1、 管道材料设计部分资料邹跃平 整理中国化工学会培训中心 目录一一一 管道材料设计工作内容简述一一一 在不同化工生产装置中管道材料设计的特点一一一 管道材料专业在工程设计中经常遇见的一些问题第四章 管道材料选材第一章 管道材料设计工作内容 1.1 设计文件的组成管道材料设计主要文件（工程设计）如下：1.1.1 管道材料控制专业图纸目录1.1.2 管道材料设计说明1.1.3 管道材料等级索引1.1.4 管道材料等级表1.1.5 管道壁厚表1.1.6 管道支管连接表1.2 简要说明1.2.1 管道材料控制专业图纸目录仅列出需发往用户和施工现场的设计文件目录。1.2.2 管道材料设计说明对于工程中所用
2、的管道材料从标准、规范、单位、材质、标记、试验、检验等进行说明；对常用管子、管件、阀门、法兰、垫片、螺栓（母）的尺寸及公差进行选择并作出规定。1. 常用管道材料的尺寸（阀门、法兰、管件等）在相应标准中已作出规定者，不需要使用者选择；2. 常用管道材料的尺寸公差已由相应标准作出规定者，不需要使用者选择；3. 如使用者对管道材料的尺寸及公差有特殊要求（不符合标准规范的工程特殊要求） ，可作出相应规定。管道材 料设计说明.doc1.2.3 管道材料等级索引针对某个具体工程，将所有流体按压力、温度和使用的材料分成若干个等级的简要说明；是管道材料控制专业编制的主要文件之一。管道材料等级索 引.xls1.
3、2.4 管道材料等级表针对某个管道等级，所使用的全部管道组成件包括管子、管件、阀门、法兰、垫片及螺栓（母）以及其他附件所使用的标准、材料、尺寸、型号等作出规定；是管道材料控制专业编制的主要文件之一，是管道设计、管道材料汇总和工程施工安装、生产维修的重要依据。管道材料 等级表.xls1.2.5 管道壁厚表针对具体等级，将工程中所使用的各种等级管径的管道壁厚进行规定并列出表格。管道壁 厚表.xls1.2.6 管道支管连接表针对具体等级，从对主管上引出支管所采用的根部连接形式进行规定。管道支管连接 表.xls第二章 在不同化工生产装置中管道材料设计的特点2.1 水煤浆技术煤制甲醇/合成氨生产装置2.
4、1.1 气化单元中的煤浆、黑水和灰水介质如全部采用碳素体钢，管道的腐蚀裕度 CA 值根据物料在管道中的磨蚀强弱来确定，一般磨蚀较轻时 CA值为 3 mm（如：灰水介质） ；对于磨蚀较强，流速较高的含灰、渣的物料管道 CA 值一般取 6mm、9mm （如：煤浆、黑水介质） ；煤浆、黑水介质中 CL-含量较高，易产生缝隙腐蚀，故不可采用承插焊的连接型式（小口径（DN40）的管件、法兰均采用对焊连接型式，阀门均采用法兰式连接） ；煤浆、黑水介质考虑到其磨蚀性，阀门一般选用全通径球阀或轨道式球阀，不宜选用闸阀、截止阀。对于高压氧气管道，在靠近气化炉的部位，从安全防火方面考虑，氧气切断阀及管道材料要求选
5、用 Inconel625 或 Inconel600，要求严格的脱脂、清洗、抛光等，其他氧气管道可选用不锈钢。 气化 变换单元等级表.xls2.1.2 变换单元中工艺气体含有大量 H2 并且含有一定量的 H2S，当介质操作温度等于或高于 200，应根据 Nelson 曲线确定是采用碳素体钢或采用珠光体（铬钼）耐热钢；当介质操作温度250 ，在满足氢腐蚀的基础上，应根据 Couper 曲线中高温 H2SH 2 对各种钢材的腐蚀率来选择适当的材料。2.1.3 脱硫、脱碳单元中工艺介质的设计温度多为低温，当设计温度-20 时采用普通碳素体钢；当设计温度在-20-40 采用 16MnD 低温钢；设计温度
6、-40 采用 0Cr18Ni9 奥氏体不锈钢。如果采用 A333Gr.6，设计温度为-20-45 ，设计温度-45 采用 0Cr18Ni9 奥氏体不锈钢；对于低温介质的管道应选用低温阀门，低温阀门根据温度分为：D型 低温（-46 ） ，D 型 低温（-101） ，D型 低温（-196 ） 。 脱硫 脱碳等级表.xls2.2 硫酸生产装置2.2.1 转化单元中存在高温 SO2 和 SO3 工艺气体的氧化和硫化； SO2 和SO3 工艺气体有温度高，压力低，管径大的特点，其管道材料设计中对于管径 DN200mm 的钢管均采用现场钢板卷制焊接钢管，管道材料的选用根据设计温度做以下划分：T350，材料
7、选用普通碳素体钢（如：Q235B）; 350600）对应表标准号 标准名称 压力等级 PN,MPa 备注ANSI B16.47(1990) 大直径钢法兰 Class 150、300、600、900B 系列API 605-81 大直径钢法兰 Class 150、300、600、900JPI 7S-43-85 大直径钢法兰 Class 150、300、600、900SH 3406-92 钢制管法兰 PN 2.0、5.0SH 3406-96 钢制管法兰 PN 2.0、5.0HG (206152063526023)-97钢制管法兰 PN 2.0、5.0、11.0、15.0表 B.0.2SI 制压力等级
