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GC1管道材料的选用知识


来源:今日化题榜 发布时间:2020/10/13

1 等级的设置

 鉴于GC1管道的特殊性,在设计时应将介质性质、设计条件、选材等相同的GC1 级类介质管线单独设置等级。避免将价格高的管道材料用于普通的介质管线上造成不必要的浪费

2  管材标准的选用

 在TSG D0001 的表1 中规定了一些管材标准用于GC1 级介质的要求,设计时应执行该表中的各项要求。

 表列的不锈钢焊接钢管标准,建议不要选HG/T20537,一是因为该标准年份比较久远,在冶金、焊接、检测技术日新月异的今天,标准中一些要求从技术角度上来讲已经落后;另一原因是,对比GB/T12771-2008 标准,该标准的使用范围小, 可生产的钢管材质也较少。所以设计时多选用GB/T12771。

 表1 中规定GB/T8163、GB3087、GB/T9711.1 不能被用于GC1 类介质管线,但在其注释7 中有补充说明:经过逐根超声检测并达到合格要求的,允许用于设计压力≤4.0Mpa 的本规程A1.1(1)规定的管道。

这条注释有别于GB/T20 01.2 中的要求的,这与两个标准的生效年份有关。规范之所以对这三个标准的管材使用有限制,主要因为这三个标准中的管材在生产制造、检验、试验方面的要求较低,用于GC1 级管线,会存在一定的风险。设计时,需综合考虑管材的经济性和安全性,做最优选用。

 目前GB/T9711 系列标准已升版为GB/T9711-2017。新版中,钢管等级PSL1 对应的是原GB/T9711.1 中的管材,PSL2对应的是原GB/T9711.2 中的管材。在《全国压力管道设计审批人员培训教材》第三版中,对GB/T9711 的使用限制与附表1 中对GB/T9711.1 的规定是相同的。选用该标准时,需注意其不允许使用的范围。

 GB/T9948-2013、GB/T6479-2013 和GB/T5310-2017 用于GC1 级无缝管线是可选的。从这三个标准各自的名称可以看出它们的使用范围的侧重。另外还应注意标准中的一些特有的要求,

 比如:只有GB6479 对优质碳素钢的低温冲击试验有规定;而在GB9948-2013 中有晶间腐蚀试验的要求和钢管用于含H2S 环境的补充技术要求。GB5310 是专门为锅炉用钢管而设置的标准,因此多用于蒸汽及其凝液管线上。

 对于设计压力大于等于10Mpa 的GC1 类介质管线,在SH/T3059 中规定:无缝钢管用于设计压力≥10Mpa 时,制造及检验应符合GB5310、GB9948 或GB6479 的规定,不锈钢管的检验应不低于GB/T14976 的规定[4]。

该要求有别于GB50316中的要求, 这两个规范中之所以不同, 主要是因为在GB50316-2000(2008 版)发布时,这三个标准中管材的质量等级由低到高的顺序为:GB9948<GB5310<GB6479 。

 但目前这三个标准,无论从加工制造还是检验、试验方面的要求已基本相同。从这三个标准各自的使用情况来讲,SH/T3059 的要求更合理。比如超过10Mpa 的蒸汽介质,选用GB5310 比选用GB6479 更适合。

 对于选用国外管材标准的等级,TSG D0001[1]中规定:直接采用国际标准或者国外标准时,应当先将其转化为企业标准或者工程规定。对于GC1 级管道还应当报国家质检总局备案。

 必要时,由国家质检总局委托有关技术组织或技术机构进行评审。目前国内所用到的国外标准中,美标的选用最多,对美标管材应用的技术也很成熟,使用时需按照ASMEB31.3中对管材的相应要求执行。

3 管件

 (1)标准管件。管件标准的选用可有项目规定或自行选用。对于无缝管件,因其可由不同标准的钢管制造,因此选定管件标准后,需注明原材料的管材标准号,以便使管件达到与管材相同的使用要求。对于锻制的管件,有的设计将锻件等级也做了限定。这是有很必要的。

