海上平台配管

1、海上平台配管设计 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 配管设计所包括的内容41.1设计准备41.2设计工作的展开51.3配管设计应用的规范和法规5 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 配管材料的选择62.1管子62.2管件规格和型号82.3法兰102.4垫片（圈）122.5螺栓、螺母142.6膨胀节152.7阀门16 HYPERLINK l bookmark61 o Current Document 配管规格书的编写213.1压力等级确定213.2管线设计中压力、温度的确

2、定及须考虑的因素213.3各个等级材料及形式的选择22 HYPERLINK l bookmark67 o Current Document 管线的制作、装配和安装244.1焊接244.2预热和热处理254.3弯曲和成形264.4柔性和支承件274.5无损探伤29 HYPERLINK l bookmark73 o Current Document 管线的强度试验和密性试验295.1管线的强度试验压力的确定305.2压力试验图315.3压力试验步骤315.4密封性试验32 HYPERLINK l bookmark76 o Current Document 管道的绝缘326.1绝缘材料的选择326.

3、2外包装要求33 HYPERLINK l bookmark79 o Current Document 管线标识和防静电337.1管线标识337.2防静电34 HYPERLINK l bookmark82 o Current Document 配管布置设计要求348.1各种设备的配管布置要求348.2其他要求36 HYPERLINK l bookmark85 o Current Document 附录1：配管级别代号说明-37 HYPERLINK l bookmark91 o Current Document 附录2：应用规范和标准371配管设计所包括的内容1.1设计准备：分析基础资料，明确设计

4、范围和要求，编写设计图纸文件目录，根据要求收集所需 要的规范、标准。1.1.1配管设计技术规格书有以下几本：配管图例配管设计技术要求配管材料采办技术要求（与“配管设计技术要求”可合为一本“配管规格书”）管线安装规格书配管说明书（中文）配管焊接规格书配管检验规格书配管压力试验规格书管线吊支架规格书配管保温规格书配管标准图配管材料规格书及管线壁厚计算阀门数据表（也可放在配管材料规格书中）1.1.2基本、详细设计图纸、文件有以下内容：配管设计规格书（基本设计时“管线吊支架规格书”“配管保温规格书”和“配 管标准图”可以不编写）配管平面布置图和剖面图、放大图（基本设计可不做）管支架布置图阀门、管线、支

5、架、保温等材料表管线气密试验大纲及气密试验图（基本设计不做）1.1.3加工设计图纸、文件有以下内容：三维图和单管预制图管支架详图弯管、管鞋等的制作详图和软管支架制作详图等阀门、管线、支架、保温等材料的采办料单阀门、管线、支架、保温等材料的施工料单管线的施工、采办和试压程序文件编写管线的试压图管线的试压用料单1.2设计工作的展开1.2.1技术规格书的编写：根据本项目要求和有关规范、法规的规定，借荐以往项目所 有的技术规格书进行编写本项目的规格书工作。详细设计时对基本设计已做的规格书 根据业主的要求和项目的特点作必要的修改及补充，编写基本设计未写的规格书。1.2.2审查设备橇块图中橇块尺寸、接口位

6、置和操作面是否满足配管设计要求，并写出 审查意见，审图时可对橇内配管在满足P&I图要求的前提下，提出修改意见。1.2.3熟悉工艺、安全专业的P&I图、消防设备布置图；总体专业的设备布置图；结构 专业的平台结构图、海底管线立管位置和设备橇块图；（对设备布置图可根据配管需 要于总体专业协商后，在一定范围内作适当调整）。与电器、仪表专业协调电缆托架与 管线之间走向。了解各种仪表的连接方式、尺寸大小和安装的要求。对于生活楼的配 管还需要熟悉舾装专业的舾装设备布置图。1.2.4用PDMS软件做管系设计时，须建数据库，对设备、结构等建模。1.2.5根据以上图纸、资料制订管网的走向，统一图纸比例、线条粗细、

7、字体大小，确 定阀组位置和管网布置，开展配管设计工作。1.3配管设计应用的规范和法规-API美国石油协会-ANSI 美国国家标准协会-ASME美国机械工程师协会-AISI美国铁和钢铁协会-ASTM美国材料和试验协会-MSS制造商协会-NFPA美国国家防火协会标准2配管材料的选择常用的规范是ANSI B31.3 “化工厂和炼油厂管线”和API RF 14E 海上生产平台工艺 管线系统设计和安装的推荐作法”2.1管子钢管的供货要求按API SPEC 5L “管线钢管规范”提出。对于无腐蚀烃类及其它 介质可选择 ASTM A106 B 级和 API 5L B 级，一般 DN500 (20)和 DN5

8、00 (20) 以下管径用无缝管，DN500 (20”)以上用有缝管。ANSI B31.3中列出了各种管材的 级别，可根据需要进行选择。2.1.1钢管尺寸按ANSI B36.10确定，壁厚用“Sch”来表示。另外MSS 制造商标准 化协会”对壁厚以重量为单位作了常用规格系列化：STD标准重量管子XS加强型重量管子XXS双加强型重量管子NPS 10及以下管子壁厚STD和SCH40相同。NPS 8及以下管子壁厚XS和 SCH80相同。2.1.2管线规格的选择原则满足海上使用的要求(强度要求和防腐蚀要求)满足内部流体特性要求满足种类简洁、容易区分、采办方便的要求满足互换性要求加工性能好(容易焊接、施

9、工)性价比高2.1.3管线壁厚计算壁厚计算公式：t = P D / 2 (S E+P y) + C式中：t管子计算壁厚(mm)P流体的设计压力(kPag)D管线的外径(mm)S管线所用材质在设计温度下的许用应力(kPa)E焊缝系数(无缝管=1其它查ANSI B31.3)yy因子系数(在482 0C TD/6时为0.4)C腐蚀欲量(mm)所选用管子壁厚的87.5%要大于计算壁厚。注意：对易燃易爆介质管线有一个最小壁厚的要求，小于或等于2管线最小壁厚为Sch.80, 3一8 为 STD, 10一24 为 Sch.20。2.1.4管线的防腐及材质选择一般情况下对碳钢腐蚀较小的低腐蚀介质的管线都选用碳

