管道材料設(shè)計知識

管道材料設(shè)計知識

目錄

1.管道材料基礎(chǔ)知識.................................................................................1

1.1.金屬管道材料分類..............................................................................1

1.2.非金屬管道和襯里管道材料分類.................................................................2

1.3.常用管道材料對照表...........................................................................2

1.4.常用金屬管道材料的熱處理......................................................................3

1.5.石油化工生產(chǎn)過程中常見的腐蝕環(huán)境.............................................................5

1.6.管道材料的選擇................................................................................8

1.7.管道材料的計算和基本限制條件................................................................9

2.金屬管道元件及其選擇.............................................................................12

2.1.鋼管........................................................................................12

2.2.管件........................................................................................17

2.3.法蘭、緊固件及墊片.........................................................................18

2.4.閥門........................................................................................23

2.5.管道特殊件..................................................................................28

3.非金屬管道和襯里管道元件及其選擇................................................................30

3.1.非金屬管道材料的選用.........................................................................30

3.2.管件........................................................................................32

3.3.閥門及管道特殊件...........................................................................32

4.管道等級設(shè)計.....................................................................................32

4.1.管道材料設(shè)計選用規(guī)定........................................................................32

4.2.根據(jù)介質(zhì)性質(zhì)和特殊性分類...................................................................33

4.3.壓力--溫度偶合.............................................................................33

4.4.管道等級....................................................................................34

4.5.閥門規(guī)格書..................................................................................34

5.管道材料等級表...................................................................................35

5.1.編制管道材料等級表需具備的條件..............................................................35

5.2.編制原則....................................................................................35

5.3.管道材料等級表.............................................................................35

1.管道材料基礎(chǔ)知識

1.1.金屬管道材料分類

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金屬管道材料按材質(zhì)的分類見表1所示。

表1金屬管道材料的分類

大分類中分類小分類管子名稱舉例

金屬管鐵管鑄鐵管承壓鑄鐵管（砂型離心鑄鐵管、連續(xù)鑄鐵管）

碳素鋼管B3F焊接鋼管，10、20號鋼無縫鋼管，優(yōu)質(zhì)碳素鋼無縫鋼管

低合金鋼管16Mn無縫鋼管

鋼管

合金鋼管耐熱鋼管（15CrMo等）

不銹鋼管奧氏體不銹鋼管（0Crl8Ni9等）

有色金銅及銅合金管拉制及擠制黃銅管、紫銅管、銅銀合金（蒙乃爾等）

屬管鉛管鉛管，鉛錦合金管

鋁管冷拉鋁及鋁合金圓管，熱擠壓鋁及鋁合金圓管

鈦管鈦管及鈦合金管(Ti-2Al-1.5Mn,Ti-6AL-6V-2Sn-0.5Cu-0.5Fe)

1.2.非金屬管道和襯里管道材料分類

非金屬管道和襯里管道材料按材質(zhì)的分類見表2所示。

表2非金屬管道和襯里管道材料的分類

大分類小分類管子名稱舉例

非金屬橡膠管輸氣膠管，輸水吸水膠管，輸油、吸油膠管，蒸汽膠管

管酚醛塑料管，耐酸酚醛塑料管，硬聚氯乙烯管，高、低密度乙烯管，聚丙

塑料管烯管，聚四氟乙烯管，ABS管，PVC/FRP復(fù)合管，高壓聚乙烯管

石棉水泥管

石墨管不透性石墨管

玻璃管陶瓷管化工陶瓷管（耐酸陶、耐酸耐溫陶、工業(yè)瓷管）

玻璃鋼管聚脂玻璃鋼管、環(huán)氧玻璃鋼管、酚醛玻璃鋼管、吠喃玻璃鋼管

襯里管橡膠襯里管、鋼塑復(fù)合管、涂塑鋼管

1.3.常用管道材料對照表

常用金屬管道材料對照見表3所示。

表3常用金屬管道材料對照表

中國標(biāo)準(zhǔn)GB美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM德國標(biāo)準(zhǔn)D1N日本標(biāo)準(zhǔn)JIS

