管道材料技術(shù)基礎(chǔ)

1、勝利油田勝利工程設(shè)計咨詢有限責任公司,二零零九年十月,管道材料技術(shù)基礎(chǔ),主 要 內(nèi) 容,第一部分 鋼管、管件及管道附件第二部分 焊接材料第三部分 閥門及其選用,第一部分 鋼管、管件及管道附件,一、鋼管的分類及采用標準二、管件的分類及采用標準三、管道附件四、金屬材料的機械性能五、管道材料的選擇六、川氣東送管道材料設(shè)計七、川氣東送國內(nèi)鋼板資源情況八、川氣東送鋼板的試制與生產(chǎn)九、川氣東送鋼管的試制與生

2、產(chǎn),鋼管作為鋼鐵產(chǎn)品的重要組成部分，是壓力管道中應(yīng)用最普遍、用量最大的元件，它的重量占整個壓力管道的近2/3，而投資則占近3/5。因此，管子選的好與壞、是否經(jīng)濟合理，直接影響著石油化工生產(chǎn)裝置的安全和基建投資費用。其分類方法主要有以下兩種： 1)按鋼管的用途分類，有結(jié)構(gòu)用鋼管和流體輸送用鋼管之分。 結(jié)構(gòu)用鋼管主要用于一般金屬結(jié)構(gòu)如橋、梁、鋼構(gòu)架等，它只要求保證強度與剛度，而對鋼管的嚴密性不作要求。,一、鋼管的分類及采用標

3、準,流體輸送用鋼管主要用于帶有壓力的流體輸送，它除了要保證有符合相應(yīng)要求的強度與剛度外，還要求保證密閉性，即鋼管在出廠前要求逐根進行水壓試驗。 對石油化工管道來說，它輸送的介質(zhì)常常是易燃、易爆、有毒、有溫度、有壓力的介質(zhì)，故應(yīng)當采用流體輸送用鋼管。 在實際的工程設(shè)計、采購和施工中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有用結(jié)構(gòu)用鋼管代替流體輸送用鋼管的現(xiàn)象，這是不允許的。,2) 按因其制造工藝及所用管坯形狀不同，分為無縫鋼管（圓坯）

4、和焊接鋼管（板，帶坯）兩大類。,a)無縫鋼管 無縫鋼管的優(yōu)點在于無焊縫，往往適用于一些重要場合，如高壓、高溫、耐腐蝕場合。 無縫鋼管可供至660mm，熱軋常使用至406mm。直徑406mm以上均為熱擴徑軋制，一般熱擴鋼管壁厚偏差較大，表面質(zhì)量也差．故較少采用。 無縫鋼管按制造工藝不同，又分為熱軋（擠壓）無縫鋼管和冷拔（軋）無縫鋼管兩種。冷拔（軋）管又分為圓形管和異形管兩種。,無縫鋼管的工藝流程如下

5、：熱軋（擠壓無縫鋼管）：圓管坯 加熱 穿孔 三輥斜軋、連軋或擠壓 脫管 定徑（或減徑） 冷卻 坯管 矯直 水壓試驗（或探傷） 標記 入

6、庫冷拔（軋）無縫鋼管 ： 圓管坯 加熱 穿孔 打頭 退火 酸洗 涂油（鍍銅） 多道次冷拔（冷軋） 坯管 熱處理 矯直 水壓試驗（探傷） 標記

7、 入庫。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,國內(nèi)常用的標準： GB3087-1999《低中壓鍋爐用無縫鋼管》 GB5310-2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》 GB6479-2000《高壓化肥設(shè)備用無縫鋼管》 GB/T8163-2008《流體輸送用無縫鋼管》 GB9948-2006《石油裂化用無縫鋼管》 GB13296－2007《鍋爐、熱交換器用不銹鋼無縫鋼管》 GB/T14976-

8、2002《流體輸送用不銹鋼無縫鋼管》 GB/T9711.1-1999《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管 交貨技術(shù)條件 第一部分：A級鋼管》 GB/T9711.2-1999《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管 交貨技術(shù)條件 第一部分：B級鋼管》,b) 焊接鋼管 常用的焊接鋼管根據(jù)其生產(chǎn)時采用的焊接工藝不同分為以下三種。 (1)連續(xù)爐焊(鍛焊)鋼管 其特點是生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低，但焊接接頭冶金結(jié)合不完全，焊縫質(zhì)量差，綜合機械

9、性能差。 (2)電阻焊鋼管 其特點是生產(chǎn)效率高，自動化程度高，焊接時不需要焊條和焊藥，對母材損傷小，焊后的變形和殘余應(yīng)力也較小。但它的生產(chǎn)設(shè)備較復雜，設(shè)備投資高，對焊接接頭的表面質(zhì)量要求也比較高。 (3)電弧焊鋼管 它的特點是焊接接頭達到完全的冶金結(jié)合，接頭的機械性能能夠完全達到或接近母材的機械性能 。,根據(jù)焊縫形狀的不同，電弧焊鋼管又可分為直縫管和螺旋焊縫管兩種。 根據(jù)焊接時采取的保護方法不