10、钢管，对于腐蚀较严重 的介质，或介质有纯净度要求的管线，就需要用以下三种方法进行防腐。第一种是选用普通碳钢管增加壁厚来抵御介质对钢管的腐蚀，最大腐蚀裕量可达 6哑。这一般都在压力等级为150级，管径较大的钢管上使用。第二是选用碳钢管内涂防腐材料，如涂塑、涂环氧树脂、衬橡胶和镀锌等。这类 管线在以前项目的海水管线上用过，但由于这类涂层都不耐高温，防火性能也较差， 钢管又必需全部预制好，且每根单管两端都焊上法兰，再去涂塑、衬橡胶或镀锌。安 装时就不能有一点改动之处，给施工带来很大的不方便。但由于它防腐性能好，造价 较低，在维修更换比较困难的场所，还是经常选用。对于DN50 (2)及以下的小管 可用

11、螺纹连接，镀锌管施工也较方便，设计中采用得较多。第三种方法是直接选用耐腐蚀材料管线，如PVC管、FRP管、铜竦合金管、双向 不锈钢或不锈钢管等。对于PVC管线由于强度较低、容易老化、一般只用在室内或甲 板底下的排水管线上。另外在浮式生产储油轮和平台上的海水管线、消防管线也有使 用防火型玻璃钢(FRP)管的。防火型玻璃钢管耐压、耐温、防火等性能都能满足消 防管线的要求，施工比较方便，但造价较高，且强度不如金属管。详细请参见厂家样 本。国内生产的FRP管的造价可以降低一些。但与碳钢加涂层管相比，FRP管、铜竦 合金管和不锈钢管的造价还是比较高。对于奥氏体、双向、超双向不锈钢和含竦合金材料来说，施工

12、和使用时必须注意， 不能用含S、Zn、Pb (铅)、Al或硫化物的粉笔、油漆进行标注。2.2管件规格和型号管件包括弯头(Elbow)、三通(Tee)、缩径管(Reduce)、管座(Outlet)、活接头 (Union)、管帽(Cap)、管接头(Coupling内螺纹和Nipple外螺纹)、丝堵(Plug)和丝 套(Bushing)等。管件的连接方式有对焊、承插焊和螺纹连接等三种，技术要求和制造 尺寸必须满足以下规范：ANSI B16.9锻钢对焊管件ANSI B16.11承插焊和螺纹连接锻造管件对焊管件(Butt Weld)一般在DN50 (2)和DN50以上管线的连接采用，端部必须打好焊接坡口

13、。材料 一般选用A234 B级或20号无缝钢管，但对于DN500 (20)以上的也可以选用有缝 管件。DN100 (4)的管座使用前根据ANSI B31.3上规定必须计算主管开孔补强面积。 等面积法计算方法如下：补强范围的确定补强范围是经过主管和支管中心轴的一个平面，范围在2D2 X L4之间。其中D2是主管上开孔的最大直径(除非去掉腐蚀裕量、加工负偏差后主、支管实际 壁厚之和大于支管半径)；L4是主管壁厚去掉加工负偏差后数值的2.5倍。计算所需的补强面积是主管上开孔时除去的主材最大截面积内压时：A内=D2.T支(2-Sin)外压时：外压时所需的补强面积是内压时所需的补强面积的一半。管子壁厚圆

14、整后的数据比计算壁厚多出的厚度在补强范围内的面积要等于或大 于需补强的面积。如不够，则加补强圈补足。其中计算壁厚是强度计算值、腐 蚀裕量、加工负偏差的总和。承插焊(Socet Weld)承插焊连接一般是在DN40 (1 1/2)和DN40以下管线的连接采用，(API 14E 第2.7条中有规定)，材料一般选用A105 B级或16Mn。承插焊管件在ANSI B16.11中 分为三个压力等级：-3000Lb对应ANSI 150Lb600Lb级，150 0C时允许最大工作压力为10MPa, 选用管子壁厚至少为Sch80。-6000Lb对应ANSI 900Lb1500Lb级，150 0C时允许最大工作

15、压力为25MPa, 选用管子壁厚至少为Sch160。-9000Lb对应ANSI 2500Lb级，150 0C时允许最大工作压力为42 MPa，选用管 子壁厚必须在XXS以上。对于不锈钢承插焊管件(F316L/F304L)允许最大工作压力要低一些：-3000Lb级100 0C时允许最大工作压力为7mPa-6000Lb级100 0C时允许最大工作压力为18mPa插焊形式的活接头密封面采用硬密封，不加橡胶垫。2.2.3螺纹连接一般在下列场所不采用螺纹连接的方式：-ANSI 600Lb以上的烃类介质管线-93.3 0C (200 0F)以上的烃类介质管线有震动的烃类介质管线乙二醇介质管线当与螺纹接口的

16、设备连接时，上述管线的个别处也可以用螺纹连接。螺纹形式选 用英制锥管螺纹(NPT)，符合API STD 5B或ANSI B2.1的要求。设计中一般螺纹连接 都用在压力等级较低(在300 Lb级以内)，需要防腐的和DN50 (2)及以下的镀锌 管线上。螺纹连接管件在ANSI16.11中也分为三个等级：2000Lb对应ANSI 150Lb级，选用管子壁厚至少为Sch80。3000Lb对应ANSI 300Lb600Lb级，选用管子壁厚至少为Sch160。6000Lb对应ANSI 900Lb1500Lb级选用管子壁厚至少为XXS。2.3法兰和盲法兰海洋工程中所用法兰使用的规范是ANSI B16.5管法

