天然气管道通用钢管和管件（2007.6.9）.ppt

天然气管道通用钢管和管件,讲课人张欣,课程构成,第一章天然气输气管道的工作特点第二章钢材1、钢材的定义2、钢材的化学成分3、钢材的机械性能第三章钢管1、钢管的定义2、输气管道对钢管的基本要求3、钢管的分类第四章我国长输管道钢管的现状与发展第五章管件1、管件的分类2、常用管件3、管件的布置,管道输送是石油天然气最经济、最合理的运输方式。目前全世界石油、天然气管线的总长约2.7106km，并以41045104km／a的速度增加。随着石油工业的发展，油气长输送管线趋向大口径、高压力输送和海底管道厚壁化发展。例如，敷设于陆地上的长输管线直径为Φ762Φ1422mm，中距离管线直径为Φ406Φ812mm，海底管线直径为Φ508Φ762mm，输气管线管的屈服强度为420500MPa约相当于X60X70，X80X100尚处于试验阶段，输油管线管的屈服强度为306450MPa约相当于X52X65；输气管线的工作压力为7.014.0MPa，输油管线的工作压力为5.09.0MPa。,,前言,用于输送天然气的管材必须具有良好的机械强度、抗震及气密性能等。钢管能承受较大的应力，塑性好，延伸率和抗冲击性能比较高，便于焊接，焊接钢管的焊缝强度应接近于管材强度，能满足压力较高的情况下输送天然气的需要。另一方面，随着天然气产业的发展，总是要求在更大距离上输送更多的气量，这只有使用更大的管径或使用更高的操作压力才有可能，钢管由于强度和韧性有利的结合，使它能够用于所有的压力等级和管子尺寸。由此可见，钢管用于输送天然气将越来越广泛。,,前言,油气管道对材料的性能要求日益严格，尤其是对韧性要求的提高，促进了低合金高强度管线钢发展，在钢的成分设计和冶炼、连铸、轧制工艺上采取了许多措施，例如产品中氧、氢、氮和硫的杂质形态和提高纯度的控制，低硫、高锰、加入微量合金元素，利用其沉淀强化原理生产出细晶粒、高强度、高冲击值和低韧脆转变温度的管线钢，从而自成体系。长输管道用管材是钢材技术含量最高的，在一定程度上代表了一个国家的冶金工业水平。,,前言,油气输送钢管是板带经过深加工压力加工、焊接、热处理、机加工、表面处理、无损检测等而形成的较特殊的冶金产品，实质上属于机械产品的范畴。为了适应服役条件，钢管除化学成分、冶金质量、力学性能、残余应力、可焊性等有严格的要求外，对成品的几何形状和尺寸例如外径、内径、壁厚、圆度、直度等结构完整性都有严格的要求。输送钢管按制管工艺不同可分为无缝钢管S用于长输油气管的数量很少；焊管有直缝高频焊管ERW、直缝埋弧焊管LSAW、螺旋埋弧焊管SSAW。,,前言,1、天然气在管道内流动实际上是由高压力区流向低压力区，在流动过程中天然气压力不断降低，天然气体积不断膨胀。天然气管道输送的是易燃易爆流体，最基本的要求是严密不漏。,第一章天然气输气管道的工作特点,,2、输气管道目前向着高压、大口径、低温输送发展Q11522Ed2.53[]0.51由公式可知1）Q与d2.53成正比，可得管径增加1倍，流量增加5.8倍。2）Q与（）0.51成正比，温度下降5℃，流量增加2.6。3）Q与（）0.51成正比,L减半，流量可增加1.4倍，综上可见增加管径更有利。4）P1P2Q与（）0.5，P1↑P2↓，输量增加，提高P更有利。D1.22m压力从54公斤提高到98公斤时输量可增加1倍。D1.22m是D0.6m的输量的6倍。,第一章天然气输气管道的工作特点,,,,,,,,3、（a）天然气管道工作压力条件复杂，即受到内部天然气的压力，又受到外部土层，自重等压力，同时天然气天然气管道又承受着内部天然气压力变化和外部压力变化的交变载荷作用。内部天然气产生的工作应力分为两个方向钢管的环向拉应力和钢管轴向拉应力（b）天然气输气管道的工作温度复杂，天然管道既受到内部天然气本身的温度变化影响，又受到外界的环境变化影响，既有本身升温降温，材料特性的影响，又有温度变化造成的挤压和拉伸应力的影响。（c）天然气管道受到外部环境的影响A、受到土壤环境，内部天然气气质等的腐蚀影响。B、受到桥梁、铁路、车辆外部载荷变化的影响。C、不可预知的危险作业和地震等自然灾害的影响。