10、同，電弧焊鋼管又可分為埋弧焊鋼管和熔化極氣體保護焊鋼管兩種。 油氣輸送主要使用： 直縫高頻電阻焊管(HFW)、 直縫埋弧焊管(SAWL或稱LSAW)、 螺旋縫埋弧焊管(SAWH或稱SSAW)等三種。 1)直縫埋弧焊管（SAWL）按成形方式的不同又可分為： (1)UOE焊管； (2)JCOE焊管； (3)RBE焊管。,鋼板上料,焊引弧板,銑

11、 邊,預彎邊,U成型,O成型,水沖洗,干 燥,預 焊,預焊檢查,內(nèi) 焊,焊渣清理,內(nèi)焊縫檢查,外 焊,外焊縫檢查,超聲波檢查,引弧板去除,可疑管,X光檢查,修磨、補焊,工廠檢查,測長、稱重、噴打印,存 放,用戶檢查,平頭,水壓試驗,倒 棱,管端磁粉分層探傷,人工超聲波探傷,判 廢,判 廢,管端焊縫磨平,機械擴管,修磨、補焊,,,,擴徑后檢查,,,取 樣,,超聲波檢查,,,,切 割,,,管端X光拍片,,可疑管,,切 割,

12、,,,發(fā) 貨,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,X光確認、拍片,切割,,,去磁,,,,,,,,UOE管生產(chǎn)流程,2)直縫高頻電阻焊管(HFW) 直縫高頻電阻焊管(HFW)是將熱軋卷板，經(jīng)過連續(xù)輥式成形機成形后，利用高頻電流的集膚效應(yīng)和鄰近效應(yīng)的基礎(chǔ)上，利用高頻電流或感生高頻電流所產(chǎn)生的電阻熱將管坯的對接邊緣加熱熔化，在擠壓輥的作用下而熔合的工藝過程。 3)螺旋縫埋弧焊管 對于螺旋縫埋弧焊管，在我國

13、油氣輸送行業(yè)中運用較為廣泛，國外加拿大、俄羅斯、德國等也廣泛采用，甚至用于抗硫和海底管線；這類制管機組具有生產(chǎn)靈活性大、成本低的特點。,國內(nèi)常用標準： GB/T3091（低壓流體輸送用焊接鋼管）。主要用于輸送水、煤氣、空氣、油和取暖熱水或蒸汽等一般較低壓力流體和其他用途管。其代表材質(zhì)Q235A級鋼。 GB/T14980（低壓流體輸送用大直徑電焊鋼管）。主要用于輸送水、污水、煤氣、空氣、采暖蒸汽等低壓流體和其它用途。其

14、代表材質(zhì)Q235A級鋼。 GB/T12771（流體輸送用不銹鋼焊接鋼管）。主要用于輸送低壓腐蝕性介質(zhì)。代表材質(zhì)為0Cr13、0Cr19Ni9、00Cr19Ni11、00Cr17、0Cr18Ni11Nb、0017Cr17Ni14Mo2等。 GB9711（石油天然氣工業(yè) 輸送鋼管交貨技術(shù)條件）標準，其主要材質(zhì)L175, L210, L245, L290, L320, L360, L390, L415, L450, L4

15、85, L550。,管件是用來改變管道方向、改變管徑大小、進行管道分支、局部加強、實現(xiàn)特殊連接等作用的管道元件。 在管系中改變走向、標高或改變管徑以及由主管上引出支管等均需用管件。 管件可用鋼板焊制、鋼管沖壓、鑄造或鍛造等方法制作 。,二、管件的分類及采用標準,按用途分類直管與支管連接：如法蘭、活接頭、管箍；改變走向： 如彎頭、彎管；分支： 三通、四通、平頭螺紋管接頭；變徑：異徑管

16、（大小頭）、異徑短節(jié)等；封閉管端： 法蘭蓋、管帽、堵頭（絲堵）、封頭等。 注： 法蘭、法蘭蓋屬于管件，但也常單獨作為緊固件。按管件分類 彎頭 、異徑管、三通、四通、管箍、活接頭、管嘴、螺紋短節(jié)、管帽、堵頭內(nèi)外絲等。,管件連接形式 管件的連接形式?jīng)Q定了管件端部的結(jié)構(gòu)型式，它是管件屬性描述的基本項目之一，也是管道材料料單中必須標注的內(nèi)容之一。管件之間、管件和管子之間常用的連接型式有三種，即對焊連接

17、、承插焊連接和螺紋連接。管件的連接型式相應(yīng)地也有與之相適應(yīng)的三種型式，但對承插焊連接有插口和承口之分，對螺紋連接有內(nèi)螺紋和外螺紋之分。一般情況下，每個管件只采用一種連接型式，但有時一個管件的兩端可能會同時用到兩種連接型式。,管件連接形式―對焊連接 它是DN≥50的管道及其元件常用的一種連接型式。對于DN≤40的管子及其元件，因為壁厚一般較薄，采用對焊連接時錯口影響較大，容易燒穿，焊接質(zhì)量不易保證，故一般不

18、采用對焊連接。但下列幾種情況例外： （1） 對DN≤40、壁厚大于等于Sch160的管道及其元件，因其壁厚比較厚，也常用對焊連接； （2） 有縫隙腐蝕介質(zhì)(如氫氟酸介質(zhì))存在的情況下，即使DN≤40、壁厚小于等于Sch160道及其元件，也采用對焊連接，以避免縫隙腐蝕的發(fā)生； （3） 對潤滑油管道，當采用承插焊連接時，其接頭縫隙處易積存雜質(zhì)而對機械設(shè)備產(chǎn)生不利影響，此時也應(yīng)采用對焊連接。,管