17、兰及管件法兰。管径范围 在1/2 -24，大于24的管子选用ANSI B16.47所规定的法兰。规范中列出的压力 等级仅仅是一个等级代号，同一等级、相同管径的法兰尺寸都相同，所以同一级别的 法兰、不同材料、不同温度下能承受的压力是不同的，ANSI B16.5中提供了对适用材 料和额定级别在不同温度下允许的无冲击工作压力(表压)。目的是使法兰形成系列化， 有利于设计人员的选用，更便于加工制造、安装和更换。在系统作静压试验时，法兰 能承受的压力为38时额定最大压力的1.5倍。2.3.1法兰强度计算包括螺栓、垫片和法兰三个部分，具体见国标GB 150钢制压力 容器设计规范中窄面法兰的计算方法。2.3

18、.2对于法兰的描述必须有以下四方面的内容：压力等级、所用材质、端部形式和 与管线连接形式。2.3.2.1压力等级压力等级共有七种，即 150Lb(PN20) 300Lb(PN50) 400Lb(PN68) 600Lb(PN100) 900Lb(PN150) 1500Lb(PN250) 2500Lb(PN420)。其中 400Lb (PN68)由于前后级差较 小，且3 1/2以下的法兰规格都用600Lb级的尺寸。为了简化规格，在设计中一般 不选用。材质法兰的材质一般与管线相同，对于钢管选用对应钢材的铸件、锻件、或(仅对盲 板法兰和某些异径法兰)板材制造。非金属管线则选用各自的非金属材料的法兰。这

19、 有利于焊接或粘接。对于贵重材料管线也可以采用普通碳钢的活套法兰，但要考虑防 止对管线的电化学腐蚀。2.3.2.3法兰端部形式法兰端部形式分为五种，即平面(FF)突面(RF)钢圈槽面(RTJ)凹凸面榫 槽面。海上平台的管线上一般非金属、铸铁法兰用平面(FF)型式，300Lb(PN50)以下 金属管线用突面(RF)形式法兰，600Lb(PN100)以上用钢圈槽面(RTJ)形式。法兰 端部形式也可以由设计人员根据具体项目要求自行确定，如600Lb的法兰也可以用突 第10页共38页面（RF）形式，但在同一个项目中必须统一。对于150Lb（PN20） 300Lb级法兰的厚度，即ANSI B16.5中表

20、9、12所列“C”的 尺寸是包括法兰凸台面在内的整个法兰的最小厚度，所以平面法兰的最小厚度是尺寸 “C”减去1.5哑的凸台厚度。对于400Lb级以上法兰的厚度，即ANSI B16.5中表15、18、21、24、27所列“C” 的尺寸是不包括法兰凸台面在内的整个法兰的最小厚度。所以突面、凹凸面和榫槽面 法兰的总高度是“Y”加上6.35哑的凸台厚度。钢圈槽面法兰的厚度是“Y”加上垫 环槽的深度“E”。2.3.2.4与管线连接形式法兰与管线连接形式有五种，即螺纹连接、承插焊对焊、松套和平焊法兰。对焊法兰的破口形式分无背环和有背环两种。无背环对焊法兰的破口形式在壁厚 22哑以上和以下也有所不同。有背环

21、对焊法兰的破口形式由于背环的形式不同也有区 别。详见ANSIB16.5中图8、9、10、11。法兰的壁厚要与所焊管子的壁厚一致。螺纹连接法兰的螺纹应符合ANSI/ASME B1.20.1锥管螺纹的标准。螺纹与法兰中 心线的不同轴度应不超过0.5%。150Lb级螺纹法兰加工后无沉孔，在法兰背面的螺纹 靠近大径端应有与螺纹轴线成45的倒角，倒角应与螺纹同心，且计入螺纹测量长度 内，倒角深度为螺距的一半。300Lb级以上的法兰加工后背面有沉孔，沉孔与螺纹之 间有与轴线成45的倒角，沉孔和螺纹倒角应与螺纹同心。沉孔的最大深度是法兰的 总厚度减去螺纹长度（必需保证螺纹长度“T”）。同样，异径法兰螺纹的最

22、小有效长度 也应等于相应压力级别螺纹法兰的螺纹长度“T”。螺纹不需要延伸全法兰面。搭接法兰的凸台面加工后的高度应不小于管子公称壁厚。垫环面机加工后，垫环 的厚度也应不小于管子的公称壁厚。2.3.3 ANSI法兰的任何尺寸都不能随意改动，否则就不能标注ANSI B16.5的标记。 异径法兰要按尺寸制作，不允许用在盲法兰上开小孔的方法来代替。但如果在以下情 况变径较大时可使用。如1 -1 1/2变1/2时；2 -3变为小于1时；4变 成小于1 1/2时；6变作小于2时；8 -14缩小到4以下时。2.3.4额定值的计算在某一华氏温度下的额定压力，对所有材料和300Lb级以上的条件下，都能按以下公式算

23、出：PT二PrSi/8750式中：T=在温度T时规定材料的工作压力，（psig）Pr=压力额定级标志值（psi）（例：300磅级：Pr =300 psi）S1=在温度T时，所用材料屈服强度的60%（psi）2.3.5盲板的厚度计算永久性盲板所需的最小厚度应按下例公式进行：Tm=dg3P/16SE +C式中dg 垫片内径，或环槽式连接和垫片完全卡住的法兰的垫片平均直径E -质量系数（取值为1）P -设计压力s -材料许用应力C -腐蚀裕量、材料加工负偏差总和2.4垫片（圈）垫圈的作用是使法兰接触面处达到密封的要求，垫圈应由对管线系统中流体有害 影响具有抵抗力的材料制成，硬度要小于法兰的材质硬度，

24、并能承受使用中遇到的压 力和温度，还必需满足在预紧螺栓载荷时不被压碎，并适用于作业条件的要求。使用 低强度螺栓时垫片应选用Ia组垫片材料。垫片从材料方面分类可分为非金属软密封垫 圈（用于-20100C，2MPa以下）、金属密封垫圈（用于-2701000C，超真空或超 高压状况）和非金属和金属材料组合的密封垫片（用于-200600C，10mPa以下）等 三种。2.4.1非金属垫片：材质较软，与法兰接触严密，螺栓拧紧力小，密封性好，但受高 温高压环境的限制。具体材质有以下五种：密封橡胶垫片，硬度在Hs50Hs90之间，耐压在1mPa以下。O形垫圈，镶嵌在槽内使用，耐压在1mPa以下。膨胀石墨密封垫