,,第一章天然气输气管道的工作特点,4、输气管道的敷设有三种方式1）、架空敷设2）、管沟敷设3）、埋地敷设,第一章天然气管道的工作特点,,,第二章钢材,一、钢材的定义,讲到钢管需要先讲一下什么是钢材,钢材的定义钢材就是含碳量大于0.025,小于2.11的铁碳合金。,将开采的铁矿石放入高炉中冶炼后即得到生铁，生铁按不同冶炼工艺和用途可分为炼钢生铁和铸造生铁。炼钢生铁是一种含碳量2的铁碳合金，把炼钢用生铁放入炼钢炉中，加入部分其他元素按一定比例熔炼，将得到的钢液浇铸成型，冷却后即得到钢锭或铸坯，轧制就获得了各种钢材，钢管就是用钢材轧制成的。,（1）碳；含碳量越高，刚的硬度就越高，但是它的可塑性和韧性就越差．（2）硫；是钢中的有害杂物，含硫较高的钢在高温进行压力加工时，容易脆裂，通常叫作热脆性．（3）磷；能使钢的可塑性及韧性明显下降，特别的在低温下更为严重，这种现象叫作冷脆性．在优质钢中，硫和磷要严格控制．但从另方面看，在低碳钢中含有较高的硫和磷，能使其切削易断，对改善钢的可切削性是有利的．（4）锰；能提高钢的强度，能消弱和消除硫的不良影响，并能提高钢的淬透性，含锰量很高的高合金钢（高锰钢）具有良好的耐磨性和其它的物理性能．（5）硅；它可以提高钢的硬度，但是可塑性和韧性下降，电工用的钢中含有一定量的硅，能改善软磁性能．（6）钨；能提高钢的红硬性和热强性，并能提高钢的耐磨性．（7）铬；能提高钢的淬透性和耐磨性，能改善钢的抗腐蚀能力和抗氧化作用．,钢管和管件基本知识,钢管部分化学成分的影响,,二、化学成分对钢材的影响,（8）钒；能细化钢的晶粒组织，提高钢的强度，韧性和耐磨性．当它在高温熔入奥氏体时，可增加钢的淬透性；反之，当它在碳化物形态存在时，就会降低它的淬透性．（9）钼；可明显的提高钢的淬透性和热强性，防止回火脆性，提高剩磁和娇顽力．（10）钛；能细化钢的晶粒组织，从而提高钢的强度和韧性．在不锈钢中，钛能消除或减轻钢的晶间腐蚀现象．（11）镍；能提高钢的强度和韧性，提高淬透性．含量高时，可显著改变钢和合金的一些物理性能，提高钢的抗腐蚀能力．（12）硼；当钢中含有微量的（0.001－0.005％）硼时，钢的淬透性可以成倍的提高．（13）铝；能细化钢的晶粒组织，阻抑低碳钢的时效．提高钢在低温下的韧性，还能提高钢的抗氧化性，提高钢的耐磨性和疲劳强度等．（14）铜；它的突出作用是改善普通低合金钢的抗大气腐蚀性能，特别是和磷配合使用时更为明显．,钢管和管件基本知识,钢管部分化学成分的影响,,二、化学成分对钢材的影响,1.屈服点（σs）钢材或试样在拉伸时，当应力超过弹性极限，即使应力不再增加，而钢材或试样仍继续发生明显的塑性变形，称此现象为屈服，而产生屈服现象时的最小应力值即为屈服点。设Ps为屈服点s处的外力，Fo为试样断面积，则屈服点σsPs/FoMPaMPa称为兆帕等于N（牛顿）/mm2，（MPa106Pa，Pa帕斯卡N/m2）2.屈服强度（σ0.2）有的金属材料的屈服点极不明显，在测量上有困难，因此为了衡量材料的屈服特性，规定产生永久残余塑性变形等于一定值（一般为原长度的0.2）时的应力，称为条件屈服强度或简称屈服强度σ0.2。,钢管和管件基本知识,,二、钢材的机械性能,刚管部分机械性能,3.抗拉强度（σb）材料在拉伸过程中，从开始到发生断裂时所达到的最大应力值。它表示钢材抵抗断裂的能力大小。与抗拉强度相应的还有抗压强度、抗弯强度等。设Pb为材料被拉断前达到的最大拉力，Fo为试样截面面积，则抗拉强度σbPb/Fo（MPa）。4.伸长率（δs）材料在拉断后，其塑性伸长的长度与原试样长度的百分比叫伸长率或延伸率。5.屈强比（σs/σb）钢材的屈服点（屈服强度）与抗拉强度的比值，称为屈强比。屈强比越大，结构零件的可靠性越高，一般碳素钢屈强比为0.6-0.65，低合金结构钢为0.65-0.75合金结构钢为0.84-0.86。,钢管和管件基本知识,,二、钢材的机械性能,刚管部分机械性能,6.硬度硬度表示材料抵抗硬物体压入其表面的能力。它是金属材料的重要性能指标之一。一般硬度越高，耐磨性越好。常用的硬度指标有布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。