19、件連接形式―承插焊連接 多用于DN≤40、壁厚較薄的管子和管件之間的連接 。 承插焊連接接頭必定是一個為插口管件，另一個則為承口管件。如異徑短節(jié)、螺紋短節(jié)等一般為插口管件；彎頭、三通、管帽、加強管嘴、活接頭、管箍等為承口管件，在應(yīng)用中應(yīng)考慮這些管件之間的搭配組合以及所需 的結(jié)構(gòu)空間 。,管件連接形式―螺紋連接

20、 也多用于DN≤40的管子和管件之間的連接，它屬于可拆卸連接，常用于不宜焊接或需要可拆卸的場合。螺紋連接和法蘭連接相比，雖然都屬于可拆卸連接，但前者的連接結(jié)構(gòu)尺寸較小，后者的連接較可靠。 螺紋連接件有陽螺紋和陰螺紋之分。 常用的管件中，螺紋短節(jié)為陽螺紋，而彎頭、三通、管帽、活接頭等多為陰螺紋，使用時應(yīng)注意它們之間的搭配和組合。,螺紋連接與焊接相比，其接頭強度低，密封性能差，因

21、此在石油化工生產(chǎn)裝置的管道上使用時，常受下列條件的限制： （1） 螺紋連接的管件應(yīng)采用錐管螺紋； （2） 螺紋連接不推薦用在大于200℃及低于-45℃的溫度下； （3） 螺紋連接不得用在劇毒介質(zhì)管道上； （4）螺紋連接不推薦用在可能發(fā)生應(yīng)力腐蝕、縫隙腐蝕或由于振動、壓力脈動及溫度變化可能產(chǎn)生交變載荷的管道上； （5） 用于可燃氣體管道上時，宜采用密封焊進行密封。,常用的錐管螺紋可分為：550

22、錐管螺紋 (多用于歐洲)600錐管螺紋 (多用于美國)GB7306為550錐管螺紋 螺紋錐度為：1：16；牙型角：550；尺寸范圍：1/16”~6”螺紋標志代號：R(圓錐外螺紋)； Rc（圓錐內(nèi)螺紋）GB12716為600錐管螺紋螺紋錐度為：1：16；牙型角：600；尺寸范圍：1/16”~12”標識：NPT兩種圓錐管螺紋不能互換。,常用管件標準 國家標準（1） GB12459《鋼制對焊無縫管件》（2） GB/T1

23、3401《鋼板制對焊管件》（3） GB/T14383《鍛鋼制承插焊管件》（4） GB/T14626《鍛鋼制螺紋管件》（5） GB/T17185《鋼制法蘭管件》,行業(yè)標準中石化：（1） SH3408《鋼質(zhì)對焊無縫管件》（2） SH3409《鋼板制對焊管件》（3） SH3410《鍛鋼制承插管件》化工：（1） HG/T21634《鍛鋼制承插管件》 （2） HG/T21635《碳鋼、低合金鋼無縫對焊管件》（3） HG/T

24、21631《鋼制有縫對焊管件》（4） HG/T21631《鍛鋼制承插焊、螺紋和對焊接管臺》中石油： （1） SY/T0510《鋼制對焊管件》（2） SY/T5257 《 油氣輸送用鋼制彎管》,管道附件主要由法蘭、法蘭蓋、法蘭緊固件及墊片組成。 （一） 法蘭及法蘭蓋種類 管道法蘭按與管子的連接方式分成以下五種基本類型：平焊、對焊、螺紋、承插焊和松套法蘭。管道法蘭是石油化工管道系統(tǒng)中最廣泛使用的一種可拆

25、連接件，常用的法蘭除螺紋法蘭外，其余均為焊接法蘭。 法蘭蓋又稱盲法蘭，設(shè)備、機泵上不需接出管道的管嘴，一般用法蘭蓋封住，在管道上則用在管道端部與管道上的法蘭相配合作封蓋用。,三、管道附件,結(jié)構(gòu)型式 基本類型： 平焊、對焊、承插焊、松套、螺紋法蘭,密封面型式 平面（FF）、突面（RF）、凹凸面（MFM）、榫槽面（TG）、環(huán)連接面（RJ）五種

26、,法蘭結(jié)構(gòu)型式的選用 平焊法蘭：多用于介質(zhì)條件比較緩和的情況下，如低壓非凈化壓縮空氣、低壓循環(huán)水，它的優(yōu)點是價格比較便宜； 對焊法蘭：最常用的一種，它與管子為對焊連接，焊接接頭質(zhì)量比較好，而且法蘭的頸部利用錐度過渡，可以承受較苛刻的條件； 承插焊法蘭：常用于PN≤10.0MPa，DN≤40的管道中； 松套法蘭：常用于介質(zhì)溫度和壓力都不高而介質(zhì)腐蝕性較強的情況。當介質(zhì)腐蝕性較強時，法蘭接觸介質(zhì)的部分