25、片（GRAPHOILE SHEET GASKET）,使用温度在-2401650C之 间（非氧化环境中），酸性介质中最高为400C, 2mPa以下。石棉密封垫片使用温度在-200350C之间，由于石棉易老化，且是致癌物， 现在已不用。非石棉混合密封垫片有玻璃纤维、矿物纤维等添加了橡胶而组成。由于强度较 差，不如膨胀石墨密封垫圈好。2.4.2半金属填充密封垫片：此类垫圈有金属套型和螺旋缠绕型两种。由于填充石墨 的螺旋缠绕型密封垫片使用温度在-200600C之间，耐压可达20mPa以下，价格也适 中，所以在设计中常被选用。为了防止垫圈变形和在法兰中好固定，对于4.8mm厚的 垫圈应要求安装3.2mm

26、厚的外圈和内圈。2.4.3金属类垫片：此类垫圈安API STD 6A制作，一般都用比较软的环形钢圈（RING JOIN GASKET）制作，垫圈的剖面有八角形（OCTAGONAL）和椭圆形（OVAL）两种，由 于八角形垫圈加工方便，所以常被选用。2.4.3.1钢圈硬度和材料见下表：材质最高硬度材质代号HB （布氏）HRB （洛氏B）纯铁或低碳钢9052D （含碳0.5%。以下）极软铁12070S5Cr-05Mo钢13074F513Cr 钢1708741018Cr-8Ni 钢1608430418Cr-8Ni低碳钢15081304L16Cr-12Ni-2Mo 钢1608431616Cr-12Ni-

27、2Mo 低碳钢15081316L18Cr-10Ni-Ti 钢1608432118Cr-10Ni-Tb 钢160843472.4.3.2垫环槽和钢圈截面尺寸是根据管径和压力等级来确定的，它用“垫环槽号” 来表示，不同垫环槽号的尺寸是不一样的，ANSIB16.5的表5中可查到所有尺寸。其 中对于400Lb级规格1/2 -3 1/2由于法兰用600Lb级的尺寸，所以垫环也用600Lb 的；900Lb级规格1/2 -2 1/2的，由于同样理由，垫环用1500Lb级的；300Lb级、 600Lb级，垫环连接的搭接法兰，垫环号用R30，而不是R31。以上这些设计人员在选 型时都必须注意。2.5螺栓、螺母对

28、法兰连接的管道系统采用两端带螺纹或全长带螺纹的双头螺栓，螺母用重形六 角形半精制型的。螺纹采取ANSI B1.1.2级的粗牙螺纹系列。2.5.1螺栓、螺母的材质螺栓的材质分为低强度、中强度、高强度、竦和特殊合金四种。2.5.1. 1低强度螺栓一般是用经碳化固溶处理，但未经形变硬化的奥氏体不锈钢或合 金钢材料制成，屈服强度在345MPa左右。可用于300Lb级以下的法兰连接，垫片选用 ANSIB16.5的图5中Ia组材料。2.5.1.2中强度螺栓一般是用经碳化固溶处理，且经形变硬化的奥氏体不锈钢材料制 成，也可用A193B5、A193 B6等材料。可用于所有法兰和垫片的连接，但必须提供在 额定工

29、作压力和温度下维持密封能力的证明。2.5.1.3高强度螺栓一般用高强度合金钢制成，它的抗拉强度高达792MPa以上，屈服 强度达654MPa以上。ASTM A193 B7材料属于高强度螺栓，它可以用于所有全部材料 的法兰和垫片的连接，所以海上采油平台的项目中常被采用。螺母为ASTMB194 2H（螺 母硬度比螺栓的低一些），使用温度一般在-29C400C之间。国产材质一般用 35Cr-MoA / 35#钢。螺母应该是重形六角形半精制型的。螺栓和螺母应该考虑防腐蚀， 目前使用的是镀镉（CAD）。A320 L7系列的铁素体合金钢材料是用于低温场合的螺栓， 使用温度最低可达-100C。2.5.1.4

30、竦和特殊合金螺栓只用在特殊的场合，如防腐等要求。除材料已经退火、固 溶退火或热修整者外，最大操作温度不得超过260C。2.5.2双头螺栓长度计算方法螺栓长度计算公式：L=A+nA=2 （C+t+d） +G+F+aC法兰最小厚度F法兰面间总高度，或两个法兰垫环沟槽的深度总和d一螺母厚度（等于螺栓公称直径）G一垫片厚度，或表5中垫环法兰间近似距离a一般为零，除小凹面是在管端部时a=5哑法兰厚度正公差t：管径小于等于18 -3哑管径大于等于20 -5哑螺栓长度负公差n：螺栓长度M300哑时公差为3哑螺栓长度300 mw；M450哑时公差为4.5哑螺栓长度450哑时公差为10哑2.5.3温度对法兰密封

31、的影响在蠕变温度范围内高温作业时，由于高温下螺栓长度增加，法兰、螺栓和垫片逐 渐松弛，使螺栓载荷逐渐降低，因此需要周期性地拧紧螺栓以防止泄漏。承受很热梯 度的连接也需要同样考虑。150Lb级法兰用于200C以上时就可能产生泄漏。对于其他 级别的法兰在400C以上时也会有同样情况。所以管线温度变化较大，且温度较高时 注意螺栓松紧程度的调节。2.6膨胀节为了吸收热应力所产生的管线长度伸缩，在直管段较长的部位必须布置膨胀节。 膨胀节有波纹管型膨胀节和滑动型膨胀节（伸缩接头）两种。2.6.1波纹管型膨胀节一般都用不锈钢制造。由于壁厚的增加容易产生疲劳影响使用 寿命，所以厚度都很小,使用寿命较短。对于管