⑴布氏硬度（HB）以一定的载荷（一般3000kg）把一定大小（直径一般为10mm）的淬硬钢球压入材料表面，保持一段时间，去载后，负荷与其压痕面积之比值，即为布氏硬度值（HB），单位为公斤力/mm2N/mm2。,钢管和管件基本知识,,二、钢材的机械性能,刚管部分机械性能,⑵洛氏硬度（HR）当HB450或者试样过小时，不能采用布氏硬度试验而改用洛氏硬度计量。它是用一个支持角120的金刚石圆锥体或直径为1.59、3.18mm的钢球，在一定载荷下压入被测材料表面，由压痕的深度求出材料的硬度。根据试验材料硬度的不同，分三种不同的标度来表示HRA是采用60kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度极高的材料（如硬质合金等）。HRB是采用100kg载荷和直径1.58mm淬硬的钢球，求得的硬度，用于硬度较低的材料（如退火钢、铸铁等）。HRC是采用150kg载荷和钻石锥压入器求得的硬度，用于硬度很高的材料（如淬火钢等）。⑶维氏硬度（HV）以120kg以内的载荷和支持角为136的金刚石方形锥压入器压入材料表面，用材料压痕凹坑的表面积除以载荷值，即为维氏硬度值（HV）,钢管和管件基本知识,,二、钢材的机械性能,刚管部分机械性能,钢管和管件基本知识,第三章钢管一、钢管的定义（一）钢管定义钢管是一种中空的长条钢材，大量用作输送流体的管道，如石油、天燃气、水、煤气、蒸气等，另外，在搞弯、抗扭强度相同时，重量较轻，所以也广泛用于制造机械零件和工程结构。也常用作生产各种常规武器、枪管、炮弹等。,钢管部分钢管定义,,二、对钢管的基本要求一、机械性能机械性能包括拉伸强度、屈服强度、延伸率、冲击韧性强度、韧性和可焊性是三项基本质量指标，对于有腐蚀环境和输送腐蚀性流体的应进行防腐处理。输气管道对钢材的要求是高强度、高韧性、高可焊性和耐蚀性，重点是高韧性。,钢管和管件基本知识,钢管部分对钢管的基本要求,,（一）、管材的强度强度是钢管承受载荷的能力，多数情况下管道的强度计算是以材料的屈服强度为依据的。强度主要是指钢管的“公称最低屈服强度SMYS”。另外输气管道对屈服强度与抗拉强度的差值和比值也提出了要求，一般是分别规定为85％时，管线一般不会发生脆性失稳扩张；2夏比CHARPYV型缺口冲击试验。在最低操作温度下，油管道的夏比冲击功在0.1SMYSJ以上，气管道在0.125MYSJ以上，则可控制延性失稳断裂。材料断裂性质有脆性和韧性两种，脆性断裂所需的延伸能量很小，韧性断裂所需的延伸能量较大，裂缝的延伸速度低于气体减压波传播的速度，当断裂处的压力降低后，裂缝的延伸即告停止。对管线提出韧性要求的原因就在于要控制原是裂纹产生和防止脆性断裂（尤其是天然管道由于气体的压缩性，断裂处压力不会及时降低，对韧性要求更为严格）。,钢管和管件基本知识,钢管部分对钢管的基本要求,,1.1这里需要了解一下金属材料的温度特性（1）金属材料在高温下性能的变化①蠕变钢材在高温下受外力作用时，随着时间的延长，缓慢而连续产生塑性变形的现象，称为蠕变。钢材蠕变特征与温度和应力有很大关系。温度升高或应力增大，蠕变速度加快。例如，碳素钢工作温度超过300～350℃，合金钢工作温度超过300～400℃就会有蠕变。产生蠕变所需的应力低于试验温度钢材的屈服强度。②球化和石墨化在高温作用下，碳钢中的渗碳体由于获得能量将发生迁移和聚集，形成晶粒粗大的渗碳体并夹杂于铁素体中，其渗碳体会从片状逐渐转变成球状，称为球化。由于石墨强度极低，并以片状出现，使材料强度大大降低，脆性增加，称为材料的石墨化。碳钢长期工作在425℃以上环境是地，就会发生石墨化，在大于475℃更明显。SH3059规定碳钢最高使用温度为425℃，GB150则规定碳钢最高使用温度为450℃。,钢管和管件基本知识,钢管部分对钢管的基本要求,,（1）金属材料在高温下性能的变化③热疲劳性能钢材如果长期冷热交替工作，那么材料内部在温差变化引起的热应力作用下，会产生微小裂纹而不断扩展，最后导致破裂。因此，在温度起伏变化工作条件下的结构、管道应考虑钢材的热疲劳性能。④材料的高温氧化金属材料在高温氧化性介质环境中（如烟道）会被氧化而产生氧化皮，容易脆落。碳钢处于570℃的高温气体中易产生氧化皮而使金属减薄。故燃气、烟道等钢管应限制在560℃下工作。