27、(翻邊短節(jié))為耐腐蝕的高等級材料如不銹鋼等材料，而外部則利用低等級材料如碳鋼材料的法蘭環(huán)夾緊它以實現(xiàn)密封； 整體法蘭：常常是將法蘭與設(shè)備、管子、管件、閥門等做成一體，這種型式在設(shè)備和閥門上常用。,密封面型式的選用 全平面密封面：常與平焊型式配合以適用于操作條件比較緩和的(PN1.0)工況下；常用于鑄鐵法蘭或與鑄鐵連接的鋼法蘭； 凸臺面密封面：是應(yīng)用最廣的一種型式，它常與對焊和承插焊型式配合使用，在"美

28、式法蘭"中，常用在PN2.0、PN5.0和部分PN10.0MPa壓力等級中；在"歐式法蘭"中則常用在PN1.6、PN2.5MPa壓力等級； 凹凸面密封面：常與對焊和承插型式配合使用，在"美式法蘭中不常采用，在"歐式法蘭"中常用在PN4.0、PN6.4MPa等級中。但它不便于墊片的更換；,榫槽面密封面：使用情況同凹凸面法蘭； 環(huán)槽面密封面：常與對焊連接型式配合(

29、不與承插焊配合)使用，主要用在高溫、高壓或二者均較高的工況。在"美式法蘭'中，常用在PN10.0(部分)、PN15.0、PN25.0、PN42.0MPa壓力等級中。在"歐式法蘭"中常用在PNl0.0、PN16.0、PN25.0、PN32.0、PN42.0。,法蘭的標準體系―國標 GB9112～GB9123等效采用了ISO70055-1標準，同時包括“歐式法蘭”和“美式法蘭”兩個體系。其

30、公稱直徑范圍、法蘭結(jié)構(gòu)及密封面型式等ISO標準基本相同。 公稱壓力有兩個系列： 其一是以PN0.25MPa、PN0.6MPa、PN1.0MPa、PN1.6MPa、PN2.5MPa、PN4.0MPa、PN6.3MPa、PN10.0MPa、PN16.0MPa等九個壓力等級組成的系列，屬于“歐式法蘭”，公稱直徑范圍為DN10～DN3000； 其二是以PN2.0MPa、PN5.0MPa、PN15.0MPa、PN26.

31、0MPa、PN42.0MPa等五個壓力等級組成的系列，屬于“美式法蘭”，公稱直徑范圍為DN10～DN600。,法蘭結(jié)構(gòu)型式有整體、帶頸螺紋、對焊、帶頸平焊、帶頸承插焊、對焊環(huán)帶頸松套、板式平焊、對焊環(huán)板式松套、平焊環(huán)板式松套、翻邊環(huán)板式松套、法蘭蓋共十一種。 密封面型式有平面（FF）、突面（RF）、凹凸面（MF）、榫槽面（TG）、環(huán)連接面五種。,法蘭的標準體系―石化行業(yè) SH3406等效采用了ANSI B1

32、6.5和用API605標準，屬于“美式法蘭”。SH3406在結(jié)構(gòu)尺寸和密封面型式上與B16.5/API605有著很好的互換性，能與ANSI、API、MSS等國際標準的管道元件配套使用。但因SH3406采用了我國材料標準而不是美國材料標準ASTM，故二者的溫度―壓力表有少許偏差，故在二者互換時，應(yīng)注意它們的溫度一壓力對應(yīng)允許值。 公稱壓力等級共包括PN1.0、PN2.0 (CLl50)、PN5.0(CI300)、PN6.8(CL

33、400)、PNl0.0(CL600)、PNl5.0(CL900)、PN25.0(CL1500)、PN42.0(CL2500)八個等級，公稱直徑范圍為DNl5～DN1500。,法蘭型式：當DN≤600mm時，有對焊、平焊、承插焊、松套、螺紋等五種；當DN≥650mm時，僅有對焊型式一種。 密封面型式：當DN≤600mm時，有凸臺面、榫槽面、環(huán)槽面、凹凸面和全平面等五種；當DN≥650mm時，僅有凸臺面一種。,法蘭的標準體系―化工行

34、業(yè) HG20592～HG20605和HG20615～HG20626參照了ISO7005-1標準的編寫模式，即同時包含了“歐式法蘭”和“美式法蘭”兩個體系。 歐式法蘭標準(HG20592～HG20605)的公稱壓力等級共包括PN2.5、PN6、PN10、PN16、PN25、PN40、PN63、PN100、PN160等九個壓力等級，公稱直徑范圍為(DN10～DN2000)，法蘭型式有板式平焊、帶頸平焊、帶頸對焊、整體式

35、、承插焊、螺紋、對焊環(huán)松套、平焊環(huán)松套、法蘭蓋、襯里法蘭等十種，密封面型式有突面、凹凸面、榫槽面、環(huán)連接面、全平面等5種。它可以與我國的用JB閥門配套使用。,美式法蘭標準(HG20615～HG20626)基本上等效采用了ANSI標準。其中，對于DN≤600mm的法蘭則等效采用了ANSI B16.5標準，而對DN≥650nm的法蘭則等效采用API605標準。法蘭的公稱壓力等級共包括Class150(PN20）、Class300（PN50）

36、、 Class600 （PN110）、 Class900（PN150）、 Class1500 （PN260）、 Class2500 （PN420）等6個壓力等級，公稱直徑范圍為(DNl5～DN1500)mm （Class1500與Class2500為DN600及以下）法蘭型式有帶頸平焊、帶頸對焊、整體法蘭、承插焊、螺紋、松套等六種，密封面型式有突面、凹凸面、榫槽面、環(huán)連接面、全平面等五種型式。,法蘭的標準體系―機械行業(yè)