32、道设计者来讲，对波纹管型膨胀节的设 计提出条件要求。要使膨胀节在管道中正常运行，对管道设计也有一定要求。2.6.1.1膨胀节设计的条件静态设计条件：设计压力、设计温度、或两者同时变化到超过正常操作水平的 可能性。循环的设计条件：操作时最大的压力、温度、位移和变化周期，膨胀节自身的 热膨胀。其它载荷：动载影响（风、热冲击；振动；地震和液力波动）和静态载荷（保 温层、冰、雪的重量）流体性质：流体特性、类别、速率和方向；内部衬里等其它设计条件：护罩的使用；膨胀限位器；其它约束和主体上的接口（如排液 或泄放口）2.6.1.2波纹管型膨胀节不能吸收扭转力。布有波纹管型膨胀节的管线在施工时必须 采取消除扭

33、矩的措施。膨胀节上管子的导向件、约束件和制动器应符合EJMA标准。当 自身的约束如拉杆、铰链、销轴等不能抵抗外部的推力时，应设置固定件和导向件支 持膨胀节。2.6.2滑动型膨胀节（伸缩接头）可用管线所选的任何材料制作，使用寿命与管线可 相同，只是密封垫在每年检修时要维护更换一次。订货时同样要给制造商提供上述设 计基础条件。滑动型膨胀节外部的管道负荷不应对膨胀节施加过分的弯曲力。有效的轴向压力 面积应按管子的外径计算。无约束滑动型膨胀节应在原位进行压力试验，且应无临时 约束。所有管子的固定支撑一定要考虑试验压力对支撑的推力。压力试验后膨胀节不 因有明显的变形。滑动型膨胀节也可以设膨胀限位器进行自

34、约束。自约束滑动型膨胀 节可以设临时约束在原位或在别处试验。2.7阀门阀门的费用占整个配管材料费用的一半左右，在配管中它占有极重要的位置，是 使整个流程能够正常运行和进行故障处理不可缺少的设备。海上油田开发工程中所用 的阀门一般有球阀、闸阀、蝶阀、截止阀、针阀和止回阀六种。铸铁阀门因抗冲击性 能低，不能用于烃类的输送。非铁阀门也不适用于处理烃类介质。铸铁和青铜阀门可 用来输送水。具体可查阅API RP 14E中3.5节。另外本节还要讲一下PIC阀和多路 阀的原理和作用。2.7.1应用规范：应用规范主要有以下几个ANSI B16.10钢制阀门的面到面尺寸，端部到端部的尺寸ANSI B16.34法

35、兰和对焊端阀门API 594对夹式止回阀API 598阀门的检验和测试API 600钢制闸阀（法兰或对焊端）API 602炼油厂用紧凑型碳钢闸阀API 603150LB级抗腐蚀闸阀API 608法兰连接和对焊端的金属球阀API 609凸耳型（突缘）和对夹式蝶阀API 6D管道阀门规范API Spec 6FA阀门耐火试验规范规范对阀门的安装长度尺寸作了规定，但阀门的手柄长度各生产厂家都有所不同， 特别是高压阀门手柄高度很大；大尺寸和高压阀，还需要有机械传动机构，它所占的 体积各生产厂家也不一样，配管时一定要考虑布置位置和操作空间。2.7.2阀门代号说明为了简化对阀门的描述，用简短的几个字母和数字

36、来说明所需阀门的种类、压力 等级、阀体材质、连接形式和其它特点，编写了五项阀门代号，分别说明如下：第一项是阀门的种类，它用字母来表示，B一球阀、C一单向阀、F一蝶阀、G一闸 阀、L一截止阀、N针阀。第二项是阀门压力等级，也用字母来表示，A150Lb、B300Lb、C600Lb、D800Lb、E900Lb、F1500Lb、G2500Lb。第三项是阀体的材质，它用数字来表示，1碳钢、2不锈钢、3铜竦合 金、4碳钢内加衬、5铸铁。第四项是阀门端部的连接形式，用字母来表示，R一突面法兰、F平面法兰、J 一钢圈法兰、X一承插焊、S一螺纹连接、W一对焊、M端螺纹连接，另一端为承插 焊（适用于管线高底点排放

37、处用的小阀）、L可直接焊在大管线上的加长型阀门。第五项是阀门的其它特点，也用字母来表示，A一角型、C一加内衬、E一偏心蝶 阀、F一通径球阀、H一耐高温、L一提升式止回阀、N一无冲击型、P活塞式止回 阀、S一短型、T-顶装式球阀、W-薄片型、YY型截止阀或突耳型。以上代号仅供参考，设计人员可以根据业主的要求或不同项目特点、要求作适当 调整或另行编写。2.7.3采用机械传动操作的阀门为了减轻开关阀门所需的力，厂家可把阀门上的手柄换成一套机械传动机构。一 般阀门操作扭矩达到407牛顿米以上时，就可以考虑采用机械传动操作。这一数据 与阀门结构、压力等级和制造精度等有关，要根据所选阀门和生产厂家来确定，

38、所以 各个项目不尽相同。机械传动方式大都选用蜗轮蜗杆形式。当力矩再增大时，还可以 考虑采用气动或电动方式开关阀门。2.7.4阀门材料选择的一般标准见下表:材质阀体内件密封碳钢A216 GR WCB316 S S增强PTFE或金属碳钢小阀A10513Gr HF增强PTFE或金属不绣钢A182 F316 A351-CF8316 S S 或 13Cr HF增强PTFE或金属青铜青铜316 S S增强PTFE或金属碳钢（内衬涂塑）A216 GR WCB 涂塑316 S S增强PTFE或金属碳钢小阀（涂塑）A105涂塑13Gr HF增强PTFE或金属碳钢（高温）A216 GR WCB316 S S缠绕柔