,钢管和管件基本知识,钢管部分对钢管的基本要求,,（2）金属材料在低温下的性能变化当环境温度低于该材料的临界温度时，材料冲击韧性会急剧降低，这一临界温度称为材料的脆性转变温度。常用低温冲击韧性（冲击功）来衡量材料的低温韧性，在低温下工作的管道，必须注意其低温冲击韧性。（定义材料从韧性转变成脆性的温度叫做过渡温度。）较低的过渡温度有利于防止管道在较低的工作温度下发生脆性断裂，这种性能用某一温度下的冲击韧性消耗于单位断裂截面上的能量（kg.m/cm2）表示，对普通地区所采用的试验温度为-40℃，冲击能值3.0kg.m/cm2,不低于2.5kg.m/cm2。注冲击韧性指材料抗冲击载荷的能力。单位（焦耳/厘米2）。,钢管和管件基本知识,钢管部分对钢管的基本要求,,1.2输气管道用钢管韧性的的选择输气管道是一个包括钢管本体、对接环形焊缝口以及弯道、弯头等管体组成的管系整体，单一提高管子本身的韧性要求，达不到“等强度匹配”原则，使管子本身“功能过剩”，也失去了技术上、经济上的意义。,钢管和管件基本知识,钢管部分对钢管的基本要求,,（三）、焊接性（1）、认识可焊性管子在现场是否易于用经济方法焊接而不产生有害的缺陷是衡量可焊性的重要标志。管道安装焊缝的质量取决于可焊性的好坏，而决定可焊性的基本因素是管线的化学成分，可焊性影响焊缝与热响应区的抗脆裂形、抗热裂形、厚度方向上的韧性和热响区的机械性能的稳定性。可焊性常用碳当量表示，合金的碳当量是它含祝元素的碳当量与其含量分数乘积的总和。某元素的碳当量指该元素对金属可焊性的影响，相当于碳元素影响的倍数。1CeCMn/62CeCMn/43CeCMn/6CrVMo/5CuNi/15对碳当量的限制指标因公式不同有所差异。一般在0.350.42之间,钢管和管件基本知识,钢管部分对钢管的基本要求,,,（2）、可焊性的定义可焊性是指钢材在一定焊接工艺条件焊接方法、焊接材料、焊接工艺参数和结构形式等下，施焊或获得优质焊缝的难易程度。钢材的可焊性一般用2种判别指标一是影响可焊性的许多化学元素，以碳为主要影响，因而折合成碳当量Ceq来判别可焊性的优劣，一般碳当量为0.35～0.42。X60以上的钢材也可以用冷裂纹敏感系数来cm来判别，输油管线cm≤0.20～0.25，一般为≤0.25；输气管线的≤0．20。二是热影响区的硬度，它是衡量可焊性的另一指标。碳当量越高，冷却速度越快，则热影响区的硬度越高，从800℃到300℃的冷却速度影响热影响区的显微组织；冷却速度加大会使热影响区的硬度增加，组织变脆；从300℃到100℃的冷却速度影响焊接金属中氢的扩散，会降低热影响区的韧性和增加对裂纹的敏感性。一般焊缝与热影响区金属的宏观硬度不得超过HRC22或HV248。,钢管和管件基本知识,钢管部分对钢管的基本要求,,A、影响金属焊接性能的主要因素可焊性它包括两方面的内容，一是结合性能，即在一定焊接工艺条件下，焊接接头产生焊接缺陷的敏感性；二是使用性能，即在一定焊接工艺条件下，焊接接头对使用要求的适应性。影响金属焊接性的因素很多，主要有材料化学成分、组织状态、力学性能等、设计结构型式、工艺焊接方法、焊接规范等及工作条件工作温度、负荷条件、工作环境等等4个方面。,钢管和管件基本知识,钢管部分金属焊接,,B、怎么评价金属材料的焊接性化学成分是影响金属材料焊接性的主要因素。生产中，常根据钢材的化学成分来评定其焊接性。由于钢中含碳量对其焊接性的影响最为明显，通常把钢中合金元素含量对其焊接性的影响，按其作用换算成碳元素的相当含量，即用碳当量（CE）法评价金属材料的焊接性。,钢管和管件基本知识,钢管部分金属焊接,,C、铸铁的焊接性,铸铁焊补常见的焊接缺陷铸铁含碳量高，含硫、磷等杂质较多，塑性差，焊接性也极差。所以，铸铁不宜作为焊接结构材料。铸铁焊补时，常见的焊接缺陷有（1）焊接接头易产生白口组织碳和硅是促进石墨化元素，焊接时会大量烧损，焊后冷却速度又快，不利于石墨的析出，故容易产生白口组织。（2）易产生焊接裂纹铸铁是脆性材料，焊接时容易产生白口和淬硬组织。当焊接应力超过铸铁抗拉强度时，就会在焊缝或近缝区产生裂纹，甚至完全开裂。（3）易产生气孔和夹渣铸铁中的碳、硅元素剧烈氧化，形成CO气体和硅酸盐熔渣，它们滞留在焊缝中会形成气孔和夹渣等缺陷。