37、 JB/T74～JB/T90屬于歐洲標準體系，其公稱壓力等級共包括PN0.25MPa、PN0.6MPa、PN1.0MPa、PN1.6MPa、PN2.5MPa、PN4.0MPa、PN6.3MPa、PN10.0MPa、PN16.0MPa、PN20.0MPa等十個壓力等級，公稱直徑范圍為(DN15～DN1600)。法蘭型式有整體、板式平焊、對焊、平焊環(huán)板式松套、對焊環(huán)板式松套、翻邊板式松套和法蘭蓋等七種型式。密封面型式有平面、凸面、凹凸面、榫

38、槽面、環(huán)連接面等五種型式。,（二）緊固件材料 選擇法蘭連接用緊固件材料時，應(yīng)同時考慮管道操作壓力、操作溫度、介質(zhì)種類和墊片類型等因素。 螺栓螺母 根據(jù)結(jié)構(gòu)型式不同，螺栓分為六角頭螺栓和雙頭螺栓(螺柱)兩類，而雙頭螺栓又分為通絲和非通絲兩種。 六角頭螺栓：常與平焊法蘭和非金屬墊片配合用于操作較緩和的工況下。 雙頭螺栓：常與對焊法蘭配合使用在操作條件比較苛刻的工況下，其中，通絲型雙頭螺栓沒有截面形狀的變化，故承載能

39、力強。非通絲型雙頭螺栓則相對承載能力較弱。 螺母：材料常根據(jù)與其配合的螺栓材料確定。一般情況下，螺母材料應(yīng)稍低于螺栓材料，并保證螺母硬度比螺栓硬度低HB30左右。,墊片 墊片是借助于螺栓的預緊載荷通過法蘭進行壓緊，使其發(fā)生彈塑性變形，填充法蘭密封面與墊片間的微觀幾何間隙，增加介質(zhì)的流動阻力，從而達到阻止或減少介質(zhì)的泄漏的目的。墊片性能的好壞以及選用的合適與否對密封副的密封效果影響很大。 常用的墊片可以分為三大類，

40、即非金屬墊片、半金屬墊片和金屬墊片。,非金屬墊片： 石棉橡膠墊片，它是通過向石棉中加入不同的添加劑壓制而成。在美國，很多標準中都將石棉制品列為致癌物質(zhì)而禁用。但在世界范圍內(nèi)，石棉仍以其彈性好、強度高、耐油性好、耐高溫、易獲得等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。 適用范圍：T≤260℃，PN≤2.0MPa（SH 3401） T≤400℃，PN≤4.0MPa（國標） 用于水、空氣、氮氣、酸、堿、油品等介質(zhì)

41、工況下。 聚四氟乙烯(PTFE)包覆墊片： 適用范圍：T＝－180～200℃，PN≤4.0MPa 常用于低溫或者要求干凈的場合下,半金屬墊片： 半金屬墊片有纏繞式墊片、金屬包覆墊片和柔性石墨復合墊片三大類。 纏繞式墊片：是半金屬墊片中最理想、也是應(yīng)用最普遍的墊片。 特點：壓縮回彈性好、強度高，有利于適應(yīng)壓力和溫度的變化，能在高溫、低溫、沖擊、振動及交變載荷下保持良好的密封性能。 纏繞鋼帶：20、1

42、Cr13、0Cr19Ni9、0Cr18Ni10Ti、 0Cr17Ni12Mo2等材料 非金屬纏繞帶：特制石棉、柔性石墨帶和聚四氟乙烯帶 適用范圍：PN＝2.0～10.0MPa,金屬包覆墊片：密封性能不如纏繞式墊片，故壓力管道中用的不多，它常用在換熱器封頭等大直徑

43、的法蘭連接密封副上。 柔性石墨復合墊片： 由沖齒或沖孔金屬芯板與膨脹石墨粒子復合而成。適用于突面、凹凸面和榫槽面法蘭,金屬墊片： 金屬墊片常用在高壓力等級法蘭上，以承受比較高的密封比壓。常用的金屬墊片有平墊、八角形墊和橢圓型墊三種。 金屬平墊片：常與凸臺面、凹凸面、榫槽面法蘭使用。 八角形金屬墊片和橢園形金屬墊片：常與環(huán)槽面法蘭使用。與橢圓形金屬墊片相比八角形金屬墊片容易加工，故其應(yīng)用比較多。 金

44、屬墊片的材料應(yīng)配合法蘭材料選用，且要求墊片硬度比法蘭密封面硬度低(不少于HB30)。,金屬材料的機械性能是指金屬在外力作用下表現(xiàn)出來的特性，也稱為金屬的力學性能，主要有下列幾項指標: 1） 強度極限σb 2） 屈服極限σs 3） 延伸率 4） 斷面收縮率ψ 5） 沖擊功Ak 6） 硬度,四、金屬材料的機械性能,工程上常用和需要引起注意的幾項指標： a）強度

45、 油氣管道發(fā)展的趨勢是采用大管徑、高壓輸送。從經(jīng)濟性和安全性考慮，一般均選擇提高鋼管的強度，而不是單純增加鋼管的壁厚。強度的指標主要有強度極限（抗拉強度）σb、屈服極限（屈服強度）σs等。 需要注意的是強度并非愈高愈好，強度高、壁厚薄，此時厚度直徑比減小，剛度則降低。,b) 屈強比 管材的屈強比(屈服強度與抗拉強度之比)表示鋼材的塑性變形能力，即材料從屈服到最后斷裂

