺栓連接相適應。2）須考慮在正常溫度，壓力波動范圍和有振動工況下，具有良好的密封性。3）墊片的材質(zhì)須選用適合于流體的溫度、壓力、工藝特性及耐腐蝕性。4）用于FF型法蘭的墊片，應選用全平面軟墊片。5）用于不銹鋼法蘭的非金屬墊片，其氯離子的含量不得>50ppm。6）食品及醫(yī)藥工藝管道不宜選用石棉橡膠板作墊片。7）工作壓力>0.6MPa及有熱膨脹管道應考慮用無冷流的墊片材料。低壓或真空時，當采用有冷流的墊片宜用RF法蘭。1.9.2不同流體下墊片的選用曲線，見圖1.9.2—1～51.9.3墊片的常用標準：SH3401～SH3403SH3407HG20606～HG20612HG20627～HG20633GB4622.1～3—93 《鋼制管法蘭用纏繞墊片尺寸系列》（PN2.5，PN4.0）GB/T3985—1995 《石棉橡膠板》GB/T539—1995 《耐油石棉橡膠板》GB9126—88 《鋼制管法蘭用石棉橡膠板》（除PN2.5，PN4.0外）GB9128—88 《鋼制管法蘭連接用金屬環(huán)墊》GB/T13403—92 《大直徑碳鋼管法蘭用墊片》GB/T13404—92 《管法蘭用聚四氟乙烯包復墊片》一般性流體（海水、飲料水、蒸汽、工業(yè)用水、空氣、氮氣等）

毒性氣體和可燃性氣體助燃性流體有機溶劑系流體油系流體（碳氫化合物，液化石油氣、甲烷、油、燃料氣）

1.10緊固件的選用原則1.10.1根據(jù)法蘭的壓力等級、溫度、操作條件來選用相應的螺栓、螺柱和螺母，并使墊片充分密合以達到密封的目的。1.10.2選用原則：1）螺母的機械性能稍低于螺栓/螺柱。2）螺柱/螺栓的長度及數(shù)量應符合法蘭的要求。3）公稱壓力≥10.0MPa時，或溫度壓力變化急劇頻繁時，可采用全螺紋螺柱。4）公稱壓力≤6.3MPa時，可采用等長雙頭螺柱。5）公稱壓力≤1.6MPa可選用六角頭螺栓。1.10.3緊固件常用標準：國內(nèi)標準：HG20613—97HG20634—97SH3404—96國外標準：ASMEB16.5ASMEB18.2.1ANSIB18.2.22.焊接材料的選用原則：2.1焊接材料的選用應根據(jù)母材的化學成份、機械性能、焊接接頭型式以及耐高溫、耐低溫、耐腐蝕、抗裂性和采用的焊接工藝程序和焊接措施來綜合考慮。2.2選用原則：2.2.1焊接材料中的化學成份相當母材的成份。2.2.1焊后的接頭強度不低于母材抗拉強度的下限值，同時也不得遠大于標準規(guī)定抗拉強度的下限值。2.2.2酸性焊條適用于一般受力不復雜的工況下，而堿性焊條可適用于低溫狀況。2.3常用的焊條和焊絲見表2.3.1～3（僅為推薦）。碳鋼焊條表2.3—1鋼材類別焊條牌號性質(zhì)低碳鋼，如Q23520R20g1020J422J427酸性焊條低氫堿性焊條碳錳鋼，如16Mn16MnR20MnMoJ507J507RHJ507GR低氫堿性焊條奧氏體不銹鋼焊條表2.3—20Cr18Ni90Cr19Ni9A102鈦鈣酸性焊條00Cr19Ni1100Cr19Ni11A002A002A鈦鈣酸性焊條氧化鈦鈣酸性焊條0Cr18Ni11Ti0Cr18Ni10Ti1Cr18Ni9TiA1320Cr17Ni12Mo2A20200Cr17Ni14Mo2A0220Cr18Ni12M02Ti1Cr18Ni12Mo2Ti不銹鋼焊絲和焊劑表2.3—3鋼材類別焊絲0Cr18Ni9H0Cr21Ni1000Cr19Ni10H00Cr21Ni100Cr18Ni10Ti1Cr18Ni9TiH0Cr20Ni10TiH0Cr20Ni10Nb0Cr17Ni12Mo2H0Cr19Ni12Mo200Cr17Ni14Mo2H00Cr19Ni12Mo00Cr18Ni12Mo2TiH00Cr19Ni12Mo22.4管道類別、射線探傷比例及合格標準，見表2.4（僅為推薦）管道類別、檢驗比例及合格標準表2.4類別設計壓力(P)設計溫度(t)檢驗比例%合格批準A任意任意100BB11P≥10MPa任意100Ⅱ10MPa>P≥4MPat≥400℃B210MPa>P≥4MPat<400℃20Ⅱ4MPa>P>1MPat≥400℃B3P≤1MPat≥400℃10ⅡP≤1MPat<400℃B4P≤1MPat<400℃5ⅢCC1P≥10MPat≥400℃100ⅡC2P≥10MPat<400℃20Ⅱ10MPa>P≥4MPat≥400℃2.5常用配管的焊接施工焊材的選用，見表2.5（僅為推薦）。類別設計壓力(P)設計溫度(t)檢驗比例%合格批準CC310MPa>P≥4MPat<400℃10Ⅲ4MPa>P>1MPat≥400℃C44MPa>P>1MPat<400℃5ⅢP≤1MPat≥400℃C5P≤1MPa186℃<t<400℃——DP≤1MPa-29℃≤t≤186℃——注：（1）當設計溫度t<-29℃時，無論哪一類管道，均應100%射線照相檢驗，Ⅱ級合格。（2）氧氣管道按B類管道進行檢驗。（3）管道類別為：A類：極度危害和高度危害的有毒流體B類：可燃流體和一般有毒流體C類：非燃流體和無毒流體D類：非燃流體和無毒流體(P≤1MPa，-29℃≤t≤186℃)常用配管的焊接施工焊材的選用表2.5材料焊條、焊絲材