管道材料设计部分

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第一章 管道材料设计工作内容简述第二章 在不同化工生产装置中管道材料设计的特点第三章 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：管道材料控制专业图纸目录管道材料设计说明管道材料等级索引管道材料等级表管道壁厚表管道支管连接表1.2 简要说明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。管道材料设计说明对于工程中所用的管道材料从标准、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

2、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.doc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.xls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

3、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.xls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.xls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）

4、；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（DN -20C时采用普通碳素体钢；当设计温度在-20-40 C采用16MnD低温钢；设计温 度V -40 C采用0Cr18Ni9奥氏体不锈钢。如果采用 A333Gr.6,设计温度 为-20-45 C,设计温度V -45 C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低温（-46 C）, DH型 低温（-101C）, D皿型 低温（-196 C）。脱硫 脱碳等 级

5、表.xls2.2硫酸生产装置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DN 200mm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：T 350C，材料选用普通碳素体钢（如：Q235B）;350C T475C,材料选用 0Cr18Ni9; 阀门选用对焊蝶阀（DN 100mm）; DN 200mm的管件均采用现场制做。 硫酸装置等级表.xls干吸单元中存在高温硫酸（操作温度 T 4.0100%U级1.0 p 4.040% （固定焊口）15% （转动焊口）U级p 1.010%川级

6、低温液体管 道100%U级当采用气体做压力试验时，焊缝的射线检测要求如下:设计压力pw0.6MPa时，检测比例不小于15%，焊缝质量等级不低于川级; 设计压力0.6vp 0.5 mm/年（不能用）要考虑磨蚀：加腐蚀裕量2）.耐温度要根据金属材料的最高使用温度及低温材料能耐的最低温度选材碳钢Q235- A F-10250CQ235- A、B-10350CQ235- C-10400C10#-30425 C20#-20425 C16Mn-40450C低温碳钢A106-28.9565C09MnD-50350C09M n2VD-50100C09Mn NiD-70350C16MnD-40350C3.5Ni

7、-101C铬钼钢12CrMo 525 C15CrMow 550 C12Cr1MoVw 575C1Cr5Mow 600 C奥氏体不锈钢（C0.04%）w 500600 C316-196500C(max700321-196600C(max 700超低碳不锈钢（Cw 0.03%）304L-196400 C max 425316L-196450 C max 450注：铸铁（一般不用于压力管道） 普通灰铸铁不得用于有毒、可燃或温度急剧变化的受压管道，但可用于设计温度0150 C,设计压力w 1.6MPa的一般介质管道。特殊情况输送可燃流体，但 T设V 150C, P设w I.OMPa 球墨铸铁-2034

8、3C w2.5 MPa 常温下可用于w 4.0MPa 可锻铸铁-20343C，对可燃介质仅用于设计温度w 150C，设计压力w 2.5MPa要区别使用镇静钢与沸腾钢 输送极毒、高度毒性、可燃介质、液化烃的压力管道应用镇静钢。 输送可燃介质管道不得采用沸腾钢制造 含C量0.24%的钢材，不宜用于焊制管子和管件。3）.耐压力（与温度共同对管材壁厚强度的要求） 管表号的含义Sch.No=1000P/八Sch的数值相当于钢管八 为100MPa时的承压能力（bar）。Sch.No适用于表达一定承压范围内多个公称直径管子的壁厚，将钢管壁厚系列化，便于组织批量生产。 壁厚（mm） t1000P Do壁厚（m

9、m） t =.+ C1750式中：P.内压；MPac.许用应力；MPaDo,夕卜径；mm焊缝系数C. 腐蚀裕量； mm（2.54mm）2工程可用钢管1） 分类（1）按材料（2）按用途（3）按制管工艺 无缝（热轧、冷拔、冷轧、锻造、离心铸造） 有缝（焊接）1. 直缝（焊接： ERW、EFW、EAW、GTAW、GMAW 、PAW、FCAW、SMAW）2. 螺旋焊缝（ ERW、SAW）其中：ERW、电阻焊EFW、电熔焊SAW、埋弧焊GTAW、手工或自动惰性气体保护钨极电弧焊GMAW、金属极惰性气体保护电弧焊PAW、等离子焊FCAW、 Co2 药芯焊丝保护焊SMAW、焊条电弧焊i 连续炉焊钢管仅用于水