46、的塑性變形過程中吸收變形的能力。過去許多規(guī)范規(guī)定屈強比限定在0.85以下，這對低強度鋼種并不困難，而當今微合金化和控軋過程明顯提高了鋼材的屈服強度，但對抗拉強度的影響則較小。因此近年來提出了按強度級別來規(guī)定屈強比的限定值，對X65以上鋼管屈強比的限定值一般都提高到0.90～0.93。,c) 包辛格效應(yīng)與形變硬化 板材在制管成形過程中將會產(chǎn)生形變硬化，可用其形變硬化指數(shù)來量度，表示了該管材抵抗繼續(xù)塑性變形的能力。

47、對于X65及其以下鋼級的應(yīng)力-應(yīng)變曲線有較大的屈服伸長，而其大直徑鋼管成形應(yīng)變量一般為2～3％，故這類鋼材在成形過程中不出現(xiàn)明顯的形變硬化現(xiàn)象。 板材在制管成形過程中和隨后壓平拉伸試樣的制作和拉伸試驗過程中，經(jīng)受了拉、壓反復應(yīng)變。其板材經(jīng)預先加載產(chǎn)生少量塑性變形，而后再同向加載，屈服強度升高；反向加載，屈服強度降低的現(xiàn)象稱之為包辛格效應(yīng)。一般管線鋼因包辛格效應(yīng)而使屈服強度的損失可達15％左右。,對于鋼板在制管和檢

48、測過程中會經(jīng)多次冷變形，從而發(fā)生形變硬化和包辛格效應(yīng)。同樣對于熱軋帶鋼卷制管，其帶鋼要經(jīng)過出廠卷捆，有的還要因測試而松捆、再卷捆分包后發(fā)運，在其后制管中的諸工序，如松卷、展平、成形、試壓以及壓平再行拉伸測試等，均是形變硬化和包辛格效應(yīng)交替進行的過程。相應(yīng)會導致鋼管屈服強度降低或升高。d) 延伸率 延伸率或稱伸長率是金屬試件在拉伸試驗中斷裂時，試件標距長度上的伸仲長量對原標距長度的百分率。它表征金屬材料塑性的高低，延伸率越高

49、、塑性越好。一般情況下低屈服極限的管材，具有高的延伸率．對制管中的拉伸變形有更好的適應(yīng)能力，所制成的管子有更好的塑性。,e) 韌性 韌性是金屬材料在塑性變形和斷裂全過程中吸收變形能的能力。韌性總是和金屬材料的斷裂相聯(lián)系．足夠的韌性可以阻止或延緩管材斷裂事件的進程。鋼材的斷裂韌性系指存在缺陷(如裂紋等)的鋼材，通過缺陷擴展在破斷前吸收變形能的能力。斷裂韌性與鋼材的化學成分(包括合金元素含量)、加工工藝(如熱軋管、冷

50、卷管、管體焊縫的焊接、管子或焊縫的熱處理等)、鋼材厚度及其方向性等有關(guān)。降低鋼材中碳、硫、磷的含量，適當添加鈮、釩、鈦等合金元素，采用控制軋管，控制冷卻等工藝，使鋼材的純凈度提高、材質(zhì)均勻、晶粒細化、則可以提高鋼材的斷裂韌性。,為保證管線的安全可靠性，在管線的設(shè)計中要考慮防止管線在正常運行時發(fā)生斷裂，同時還應(yīng)考慮管材一旦發(fā)生裂紋擴展時，能在短的擴展路程范圍內(nèi)止裂，阻止斷裂事故的發(fā)生與擴展，以盡量降低危險和減少損失。

51、 對于管線斷裂可分為韌性斷裂和脆性斷裂。為了防止管線在工作條件下斷裂，可從消除管線裂紋缺陷和提高管材斷裂韌性兩個方面入手。對前者屬于制管和施工應(yīng)防止的；后者則應(yīng)從選擇管線用鋼、提高鋼材斷裂韌性來防止管線斷裂。因此，具體可從兩個渠道著手，一是要保證管線不發(fā)生脆性斷裂，即材料應(yīng)具有足夠低的韌脆轉(zhuǎn)變溫度可以用鋼材的落錘撕裂試驗(DWTT或DWT試驗)的剪切面積作為防止管道脆性破壞的主要控制指標。,一般規(guī)范要求在最低運行溫度下試樣斷口剪切面

52、積應(yīng)大于85％；二是要保證管道一旦發(fā)生裂紋時不產(chǎn)生長距離的擴展，即材料應(yīng)具有足夠高的夏比(V形缺口)沖擊韌性(起裂、止裂韌性)。對于母材，當鋼材的韌性值滿足止裂要求時，其韌性值一般也都滿足防止起裂的要求。但對于焊縫，要保證與母材等韌性的要求是較為困難的，故對焊縫的韌性要求一般按照防止起裂的韌性計算。 對于母材的止裂韌性要求，APl 5L及GB／T 9711.1標準列出了夏比沖擊功及最小剪切面積百分率的具體要求。其