 (2)非标管件。最常见的非标管件有弯管、斜接弯头、异径管、斜接三通这几类。弯管的使用范围在相关的标准中未做限制,鉴于现场加工制造质量难以保证,GC1 级管道用弯管最好购买制造厂加工的成品件。

 购买时将加工制造要求在请购文件中注明,以确保弯管安全使用。除非受到管道布置的制约及工要求,不建议在材料等级中做特殊管件的设计。

4 阀门

 目前只有GB/T20801.3 中对GC1 级管道用阀门的要求比较详尽,下面将对其选用的要求逐条进行分析:应选用专用的石油化工阀门;

 (1)这类标准下的阀门经过了多年的实践与检验,质量及验收等方面的要求也较高。GB/T20801.3 的中列举的阀门标准目前大多数已升版,在设计时,按照SH/T3059 中的表列标准选用更符合本条规定要求。

 (2)应防止阀杆填料处流体介质的泄露;该要求主要考虑GC1 类介质其毒性、可燃性、均高于其他类流体介质。阀门的外漏将造成环境污染和安全隐患。

 防阀杆处泄漏效果最好的是波纹管密封阀门,但因其加工难度大、技术要求高、波纹管材料还不能完全实现国产化,成本过高,从而制约了其在石油化工行业中大量的推广使用。对于极度危害和高度危害的介质,从人身安全的角度出发,可考虑选用该类阀门。

 在阀门的标准中上密封试验就是针对阀杆处填料泄露做出的要求;另在ISO15848中阀杆处的泄露按阀杆的直径计算,并对泄露进行了分级,在实际的设计中,可结合介质的特性,选择合适的阀门结构及适当的泄露等级,从根本上杜绝阀门阀杆处的外漏。

 (3)阀帽或阀盖的密封结构应采用下列形式之一:

 ①法兰连接,螺栓数量≥4,且垫片符合GB/T20801.3中5.1.9 规定;在GB50316、ASME B31.3 中也要求:阀盖用少于4 个螺栓或用U 形螺栓固定在阀体上的螺栓连接阀盖的阀,仅可用于D 类流体工况。

 表列的阀门标准中均规定法兰连接阀盖的螺栓不得少于4 个。这条及下面几条的要求是为了防止阀盖处介质的泄露。

 垫片的类型及材质也是阀门规格书中的一项内容,在API 600 中列举了阀体和阀盖连接处可选用的密封面形式,确定了密封面形式后,可按照本条款并结合HG/T20592~20635 中的要求,根据介质的实际情况,选择适合的垫片类型。

 ②自紧式结构;该结构能有效防止阀盖处的介质泄露。这种结构形式在API 6D、NB/T47044 中有提及,但均无较详细的规定。从密封的原理来讲,阀盖处的密封分为强制密封和自紧密封,强制密封的典型结构是垫片密封,通常用于低压、中压和中小口径的阀门;

 相比于强制密封,自紧密封结构当阀盖受介质压力作用向上移动,阀盖与楔式密封垫以及阀体与楔形密封垫之间的密封比压,随压力的增加而逐渐增大。自密封中介质压力总是趋于增加预紧密封比压,增加密封性能。

 介质压力愈高,工作密封的比压就愈大,密封性能越好。根据这一特点,自紧密封作为高压密封技术,常用与高温或高压大口径阀门。

 ③全焊透焊接结构;这种结构是防止阀盖处泄漏最有效的办法,不受阀门尺寸、使用压力和温度的限制。但对于可在线维修的阀门来说,维修时,需要去掉焊接部位,因而常用在可长期使用无需维修的阀门上;或者这种阀门要获得阀盖连接部位密封的可靠性比克服对阀门内部进行检修时的困难更重要的场合。