10、及压缩空气ii 电阻焊管：以管子（带卷）本身作为电流回路,利用电阻加热的同时,在压力作用下连续对接焊接的管子，用于w 200C无毒介质，不得用于剧烈循环工 况。iii 电熔焊管：采用自动电弧焊或手工电弧焊，在预成形的坯料上纵向对接焊成 的管子iv直缝埋弧焊管w 1.6MPa，水、空气、蒸汽、低压煤气及非极毒介质v GB9711螺旋焊天然气钢管，中度及轻度毒性介质w 300Cvi钢管、水煤气输送钢管w1.0MPa0200 C4）管子和管件4.1碳钢、奥氏体不锈钢钢管及其对焊管件应符合表1的规定表1碳钢、奥氏体不锈钢钢管及其对焊管件标准材料（牌号）制管工艺使用限制GB/T 3091 -2001碳素

11、结构钢a电阻焊焊管b 按2.2条规定a，且设计压力不大于 1.6 MPa； 不得用于剧烈循环工况电熔焊焊管及其对焊管件 按2.2条规定a 不得用于剧烈循环工况GB/T 97111997.1 L210L245L290电阻焊焊管b 不得用于GC1级管道； 不得用于剧烈循环工况； 设计压力不大于4.0MPa电熔焊焊管及其对焊管件不得用于GC1级管道GB/T 8163 1999GB 3087 1999GB/T 9711.1 1997碳钢无缝管及其对焊管件GB/T 12771 2000HG/T 20537.3 1992奥氏体不锈钢电熔焊焊管（不添加填充金属）及其对焊管件 不得用于GC1级管道； 不得用于

12、剧烈循环工况HG/T 20537.4 1992纵缝未作射线检测的电熔焊焊管(添加填充金属)及其对焊管件a 2.2条规定：a不得用于GC1管道;b, Q215A,Q235A等A级镇静刚钢仅限于非可燃及非有毒流体，P设w 1.6MPaT 设 w 350C；c, Q215B,Q235B级镇静钢 P 设w 3.0 MPa, T 设 w 350Cd, 对焊接而言，含硫量不得大于 0.3%, A级 w 16, B级 w20, F级半镇钢 w 12b 也适用于采用碳素结构钢钢板制造的对焊管件。 c 不得采用电阻焊焊管制造对焊管件。4.2在剧烈循环工况下选用钢管、有色金属管和对焊管件时，应符合下列规定：a)

13、应采用附录A中表A.1所列无缝管、纵向焊接接头系数大于或等于0.90的焊管和板焊管，不得选用电阻焊(ERW)焊管以及未经射线照相检测的电熔焊(EFW)焊管；b) 应采用无缝管件、纵向焊接接头系数不小于0.90的板制对焊管件和质量系数C。不小于0.90的铸件。4.3碳钢和铬钼合金钢a) 用于焊接的碳钢、铬钼合金钢，含碳量应不大于0.30%;b) 对于L290 (GB/T 9711.1 1997)和更高强度等级的高屈强比材料，不宜用于设计 温度大于200 C的高温管道；c) 对于2.25Cr-1Mo钢，当使用温度大于 455 C 时，焊缝金属的含碳量应大于0.05。4.4奥氏体不锈钢a）低碳（C

14、-20550d,hGB 6654, 14Cr1MoRh14Cr1MoR -20550d,hGB 150, 12Cr2Mo1Rh12Cr2Mo1R -20575d,h无缝合金钢管GB 647915CrMo -20550dGB 531015CrMoG -20550dGB 994815CrMo -20550dGB 531012Cr2Mo -20575dGB 647912Cr2Mo -20575dGB 647910MoWVNb -20500PGB 64791Cr5Mo -20600GB 99481Cr5Mo -206005.4不锈钢 541电熔焊不锈钢管（EFW）（一）GB/T 127710Cr18N

15、i10Ti (321)-253525b,cHG/T 20537.30Cr18Ni10Ti (321)-253525b,cGB/T 127710Cr18Ni10Ti (321H)-196525b,c,fHG/T 20537.30Cr18Ni10Ti (321H)-196525b,c,fGB/T 1277100Cr19Ni10 (304L)-253425b,cHG/T 20537.300Cr19Ni10 (304L)-253425b,cGB/T 1277100Cr17Ni14Mo2 (316L)-253425b,cHG/T 20537.300Cr17Ni14Mo2 (316L)-253425b,c

16、GB/T 127710Cr18Ni9 (304/304H)-253525b,c,fHG/T 20537.30Cr18Ni9 (304/304H)-253525b,c,fGB/T 127710Cr17Ni14Mo2 (316/316H)-253525b,c,fHG/T 20537.30Cr17Ni14Mo2 (316/316H)-253525b,c,fGB/T 127710Cr18Ni11Nb (347)-253525b,cGB/T 127710Cr18Ni11Nb (347H)-196525b,c,fGB/T 127710Cr23Ni13 (309S)-196525b,c,fGB/T 1277