,钢管和管件基本知识,钢管部分金属焊接,,D、碳素钢、低合金结构钢焊接时应注意的问题碳素钢中的低碳钢塑性好、淬硬倾向小，不易产生裂纹。但是还应注意在低温环境下焊接厚度大、刚性大的结构时，应进行预热，否则容易产生裂纹；重要结构焊后要进行去应力退火以消除焊接应力；中碳钢有一定的淬硬倾向，焊接接头容易产生低塑性的淬硬组织和冷裂纹，焊接性较差，应采用焊前预热焊后缓冷等措施减小淬硬倾向，减小焊接应力；高碳钢焊接性较差，大多用于修理一些损坏件，也注意焊前预热和焊后缓冷。结构钢焊接的特点一是热影响区有较大的淬硬倾向，且随强度等级的提高，淬硬倾向亦随着显著增大；二是热影响区的冷裂纹倾向，也随着强度等级的提高而增大，在刚性较大的接头中，甚至会出现所谓的“延迟裂纹”。,钢管和管件基本知识,钢管部分金属焊接,,E、铜、铝及其合金的焊接特性铜及其合金采用一般的焊接方法焊接性很差,原因是裂纹倾向大，气孔倾向大，容易产生焊不透缺陷及合金元素易氧化。通常采用氩弧焊、气焊、手弧焊和钎焊等方法，以氩弧焊的焊接质量最好。铝及其合金采用一般的焊接方法焊接性很差的原因是极易氧化，易产生气孔，易产生裂纹。通常采用氩弧焊、电阻焊、钎焊和气焊等方法。,钢管和管件基本知识,钢管部分金属焊接,,F、难熔金属及其合金的焊接难熔金属如钛、锆、钼、铌等由于焊接性较差，加热时会强烈吸收氧、氢和氮等气体，并由气体杂质污染引起性能变化和热循环造成显微结构的变化。通常采用氩弧焊、等离子焊和电子束焊等焊接方法。,钢管和管件基本知识,钢管部分金属焊接,,（四）抗腐蚀性高压输送天然气管线的腐蚀破坏主要有4种形式应力腐蚀破坏SCC、硫化氢腐蚀、硫化物应力开裂SSC及氢致开裂HIC。为防止SCC，规定管线钢的硬度为HRC22或HV248；同时限制S的含量小于0.002％，P的含量小于0.02％，一般C的含量不大于0.1％，Mn的含量不大于1.50％，从而提高钢的纯净度，提高成分和组织的均匀性。在降低S含量的同时进行Ca处理，通过微合金化与控轧、控冷使晶粒细化，限制带状组织等。至于抗HIC，采取的措施与抗SCC有类似之处。,钢管和管件基本知识,钢管部分金属焊接,,二、管子的外观（一）、管子的直径和壁厚管子的直径与壁厚决定管道单位建设工程规模和生产能力的主要标志。管子的直径与壁厚决定管道单位长度的体积和重量，也决定管道一个焊缝的工作量和材料消耗指标，这些都是制定施工组织措施的基本依据。（二）、管子的长度管子单根长度决定管道焊接工程量的大小和相应的施工技术措施。因此管子必须有一定的长度要求。螺旋焊缝钢管单根长度不小于12米，直焊缝钢管不小于10米，12米管增长24米，施工速度可加长一倍，投资相对减少612，但管子并不是越长越好，这主要和现场配套的施工作业环境和设施以及管道生产企业生产技术有关。,钢管和管件基本知识,钢管部分管子外观,,（三）、管道的不圆度和端面平整度管子的不圆度和端面平整度影响管道的组装和焊接。1、管子的不圆度以最大和最小直径之差表示。不圆度限制（mm）,钢管和管件基本知识,钢管部分金属焊接,,2、端面平整度包括端面垂直度和端面切口两项要求。管子端面应垂直于管子中心线，不垂直偏差用切口偏斜长度表示，最大不应超过1.5mm，管子端部需要切成3035℃坡口，钝边高度为12.5mm。3、管子的弯度是影响管道组装的另一重要因素，集输管道用管的弯度每米长不得超过1.5mm。,钢管和管件基本知识,钢管部分金属焊接,,三、钢管的分类（一）、输送燃气用钢管材料的分类1.1钢材按品质分类1普通钢（P≤0.045，S≤0.050）2优质钢（P、S均≤0.035）3高级优质钢（P≤0.035，S≤0.030）1.2按化学成份分类1碳素钢a.低碳钢（C≤0.25）；b.中碳钢（C≤0.250.60）；c.高碳钢（C≤0.60）。2合金钢a.低合金钢（合金元素总含量≤5）；b.中合金钢（合金元素总含量＞510）；c.高合金钢（合金元素总含量＞10）。说明碳素钢的抗腐蚀能力要比合金钢强。1.3钢材按成形方法分类1锻钢；2铸钢；3热轧钢；4冷拉钢。1.4钢材按金相组织分类1退火状态的a.亚共析钢（铁素体珠光体）；b.共析钢（珠光体）；c.过共钢材析钢（珠光体渗碳体）；d.