制冷管道設(shè)計(jì)選材

制冷管道設(shè)計(jì)選材摘要：制冷管道選材是制冷管道設(shè)計(jì)中的的重要工作，在目前制冷管道設(shè)計(jì)實(shí)踐中，管道材料選擇涉及眾多的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，各種規(guī)范缺乏統(tǒng)一和協(xié)調(diào)，難以保障管道的設(shè)計(jì)質(zhì)量。為使管道選材工作有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)程序，本文根據(jù)現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和各種設(shè)計(jì)資料，結(jié)合多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，整理出一套制冷管道的選材方法。制冷項(xiàng)目確定后首先根據(jù)工藝需要確定制冷劑和制冷系統(tǒng)的最低工作溫度，再根據(jù)GB/T20801、GB50072和制冷劑的種類確定管道材料（包括碳鋼、低溫鋼、不銹鋼和銅材料）。如氨制冷系統(tǒng)可選擇碳鋼、低溫鋼、不銹鋼管道材料，氟利昂制冷管道材料除上述材料外還可使用銅材。具體選材參數(shù)見(jiàn)管道選材表。下面將制冷系統(tǒng)選材按管道材料、管件材料、法蘭材料和閥門(mén)問(wèn)題分別進(jìn)行探討。一、 管道材料管材的標(biāo)準(zhǔn)管道材料的選擇首先是管材標(biāo)準(zhǔn)的選擇，管材一般選自GB/T20801.2表A.1，本文已將相關(guān)材料編入選材表，設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)工況參數(shù)直接選用即可。這里要特別注意附表中涉及的"低溫低應(yīng)力工況〃問(wèn)題，在一些地方的特種設(shè)備監(jiān)管部門(mén)不允許按照"低溫低應(yīng)力工況〃選用低碳鋼（這是冷庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范中碳鋼管道的選材依據(jù)），如果項(xiàng)目要求用低碳鋼，應(yīng)事先與特種設(shè)備監(jiān)管部門(mén)溝通，否則應(yīng)放棄此選項(xiàng)而使用更高級(jí)別材料（這也是冷庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范和政府相關(guān)部門(mén)不協(xié)調(diào)之處）。銅管僅作為氟利昂制冷小管徑管道材料的選擇。根據(jù)《冷庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》銅管應(yīng)選用GB/T17791中T2、TU1、TU2牌號(hào)，考慮管道在接頭處有擴(kuò)口的要求，而GB/T17791只有“輕退火（050）”和“軟化退火（060）”2種狀態(tài)的管材進(jìn)行擴(kuò)口試驗(yàn)，所以本文選材表僅限定這2種狀態(tài)用于制冷管道。管道的尺寸規(guī)格鋼管的標(biāo)準(zhǔn)比較完善，管道外徑和壁厚直接引用HG/T20553-2011即可。而銅管缺少通用的尺寸選用標(biāo)準(zhǔn)，GB/T17791也沒(méi)有對(duì)的外徑、壁厚提出具體要求，因此只能參照GB/T18033《無(wú)縫銅水管和銅氣管》的表2確定尺寸（這超出了制冷管道標(biāo)準(zhǔn)的范圍），這也反映了目前的制冷銅管標(biāo)準(zhǔn)體系還不完善。二、 管件材料管道材料確定后就要選擇配套的管件（包括管道連接的三通、彎頭等），選材表的材料牌號(hào)按照GB/T13401-2017附錄B確定了碳鋼、低溫鋼、不銹鋼管道材料的配套管件。在銅管道管件的選擇方面，各種標(biāo)準(zhǔn)資料存在較多矛盾之處且可操作性差，在《冷庫(kù)制冷設(shè)計(jì)手冊(cè)》以及制冷行業(yè)的實(shí)際應(yīng)用中，普遍使用的管件有2種連接方式，第一種是承插焊管件（彎頭、三通、異徑管等）。可在當(dāng)前國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)體系中，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)只有2個(gè)（CJ/T117和GB/T11618.1），其中前者的適用范圍還明確包括了制冷管道，但這2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中基本參數(shù)規(guī)定最大公稱壓力只有1.6MPa，不能滿足《冷庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》要求的2.5MPa設(shè)計(jì)壓力，因此本文不推薦采用承插焊連接方式（沒(méi)有合適標(biāo)準(zhǔn)的承插焊管件不能用于在制冷管道工程）。