53、中GB／T 9711.2列出了不同安全系數(shù)、不同鋼號、不同管徑夏比沖擊功及落錘撕裂試驗剪切面積百分率的具體要求。,鋼材中常見的缺陷： 鋼在冶煉和軋制過程中，由于工藝不當，成型之后，鋼材會產(chǎn)生一些缺陷，常見的缺陷有重皮、分層、低熔點夾雜物（非金屬夾雜物），皮下氣泡、疏松、組織和成分的偏析、裂紋與白點等，這些缺陷不僅嚴重影響鋼材的機械性能和使用性能，而且給鋼材加工造成困難，根據(jù)情況可對鋼材進行必要檢驗，常用的有低倍

54、組織檢查、斷口檢查及超聲波檢查。 壓力管道常用的無損檢測有：射線檢測、超聲檢測、磁粉檢測、渦流檢測和滲透檢測。,石油化工裝置設(shè)備和管道的操作條件多處于高溫（低溫）、高壓狀態(tài)，使用和生產(chǎn)的物質(zhì)多為可燃易爆。為了減少和防止火災、爆炸危險，正確選擇設(shè)備和管道的材料是至關(guān)重要的。 （一） 碳素鋼和合金鋼 a) 碳素鋼 含碳量低于2.11%并含有少量硅、錳、硫和磷、銅、鉻、

55、鎳等雜質(zhì)的鐵碳合金稱為碳素鋼。 b)合金鋼 為提高鋼的某些性能，必須向鋼中加入某一種或某幾種其它元素，這種鋼稱為合金鋼。加入的元素稱為合金元素。,五、管道材料的選擇,（二） 高溫用鋼管的材料 溫度超過350℃謂之高溫。高溫用鋼是指具有較高強度的鋼材。 高溫操作環(huán)境，可能會給使用的金屬材料帶來以下三種不利的變化： 高溫——機械型破壞 高溫——冶

56、金不穩(wěn)定型破壞 高溫——化學不穩(wěn)定型破壞,就腐蝕的動力學來說，溫度是導致金屬腐蝕的一個重要因子，尤其是高溫下，金屬元素更加活潑，因此，金屬的高溫腐蝕更是嚴重。 在石油化工裝置里，高溫并伴有腐蝕的管道必須使用耐腐蝕材料；高溫、不伴有腐蝕的管道則應(yīng)使用高溫、高壓鋼管。 碳素鋼的上限使用溫度為450℃左右，碳素鋼在425℃左右會引起石墨化現(xiàn)象，致使強度下降，所以必須添加合金元素以改

57、善碳素鋼的高溫強度。,（三） 耐熱用鋼管的材料 所謂耐熱用材料，是指具有耐氧化性，耐氣體腐蝕性、高溫強度，不發(fā)生高溫脆化，熱沖擊強度高等性能的材料。為了使鋼管具有良好的耐氧化性能，必須加入適當?shù)腃r、A1、Si等金屬元素，這些元素能使鋼的表面產(chǎn)生難以剝離的氧化薄膜。,常用金屬材料的抗氧化極限溫度,（四） 低溫用鋼管的材料 一般低溫系指-20～-196℃范圍內(nèi)。溫度再低就是深低溫、超低溫，在

58、石化企業(yè)中應(yīng)用較少。 對于鋼管材料的選擇，在-20～-196℃范圍內(nèi)有可以做如下劃分： -20～-40℃， 不宜用碳素鋼管； -40～-70℃， 不宜用低合金鋼管； -70～-196℃， 不宜用一般合金鋼管； -196℃以下， 不宜用低碳素普通不銹鋼管。

59、 在低溫情況下，材料因其原子周圍的自由電子活動能力減弱和“粘結(jié)力”的增加而使金屬呈現(xiàn)脆性。一般情況下，對于每種材料，都有一個脆性轉(zhuǎn)變溫度。為了衡量材料在低溫下的韌性，常用低溫沖擊韌性（沖擊功）來衡量。,塑性材料在常溫或高溫下均呈塑性斷裂，斷裂前有較大的塑性變形及縮頸，斷裂過程較慢。在低溫下，塑性材料將呈現(xiàn)脆性斷裂，它在斷裂前沒有明顯的塑性變形及縮頸，斷裂常常是突然發(fā)生。 為了保證材料的

60、使用性能，不僅要求材料在常溫時具有足夠的強度，韌性和加工性能以及焊接性，而且要求材料在低溫時也具有抗脆化的能力。 工程中解決低溫脆斷的方法是限制材料在脆性轉(zhuǎn)變溫度以上使用，或通過設(shè)計溫度下的沖擊試驗證明材料在設(shè)計溫度下的沖擊功不低于某一值（對應(yīng)與脆性轉(zhuǎn)變溫度的沖擊功值）時方可應(yīng)用。,（五）鋼管類型選擇 1 焊接鋼管連續(xù)爐焊(鍛焊)鋼管在管道中僅用于低壓水和壓縮空氣系統(tǒng)。電阻焊鋼管由于接頭處難免有雜