莱氏体钢（珠光体渗碳体）。2正火状态的a.珠光体钢；b.贝氏体钢；c.马氏体钢；d.奥氏体钢。3钢材无相变或部分发生相变的,钢管和管件基本知识,钢管部分钢管分类,,（二）、钢管的分类1、按照钢材用途分类（1）管线钢（规范GB9711－88S系列已经被GB/T9711-1997L系列替代）X46以上为合金钢，X46以下为碳素钢；X52以上称高强度钢APISpec5L与GB/T9711-1997的钢级对比。,钢管和管件基本知识,钢管部分钢管分类,,2结构钢SS系列普通碳素结构钢（GB700－88）（GB699-88）SM系列焊接结构钢ST系列低合金结构钢注管线钢和结构钢属于不同类别的管材，虽然两种类别的钢管在强度上有可比性，但是其性能不一样。例如管线钢X42（即L290）管材的屈服强度与结构钢的SS400屈服强度相当，但是X42管材，属于优质碳素钢，其可焊性比SS400（普通碳素钢）要高得多。,钢管和管件基本知识,钢管部分钢管定义,,2、钢管按制造方法分无缝钢管和焊接钢管（有缝管）两大类。按断面形状又可分为圆管和异形管，广泛应用的是圆形钢管，但也有一些方形、矩形、半圆形、六角形、等边三角形、八角形等异形钢管。对于承受流体压力的钢管都要进行液压试验来检验其耐压能力和质量，在规定的压力下不发生泄漏、浸湿或膨胀为合格，有些钢管还要根据标准进行卷边试验、扩口试验、压扁试验等。,钢管和管件基本知识,钢管部分钢管定义,,（1）、无缝钢管（用于油气长输管道的很少）1、无缝钢管定义无缝钢管是用钢锭或实心管坯经穿孔制成毛管，然后经热轧、冷轧或冷拨制成。无缝钢管的规格用外径*壁厚毫米数表示（例如Ф59*4.5）。2、无缝钢管的分类2.1按制作方法分热轧和冷轧（拨）无缝钢管两类。冷拔（轧）管的最大公称直径为200mm，热轧管最大公称直径为600mm。在管道工程中，管径超过57mm时，常选用热轧管，管径小于57mm时常用冷拔（轧）管。采用穿孔热轧等热加工方法制造的不带焊缝的钢管，热加工后的管子还可以进一步冷加工至所要求的形状、尺寸和性能。目前，无缝钢管（DN15－600）是石油化工生产装置中应用最多的管子。,钢管和管件基本知识,钢管部分无缝钢管,,2.2无缝钢管按成份可以分为a.碳素钢无缝钢管b.铬钼钢和铬钼钒钢无缝钢管c.不锈钢无缝钢管,钢管和管件基本知识,钢管部分无缝钢管,,a.碳素钢无缝钢管材料牌号10、20、09MnV、16Mn共4种标准GB8163流体输送用无缝钢管GB/T9711.1－1997石油天然气工业输送钢管交货技术条件GB6479化肥设备用高压无缝钢管GB9948石油裂化用无缝钢管GB3087低中压锅炉用无缝钢管GB5310高压锅炉用无缝钢管GB/T8163材料牌号10、20、09MnV、16Mn适用范围设计温度小于350℃、压力低于10MPa的油品、油气和公用介质GB6479材料牌号10、20G、16Mn共3种适用范围设计温度－40～400℃、设计压力10.0～32.0MPa的油品、油气GB9948材料牌号10、20共2种适用范围不宜采用GB/T8163钢管的场合。GB3087材料牌号10、20共2种适用范围低中压锅炉的过热蒸汽、沸水等GB5310材料牌号20G1种适用范围高压锅炉的过热蒸汽介质,钢管和管件基本知识,钢管部分无缝钢管碳素无缝钢管,,碳素无缝钢管检验一般流体输送用钢管必须进行化学成分分析、拉力验、压扁试验和水压试验。GB5310、GB6479、GB9948三种标准的钢管，除了流体输送用钢管必须进行的试验外，还要求进行扩口试验和冲击试验；这三种钢管的制造检验要求是比较严格的。GB6479标准还对材料的低温冲击韧性做出了特殊要求。GB3087标准的钢管，除了流体输送用钢管的一般试验要求外，还要求进行冷弯试验。GB/T8163标准的钢管，除了流体输送用钢管的一般试验要求外，据协议要求进行扩口试验和冷弯试验。这两种管子的制造要求不如前三种严格。,钢管和管件基本知识,钢管部分无缝钢管碳素无缝钢管,,碳素无缝钢管制造GB/T/8163和GB3087标准的钢管多采采用平炉或转炉冶炼，其杂质成分和内部缺陷相对较多。GB9948多采用电炉冶炼。大多加入了炉外精炼工艺，成分和内部缺陷相对较少。