第二種是擴(kuò)口式管接頭，有2個(gè)適用標(biāo)準(zhǔn)。其一是美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)SAEJ513《制冷管件通用規(guī)范》，適用于英制尺寸銅管道。其二是GB/T5625~5653《擴(kuò)口式管接頭》，適用于公制尺寸銅管道，設(shè)計(jì)中優(yōu)先選用公制尺寸。銅管與鋼管的連接采用GB/T5642《擴(kuò)口式焊接管接頭》。另外在CAS167-2008《制冷裝置用管路》中還提出了卡套式接頭的連接方式。卡套接頭的設(shè)計(jì)主要用于液壓和一般用途碳鋼和不銹鋼管路，其密封原理是通過(guò)錐形卡套壓緊管道的外面實(shí)現(xiàn)無(wú)填料密封，管道受力大、易變形，雖然銅管也可使用但其要求管道壁厚較大，在制冷管道設(shè)計(jì)實(shí)踐中很少采用。故未列入選材表中。三、 法蘭材料鋼質(zhì)制冷管道與閥門(mén)、設(shè)備接口的連接一般采用焊接或法蘭連接，法蘭因?yàn)閴毫^高，通常選用帶頸對(duì)焊法蘭，這種法蘭材料只能用鍛件。鍛件材料牌號(hào)的選擇應(yīng)與管道材料相匹配，本文按優(yōu)先順序?qū)⑦@種匹配關(guān)系分為4個(gè)級(jí)別。最佳匹配：管道牌號(hào)與法蘭鍛件牌號(hào)完全一致，如20#鋼管配法蘭20#鍛鋼，16MnDG鋼管配16MnD鍛鋼?？梢云ヅ洌涸贕B/T20801.2表A.1中同一材料類別中不同牌號(hào)材料的相互匹配，如06Ni3MoDG鋼管與08Ni3D法蘭鍛件相配。不宜匹配：在GB/T20801.2表A.1中碳鋼、低溫鋼、合金鋼的跨類別相互匹配，如20#鋼管配16MnD法蘭鍛件。禁止匹配：在GB/T20801.2表A.1中的不銹鋼、各種有色金屬和銅材料不能跨類別匹配。本文的選材表中包含了第1種和第2種匹配。第3種匹配僅用于項(xiàng)目出現(xiàn)特殊情況（如現(xiàn)場(chǎng)的接口不滿足要求又無(wú)法改變等）的備選方案。銅管因管徑較小不推薦法蘭連接。四、 閥門(mén)問(wèn)題閥門(mén)的選擇在制冷工藝流程設(shè)計(jì)中完成。在管道設(shè)計(jì)中需要核實(shí)閥門(mén)的適用介質(zhì)、工作壓力、最低工作溫度、連接方式、材料和安裝要求等。閥門(mén)廠家提供的資料必須滿足工藝參數(shù)的要求。采用對(duì)焊聯(lián)接的閥門(mén)要避免前面提到的禁止匹配材料間的直接焊接，如此種匹配不可避免，應(yīng)采用法蘭過(guò)渡的方式轉(zhuǎn)換材料。五、 最低工作溫度問(wèn)題碳鋼材料的最低工作溫度依據(jù)GB20801.2確定，銅材料由于沒(méi)有列入GB20801.2（也因此造成了銅材料許用應(yīng)力和最低工作溫度的依據(jù)缺乏權(quán)威性），并且國(guó)內(nèi)其它相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也沒(méi)有涉及最低工作溫度。本文采用了ASMEB31.3的數(shù)據(jù)作為參考。六、 各種管道器材的連接與匹配在工程實(shí)踐中經(jīng)常需要將不同材料的管件相互連接，采用法蘭等可拆卸方式連接適用于任何材料組合。如果采用焊接方式可參照前面提到的前3種匹配方式，對(duì)不銹鋼和其它類別材料的連接采用法蘭連接。參考文獻(xiàn)：GB/T20801.2-2006壓力管道規(guī)范工業(yè)管道第2部分：材料GB50072-2010冷庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范HG/T20553-2011化工配管用無(wú)縫及焊接鋼管尺寸選用系列⑷GB/T7778-2017制冷劑編號(hào)方法和安全性分類NB/T47012-2010制冷裝置用壓力容器CAS167-2008制冷裝置用管路GB/T17791-2017空調(diào)與制冷設(shè)備用銅及銅合金無(wú)縫管CJ/T117-2000建筑用銅管管件（承插式）GB/T11618.1-2008銅管接頭第1部分：釬焊式管件JB/T11521-2013空調(diào)與制冷設(shè)備用管路件NB/T47008-2017承壓設(shè)備用碳素鋼和合金鋼鍛件NB/T47009-2017低溫承壓設(shè)備用合金鋼鍛件NB/T47010-2017承壓設(shè)備用不銹鋼和耐熱鋼鍛