鋼種

標(biāo)準(zhǔn)鋼管鋼管鋼材鋼管鋼管

碳GB/T

素8163GB10A53-AA1051629-st37STPG370

鋼9948

GB/T

8163GB20A53-BA1051629-st48.4STPG410

9948

GB/T

8163GB20A106-BA10517175-st45.8STPT410

9948

A106-C--STPT480

GB513020GA106-B-17155-st45.8HISTS410

GB647916Mn--17175-17Mn4STS480

GB647910A105-AA10517175-st35.8STPT370

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GB9948GB

6479GB12CrMoA335-P2A182-F217175-15Mo3STPA20

5130

15CrMoA335-P12A182-F1217175-13CrMo44STPAA22

口金

A335-P11A182-F11-STPAA23

鋼

GB6479GB

12Cr2MoA335-P22A182-F2217175-10CrMo910STPA24

5130

A335-P9A182-9-STPA26

低溫GB/T

A333-Grl,

鋼8163GB16MnA350-LF217173-TTSt35NSTPL380

6

6479

GB/TA312-

0Crl8Ni9A182-F30417458-X5CrNil810SUS304TP

14976TP304

A312-A182-

-SUS304HTP

TP304HF304H

GB/TA312-A182-

00Crl9Nil017458-X2CrNil911SUS304LTP

14976TP304LF304L

17458-

GB/TA312-

0Crl7Nil2Mo2A182-F316X5CrNiMol712217458-SUS316TP

14976TP316

X2CrNiMol7132

A312-A182-

-SUS316HTP

TP316HF316H

不

GB/TA312-A182-

銹00Crl7Nil4Mo2-SUS316LTP

14976TP316LF316L

鋼

GB

A312-

13296GB/T0Crl8Nil0TiA182-F32117458SUS321TP

TP321

14976

A312-A182-

-SUS321HTP

TP321HF321H

A312-A182-

0Crl8NillNb-SUS347HTP

TP347HF347H

A312-

0Crl9Nil3Mo317458X5CrNiMol7133SUS317TP

GB/TTP317

14976A312-

00Crl9Nil3Mo317458X2CrNiMol8143SUS317LTP

TP317L

注：

①本對照表是在化學(xué)成分與機(jī)械性能兩者都有近似或有一項近似，另一項基本近似的基礎(chǔ)上

編制的，同一鋼種可以互相代替。

②當(dāng)有特殊要求時尚應(yīng)進(jìn)一步詳細(xì)對照，再確定能否代替。

1.4.常用金屬管道材料的熱處理

1、鋼的熱處理方法

主要有退火和正火、淬火和回火、調(diào)質(zhì)、固溶處理等。

1）退火和正火

將組織偏離平衡狀態(tài)的鋼加熱到適當(dāng)溫度，保溫一段時間，然后緩慢冷卻（一般為隨爐冷卻）,

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以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝叫退火。

根據(jù)處理的目的和要求不同，鋼的常用退火又可分為完全退火（重結(jié)晶退火卜再結(jié)晶退火和消

除應(yīng)力退火。

完全退火是將鐵碳合金完全奧氏體化（加熱到Ac3以上20?30℃）然后緩慢冷卻，以獲得接近平

衡組織的工藝過程。

完全退火適用于處理亞共析鋼、中合金鋼，目的是改善鋼鑄鐵或熱扎型材的機(jī)械性能。

由于加熱溫度超過上臨界點，使組織完全重結(jié)晶，可達(dá)到細(xì)化晶粒、均勻組織、降低硬度、充

分消除內(nèi)應(yīng)力等目的。

再結(jié)晶退火是將變形后的金屬加熱到再結(jié)晶溫度以上（600C?Acl之間），保持適當(dāng)時間，使被

冷加工拉長和破碎的晶粒重新成核并長大成正常晶粒，成為沒有內(nèi)應(yīng)力的新穩(wěn)定組織，使鋼的物理

性能和機(jī)械性能基本上都能得到恢復(fù)。

對于連續(xù)多次冷加工的鋼材，因隨加工道次的增加、硬度不斷升高，塑性不斷下降，必須在兩

次加工中間安排一次再結(jié)晶退火、使其軟化，以便鋼材能進(jìn)一步加工。

這種退火又稱為軟化退火或中間退火。

消除應(yīng)力退火是為了除去由于塑性變形加工、焊接等原因造成以及鑄件內(nèi)存在的殘余應(yīng)力而進(jìn)