 ④圆柱螺纹连接,强度校核合格并采用金属密封焊;鉴于圆柱螺纹的使用限制,且需要金属密封焊,不利之处同上c)所列,该种结构的阀盖连接在工程设计中很少选用。

 ⑤不得采用螺纹连接的阀盖密封结构;该结构不仅是GC1 类介质管线,其他类工艺介质管线上的阀门也很少选用,一般用在使用中振动小,不需要经常拆卸的小阀上。

 ⑥采用非金属密封材料用于可燃性流体的阀门,应符合防火试验要求,并应根据非金属材料所能承受的压力-温度额定值确定阀门的压力-温度额定值。

 这一要求主要是为了确保在火灾危险情况下,阀门仍然具备关断能力,避免次生灾害的发生。非金属材料因其自身的性质,所承受的温-压能力有限,选用时,需严格按照标准中的要求,核对温-压值。

 如选用标准中未列的材质需谨慎,不同的厂家,给出的温-压值可能不同。不是唯一可选时,不建议选用超出标准的非金属作为密封面材料。

5 法兰

 法兰选用的重点在法兰型式及密封面上,GB/T20801.3中规定:胀接法兰和螺纹法兰不得用于GC1 级管道;剧烈循环工况或GC1 级管道的场合,且承插焊接接头的公称直径大于DN50 时不得采用承插焊焊接的连接。

 在SH/T3059 中规定:有毒、可燃介质管道,不得使用板式平焊法兰。GB50316针对A1 类流体规定:

 (1)不应采用平焊(平板式)法兰;

 (2)除了采用焊唇垫片外,法兰公称压力的选用宜留有≥25%的裕量,且不应低于公称压力2.0Mpa;

 (3)采用软垫片时,应选用凹凸面或榫槽面的法兰[3]。

 以上均是需要严格按照规范

6 垫片、螺栓、螺母

 垫片的选用应根据流体性质、使用温度、压力以及法兰密封面等因素综合考虑。

 HG/T20592~20635 中对各类垫片的使用温度及与各类型法兰的配套使用情况有详细的说明,设计时可结合该标准及GB/T20801.3、SH/T3059 中的要求选择合适的垫片材质和类型。

 另外,应特别注意一些垫片的使用限制,比如:可燃材料(如橡胶)制成的垫片,不得用于输送强氧化性介质的管道等。

 值得注意的是HG/T20592~20635 的紧固件,欧标系列中有六角头螺栓、等长双头螺柱和全螺纹螺柱;美标系列只有六角头螺栓和全螺纹螺柱,选用标准不同,对应的紧固件形式也不相同。

 在HG/T20634 中规定了六角头螺栓及Ⅰ型六角螺母的使用应符合下列要求:公称压力等级≤Class150;非有毒、非可燃介质以及非剧烈循环场合;配有非金属平垫片。除这种情况外,应选用专用级全螺纹螺柱和专用螺母。

 根据GC1 级管道介质的性质,可知用于GC1 级管道等级的紧固件只能选用专用级全螺纹螺柱和专用螺母。SH/T3404 与HG/T20634 中的紧固件类型是一致的,该标准中紧固件的使用要求同HG/T20634。

7 分支连接

 分支表是管道等级的一个重要组成部分,在GB/T20801.3 中规定:GC1 级管道用支管连接管件应采用整体补强的支管连接管件或三通[6];GB50316 中定义的A1 类流体与A2 类中的Ⅱ级流体同样要求支管连接应优先选用标准三通,其次是支管台或嵌入式支管[3]。

 按照规范的这些要求,GC1 级管道等级的分支连接,有标准连接管件的应采用标准支管连接件。不能选用支管连接管件的,按照GB/T20801.3、SH/T3059中补强计算部分规定:对于GC1 级压力管道不宜采用补强板进行补强。

 对于该要求主要是考虑了补强板结构的补强金属分布过于分散,补强效率不高;补强圈与壳体金属之间不能完全贴合,传热效果差,在中温及以上使用时,二者存在较大的热膨胀差,因而使补强局部区域产生较大的热应力;

 另外补强圈与壳体采用搭接焊连接,难以与壳体形成整体,抗疲劳性能差;补强焊接结构与其它补强形式相比,焊接应力也较大[11]。鉴于补强圈补强的这些缺陷,可采用整体补强的方式来进行分支的设计。



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