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第一篇 石油天然气管道 常用管材与附件 第一章管子与管件 第一节管子 一、管子的分类 （一）按用途、材质、形状分类 管子是管道工程的主体材料，其品种、型号、规格繁多，一般可按用途、材质和形状进 行分类。 （）按用途分类，可分为流体输送用、传热用、结构用和其他用等。 （“）按材质分类，可分为金属管和非金属管。 （）按形状分类，可分为套管、翅片管、各种衬里管等。 （二）常用分类方法 按用途分类 依据用途不同可分为输送用、传热用、结构用和特殊用管子，详见表 。 表 “ “ 管子按用途分类表 输送用及传热用流体输送用，长输管道用，石油裂化用，化肥用，锅炉用，换热器用等 结构用普通结构用，高强结构用，机械结构用等 特殊用钻井用，高压气体容器用等 “ 按材质分类 管子按材质可分为金属管和非金属管，金属管又可分为黑色金属管和有色金属管。管子 按材质分类详见表 “。 第一篇石油天然气管道常用管材与附件 表 “ “ 管子按材质分类 大分类 中分类小分类管子名称举例 金 属 管 铁管铸铁管承压铸铁管（砂型离心铸铁管，连续铸铁管） 钢 管 碳素钢管 “ 焊接钢管，5 ’ , ’* 固溶处理 固溶温度’./ ’34’*;’’ 固溶处理 热轧 （挤、 扩） 管， 固溶温度’/； 冷 拔 （轧） 管固溶温度’*/ 适用用 制 造 高压及 其 以 上的蒸 汽 锅 炉、 管道等用 的优质 碳 素 结构钢、 合金 结构钢 和 不 锈耐热 钢 无 缝钢管 代替 ,-- 外径6 36* 壁厚 *，如表 所示。 / 以管子重量表示管壁厚的壁厚系列 美国 9 协会和 “ 协会规定的以管子重量表示壁厚的方法中，将管子壁厚分为三种 系列 （）标准重量管以 A 表示； （/）加厚管以 表示； （5，它的线胀系数比较大，约为钢的 8 倍，而弹性模量 较小。 硬聚氯乙烯管的聚氯乙烯单体含量及稳定剂中的铅、镉等有害物质超过标准时对环境和 人身健康有害。 （二）玻璃钢管（ 2341-） 、斜接加强管接头（4）所示的插入加强管接头（9510- 8142341-） 、斜接加强管接头（4 *’1“0 常用的承插焊管件、螺纹管件标准主要有 锻钢制承插焊管件4**BB 屈服限 C“*BB 延伸率 “C“D 收缩率 “D 冲击率 E“*FB 硬度 管子 及 管件 4 /789 -78,09; 78-09 , .. 3;06 5 4/ 双头螺栓 12 -.789 .4; 6;1 --- .;; 0/ 0. 1. .2 1/ 6;31 0;6 5 / 10 5 ;. 螺母 . 2789 1.0 4;4 61 1/2 - 04 .2 1. 1/ 6;3/ 01/ 5 062 0/6 5 10 对表 0 5 4 ; 3533535;5 ;,B,E 三、连接部件 （）管子或管件端部加工成一定长度与法兰螺纹相啮合的外螺纹，靠螺纹的旋合力将管 子或管件与法兰连接在一起，同时管子或管件的顶端面加工成与透镜垫相吻合的密封面。化 工部规定管端和法兰螺纹标准同为公制圆根螺纹或同为圆柱形圆角管螺纹。机械部标准规定 螺纹基本尺寸符合 1 “ “ , -2*“2““-““““1 “* * “* “ “ “““2““-“““-9* , 21*“*191;1121 表 “ “ 普通碳素钢的化学成分（** * , ****8“A““2B CD 珠光体 ,-’8（调质） 05.462,-4, 67 石油天然气管道安装设计维修管理与施工标准实务全书 续表 钢号 机械性能 “3 42/433 奥氏体钢 1,-2/5/ ’3131491 1,-3’531 ’3131491 1,-27523.3 ’3131491 1,-2/52. ’/31’（13）91 2,-205 ’3131491 2,-245’ ’’/31491 3 不锈钢 不锈钢包括耐酸钢。一般抗大气氧化腐蚀的称为不锈钢，能抗强烈酸性介质腐蚀的称为 耐酸钢。二者的总称是不锈钢。不锈钢的主要合金元素为铬。能抗酸性介质腐蚀的是奥氏体 不锈钢。奥氏体不锈除能耐腐蚀外，其高温性能也很好，在石油化工厂管道工程中应用广 泛。其化学成分和机械性能可见表 2 4 和表 2 7。含铬 23 2的钢抗氧化性能 良好。1,-2 为铁素体，韧性良好。