行的熱處理工藝，消除應(yīng)力退火的加熱溫度低于鋼的再結(jié)晶溫度。

正火是將鋼加熱到Ac3（或Acm）以上30℃?50C,保溫后在空氣中冷卻，得到珠光體型組織的

熱處理工藝。

正火主要用于細(xì)化鋼材晶粒，改善組織，提高其機(jī)械性能。

正火與退火的區(qū)別是正火的冷卻速度稍快，所獲得的組織比退火細(xì)，綜合機(jī)械性能也有所提

另1。

2）淬火和回

淬火是將鋼加熱到Ac3（亞共析鋼）或Acl（過共析鋼）以上30℃?50℃,保溫后以大于臨界冷卻

速度的快速冷卻的熱處理工藝。

淬火一般是為了得到馬氏體組織，使鋼材得到強(qiáng)化；

淬火馬氏體是碳在a-Fe中的過飽和固溶體。

回火是將鋼加熱到Acl以下某一溫度，保溫后在空氣中冷卻的工藝。

回火常作為鋼淬火后的第二道熱處理，以改善鋼的淬火組織和性能。

回火也常用于消除鋼材的變形加工或焊接殘余應(yīng)力。

根據(jù)鋼的使用目的不同，回火時加熱的溫度也不同。

回火可分為低溫、中溫和高溫回火三種。

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3)調(diào)質(zhì)

通常將淬火加高溫回火的熱處理工藝叫調(diào)質(zhì)。

調(diào)質(zhì)后獲得回火索氏體組織，可使鋼材得到強(qiáng)度與韌性相配合良好的綜合機(jī)械性能。

4)固溶處理

固溶處理是將合金加熱至高溫單相區(qū)，并經(jīng)過充分的保溫，使過剩相充分溶解到固溶體中后快

速冷卻，以得到過飽和固溶體的熱處理工藝。

其目的是為了改善金屬的塑性和韌性，并為進(jìn)一步進(jìn)行沉淀硬化熱處理準(zhǔn)備條件。

對于非超低碳型的奧氏體不銹鋼，通過固溶處理可使過剩的碳被固溶在奧氏體中，從而可消除

其晶間腐蝕的敏感性。

一般情況下，對不銹鋼通常加熱到1000C?1120C,并按每毫米1?2分鐘進(jìn)行保溫，然后進(jìn)

行急冷，使得過剩的碳來不及向晶界遷移，從而達(dá)到消除晶界貧銘的目的。

經(jīng)固溶處理后的鋼仍要防止在敏化溫度加熱，否則碳化格會重新沿晶界析出。

2、常用金屬管道材料

使用熱處理狀態(tài)常用金屬管道材料使用熱處理狀態(tài)見表4所示。

表4常用金屬管道材料使用熱處理狀態(tài)

材料牌號熱處理狀態(tài)材料牌號熱處理狀態(tài)

Q-2352016Mnl2CrMo正火正火正火正火+15CrMolCr5Mo35CrMoA0Crl8Ni9正火+回火或調(diào)質(zhì)正

回火或調(diào)質(zhì)火+回火或調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)

固溶

1.5.石油化工生產(chǎn)過程中常見的腐蝕環(huán)境

1、可產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕破裂的金屬材料和環(huán)境組合

(1)對碳鋼和低合金鋼，介質(zhì)為堿液、硝酸鹽溶液、無水液氨、濕硫化氫、醋酸等；

(2)對奧氏體不銹鋼，介質(zhì)為氯離子、氯化物+蒸汽、硫化氫、堿液等；

(3)對含銅奧氏體不銹鋼，介質(zhì)為堿液、氯化物水溶液、硫酸+硫酸銅的水溶液等；

(4)對黃銅，介質(zhì)為氨氣及溶液、氯化鐵、濕二氧化硫等；

(5)對鈦，介質(zhì)有含鹽酸的甲醇或乙醇、熔融氯化鈉等；

(6)對鋁，介質(zhì)有濕硫化氫、含氫硫化氫、海水等；

工程上防止材料應(yīng)力腐蝕開裂的措施有以下幾個方面：其一是降低應(yīng)力水平，避免或減少局部

應(yīng)力集中，消除加工殘余應(yīng)力和焊接殘余應(yīng)力；

其二是控制敏感環(huán)境，例如：加入緩蝕擠、提高介質(zhì)的pH值、采用電化學(xué)保護(hù)等措施；

其三是正確選用材質(zhì)，避免易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕開裂材料的環(huán)境組合出現(xiàn)。

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2、奧氏體不銹鋼的晶間腐蝕

奧氏體不銹鋼在焊接時，焊縫兩側(cè)2?3mm處可被加熱到400~910℃,這就是所謂的晶間腐蝕

敏化區(qū)。

該區(qū)域晶界的鋁和碳化合為Cr23c6從固溶體中沉降下來，格的流動性很慢，不容易從晶內(nèi)擴(kuò)

