制冷管道設計選材

制冷管道設計選材摘要：制冷管道選材是制冷管道設計中的的重要工作，在目前制冷管道設計實踐中，管道材料選擇涉及眾多的標準規(guī)范，各種規(guī)范缺乏統(tǒng)一和協(xié)調，難以保障管道的設計質量。為使管道選材工作有一個標準化的設計程序，本文根據(jù)現(xiàn)有的標準規(guī)范和各種設計資料，結合多年的設計經驗，整理出一套制冷管道的選材方法。制冷項目確定后首先根據(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、法蘭材料和閥門問題分別進行探討。一、 管道材料管材的標準管道材料的選擇首先是管材標準的選擇，管材一般選自GB/T20801.2表A.1，本文已將相關材料編入選材表，設計時根據(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"低溫低應力工況〃問題，在一些地方的特種設備監(jiān)管部門不允許按照"低溫低應力工況〃選用低碳鋼（這是冷庫設計規(guī)范中碳鋼管道的選材依據(jù)），如果項目要求用低碳鋼，應事先與特種設備監(jiān)管部門溝通，否則應放棄此選項而使用更高級別材料（這也是冷庫設計規(guī)范和政府相關部門不協(xié)調之處）。銅管僅作為氟利昂制冷小管徑管道材料的選擇。根據(jù)《冷庫設計規(guī)范》銅管應選用GB/T17791中T2、TU1、TU2牌號，考慮管道在接頭處有擴口的要求，而GB/T17791只有“輕退火（050）”和“軟化退火（060）”2種狀態(tài)的管材進行擴口試驗，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)格鋼管的標準比較完善，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準，GB/T17791也沒有對的外徑、壁厚提出具體要求，因此只能參照GB/T18033《無縫銅水管和銅氣管》的表2確定尺寸（這超出了制冷管道標準的范圍），這也反映了目前的制冷銅管標準體系還不完善。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，各種標準資料存在較多矛盾之處且可操作性差，在《冷庫制冷設計手冊》以及制冷行業(yè)的實際應用中，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）?？稍诋斍皣覙藴鼠w系中，相關標準只有2個（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個標準中基本參數(shù)規(guī)定最大公稱壓力只有1.6MPa，不能滿足《冷庫設計規(guī)范》要求的2.5MPa設計壓力，因此本文不推薦采用承插焊連接方式（沒有合適標準的承插焊管件不能用于在制冷管道工程）。第二種是擴口式管接頭，有2個適用標準。其一是美國汽車工程師學會標準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《擴口式管接頭》，適用于公制尺寸銅管道，設計中優(yōu)先選用公制尺寸。銅管與鋼管的連接采用GB/T5642《擴口式焊接管接頭》。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?？ㄌ捉宇^的設計主要用于液壓和一般用途碳鋼和不銹鋼管路，其密封原理是通過錐形卡套壓緊管道的外面實現(xiàn)無填料密封，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，在制冷管道設計實踐中很少采用。故未列入選材表中。三、 法蘭材料鋼質制冷管道與閥門、設備接口的連接一般采用焊接或法蘭連接，法蘭因為壓力較高，通常選用帶頸對焊法蘭，這種法蘭材料只能用鍛件。鍛件材料牌號的選擇應與管道材料相匹配，本文按優(yōu)先順序將這種匹配關系分為4個級別。最佳匹配：管道牌號與法蘭鍛件牌號完全一致，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種匹配僅用于項目出現(xiàn)特殊情況（如現(xiàn)場的接口不滿足要求又無法改變等）的備選方案。銅管因管徑較小不推薦法蘭連接。四、 閥門問題閥門的選擇在制冷工藝流程設計中完成。在管道設計中需要核實閥門的適用介質、工作壓力、最低工作溫度、連接方式、材料和安裝要求等。閥門廠家提供的資料必須滿足工藝參數(shù)的要求。采用對焊聯(lián)接的閥門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，應采用法蘭過渡的方式轉換材料。五、 最低工作溫度問題碳鋼材料的最低工作溫度依據(jù)GB20801.2確定，銅材料由于沒有列入GB20801.2（也因此造成了銅材料許用應力和最低工作溫度的依據(jù)缺乏權威性），并且國內其它相關標準也沒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踐中經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，對不銹鋼和其它類別材料的連接采用法蘭連接。參考文獻：GB/T20801.2-2006壓力管道規(guī)范工業(yè)管道第2部分：材料GB50072-2010冷庫設計規(guī)范HG/T20553-2011化工配管用無縫及焊接鋼管尺寸選用系列⑷GB/T7778-2017制冷劑編號方法和安全性分類NB/T47012-2010制冷裝置用壓力容器CAS167-2008制冷裝置用管路GB/T17791-2017空調與制冷設備用銅及銅合金無縫管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空調與制冷設備用管路件NB/T47008-2017承壓設備用碳素鋼和合金鋼鍛件NB/T47009-2017低溫承壓設備用合金鋼鍛件NB/T47010-2017承壓設備用不銹鋼和耐熱鋼鍛