从2,-2 到,-2 为马氏体，强度高耐磨性好。当设备的 零部件要求有一定的强度和耐磨性，又要求一定耐腐蚀性是可选用马氏体钢。马氏体钢的含 碳量越低，韧性越好。马氏体钢的化学成分和机械性能见表 2 0 和表 2 /。 表 “ “ 铁素体和马氏体不锈钢的化学成分 钢号 化学成分 ,最低冲击试验温度1 *正火 / ; * .*正火 / ; .* /正火 .* ; 0* *9正火 / ; ,* *8 石油天然气管道安装设计维修管理与施工标准实务全书 碳素钢和低合金钢螺栓和螺母用于 “及以下时；应进行不高于设计温度的低温冲击 韧性试验。其最低冲击韧性试验温度可按表 4 三个试样的冲击功平均值 // ,/ 9 A ,/ B //“ A // B /“2 奥氏体钢焊缝金属4 的螺栓等钢材的冲击功值按标准抗拉强度下限值等于 /;4 钢材的要求， 但 ,56013 的低温冲击功应不小于 4 时的工况。 “低温低应力工况”不适用于钢材标准抗拉强度下限值大于 /,;4 的低温容器。 螺栓材料一般不列入低温低应力工况考虑，但应计及螺栓和壳体设计温度间的差异。 ” 2 第一篇石油天然气管道常用管材与附件 六、铸铁 铸铁可用于制造低压阀门。铸铁中含碳量和含硅量高。硅有促进石墨化的作用，所以碳 在铸铁中多以石墨的形式存在。石墨与钢铁比较，其强度和塑性很小。石墨减小了铸铁的承 载面积，片状石墨可使其尖端产生应力集中。所以，铸铁的强度和韧性都比钢低。铸铁有高 耐磨性、消振性和缺口敏感性。 碳在铸铁中析出的形态有渗碳体和石黑，析出石墨的称为灰口铁，析出渗碳体的称为白 口铁，二者兼有的为麻口铁。白口铁硬而脆，在工业上应用价值不高。在工业上应用的有灰 铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁。 “ 灰铸铁 灰铸铁的牌号是用力学性能区分的。我国灰铸铁的代号是用“灰铁”的汉语拼音的字头 “”表示，后部为最小抗拉强度。例如 以下的 以上沸腾纯醋酸则有显著的侵蚀。 添加 ./、5 对耐醋酸性的改善是有效的。 如在醋酸中有不纯物存在时，腐蚀情况将会改变，即适量的氧化性离子及空气的存在， 可抑制对不锈钢的腐蚀。可是，当有卤族元素时能促进腐蚀，在使用时应予注意。 （）对于稀碱液，一般具有良好的耐腐蚀性。 由于增加 45 的添加量，对碱的耐蚀性提高。可是奥氏体不锈钢的优越的耐蚀性界限是 温度 ;，浓度 。铁素体系不锈钢比奥氏体不锈钢的耐腐蚀性低劣。 二、局部腐蚀 据调查，在装置中，局部腐蚀约占 ，而且一些局部腐蚀常常是突发性和灾难性的， 可能引起各类事故。因此，在选材和结构设计时，对局部腐蚀应格外注意。 * 晶间腐蚀 第一篇石油天然气管道常用管材与附件 腐蚀从表面沿晶界深入内部，外表看不出腐蚀迹象。晶间腐蚀是由于晶界沉积了杂质， 或某一元素的增多或减少而引起的。以奥氏体不锈钢为例，它在焊接时焊缝两侧 “ 处 可被加热至 ） 。为此，应在 ” ， “碳钢/94 9 ;;9 ;; 94 94 , 石油天然气管道安装设计维修管理与施工标准实务全书 第一篇石油天然气管道常用管材与附件 在氢气流中，硫化氢的腐蚀是一个很突出的问题，腐蚀的主要影响因素是操作温度、硫 化氢浓度及介质的流速。硫化氢浓度越高腐蚀越严重，介质流速越高 “ 保护膜越易脱落， 界面不断更新，金属的腐蚀也就进一步加剧。 碳钢、铬钢、不锈钢在氢与硫化氢混合气体中的抗腐蚀性能，近年来多采用美国的柯柏 （,-，缩小相区、形成相圈，在铁及铁中的最大溶解度分别 为 1/及 1*/。它是强碳化物形成元素，常形成特殊碳化物。钢中钨含量高时有二次硬 化作用，有红硬性，以及增加耐磨性。钨对钢的淬透性、回火稳定性、机械性能的影响均与 钼相似。但以重量计，其作用效果不如钼显著。钨提高钢在高温下的蠕变抗力与热强性，当 ; 第一篇石油天然气管道常用管材与附件 与钼复合使用时，效果更佳。 钨能提高钢的抗氢作用的稳定性。钨通常加入低碳和中碳的高级优质合金结构钢中，钨 能阻止热处理时晶粒的长大和粗化，降低其回火脆化倾向，并显著提高钢的强度和韧性。 六、钒在钢中的作用 钒（） 熔点 “ 3（奥氏体 / 铁素体型）焊条（3 的体积 分数约为 6 . 等元素，这样即可以保证焊缝金属 的热强性，又能同时提高其抗裂性能。 