散到晶界，因此晶界形成貧格區(qū)。

鋼中含鋁量須在11%以上才有良好耐腐蝕性，貧銘區(qū)的銘量可降到11%的水平，在一定的腐

蝕溶液中就形成“碳化銘(陰極)-貧銘區(qū)(陰極)電池，使晶界貧銘區(qū)產(chǎn)生腐蝕。

3、工程上防止奧氏體不銹鋼晶間腐蝕發(fā)生的措施主要有：

(1)進(jìn)行固溶化熱處理；

(2)降低不銹鋼中的含碳量，將碳含量降低到0.03%以下；

(3)采用含穩(wěn)定化元素(主要是鈦和鋸)的奧氏體不銹鋼。

4、構(gòu)成濕硫化氫應(yīng)力腐蝕的環(huán)境1)當(dāng)介質(zhì)中含硫化氫且符合下列各項條件之一時，即構(gòu)成濕

硫化氫應(yīng)力腐蝕環(huán)境：

(1)硫化氫在介質(zhì)中的分壓，大于或等于0.000345MPa；

(2)介質(zhì)中含有液相水或操作溫度處于露點之下；

(3)介質(zhì)pH小于6,但當(dāng)介質(zhì)中含有氟化物時pH可大于7?

2)當(dāng)介質(zhì)構(gòu)成濕硫化氫應(yīng)力腐蝕開裂的環(huán)境條件時，選用的材料應(yīng)符合下列要求；

(1)材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的屈服強(qiáng)度應(yīng)小于或等于355MPa；

(2)材料實測的抗拉強(qiáng)度應(yīng)小于或等于650MPa；

(3)材料的使用狀態(tài)應(yīng)為正火、正火加回火、退火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)；

(4)碳當(dāng)量限制：對碳鋼和碳銃鋼應(yīng)小于或等于0.4,對低合金鋼應(yīng)小于或等于0.45；

(5)硬度限制：無論是對材料本體或焊縫及熱影響區(qū)，硬度均應(yīng)小于或等于HB200；

(6)焊后應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理或其他等效的熱處理。

5、構(gòu)成液氨應(yīng)力腐蝕開裂的環(huán)境

1)當(dāng)介質(zhì)為液氨，并符合下列條件之一時，即構(gòu)成液氨應(yīng)力腐蝕環(huán)境：

(1)介質(zhì)為液氨，含水量小于或等于0.2%(wt),且有可能受空氣(氧或二氧化碳)的污染；

(2)介質(zhì)操作溫度高于-5℃。

2)當(dāng)介質(zhì)構(gòu)成液氨應(yīng)力腐蝕開裂的環(huán)境條件時，應(yīng)用的材料應(yīng)符合下列要求：

(1)材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的屈服強(qiáng)度應(yīng)小于或等于355MPa；

(2)材料實測的抗拉強(qiáng)度應(yīng)小于或等于650MPa；

(3)材料的使用狀態(tài)應(yīng)為正火、正火加回火、退火或調(diào)質(zhì)狀態(tài)；

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(4)碳當(dāng)量限制：對碳鋼和碳猛鋼應(yīng)小于或等于0.4,對低合金鋼應(yīng)小于或等于0.45；

(5)硬度限制：無論是對材料本體或焊縫及熱影響區(qū)，硬度均應(yīng)小于或等于HB185；

(6)焊后應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力熱處理或其他等效的熱處理。

6、苛性鈉堿液管道應(yīng)力腐蝕的條件

苛性鈉堿液管道在一定條件下能引起碳鋼材料的應(yīng)力腐蝕開裂(堿脆)，影響碳鋼產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕

開裂的因素有堿液濃度、操作溫度和材料中存在的殘余應(yīng)力等。

一般情況下，當(dāng)NaOH的濃度(wt)%和操作溫度超出下列規(guī)定時，應(yīng)對焊縫進(jìn)行消除應(yīng)力熱處

理。

見表5所示。

表5

NaOH的濃

510152030405060

度(wt)%

操作溫度℃8576706554484340

當(dāng)NaOH的濃度(wt)%和溫度超出下列規(guī)定時，則應(yīng)考慮采用含鎂合金。

見表6所示。

表6

NaOH的濃

1020304050

度(wt)%

操作溫度。C105110978277

7、氫脆和氫腐蝕

(1)氫脆：在高溫、高壓下氫分子部分分解為原子氫，或者氫氣在濕的腐蝕環(huán)境中經(jīng)過電化學(xué)