61、質(zhì)存在，所以接頭處的塑性和沖擊韌性較低，不宜用于高溫情況下和重要的場合。一般規(guī)定電阻焊鋼管應(yīng)使用在不超過200℃的情況下。電弧焊鋼管在經(jīng)過適當?shù)臒崽幚砗蜔o損檢查之后，電弧焊直縫鋼管的使用條件可以達到無縫鋼管的使用條件而取代無縫鋼管。螺旋縫焊接鋼管與直縫鋼管相比，其焊縫線度長，相對焊接缺陷大，但焊縫的受力為二維拉應(yīng)力,其焊縫受力狀況優(yōu)于直縫鋼管。一般情況下，螺旋縫焊接鋼管適于設(shè)計溫度為0～200℃、設(shè)計壓力不超過1.0MPa的無毒介質(zhì)管

62、道；直縫焊接鋼管不宜用于設(shè)計壓力大于5.0MPa的工況，當其焊縫系數(shù)小于1.0時，不宜用于極度或高度危害介質(zhì)的輸送。,2 無縫鋼管 （1） 碳素鋼無縫鋼管 石油化工生產(chǎn)裝置中/常用的碳素鋼無縫鋼管標準有GB/T8163、GB9948、GB6479、GB3087、GB5310五種標準。 GB/T8163《流體輸送用無縫鋼管》標準是應(yīng)用最多的一個鋼管制造標準，其制造方法有熱軋、冷拔、熱擴三種方式，規(guī)格范圍為DN

63、6～DN600，壁厚包括從0.25 mm～75.0mm共66種規(guī)格，材料牌號有10、20、Q295、Q345共4種，適用于一般流體的輸送。,GB9948《石油裂化用無縫鋼管》是一個包括碳素鋼、合金鋼、耐熱鋼、不銹鋼等多種材質(zhì)的鋼管制造標準，制造方法有熱軋、冷拔兩種方式。其規(guī)格范圍為DN6～DB250，壁厚包括從1.0mm～20.0mm共16個規(guī)格，它包含的碳素鋼材料牌號有10、20共2種。一般情況下，它常用于不宜采用GB/T8163鋼管

64、的場合。 GB6479《高壓化肥設(shè)備用無縫鋼管》也是一個包括碳素鋼、合金鋼、不銹鋼等多種材質(zhì)的鋼管制造標準，制造方法有熱軋、冷拔兩種方式。其規(guī)格范圍為DN10～D400，壁厚≤40.0mm等多種規(guī)格，包含的碳素鋼材料牌號有10、20、16Mn共3種。一般情況下，它適用于設(shè)計溫度為-40℃～400℃，設(shè)計壓力為10.0MPa～32.0MPa的油品、油氣介質(zhì)。,GB3087《低中壓鍋爐用無縫鋼管》標準的鋼管制造方法有熱軋、冷拔兩種

65、方式，規(guī)格范圍為DN6～DN600，壁厚包括從1.5mm～65.0mm等多種規(guī)格，材料牌號有10、20共兩種，適用于低中壓鍋爐的過熱蒸汽、沸水等介質(zhì)。 GB5310《高壓鍋爐用無縫鋼管》是一個包括碳素鋼、合金鋼、不銹鋼等多種材質(zhì)的鋼管制造標準，制造方法有熱軋、冷拔兩種方式。其規(guī)格范圍為DN15～DN500，壁厚包括從2.0mm～70.0mm等多種規(guī)格，包含的碳素鋼材料牌號只有20G、20MnG、25 MnG三種。適用于高壓蒸汽

66、鍋爐、管道等用。,從檢查試驗角度來講，一般流體輸送用鋼管必須進行化學成分分析、拉力試驗、壓扁試驗和水壓試驗。GB5310、GB6479、GB9948三種標準的鋼管，除了流體輸送用鋼管必須進行的試驗外，還要求進行擴口試驗和沖擊試驗。其中，GB6479標準還對材料的低溫沖擊韌性做出了特殊要求。應(yīng)當說這幾種鋼管的制造、檢驗要求是比較嚴格的。對于GB3087標準的鋼管，除了流體輸送用鋼管的一般試驗要求外，還要求進行冷彎試驗。對于GB/T8163

67、標準的鋼管，除了流體輸送用鋼管的一般試驗要求外，可根據(jù)協(xié)議要求進行擴口試驗和冷彎試驗。這兩種管子的制造、檢驗要求不如前三種嚴格。,從制造質(zhì)量角度來講，GB/T8163和GB3087標準的鋼管多采用平爐或轉(zhuǎn)爐冶煉，其雜質(zhì)成分和內(nèi)部缺陷相對較多。CB9948標準的鋼管多采用電爐冶煉。在一些無縫鋼管生產(chǎn)大廠，GB9948標準中雖然沒有要求必須進行爐外精煉，但為了保證它在苛刻條件下的使用質(zhì)量，均超標準加入了爐外精煉工藝，因此其雜質(zhì)成分和內(nèi)部缺陷

68、相對較少。GB6479和GB5310標準本身就規(guī)定了應(yīng)進行爐外精煉的要求，故其雜質(zhì)成分和內(nèi)部缺陷最少，材料質(zhì)量最高。上述幾個鋼管標準的制造質(zhì)量等級從低到高的順序依次應(yīng)是GB/T8163＜GB3087＜GB9948＜GB5310＜GB6479。,從使用角度來講，一般情況下，GB/T8163標準的鋼管適用于設(shè)計溫度小于350℃、壓力低于4.0MPa的油品、油氣和壓力低于10.0MPa公用介質(zhì)條件下。對于油品、油氣介質(zhì)，當其設(shè)計溫度超過350