对于工作在不同腐蚀介质中的耐蚀不锈钢，应根据介质的腐蚀特性和工作温度来选用焊 条。介质腐蚀性较强、工作温度大于 ,,“的不锈钢管道需选用 9 或 8 稳定元素或超低碳 的不锈钢焊条；输送含有稀硫酸或盐酸介质的不锈钢管道需选用含 ’ 或 ’、A 的不锈钢 焊条；而对输送腐蚀性弱的介质的常温管道可选用成本较低的不含 9 或 8 的不锈钢焊条。 通常情况下，不锈钢钢管的焊条的化学成分要与母材的成分相同或相近，同时考虑到含 碳量对不锈钢的耐腐蚀性能影响很大，焊条的熔敷金属含碳量不得高于母材的含碳量。 ,B 石油天然气管道安装设计维修管理与施工标准实务全书 卧表 “ 第一篇石油天然气管道常用管材与附件 表 “ “ 为常用铬镍奥氏体不锈钢钢管焊材选用表。 表 “ “ 多常用铬镍奥氏体不锈钢钢管焊材选用表 母材 焊条 牌号型号药皮类型 焊丝 “ ， “，““ ; *““，“ ; *“， *““ ; 0““。 第四位大写英文字母代表热处理温度3“ ; 4““，/34“ ; 4“，其化学成分和组织与焊缝不同，称此带为 熔合区脆性交界层。产生原因是低合金钢一侧的母材熔化后大大稀释了此处的合金含量，导 致此区产生马氏体组织。此区的存在会严重降低焊接接头的韧性。通常采用高镍合金焊接材 料焊接，可以达到减少熔合区马氏体的宽度和熔合区冲击韧性降低的幅度。 ’碳迁移问题 低合金钢与奥氏体不锈钢焊接后，在进行热处理或在较高温度下工作时，在低合金一侧 的熔合线附近区域会发生碳的迁移现象，即在含碳化物形成元素较低的低合金钢一侧出现脱 碳层，而在含碳化物形成元素较高的奥氏体不锈钢侧出现增碳层，由于脱碳层的软化和增碳 层的硬化，将导致接头高温持久强度的抗腐蚀性能的降低。 通过提高焊缝金属中的镍含量可以阻止碳的迁移。工作温度愈高，焊缝金属中的含镍量 应相应提高。 热应力的影响 奥氏体钢线膨胀系数比低碳钢和低合金耐热钢高约 “因此，它与低碳钢（或低合金 耐热钢）组成的异种钢接头在焊后冷却、热处理和运行中将产生较大的热应力。若在周期性 0 石油天然气管道安装设计维修管理与施工标准实务全书 加热和冷却条件下工作，在低合金钢一侧熔合区上就有产生热疲劳裂纹的可能。为防止疲劳 裂纹的发生，对于由低碳钢和奥氏体不锈钢组成的接头应将其工作温度限制在 ““以下； 对于由低合金耐热钢和奥氏体不锈钢组成的接头，应将其工作温度限制在 “以下。 采用线膨胀系数和低碳钢、低合金耐热钢接近的高镍焊接材料焊接或在低合金侧堆焊过 渡层的办法，可起到减少热应力的作用。 （）焊接材料和焊接工艺 为了减小低合金钢侧对焊缝金属的稀释，以提高焊接接头的质量，一般均采用高铬镍的 焊接材料（焊丝 注 手轮、手柄和扳手传动的，以及安全阀、减压阀、疏水阀可省略本代号。 9 对于气动或液动常开式用 、’表示；常闭式用“、’“表示；气动带手动用. 表示；防爆电动用 ;“表示。 代号 9 级代号 是用在阀门启闭时，需由两种动力源同时对阀门进行动作的情况下。 ; 石油天然气管道安装设计维修管理与施工标准实务全书 （）连接形式代号用阿拉伯数字表示，按表 “ 的规定。 表 “ “ 连接形式代号 连接形式代号连接形式代号 内螺纹“对夹 ）公称压力数值，按 ’,时，标注工作压力。公称压力的数值用 ’,倍的兆帕（）数表示。 （）阀体材料代号用字母表示，按表 ’ 6; 技术条件按 0 13 填料 柔性石墨填料环/AB33; 柔性石墨编织填料 手轮 可锻铸铁 球墨铸铁 CB“ /..- 填料 柔性石墨填料环*4 0. 7 . 648.. 7 、 648. 7 . “* ,88. “* ///1 注A 垫片、填料也可按用户要求选用； /A 柔性石墨填料环，必须与柔性石墨编织填料组合装配。 表 “ “ 合金钢制阀门主要零件材料 零件 名称 材料 名称牌号标准 阀体、阀盖 铬钼铸钢“0 “* 88/, “* 1 /0 石油天然气管道安装设计维修管理与施工标准实务全书 续表 零件 名称 材料 名称牌号标准 阀座、启闭 件的密封面 钴铬钨合金“ 螺栓铬钼钒钢 垫片、填料也可按用户要求选用； ; 柔性石墨填料环，必须与柔性石墨编织填料组合装配。 表 “ “ 不锈耐酸钢制阀门主要零件材料 零件 名称 材料 名称牌号标准 阀体、阀盖、 启闭件 铬镍钛铸钢 6 6 铬镍铸钢7/ “ 牌号使用温度5 ; 说明 灰铸铁 36*36*8 36368 8 的