反應(yīng)生成氫原子，這些氫原子滲透到鋼內(nèi)部后，使鋼晶粒間原子結(jié)合力降低，造成鋼材的延伸率、

斷面收縮率降低，強(qiáng)度也降低，這種現(xiàn)象叫氫脆。

(2)氫腐蝕：鋼材長期與高溫、高壓氫氣接觸時，氫原子或氫分子會與鋼中的碳化物(滲碳體)

發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成甲烷(Fe3c2+2H2f3Fe+CH4),當(dāng)該化學(xué)反應(yīng)發(fā)生在鋼材的表面時，稱為表面脫

碳；

發(fā)生在鋼材內(nèi)部時，稱為內(nèi)部脫碳。

內(nèi)部脫碳和外部脫碳統(tǒng)稱為氫腐蝕。

對于鋼材的內(nèi)部脫碳，因生成的甲烷氣體不能從鋼中擴(kuò)散出去，而聚積在晶粒間形成局部高

壓，造成應(yīng)力集中，進(jìn)而使鋼材產(chǎn)生微裂紋或鼓泡，致使鋼材的強(qiáng)度及韌性下降，即鋼材變脆。

氫脆是一次脆化，是可逆的；

而氫腐蝕是永久脆化、是不可逆的。

工程中防止氫脆發(fā)生的措施有：避開其溫度敏感區(qū)使用、選用強(qiáng)度低的材料、降低金屬構(gòu)件的

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應(yīng)力水平。

1.6.管道材料的選擇

1、低溫下選材應(yīng)注意的問題

(1)對于碳素鋼、低合金鋼、中合金鋼及高合金鐵素體鋼，鋼材的使用溫度下限均高于-20℃。

當(dāng)設(shè)計溫度低于或等于-20C時，應(yīng)按低溫管道的設(shè)計規(guī)定進(jìn)行夏比(V型缺口)低溫沖擊試驗。

低溫沖擊試驗溫度應(yīng)低于或等于受壓元件的最低設(shè)計溫度。

但符合下列條件者可免除沖擊試驗：

①使用溫度高于-45℃,且不低于規(guī)范規(guī)定的使用溫度下限，同時，材料的厚度無法制備

5mm厚的試樣時；

②除了抗拉強(qiáng)度下限值大于540MPa的鋼材及螺栓材料外，使用的材料在低溫低應(yīng)力工況下

注，若設(shè)計溫度加50c后，高于-20C。

注：低溫低應(yīng)力工況是指受壓元件的設(shè)計溫度雖然低于-20C,但其薄膜應(yīng)力小于或等于鋼材

常溫標(biāo)準(zhǔn)屈服強(qiáng)度的六分之一，且不大于50MPa的工況。

(2)對于奧氏體不銹鋼，鋼材的使用溫度下限均高于-196℃。

當(dāng)設(shè)計溫度低于或等于-196C時，應(yīng)按低溫管道的設(shè)計規(guī)定進(jìn)行夏比(V型缺口)低溫沖擊試

驗。

但如果材料的含碳量大于0.1%,且設(shè)計溫度低于-20C,即使設(shè)計溫度不低于-196C,也應(yīng)對

焊縫及其熱影響區(qū)進(jìn)行低溫沖擊韌性試驗。

2、高溫下選材應(yīng)注意的問題

(1)當(dāng)碳鋼、純銀鋼、碳鎰鋼、鎰機(jī)鋼和碳硅鋼在425c以上長時間使用時，其碳化物有轉(zhuǎn)化

為石墨的可能性，致使強(qiáng)度下降。

當(dāng)預(yù)期的工況條件屬于這種情況下時，應(yīng)避免選用這些材料。

(2)當(dāng)碳鋁鋼、鎰銅機(jī)鋼和銘銳鋼在468c以上長時間使用時，其碳化物有轉(zhuǎn)化為石墨的可能

性，致使強(qiáng)度下降。

當(dāng)預(yù)期的工況條件屬于這種情況下時，應(yīng)避免選用這些材料。

(3)銘鋁合金鋼及銘鋁鈕合金鋼長期在400c?550C的溫度區(qū)間使用時，可能會產(chǎn)生回火脆性

問題。

工程中如果不能避開這種使用情況時，應(yīng)提出適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)(防止)措施。

(4)鐵素體不銹鋼在高于371℃的溫度下使用時，會在室溫下出現(xiàn)脆性。

當(dāng)預(yù)期的工況條件屬于這種情況下時，應(yīng)避免選用這些材料。

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(5)含銘12%以上的鐵素體和馬氏體不銹鋼長期在400℃?550℃溫度區(qū)間使用時，可能會產(chǎn)生