GB6479和GB5310标准本身规定了炉外精炼的要求，其杂质成分和内部缺陷最少，材料质量最高。上述几个钢管标准的制造质量等级从低到高的顺序GB/T8163GB3087GB9948Pt,b.管道中有安全泄压装置时，管道中有安全泄压装置时预示着该管道在运行过程中有出现超出其正常操作压力的可能。设置安全泄压装置如安全阀、爆破片等的目的，就是在系统中出现超出其正常操作压力的情况时，能将压力自动释放而使设备、管道等系统的硬件得到保护。此时管道的设计压力应不低于安全泄压装置的设定压力。,钢管和管件基本知识,管件部分压力等级确定,,d.真空系统真空系统管道承受的压力就是其外部的大气压力，故其设计压力应取0.1MPa外压；e.与塔或容器等设备相连的管道与塔或容器等设备相连的管道其设计压力应不低于所连设备的设计压力。当管道内有较高的液体液柱时，还应考虑该液体静压头的影响。事实上，对于管道来说，其受力要比设备复杂，这是因为它除受介质载荷之外，还往往遭受到由于管道的热胀冷缩而产生的管系力等。因此，管道的设计压力一般应不低于设备的设计压力。,钢管和管件基本知识,管件部分压力等级确定,,例某天然气工程把下列条件的管道编在一个管道等级中，管道材料为20设计压力为1.6MPa，设计温度为-50330C设计压力为2.6MPa，设计温度为-50260C如果不考虑法兰选用的温度-压力问题，请写出该管道等级的最小压力级别，并写出两种以上的法兰、垫片的组合形式。答1）压力级为4.0MPa；2）a、HG法兰PN4.0WN-MFM；垫片PN4.0带内环缠绕垫。PN4.0WN-MFM；垫片PN4.0柔性石墨复合垫b、GB法兰PN4.0WN-MF；垫片PN4.0带内环缠绕垫。PN4.0SO-RF；垫片PN4.0带外环缠绕垫c、JB法兰PN4.0WN-MFM；垫片PN4.0带内环缠绕垫。,钢管和管件基本知识,管件部分压力等级确定,,阀门及其它管道设备工程上应用的阀门种类很多，常用的阀门有闸阀、截止阀、止回阀、球阀、蝶阀、疏水阀、安全阀、调节阀等。常用的其它管道设备如膨胀节、过滤器、视镜、阻火器等如何正确选用阀门及其它管道设备是一个比较复杂的问题，内容较多，这里只作简单的介绍。,钢管和管件基本知识,管件部分阀门及其他管件,,阀门的质量要求a.内漏问题是否有内漏或内漏的大小是衡量一个阀门质量的主要技术指标，对于压力管道来说，处理的介质大都是可燃、易燃、易爆、有毒的介质，阀门关闭时，希望通过阀板的泄漏内漏越少越好，甚至有些介质的泄漏要求为零。常用的评判阀门内漏的标准有API598、ANSIB16.104和JB/T9092。b.外漏问题外漏是指通过阀杆填料和阀盖垫片处的介质外泄漏。它同样是衡量阀门好坏的一个重要指标。对有些介质，外漏的要求甚至比内漏要求更严格，因为它直接泄入大气，会直接引起事故造成人身伤害。对于这种情况，有时不得不采用波纹管密封阀或隔膜阀来保证阀门的外漏为零。限制外漏的标准目前大多数采用美国环保局的限定，即不超过500ppm。,钢管和管件基本知识,管件部分阀门及其他管件,,c.材料质量材料质量是衡量阀门强度可靠性和使用寿命的一个重要指标。众所周知，大多数DN≥50的阀门都是铸造阀体，如果质量不好，会直接影响到阀门的可靠性和使用寿命。ASTM和我国的材料标准通常情况下的要求都是比较低的，为了保证在苛刻情况下材料能较好地适应操作条件的要求，这些标准中都设置许多选择性附加检验项目，设计人员如何根据使用条件来选择这些附加项目是一个技术性很强的问题，如果要求不当，会无意义的增加基建投资。,钢管和管件基本知识,管件部分阀门及其他管件,,d.阀门出厂前试验要求1）阀门出厂前要根据JB/T9092-1999阀门的检验与验收进行壳体压力试验和密封试验。密封试验分上密封、低压密封和高压密封试验。2根据阀门类别不同选择密封试验。闸阀和截止阀要进行上密封和低压密封试验。3壳体压力试验，一般采用温度不超过52℃的水或粘度不大于水的非腐蚀性流体，以38℃时1.5倍的公称压力进行。4低压密封试验，一般采用空气或惰性气体，以0.5～0.7MPa压力进行。5SH3064石油化工钢制通用阀门选用、检验及验收对不同等级的压力管道提出了相应的检验要求，比JB/T9092要求更严格。