17、10Cr25Ni20 (310S)-196525b,cGB/T 127710Cr25Ni20 (310H)-196525b,c,f电熔焊不锈钢管（EFW） （二）GB/T 4237, 0Cr18Ni10TiHG/T 20537.40Cr18Ni10Ti (321)-253525b,cGB/T 4237, 0Cr18Ni10TiHG/T 20537.40Cr18Ni10Ti (321H)-196525b,c,fGB/T 4237, 00Cr19Ni10HG/T 20537.400Cr19Ni10 (304L)-253425b,cGB/T4237,00Cr17Ni14Mo2HG/T 20537.4

18、00Cr17Ni14Mo2 (316L)-253425b,cGB/T 4237, 0Cr18Ni10HG/T 20537.40Cr18Ni9 (304/304H)-253525b,c,fGB/T 4237, 0Cr17Ni12Mo2HG/T 20537.40Cr17Ni12Mo2 (316/316H)-253525b,c,fGB/T 4237, 0Cr18Ni11NbHG/T 20537.40Cr18Ni11Nb (347)-253525b,cGB/T 4237, 0Cr18Ni11NbHG/T 20537.40Cr18Ni11Nb (347H)-196525b,c,fGB/T 4237, 0

19、Cr23Ni13HG/T 20537.40Cr23Ni13 (309S)-196525b,c,fGB/T 4237, 0Cr25Ni20HG/T 20537.40Cr25Ni20 (310S)-196525b,cGB/T 4237, 0Cr25Ni20HG/T 20537.40Cr25Ni20 (310H)-196525b,c,f543不锈钢无缝管GB/T 149760Cr18Ni10Ti (321)-253525b,cGB/T 149760Cr18Ni10Ti (321H)-196525b,c,fGB/T 1497600Cr19Ni10 (304L)-253425b,cGB/T 149760

20、0Cr17Ni14Mo2 (316L)-253425b,cGB/T 149760Cr18Ni9 (304/304H)-253525b,c,fGB 53101Cr18Ni9 (304H)-196525b,c,fGB 99481Cr19Ni9 (304H)-196525b,c,fGB/T 149760Cr17Ni12Mo2 (316/316H)-253525b,c,fGB/T 149760Cr18Ni11Nb (347)-253525b,cGB 53101Cr19Ni11Nb (347H)-196525b,c,fGB 99481Cr19Ni11Nb (347H)-196525b,c,fGB/T 1

21、49760Cr23Ni13 (309S)-196525b,c,fGB/T 149760Cr25Ni20 (310S)-196525b,cGB/T 149760Cr25Ni20 (310H)-196525b,c,fa A级结构钢许用应力值已乘质量系数0.92 ;b许用应力值旁的直线 （丨）表示材料高于相应温度时，尚应符合GB/T 20801.3中第6、7章的规定；c采用黑体字表述的奥氏体不锈钢和镍基合金许用应力值取相应温度下材料屈服强度90%,当用于非标法兰或按GB/T 20801.3中计算时应将该值乘以 75% ;标有下横线的许用应力值大于相应温度下材料屈服强度三分之二，当用于非标法兰或按GB

22、/T 20801.3中7. 3.2计算时应适当降低。GB/T 20801.3中第 7章的d 材料不宜长期、满负荷地在带括号许用应力值所对应的温度下使用，且应符合规定。T4焊和T6焊选取。GB/T 20801.3中表 2的规定GB/T 20801.3中表 3的规定e焊接后该铝合金材料的许用应力应按 f高温条件下的奥氏体不锈钢应符合 g高温条件下的镍及镍基合金应符合h 板焊管标准可参照ASTM A671常温和较低温用电熔焊钢管、A STM A672中温高压用电熔焊钢管、ASTM A69I高温高压用碳素钢和合金钢电熔焊钢管 i铝制管件标准可参照 ASTM B361铝及铝合金焊接管件 j括号内标准或牌

23、号系参照使用。k应附加低温冲击试验要求。l尚应符合 GB/T 20801.3中6.1条的规定。m尚应符合 GB/T 20801.3中表l的规定。n尚应符合 GB/T 20801.3中表4和6.2条的规定。o数字表示最低使用温度，英文字母 A或B表示本部分图l中的曲线，材料尚应满足 GB/T 20801.3中8 .1.5条规定。p 大于500C，缺乏数据。q 管件用原材料的标准有GB/T 1277l、G B/T 14976、 GB 5310、G B 9948、HG /T 20537.3。附图1:碳钢免除冲击试验的最低使用温度（C ）0IDMH40MbUjVT uia图1碳钢免除冲击试验的最低使用