475℃脆性問題。

當(dāng)預(yù)期的工況條件屬于這種情況下時，應(yīng)避免選用這些材料。

(6)含格16%以上的高格不銹鋼和含銘18%以上的高銘鎮(zhèn)不銹鋼在540℃?900℃溫度區(qū)間長

期使用時，可能會產(chǎn)生。相脆性問題。

在這種情況下，應(yīng)控制材料中的鐵素體含量不超過8%o

(7)一般奧氏體不銹鋼在經(jīng)過427℃?871℃的溫度區(qū)間進(jìn)行升溫或降溫時，會產(chǎn)生晶間腐蝕的

敏感性。

在該工況下，應(yīng)避免材料在能引起晶間腐蝕的介質(zhì)環(huán)境中使用，或采用穩(wěn)定化或超低碳不銹鋼

材料。

(8)奧氏體不銹鋼與某些低熔點的金屬如：鋁、錦、鈿、鎘、錢、鉛、錦、鋅等及其化合物在

高溫(高于這些低熔點金屬的熔點溫度)下接觸，會產(chǎn)生晶間破壞的敏感性。

工程中應(yīng)避免該環(huán)境的出現(xiàn)。

(9)對于奧氏體不銹鋼材料，當(dāng)使用溫度大于525c時，應(yīng)考慮采用高碳(含碳量大于0.04%)

不銹鋼。

若含碳量太低，鋼的強(qiáng)度會顯著下降。

(10)對于碳鋼-奧氏體不銹鋼復(fù)合材料，當(dāng)使用溫度大于400c時，應(yīng)考慮較大的熱膨脹差

引起的不利情況。

當(dāng)預(yù)期的工況條件屬于這種情況下時，應(yīng)避免選用這些材料。

(11)鈦及鈦合金在316c以上溫度下使用時，有品質(zhì)降低的可能。

當(dāng)預(yù)期的工況條件屬于這種情況下時，應(yīng)避免選用這些材料。

(12)所用材料長期在蠕變溫度以上使用時，應(yīng)注意蠕變可能帶來的一些不利影響，這樣的影響

包括管道組成件的過度變形、管道節(jié)點的過大位移甚至材料的變性等問題；

這種影響對少量位移比較敏感的管道組成件如螺栓是不可忽視的。

(13)通過熱處理提高其性能的材料，如果材料長期在高于回火的溫度下使用，會導(dǎo)致材料的強(qiáng)

度降低。

所以當(dāng)可預(yù)見到出現(xiàn)這種情況時，應(yīng)限制材料的高溫使用溫度，或按較小的許用應(yīng)力進(jìn)行設(shè)

計。

1.7.管道材料的計算和基本限制條件

1、金屬直管的壁厚計算

第9頁共41頁

1）受內(nèi)壓直管的壁厚，可按下列規(guī)定確定。

（1）當(dāng)S%D"6時，管子的計算壁厚按下式計算

S:叨。

式中&一管子的計算壁厚，mm；

P—設(shè)計壓力，MPa；

—管子外徑，mm；

B1一設(shè)計溫度下管子材料的許用應(yīng)力，MPa；

“一焊縫系數(shù)，對無縫鋼管取1;

Y—溫度對計算管子壁厚公式的修正系數(shù)，應(yīng)按表7o

表7溫度對計算管子壁厚公式的修正系數(shù)

溫度/℃

材料

W482510538566593>621

鐵素體鋼0.40.50.70.70.70.7

奧氏體鋼0.40.40.40.40.50.7

注：介于表列的中間溫度的丫值可用內(nèi)插法計算。

2、管子的選用壁厚應(yīng)按下式計算

S=SO+C

式中：S一包括附加裕量在內(nèi)的管子壁厚，mm；

C一管子的壁厚的附加裕量（包括腐蝕裕量、壁厚負(fù)偏差和螺紋深度差等），mm。

（2）對于S02D0/6或P/B】＞0.385的管子，其計算壁厚，應(yīng)根據(jù)斷裂理論、疲勞、熱應(yīng)力及

材料特性等因素綜合考慮確定。

焊接鋼管的焊縫系數(shù)，應(yīng)按表8取值。

無縫鋼管壁厚負(fù)偏差，按《無縫鋼管尺寸、外形、重量及允許偏差》GB/T17395s2級取-

12.5%。

表8焊接鋼管的焊縫系數(shù)

序號焊接方法接頭型式焊縫形式檢驗要求?