39、性石墨碳钢小阀（高温）A10513Gr HF厂商标准具体阀门内件材质选择可参见各项目的阀门数据表。增强PTFE最高耐温在200 以下，高温用阀门的密封要用缠绕柔性石墨。闸阀、截止阀、止回阀和蝶阀等的密封 一般都用金属密封。高压阀门一般也采用金属密封。2.7.5阀门特性a闸阀因介质流动方向在阀体内无变化，所以阻力小关闭所需要的紧固力比截止阀小只能全开启或全关闭状态使用，不能用于节流作业中，尤其对于含固体杂质 的介质，节流会损坏密封面无保护的明杆闸阀不推荐使用b球阀介质压头损失小密封分硬密封和软密封两种，软密封性能好，能达到零泄漏，但不耐高温 高压。硬密封能耐高温高压，但要达到零泄漏则较难不能作流

40、量调节使用造价高，体积大，特别是大尺寸的阀门一般来说600Lb及以下压力选用普通浮动球的阀，突面法兰连接，600Lb以 上选用凸耳型固定球型式、钢圈法兰连接一般情况下都选用缩径球阀，在要求有较小压力降的场所和需要通清管球 的地方才选用通径球阀顶装式球阀的优点是维修和更换密封等零部件时不需要将整个阀门从管线上 拆下，维修方便。一般在管汇上用的较多油气介质用的球阀都要求选用防火型的c截止阀密封有硬密封和软密封两种，软密封性能好，但不耐高温高压。硬密封能 耐高温高压，但要达到零泄漏则较难 可作手动的流量调节阀使用安装时必须注意进出口方向，不能装反管道阻力降较大d止回阀一般1 1/2及以下的小阀选用提

41、升式（L）或活塞式（P）的止回阀，当 尺寸在2及以上的阀就选用旋启式（S）或薄片型（W）。具体适用范围请 参阅API 14E中的3.2 h条。薄片型止回阀体积较小；结构简单；安装方便，海上平台上比较喜欢用 在立管上安装止回阀要注意，一般要避免。否则要与阀门厂商协商，修改 弹簧的强度。且不允许布置在介质流向为由上向下流动的场所。由于密封性较差，特别是背压小的时候密封性更差，所以不能起逆向关断 作用。也不可以操作。e蝶阀普通蝶阀仅在水系统中使用，因阀体简单，容易采取防腐措施。由于蝶板设置在管道中间，减小了通经，所以没有2以下小阀。密封性能差、启闭力矩大。蝶板与密封的摩擦易造成密封面的磨损而泄漏。大

42、尺寸阀门其体积小、价格低的优点可大大发扬。三偏心金属密封蝶阀，达到了零泄漏；零摩擦；耐高温、高压的要求，部分 油田已将这类阀门用于油气管线上，代替球阀。f针阀它的密封性比较好，但容易堵塞，所以在有固体杂质或粘度较大的介质不 推荐使用。作取样口的密封阀，选用1/2螺纹连接，以便更换。在液位计的排放口和取压口上也可用针阀作密封阀。2.7.6 PIC （PIPE INTERNAL CARTRIDGE）阀PIC阀也称清管阀，它是为清管球发射和接收所设，阀体形状类似于一个顶装式 的三通球阀，垂直于主管的旁通是清管球放入和取出的通道，平时有一个压盖封闭。 而球体则和普通两通的通径球阀一样。需要清管操作时先

43、将PIC阀关闭，把阀体内的 介质泄压并排净，然后打开压盖将清管球推入或取出，合上压盖，打开阀门，就完成 了收发球的操作。为了不使清管球误入不需清管的一侧，在阀门的一端装有栅条阻挡。 另外对PIC阀，要设置旁通，以便收发球操作时，生产能正常进行。用PIC阀收发的清管球长度必须不大于管径尺寸的1.4倍，应为PIC阀无法容纳 更长的清管球。PIC阀也可以作为管道更换输送介质时收发隔离球，隔离两种介质用。2.7.7多路阀多路阀是一种可以代替油田上所用计量、生产管汇的阀门。它的进口有多个（一 般在28个），作为井口物流的输入。出口为两路，一路与某一进口单独相连（这出 口的通径较小），另一路可与所有其它进

44、口的汇总通道相连（通经较大）。当操作阀杆， 旋转阀盘时与出口单独相连的通道可以选择不同的进口，将需要计量的油气井的进口 单独与小通经出口相连，再把它与计量系统设备相连接，就能对该井所产的油、气、 水进行单独计量。其它井口物流则通过较大通经出口进入生产系统，完成计量、生产 管汇的作用。多路阀的最大优点是容易实现自动控制，所以在无人操作的平台上经常 被选用。3配管规格书的编写3.1压力等级确定编写前首先要与工艺设计人员讨论决定压力等级的规定。为了减少繁杂的等级代 号出现，首先要用字母来表示各压力等级的代号，第二位表示所用材质情况，即选用 耐介质腐蚀的材料。有这两位代号就已清楚地表达了这个等级的主要

45、信息。查看APIRP 14E中对压力等级代号有一个推荐表可作参考，但以谋介质为代号就不理想。如在API RP 14E中“L”级别表示水系统，但设计中淡水、热水、海水、注入水、消防水等都 是水，而压力等级和对管线防腐要求都不一样，用一个“L”就无法区别。现用第一项 “A”表示150Lb级，“B”表示300Lb级，第二项7”表示镀锌管、2表示3mm 腐蚀裕量的碳钢管、F表示玻璃钢管等（详见附表）。则淡水和热水用“A7”，海水 和消防水用“ AF”，注入水的压力等级较多，但腐蚀较小，可用一般碳钢管，则就用 A2” B2” C2” D2” 来表示就可以避免重复。3.2管线设计中压力、温度的确定及须考虑