24、温度（C ）D Av D- D I LJ *斜 I-!位于曲线以下者.应进行冲击试验（低注1:最低使用温度/厚度组合位于相应曲线或以上者，可免除冲击试验, 温低应力工况及小截面除外）。注2:碳钢使用于 GC3级管道时，可免除冲击试验。注3： A、B类材料的分类见附录 A中表A.1或表4注a、注b。注4:厚度系指焊接部位的厚度.非焊接部位按1/4计2）钢管标准的适用规格、范围和质量等级（1）质量等级：A高级1高级B中等2 一般C较低无缝管 GB8162机械结构用钢管 GB8163GB3087GB9711.1 中 L245 分别属 B-2 B-1 B-1 级 GB5310C.SA.S （合金钢）S

25、.SA-1 GB6479C.SA.S （合金钢）S.SA-1 GB9948C.SA.S （合金钢）S.SA-2 GB18984LTCS Ni-A.SA-2 GB14976S.SA-2 GB9711.2高强度低合金钢A-2ERW焊管 GB3091Q195、Q235A （镀锌管）C-2 GB9711.1C-1碳钢和低合金钢 SAW 板焊管规格 DN4502000 GB9711L245 (API5LB ) L485(API5L X 70) A . B A671 A672 板焊管C.S LTCSNi-A.SA . B A649 （合金钢）A.SAGB3091 （直缝）Q235AQ235BCSY5037

26、（螺旋缝）Q235AQ235BC设计选用1 ）按质量等级选用GC1A级GC2B或A GC3C 或 BGC2无毒，非可燃，且 PN20以下C或B2 ）按材料选用 Q235 Q195ERWGB3091SAWGB3091螺旋缝 SAWSY503720无缝GB8163GB3087 GB9948 GB647920G无缝GB5310 L245无缝GB9711DSAWGB9711ERWGB9711 20R,20g,16 Mn D,15CrMoR,A51等板DSAW板焊管 A671 A672 A69415CrMo等CrMo合金管无缝GB5310GB6479 GB9948LTCS,3.5Ni等低温钢无缝GB18

27、984304等不锈钢无缝GB14976304等不锈钢板焊管HG20537.4 ASTM A3583 ）按规格使用 Q235， Q195ERWDN15500 Q235， Q195SAW DN450 L245ERWDN15400精品 L245DSAW DN450 20, 15CrMo等无缝 DN400 20G, 15CrMo等高温高压厚壁锻造管DN3001000 低温刚无缝DN450 304等不锈钢无缝 DN150（4）考虑经济性 检查项目增加，价格依次提高。 C2 C1 B2B1A2A1 ERW- SAW气体保护焊一热轧一冷拔一冷轧一锻造 Q235A-Q235B-20 L245 20G- LTC

28、S-CrMo 钢3.5Ni-304304L-321347316 316L4）代材碳钢(G B)ASTMD1NCrMo 钢(GB)ASTMDiNQ235AA283DST3316MoA335-P115Mo310A106A（高温管）ST35-812CrMoA335-P213CrMo44A53A（压力管）ST37-215 CrMoA335-P1216CrMo4420#A53BST4212 CrMoVA335-P1113CrMoV42A106BST45-812Cr2MoA335-P2210CrMo91016MnA106CST521Cr5MoA335-P512CrMo195-40 C16MnDA333-

29、1.6TTST35N-70 C09Mn 2VA333- 7.9TTST35VAPI5LB A106B国产化用2C#钢代的问题A106C国产化用16Mn钢代的问题3法兰-详见GB/T20801.3第节(1)法兰一般应按表14选取，并应按相应标准规定的压力-温度额定值使用 (3)平焊法兰和松套法兰的附加要求：a) 平焊法兰不得用于温度频繁变化的工况，特别是法兰未作隔热的场合b) 带颈平焊法兰与翻边短节配合的使用范围应符合表5的规定。表5与翻边短节配合的带颈平焊法兰的使用范围压力等级PN最大法兰公称直径DN2030050200c) 松套法兰或带颈平焊法兰与翻边接头(包括现场制作的焊制翻边、扩口翻边等