連續(xù)爐焊

1對焊直焊縫按材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定0.6

①

2電阻焊（ERW）對焊直焊縫或螺旋焊縫按材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定0.85

第10頁共41頁

無X射線探傷10%X

單面對接焊（帶或不帶射線探傷100%X射

直焊縫或螺旋焊縫0.80.91.0

填充金屬）線探傷

3電弧焊

無X射線探傷10%X

雙面對接焊（帶或不帶直焊縫或螺旋焊縫（除

射線探傷100%X射0.850.91.0

填充金屬）序號4夕卜）

線探傷

GB/T9711.1

埋弧焊、氣

直縫（一條或兩條）或

4體保護(hù)金屬對焊按GB/T9711.1規(guī)定0.95

螺旋焊縫

焊或兩者結(jié)

合

注：

①不得通過附加無損檢測來提高縱向焊接接頭系數(shù)。

2）受外壓直管的壁厚和加強(qiáng)圈計算，應(yīng)根據(jù)《鋼制壓力容器》GB150規(guī)定的方法進(jìn)行。

當(dāng)確定D0/S0<10的管子的許用外壓力時，應(yīng)力。0應(yīng)取下列式中的較小值：。0=1.50卜1o

0=0.95；式中S:一設(shè)計溫度下管子材料的屈服極限，MPa。

3、彎管及彎頭的壁厚計算

彎管及彎頭的壁厚，應(yīng)按下列要求確定。

P&.+a/2V

⑴彎管及彎頭外弧最小壁厚，可按下式計算：S00年】F+2PY水口r一二⑵彎

叫0DJ2

管及彎頭內(nèi)弧最小壁厚，可按下式計算：SOi4SJF+2PY2R式中soi—彎管內(nèi)

側(cè)計算壁厚，mm；

S00一彎管外側(cè)計算壁厚，mm；

R一彎管彎曲半徑，mm；

DO一管子內(nèi)徑，mm；

C2一腐蝕裕量，mm；

上述兩式計算結(jié)果，分別是彎管或彎頭成型件外惻和內(nèi)側(cè)允許的最小壁厚，未包括彎制過程中

的工藝減薄量和彎制選用直管負(fù)偏差的附加值。

（3）彎管彎曲后的最小厚度，不應(yīng)小于直管扣除壁厚負(fù)偏差后的壁厚值。

（4）當(dāng)無法計算時，也可采用驗證性試驗決定最大許用工作壓力。

（5）采用爆破法驗證最大許用工作壓力時，爆破壓力可按下列公式計算：P2=Pl$：/5；pi=2

第11頁共41頁

obS/DO式中：P2一管件的爆破試驗壓力，MPa；

Pl-管件的計算爆破壓力，MPa；

。b一直管材料的標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度下限值，MPa；

S一直管名義壁厚，mm；

S:一試驗管件材料的實際抗拉強(qiáng)度，MPa；

S；一試驗管件材料的規(guī)定抗拉強(qiáng)度，MPa；

4、開孔補(bǔ)強(qiáng)的計算當(dāng)管子環(huán)向應(yīng)力大于材料在工作溫度下許用應(yīng)力的50%時，被支管開孔

削弱的管子應(yīng)經(jīng)驗算確定是否需要補(bǔ)強(qiáng)。

補(bǔ)強(qiáng)圈的補(bǔ)強(qiáng)計算見《石油化工管道設(shè)計器材選用通則》SH3059規(guī)定。

2.金屬管道元件及其選擇

2.1.鋼管

適用于煉油化工裝置用鋼管的種類、規(guī)格尺寸和適用范圍，各國均有國家或協(xié)會（學(xué)會）標(biāo)準(zhǔn)、

行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以及生產(chǎn)廠家的標(biāo)準(zhǔn)。

在國內(nèi)配管最常用的是國標(biāo)GB標(biāo)準(zhǔn)和美國ASME標(biāo)準(zhǔn)。

配管常用的國內(nèi)金屬管子標(biāo)準(zhǔn)表9常用的國內(nèi)金屬管子標(biāo)準(zhǔn)

鋼管名稱及標(biāo)制造方法或/和交

規(guī)格尺寸范圍鋼號適用范圍

準(zhǔn)號貨狀態(tài)

電阻焊或埋弧

焊；0?350℃W1.6MPa,

未4鍍鋅和管端

DN6-150普通GB/T700：Q2B5A、水、污水、燃?xì)?、?/p>

低壓流體輸送

管，加強(qiáng)管；Q215BQ235A、Q235B；加工的鋼管按原氣，采暖蒸汽等低壓流

用焊接鋼管

外徑：@GB/T1591：Q295A、制造狀態(tài)交貨；體。

GB/T3091

177.8-1626Q295BQ345A、Q345B公稱外徑不大于不得用于劇烈循環(huán)工

323.9mm的鋼管況.