46、的因素所谓设计压力及设计温度是指流体在本工艺流程中有可能达到的假设的最高内压 与最大外压和最高温度。3.2.1确定设计压力的方法以所连设备的设计压力为管道设计压力；以保护设备管线所设安全阀的泄放压力为管道设计压力；泵的出口管线设计压力是泵的最大吸入压力加上泵压差（扬程）的1.2倍；大气压以下工作的管线设计压力为完全真空状态；常压的管线设计压力取103kPag计算管壁厚时须选用这一等级中最大的设计压力。材料表中的“压力范围”是法 兰的“压力一温度额定值”和管线壁厚能承受的压力，两项中的较小值。3.2.2管线设计温度的确定与管线相连设备的设计温度为管道设计温度;以介质的设计温度为管道设计温度；管线

47、操作温度的1.1倍；在高温情况下，当影响到材质的选择时，可取最高操作温度为管线的设计温度， 以便降低工程费用。材料表中的“温度范围”必须将这一等级中的所有设计温度都包括在内。3.2.3设计中要考虑的几个影响因素环境影响：冷却对压力的影响；流体膨胀的影响；大气下的结冰现象动载的影响：冲击；风；地震；振动和排放的反作用重载影响：活动载荷；固定载荷热膨胀和收缩的影响：由于约束而产生的热载荷；由于温度梯度形成的载荷； 由于膨胀特性不同而产生的载荷支架、固定架和管端位移的影响韧性降低的影响：焊接、热处理、成形、弯曲或低温操作，包括流体的突然减 压挥发而产生的致冷都会造成韧性降低循环载荷的影响：管道设计中

48、应考虑由于应力循环、热循环和其它循环而产生 的疲劳空气冷凝的影响：当操作温度低于-191C时会发生冷凝和氧的富集，因而选择 材料包括保温材料时应考虑，并采取适当的保护和处理的措施。3.3各个等级材料及形式的选择3.3.1管线、管件的材质是通过介质的设计温度、设计压力和腐蚀性来确定的。对于 含硫很少的原油，可以作为非腐蚀性介质来处理（对于含硫、含二氧化碳较高的原油 必须考虑硫化氢和二氧化碳的防腐问题），油气系统管线、管件可选碳钢管（A106）， 一般腐蚀裕量选用3mm即可。其它介质如柴油、污油、污水、排放、惰性气体、注水 用水和蒸汽等都可用A106 （国产钢号为20号）材质的碳钢管，腐蚀裕量也选

49、3mm。对于淡水、热水（由于生活所用要求无铁锈）、仪表气、公用气（管径较小，易 被铁锈堵塞）系统，一般都选用热浸锌的管线，热浸锌的镀层均匀，而且附着力强。 连接方法采用NPT螺纹连接以不破坏镀锌层。对于化学药剂管线一般选用不锈钢（A312 TP316L）。对于海水介质，由于氯离子对碳钢管的腐蚀很强，选用了玻璃钢管(FRP)。但目 前2以下小管厂家不生产，采购和安装都有困难，所以采用不锈钢、铜竦合金或镀 锌这三种材料来解决小管的防腐问题。它们的适应性比较如下：铜竦合金钢(90Cu10Ni)耐氯离子腐蚀最好，但施焊难度较大，采办也较困 难，目前国内仅有少数合资厂家生产，价格比不锈钢贵。含碳量很低的

50、不锈钢(A182 F316L)耐氯离子腐蚀较好，施焊、采办和安装相对 较容易，价格比镀锌管贵。镀锌管如选择镀层质量较好的热浸锌管，也能耐氯离子腐蚀，而它的连接和采办 很容易，价格也便宜。3.3.2管件形式选择注意事项碳钢管线的管件选择时要注意对焊和承插焊形式的划分，确定三通与管座(OLET) 的使用范围。一般情况下支管直径小于主管直径的一半时用管座，其他都用三通。对 于2 X1 1/2、2 X1和3 X1 1/2等变径时，材料中能买到对焊的变径三通， 但规格书中规定了 1 1/2以及以下的小管用插焊，2和2以上大管用对焊，而主 管为对焊支管为插焊的三通在ANSI标准中无这类规格，所以在材料规格

51、书中规定了选 用插焊的管座(SOLTE)。对于金度锌管，要求2和2以下管线全部用螺纹连接的三 通，3以上的则用对焊，预制完毕后再金度锌，用法兰连接。对于以上变径的异径管， 须要在项目设计初就做好统一规定，并得到业主认可。而FRP管则需选用马鞍形管座 (SADDLE)，详见厂家说明书。3.3.3阀门碳钢管线上所用阀门的阀体材质都选用碳钢，对于1 1/2 及以下的小阀，要求 锻造，600Lb级及以下全部采用800Lb的阀、9001500Lb采用1500Lb，以减少阀门 种类，提高使用寿命；2以上的阀门至少为铸钢阀体。对于不锈钢管线上的阀门，整 体全部采用不锈钢材料。而用在海水上的阀门一般阀体用铸钢

52、或铜，在压力等级较低 时也可用球墨铸铁，阀门的内件可用铜质、不锈钢或衬里防腐。在油气管线上使用的 球阀，要求是防火型的。阀门数据表中要求对每一种型号的阀门都要写明压力等级、端部连接形式、阀体内部主要购件的形式和材质及其它特殊要求。3.3.4垫圈垫圈形式要与法兰匹配，一般碳钢、不锈钢管线在600LB及以内（法兰是RF型） 选用4.5mm厚的不锈钢缠绕填充石墨型密封垫圈，要求带内外圈以便固定；900Lb 级以上（法兰是RTJ型）选用软铁的钢圈；对于玻璃钢管，则选用硬度较低的丁晴橡 胶垫圈；饮用水管线采用无毒性的橡胶垫圈。4管线的制作、装配和安装金属管线的制作和安装主要就是焊接、成形、探伤和管支架的

53、设计问题。下面就 这些工作对于配管设计人员须要了解和遵循的事项作一些介绍。4.1焊接焊接是金属管线制作和安装不可缺少的一步工作。不同的材料有不同的焊接工艺， 这是属于冶金方面的一门学科，独立的一个专业。在此只对整个焊接过程提出一些技 术管理上的规定。4.1.1焊接评定电焊方法有手工焊、自动焊、电弧焊、气体保护焊等多种，不同材质需要采用不 同的焊接工艺，如焊条焊丝、电流强度、破口要求，热处理等的规定，所以必须要有 一份焊接工艺，并经过施焊确认。所有的焊接工艺评定和焊接操作人员技能评定均应 符合BPV规范，第IX卷规定的要求。未经评定或未达标的焊接工艺不得在施工中应 用。未获得焊接评定合格证书的人