8、 PN，MPa新 旧英寸制压力等级（ Class）1.0 1.0 752.0 2.0 150，铸铁，1255.0 5.0 300，铸铁，250 400（注）11.0 10.0 60015.0 15.0 90026.0 25.0 150042.0 42.0 2500注：ISO、BS、GB 及 HG 标准中已取消与 Class 400 对应的压力等级4、 垫片(1) 垫片的选用应考虑流体性质、使用温度、压力以及法兰密封面等因素。垫片的密封荷载应与法兰的压力等级、密封面型式、表面粗糙度和紧固件相匹配。(2) 具有冷流倾向的垫片，其密封面型式宜采用全平面、凹凸面或榫槽面。(3) 石棉橡胶板垫片应满足以
9、下要求：a) 按 GB/T 39851995 和 GB/T 5391995 选用石棉橡胶板垫片时，其适用压力和温度应符合表 7 的规定。表 7 石棉橡胶板使用规定 b) 石棉橡胶板垫片不得用于真空管道。c) 石棉橡胶板垫片与不锈钢法兰配合使用时，应考虑垫片材料氯离子含量对法兰材料性能的影响。(4) 选用缠绕式垫片、金属包覆垫等半金属垫或金属环垫的公称压力小于等于 PN20的标准管法兰，应采用带颈对焊等刚性较大的结构型式。(5) 可燃材料 (如橡胶)制成的垫片，不得用于输送强氧化性介质的管道。(6) 标准法兰用紧固件和垫片的选用应符合表 8 的规定。表 8 标准法兰用垫片和紧固件的选用表 8 (
10、续) (1) 垫片的选用应考虑流体性质、使用温度、压力以及法兰密封面等因素。垫片的密封荷载应与法兰的压力等级、密封面型式、表面粗糙度和紧固件相匹配。(2) 具有冷流倾向的垫片，其密封面型式宜采用全平面、凹凸面或榫槽面。(3) 石棉橡胶板垫片应满足以下要求：a) 按 GB/T 39851995 和 GB/T 5391995 选用石棉橡胶板垫片时，其适用压力和温度应符合表 7 的规定。表 7 石棉橡胶板使用规定 b) 石棉橡胶板垫片不得用于真空管道。c) 石棉橡胶板垫片与不锈钢法兰配合使用时，应考虑垫片材料氯离子含量对法兰材料性能的影响。(4) 选用缠绕式垫片、金属包覆垫等半金属垫或金属环垫的公称
11、压力小于等于 PN20的标准管法兰，应采用带颈对焊等刚性较大的结构型式。(5) 可燃材料 (如橡胶)制成的垫片，不得用于输送强氧化性介质的管道。(6) 标准法兰用紧固件和垫片的选用应符合表 8 的规定。表 8 标准法兰用垫片和紧固件的选用表 8 (续) 适用压力 公制/英制 MPa(a)非金属垫片： 橡胶平垫 1.6/2.0石棉橡胶橡胶板平垫 2.5/2.0合成纤维平垫 4.0/5.0聚四氟乙烯平垫 4.0/5.0聚四氟乙烯包覆垫 0.64.0/2.05.0(b)半金属垫片 柔性石墨复合垫 1.06.3/2.011.0金属包覆垫 2.5-10.0/5.015.0齿形组合垫 1.625.0/5.
12、042.0缠绕垫 1.616.0/2.026.0(c)金属环垫 6.325.0/11.042.05、螺栓、螺母等紧固件(1) 紧固件包括六角头螺栓、等长双头螺柱、全螺纹螺柱、螺母和垫圈，紧固件强度按表 9 分类。表 9 紧固件强度分类(2) 紧固件应符合预紧及操作条件下垫片的密封要求。(3) 较高强度等级的紧固件可代用较低强度等级的紧固件。高温条件下使用的紧固件应与法兰材料具有相近的热膨胀系数。(4) 配对法兰中一侧为铸铁法兰或铜合金法兰时，应采用低强度紧固件。但以下情况除外：a) 两侧法兰的密封面均为全平面且采用全平面垫片的场合；b) 规定了螺栓拧紧力矩和拧紧程序的场合。(5) 低强度紧固件
13、不得用于剧烈循环工况下的法兰接头。商品级：使用条件六角头螺栓： 双头螺栓1）P N1.6MPa 4.0MPa2）非剧烈循环场合 非剧烈循环场合3）介质为非易燃易爆毒性危害小 配用非金属软垫片专用级: 双头螺柱； 全螺纹螺栓 1）除上述以外场合 高温剧烈循环场合2）P N4.0MPa PN16.0MPa缠绕垫、金属包覆垫、齿形组合垫、金属环垫应使用35CrMoA、25Cr2MoVA 等高强度螺柱。关于 8.8 级/8 级（相当于 30-35#钢）屈强比 108)(80/642.0bmN抗拉强度 81/2使用温度：8.8/8 级 -20250 A2-50、 A2-70、-19660035CrMoA
14、 -100500 25Cr2MoVA -20+5500Cr18Ni9 -1966006、管件1 分类1）按结构型式或功能分2）按连接型式分 BW SW NPT RC RP 3）按材料和制造型式分2 构成管件的四大要素1）结构型式2）连接型式3）规格尺寸及强度（壁厚或压力等级）4）材料和制造型式3 选用1）尽量选用标准的管件2）小口径管件加厚问题3）弯头的半径：R=1.0D 1.5D 3D4）强度：压力等级、Sch、或壁厚，按标准上所列表示对焊管件 壁厚系列为：STD XS承插焊管件 壁厚系列为：class3000.Sch80 class6000.Sch160仪表用螺纹管件 壁厚系列为: class2000.Sch80 class3000.Sch160 class6000.XXS5）支管台