可鍍鋅交貨。

第12頁共41頁

鋼管名稱及標(biāo)制造方法或/和交

規(guī)格尺寸范圍鋼號適用范圍

準(zhǔn)號貨狀態(tài)

GB699：

08F、0810F、

直縫電焊鋼管1015F、1520；W200℃不得用于劇烈

DN6?1500不熱處理

GB/T13793GB700：Q195循環(huán)工況.

Q215

Q235A、Q235B

石油天然氣工

業(yè)輸送管道交

采用自動電弧焊

貨技術(shù)條件，L210、L245、L290、L320電阻焊焊管不得用于劇

63?2023或電阻焊接方法

第一部分：等烈循環(huán)工況.

A制造。

級鋼管GB/T

9711.1

熱軋（擠壓、擴(kuò)）和

冷拔（軋）無縫方法

熱軋外徑：6制造。

輸送流體用無

32?。630；熱軋（擠壓、擴(kuò)）鋼輸送流體用的一般無縫

縫鋼管GB/T1020Q295Q345

冷拔外徑：e管以熱軋或熱處鋼管。

8163

6?0200理狀態(tài)交貨，冷

拔（軋）鋼管以熱處

理狀態(tài)交貨。

熱軋（擠壓、擴(kuò)）和

冷拔（軋）無縫方法

10

20制造，需方指定

某一制造方法

石油裂化用無12CrMo

外徑：610?15CrMo時，應(yīng)在合同中石油煉廠的爐管，換熱

縫鋼管GB

6273lCr2Mo注明。器管和管道。

9948-88

lCr5Mo鋼管按本標(biāo)準(zhǔn)表4

lCrl9Ni9規(guī)定的熱處理制

lCrl9NillNb度熱處理后交

貨。

熱軋管以熱扎狀

低中壓鍋爐用

外徑：010?態(tài)，冷拔（扎）鋼管各種結(jié)構(gòu)低中壓鍋爐用

無縫鋼管GB1020

6426以熱處理狀態(tài)交和機(jī)車鍋爐用。

3087

貨

第13頁共41頁

鋼管名稱及標(biāo)制造方法或/和交

規(guī)格尺寸范圍鋼號適用范圍

準(zhǔn)號貨狀態(tài)

熱軋（擠壓、擴(kuò)）和適用高壓及其以上壓力

冷拔（軋）無縫方法的蒸汽鍋爐、管道等用

20MnG、20G>

制造，需方指定的優(yōu)質(zhì)碳素鋼，合金鋼

25MnG15MoG

某一制造方法和不銹耐熱鋼無縫鋼

①20MoG

時，應(yīng)在合同中笆

熱軋（擠、擴(kuò)）①12CrMoG

注明。

外徑:422?@15CrMoG

高壓鍋爐用無鋼管按本標(biāo)準(zhǔn)表5

4）530；①12Cr2MoG

縫鋼管GB規(guī)定的熱處理制

冷拔（軋）外@12CrlMoVG

5310度熱處理后交

徑：610?6@12Cr2MoWVTiB

貨。

11412Cr3MoVSiTiB

10Cr9MolVNb

lCrl8Ni9

lCrl9NillNb

lCrl8Ni9采用自動電弧焊

0Crl8Ni9或電阻焊接方法

00Crl9Nil0制造；

0Cr25Ni20鋼管以熱處理狀

0Crl7Nil2Mo

態(tài)交貨，熱處理

200Crl7Nil4Mo

時須采用連續(xù)式輸送中低壓流體用的耐

流體輸送用不20Crl8Nil0Ti(lCrl8Ni9Ti)

外徑：68?6或周期式爐全長蝕不銹鋼焊接鋼管。

銹鋼焊接鋼管0Crl8NillNb

630處理。不得用于劇烈循環(huán)工

GB/T1277100Crl7

00Crl8Mo推薦熱處理制度況.

20Cr按本標(biāo)準(zhǔn)表7,根

130Crl3Al據(jù)需方要求，經(jīng)

供需雙方協(xié)議，

也可按其他狀態(tài)

交貨。