30、)配合使用时，应考虑法兰内孔与翻边转角的配合。(4) 承插焊焊接法兰应符合 5.223的规定。(5) 螺纹法兰(采用锥管螺纹连接的法兰)附加要求：a) 螺纹法兰应符合规定。b) 选用DN65、DN125和DN150螺纹法兰时，其钢管外径还应符合表6的规定。表6螺纹法兰的钢管外径公称尺寸DN钢管外径mmGB/T7306(55 锥GB/T12716(60管螺纹)。锥管螺纹)6576.173125139.7141.3150165.1168.3（6）法兰型式的选用应考虑法兰的刚度对法兰接头密封性能的影响。（7）剧烈循环工况下，应选用整体法兰或带颈对焊法兰。（8）确定法兰密封面型式及表面粗糙度时，应考虑

31、流体性质和垫片性能。（9）胀接法兰和螺纹法兰不得用于 GC1级管道。欧洲系列（公制）与美洲系列（英制）法兰（a）压力等级及PT关系对有毒及易燃物质要留20%余地；对于液化烃、液氨均按环境温度下最大压力考虑；欧洲系列与美洲系列对磅级及 MPa法兰的转换；连接形式（类型）（HG2059220635欧洲系列美洲系列平焊法兰：板式 2.5MPa用于水及空气等安全介质不得 用于有毒、可燃介质带颈平焊 4.0MPa 1500Lb (26.0MPa常用承插法兰 10.0MPa 1500Lb 26.0MPa 常用 DN40不宜用于有缝隙腐蚀剧烈循环流体对焊法兰 25.0MPa 2500Lb 42.0MPa用于

32、咼温咼压振动松套法兰平焊环 1.6MPa/对焊环 4.0MPa 10.0高压的工况 用RF、RJ粗糙度：平垫片Ra6.312.5（采用非金属平垫片其密封面应车制水线）缠绕垫、齿形组合垫 Ra3.26.3金属包覆垫 Ra1.63.2（ CS） 0.81.6（SS）环垫 Ra0.81.6（ CS） 0.40.8（SS）注意：法兰是锻件，材料表上最好标注 A105o若20#现场用钢板车制只能用到5.0MPa（英制）/4.0MPa （公制）425 CQ235A现场用钢板车制只能用到w1.0MPa （英制）MPa （公制）350 C（d）可配合使用的管法兰标准欧洲系列可配合使用的管法兰标准（参考件）本标

33、准法兰的链接尺寸（包括密圭寸面尺寸）与符合表 B所列标准的管法兰基本相同, 可以配合使用表B标准号标准名称压力等级PN、MPaISO 7005-1(1992)钢法兰0.25 0.6、0.1、16 2.5 4.0DIN 2527(1992)法兰盖0.25-10.0DIN 25342549(1997)铸钢整体法兰1.6 25.0DIN 2566(1975)螺纹法兰1.0 1.6DIN 2628263/8(1975)带颈对焊法兰0.2525.0DIN 2573、DIN2576(1975)板式平焊法兰0.6 1.0DIN2641、DIN2642(1976)翻边环板式活套法兰0.6 1.0DIN2655

34、、DIN2656(1975)平焊环板式活套法兰0.25 4.0DIN 2673(1962)带颈对焊环板式活套法兰1.0BS 4504-3.1(1989)钢法兰0.25 0.6、1.0 1.6 2.5 4.0NF E29-203(1989)钢法兰0.25 0.6、1.0 1.6 2.5 4.0JB 7490(1994)管路法兰0.25 0.6 1.0 1.6 2.5、4.06.3、10.0HGJ 4476(1991)HG 20527(1992)HG 20529(1992)钢制管法兰0.25 0.6 1.0 1.6 2.5、4.06.3 10.0 16.0GB 91129123(1988)9131

35、钢制管法兰0.25 0.6、1.0 1.6 2.5 4.0美洲系列可配合使用的管法兰标准（参考件）本标准法兰（美洲体系）的链接尺寸（包括密封面尺寸）与符合表B.0.1 1、2所列标准的管法兰基本相同，可以配合使用。管法兰压力等级的SI制与英寸制对应见表所示。表 1 DN三600管法兰对应表标准号标准名称压力等级PN,MPaISO 7005-1 (1992)钢法兰PN2.0、5.0 11.0 15.0 26.042.0ANSI B16.5(1998)管法兰和法兰管件Class 150 300、600 9001500 2500BS 1560 section 3.1(1989)钢法兰及法兰管件Class 150300 600、900 15002500NF E29203钢法兰PN2.0、5.0 11.0 15.0 26.042.0JPI 7S-15 93钢法兰及法兰管件Class 150300 600、900 15002500GB 91129123- 88钢制管法兰PN2.0、5.0 11.0 15.0 26.042.0SH 3404 92钢制