54、员不得参与管道的施焊。为避免重复劳动，经检验师批准，其他项目的焊接工艺评定书可以重复使用。但 获得的焊接工艺评定书中还必须标明原业主名称、焊接操作工姓名、工艺编号、评定 通过日期以及焊工按该评定书进行焊接的最后日期。4.1.2焊接准备焊接前须对焊件进行表面清洁，去除油漆、油污、锈斑、氧化皮以及在加工时对 焊缝或母材都有害的其它物质。只有当表面合理光滑并为真实金属面，切割所产生的熔渣从切割表面上清除干净才算合格，流存在热割面的变色可不认作为有害的氧化物。焊口端部的坡口形式必须满足已评定通过的焊接工艺要求。4.1.3焊接要求不得在雨、雪、大风天气，在室外施焊，潮湿或霜冻的部位也不允许焊接。焊缝不得

55、有未熔合、未完全填充、未焊透、咬边、夹渣、外补强过大等缺陷。每条焊缝都必须打有标记，以识别由某焊工所操作，并记录存档，以备查阅。4.2预热和热处理预热和热处理是用来将焊接中固有的急剧热梯度的有害影响减少到最小程度。4.2.1预热的必要性和使用的温度应在工程设计中予以规定，并经工艺评定验证。但对 于所有焊接均有以下要求和推荐。下表为各种材料的预热温度，如环境温度在0C以下时，表中的推荐温度就是必 要的。材料焊接时必须预热到表中所列的温度。预热区域应伸出焊缝每侧至少25哑。不同材料焊接时，建议预热温度使用要求较高者数据。中断焊接时冷却速率应控制，防止管道产生有害影响。常用材料预热温度表母材组别公称

56、壁厚规定的母材最小抗拉强度最低温度mmMpa要求C推荐C碳钢49079合金钢铭0.5%49079合金钢铭0.5-2%全部全部149合金钢铭2.2-10%全部全部1774.2.2热处理是用来防止或清除高温和焊接中固有的剧烈温度梯度的有害影响，以及清 除弯曲和成形过程中产生的残余应力。产品焊后热处理的要求一般都在焊接工艺规程中规定，在评定焊接工艺中使用。 工程设计中规定要求热处理者，都必须按设计要求进行。常用材料热处理要求见下表。 说明：表中的厚度应是接口处较厚组件的厚度，但下列情况除外：在支管连接时作为补强板，可以考虑不需要热处理。对于碳钢材料的角焊缝，当焊缝厚度小于等于16哑，不管母材的厚度多

57、少，都 不需要进行热处理。对于合金钢材料的角焊缝，当焊缝厚度小于等于13哑，如果采用了不低于推荐 的最低预热温度，且母材的最小抗拉强度不小于490MPa时，不管母材的厚度多 少，都不需要进行热处理。常用材料热处理表母材金属公称壁厚母材最小抗拉强度Mpa热处理温度保温时间HB硬度mmChrMax碳钢19全部不需要19全部593-6491合金钢铭 0.5%19490不需要19全部593-7181225490593-7181225合金钢铭 0.5-2%12.7490不需要12.7全部704-7462225490704-7462225合金钢铭2.25-3 %Cr3%或 00.15%12.7全部不需要或

58、 12.7全部704-76022414.3弯曲和成形管子可进行热弯，或冷弯成形。完成后的表面应无裂纹，基本上无折皱。弯曲和 成形后的厚度不应小于设计所要求的厚度。管子弯曲的压扁度用径向任何一个截面上最小和最大直径之差来量度。对内压管 而言，不应超过管子公称外径的8%；外压管不超过3%。不应用去掉管子金属的方法 来达到此要求。产品焊缝和热弯，以及热成形管道的硬度试验的目的是校核所进行的热处理是否 十分令人满意。硬度范围适用于焊缝及热影响区，热影响区的硬度试验应尽可能接近 焊缝的边缘。4.4柔性和支架管道系统应具有足够的柔性，以防止由于热膨胀、冷收缩或管道支撑件和管端的 位移而产生下列情况：因过度

59、的应力或疲劳而引起管道或支架的是损坏接头处的泄漏由于管道的推力和力矩过大，使管道和阀门内或与之相连的设备内产生有害的 应力或变形。4.4.1不要求柔性分析的管道系统有以下几条：与有成功使用记录的管道系统完全相同或未作重大改变的管道。与以前分析的系统相比较，能容易判断其有适当的柔性。系统具有统一的尺寸；不多于两个固定点，无中间约束的L型布管；并且符合经验公式的限制范围者：D y/ （L-U） 忍KD一管子外径（哑）y一有管道系统吸收的全部位移应变的总和（哑）L一管道固定点间的展开长度（M）U一管道固定点间的直线长度（M）K系数（米制单位取208.3）4.4.2当位移较大时，可用以下措施来增加其柔

60、性：增设弯管、环形管或偏心管在合适位置布置旋转接头、波纹管、波形的或滑动的膨胀节安装其他允许有角向；旋转或轴线移动的装置采用合适的锚固件、拉杆等，以承受由于流体的压力；移动时的摩擦阻力或端 部的作用力。4.4.3管道的支撑件管道的支撑件设计，应考虑所有重量影响和由于操作压力和温度造成的载荷、振 动、风力、地震、冲击和位移应变的情况。4.4.3.1管支架的布置要注意以下几点管支架的布置要注意根据管线的挠度和平台结构来确定间距；大口径管线尽可能布置在管架立柱的附近，以利支架的设计；与泵或设备连接的管线最近的支架应选用固定支架，不要让管线产生的热应力集中到设备上；要防止机械设备或流体引起的震动对管道