,钢管和管件基本知识,管件部分阀门及其他管件,,阀门规格书的内容通用阀门规格书应包括下列内容采用的标准代号；阀门的名称、公称压力、公称直径；阀体材料、阀体对外连接方式；阀座密封面材料；阀杆与阀盖结构、阀杆等内件材料，填料种类；阀体中法兰垫片种类、紧固件结构及材料；设计者提出的阀门代号或标签号；其它特殊要求。国内现行的阀门型号表示方法，对阀杆及内件材料、填料种类、中法兰垫片种类、中法兰紧固件材料种类等均无规定，不能全面说明阀门的属性。,钢管和管件基本知识,管件部分阀门及其他管件,,阀门型式的选用阀门型式的选用是材料工程师的重点工作内容之一，也是难点之一，它要求材料工程师不仅应对常用阀门的结构型式、性能特点、相关标准等比较熟悉，也应对应用环境和工程要求比较熟悉。阀门型式的选用原则a.闸阀一般开关情况下应首选闸阀。结构特点.闸阀的闸板由阀杆带动，沿阀座密封面作升降运动，可接通或截断流体的通路，它主要用于管道的关断。适用范围1闸阀与截止阀相比，流阻小、启闭力小，密封可靠，是最常用的一种阀门；2当部分开启时，介质会在闸板背面产生涡流，易引起闸板的冲蚀和振动，阀座的密封面也易损坏，故一般不作为节流用；3与球阀和堞阀相比，闸阀开启时间较长，结构尺寸较大，不宜用在直径较大的情况。,钢管和管件基本知识,管件部分阀门及其他管件,,b.截止阀、节流阀对要求有一定调节作用的开关场合如调节阀旁路、软管站等和输送液化石油气、液态烃介质的场合，宜选用截止阀以代替闸阀。结构特点都是向下闭合式阀门，阀瓣由阀杆带动，沿阀座中心线做升降运动的阀门。截止阀和节流阀结构基本相同，只是阀瓣形状不同。截止阀的阀瓣为盘形；节流阀的阀瓣多为圆锥流线型。适用范围1与闸阀相比截止阀具有一定的调节作用，故常用于调节阀组的旁路。2截止阀在关闭时需要克服介质的阻力，因此，它最大直径仅用到DN200。3）节流阀特别适用于节流，用于改变通道截面积，调节流量或压力。,钢管和管件基本知识,管件部分阀门及其他管件,,c.止回阀对于要求能自动防止介质倒流的场合应选用止回阀。结构特点止回阀又称单向阀，它只允许介质向一个方向流动，当介质顺流时阀瓣会自动开启，当介质反向流动时能自动关闭。安装时，应注意介质的流动方向应与止回阀上的箭头方向一致。升降式止回阀是靠介质压力将阀门打开，当介质逆向流动时，靠自重关闭有时是借助于弹簧关闭，因此升降式止回阀只能安装在水平管道上；受安装要求的限制，常用于小直径场合DN≤40。旋启式止回阀是靠介质压力将阀门打开，靠介质压力和重力将阀门关闭，因此它即可以用在水平管道上，又可用在垂直管道上此时介质必须是自下而上。DN≥50对夹式止回阀结构尺寸小，制造成本低，常用来代替升降式和旋启式止回阀梭式止回阀是解决DN40的升降式止回阀不能用在竖管上的问题。选用DN≤40时宜用升降式止回阀仅允许安装在水平管道上；DN50400时，宜采用旋启式止回阀不允许装在介质由上到下的垂直管道上；DN≥450时，宜选用Tillting－Disc缓冲型止回阀；DN100400，也可以采用对夹式止回阀，其安装位置不受限制；,钢管和管件基本知识,管件部分阀门及其他管件,,d.蝶阀对于设计压力较低、管道直径较大，要求快速启闭的场合一般选用蝶阀。结构特点具有900旋转快速开启关闭的特点，重量轻，结构尺寸小尤其是对夹式蝶阀等优点。但密封性能不如闸阀可靠，在某些条件下可以代替闸阀,钢管和管件基本知识,管件部分阀门及其他管件,,e.球阀对于要求快速启闭的场合一般选用球阀。结构特点阀瓣为一中间有通道的球体，球体绕自身轴线作900旋转，达到启闭目的。球阀的最大特点是在众多的阀门类型中其流体阻力最小，流动特性最好。其密封性能较可靠。与蝶阀相比，它的重量较大，结构尺寸也比较大。◆※与蝶阀一样，长期影响它不能在石化生产装置上应用的问题是热胀或磨损后会造成密封不严的题。软密封球阀虽有较好的密封性能，但当它用于易燃、易爆介质管道上时，尚须经受火灾安全试验和防静电试验。因此，石化生产装置上球阀应用的也不多，近年来，许多球阀生产厂开发出了一些新型结构的球阀，如轨道球阀、偏心球阀等，一些球阀将阀座设置成金属弹性阀座，使其在热胀和磨损的情况下仍有良好的密封。,钢管和管件基本知识,管件部分阀门及其他管件,,,讲课完毕，敬请批评，谢谢大家,