管道材料设计技术规定(SH_P23-2005)

管道材料设计技术规定

SH/P23-2005

上海化工设计院有限公司

二OO五年三月

管道材料设计技术规定

1、适用范围

本设计规定适用于一般化工、石油化工装置的管道及仪表流程图（PID）上所示的管道材料（管子、管件、法兰、垫片、紧固件、阀门）。

1.1 材料的选用导则：

1.1.1 被选用的材料应满足装置生产全过程配管的各种操作工况，并确保安全连续生产，无事故。

1.1.2 被选用的材料应综合考虑其加工工艺性和经济性。

1.1.3 新材料和特殊材料的选用须经严格试验与生产论证后方可投入使用。

1.2 金属材料选用原则：

1.2.1 根据材料的机械性能，物化特性，查阅有关材料手册并以GB150《钢制压力容器》为依据，综合考虑其温度及压力条件的使用状况，进行既经济又合理的选材。

常用管材在工程中的使用温度范围：

1）低碳有缝钢管使用条件：0～200℃低压管线，不宜输送危险性、可燃易爆或有毒的介质。

2）低碳无缝钢管（10、20钢）使用条件：—20～350℃中低压管线。

3）低合金无缝钢管（16Mn、12CrMo、15CrMo等）使用条件：350～550℃之间的中温工况。

注：管道压力分级（MPa）：真空管道P＜0，低压管道0≤P≤1.6，中压管道1.6＜P≤10.0，高压管道P＞10.0。

4）奥氏体不锈钢管与25Cr-20N1钢管使用条件：—196℃（低温）及≥600℃（高温）工况。

1.2.2 根据材料的腐蚀性能来考虑腐蚀裕量的选取，除晶间腐蚀和其他局部腐蚀需按具体情况特殊考虑外，一般腐蚀裕量=腐蚀速度×使用年限，使用年限一般按10～15年考虑。（具体腐蚀速度查《腐蚀数据图表》）。

1.3 非金属材料的选用原则

当介质腐蚀性强，不适宜选用一般碳钢及合金钢，须选用贵重合金时，为了考虑经济实用，可用非金属材料（例如PVC，PP，PTFE等），但在选用时必须考虑以下几点：

1.3.1 需注意允许使用的温度及压力范围，衬里管道的真空度大小。

1.3.2 塑料管道及附件受光和氧作用引起的老化现象，塑料管道在特定温度上对介质的腐蚀性能。

1.3.3 压力和温度突变的场合。

1.3.4 塑料在某些介质作用下失去弹性而发生的脆性现象。

1.4 金属与非金属材料选用的注意事项：

1.4.1 金属材料的注意事项：

1）铸铁材料仅用于强度及韧性要求不高的工况。且不得用于有毒、可燃介质或温度急剧变化的受压管道。

2）碳钢及低合金钢不得在高温（≥425℃）下使用，因为材料有石墨化，珠光体球化及高温氧化倾向。

3）NaOH高于下表（1.4.1-1）所列浓度及其对应温度应进行消除应力处理。

表1.4.1-1

4）碳钢及低合金钢耐热钢在≥200℃及一定压力下与氢介质接触产生的氢脆现象。具体见曲线图1.4.1-2，Nelson曲线，其中温度应取介质的最高操作温度加上20～40℃的裕量。

5）奥氏体不锈钢对“Cl- ”离子易产生点蚀。

6）焊前预热和焊后热处理的温度，详见表1.4.1—3（仅为推荐）

常用管材焊前预热及焊后热处理表1.4.1—3

Mo 15CrMo

1.4.2 非金属材料的注意事项：

1）非金属材料的的选用须重点考虑其加工工艺性和连接性，目前国内主要非金属管道的性能参数见表1.4.2。

目前国内主要非金属管道性能参数表1.4.2 FRP/PVC）复合管FRP/PVC

注：带*号者为常用。带括号者为不常用。

2）热塑性塑料不得用于地面上输送可燃性流体。

3）脆性材料（硼硅玻璃、陶瓷）不得用于输送有毒、可燃易爆及危险性介质。

1.5 管子

1.5.1 由于有欧洲系列与美洲系列之分，故管子标准应根据工程实际要求来定，只有在管子标准确定后，其它管配件标准才能确定，所以管子标准和材质的选择是管道组成件选择的基础。

1.5.2 选用原则：

1）最大管径的选用范围一般规定如下：

焊接钢管（螺纹连接，低压流体用）：DN100

无缝碳钢管：DN400（成都无缝钢管厂可生产至DN600）

无缝不锈钢管：DN250

2）输送氟里昂的管道，当DN≤25时用铜管（T2），其他用碳钢（20）。

3）在条件允许范围内，应采用焊接不锈钢管，以节约投资（凡输送有危险介质，且

PN≤4.0MPa，应采用氩弧焊，一般介质且PN≤1.6MPa，可采用电阻焊），奥氏体焊接不锈钢管

不得用于极度危害介质。

1.5.3 管子壁厚可按下列公式计算，经计算后的管子壁厚，虽已考虑到腐蚀裕度及加工偏差量，但还属理论壁厚，最终厚度应符合标准及实际供货状况。

管子理论壁厚的计算公式：

Do—管外径，mm

P—设计压力MPa

t—最小厚度，mm

[σ]—材料许用应力Mpa

φ—焊缝系数

焊接管=0.85

无缝管=1

C—附加裕量（C1+C2）

C1—腐蚀裕量（按介质的10年腐蚀量取）。

C2—无缝管管子成形的偏差量见表1.5.3，钢板卷制管要查板材偏差值。

Y —系数。 见表1.5.4

·当Do/t ＞6或P ＜10[σ]t φ/0.26

无缝钢管的壁厚偏差量 表1.5.3

系数Y 值 表1.5.4

1.5.4 结合项目实际情况及供货状况选择国际标准或国内标准，常用管子标准如下：

1）国际标准： ASME B36.10M ASME B36.19M API 5L

C

PD t +=

YP)

+]t 2([0

φσ

2）国内管子标准和使用范围

15CrMo

上限580

上限580

上限600

注：表中系材质标准，另有规格标准，详见HG20553—93或SH3405－96。

1.6 管件

1.6.1 管件应根据用途、使用场合等来确定管件的种类，并按照所在管道的设计压力，设计温度来确定其温度—压力等级，并以公称压力或管表号来表示。

1.6.2 选用原则：

1）一般选用半径=1.5DN的长半径弯头。

2）与主管等径的支管连接采用等径三通（标准件）。

3）支管小于主管时则用异径三通（标准件）或等径三通（标准件）另加异径短管，当主管DN＞65，支管DN＜50时宜单头管箍或支管台。其余可直接焊接，但须计算是否需补强。

4）卷板焊异径管仅用于PN≤2.5Mpa。

5）螺纹连接的可锻铸铁管件仅用于PN＜1.05MPa的无毒、不燃，对人体无危害的介质，温度为-19℃～175℃的地上管线。

1.6.3 管件的常见标准见下：

1）国内标准：

GB12459—90 《钢制对焊无缝管件》

GB/T12465—96 《管路松套伸缩接头》

GB/T13401—92 《钢板制对焊管件》

GB3733～3765—83 《卡套式接头》

GB5625～5653—85 《扩口式接头》

GB8259～8261—87 《卡箍柔性管式接头》

GB3289—82 《可锻铸铁管路连接件型式尺寸》

HG/T21634—88 《锻钢承插焊管件》

HG/T61635—87 《碳钢、低合金钢无缝对焊管件》

HG/T21631—90 《钢制有缝对焊管件》

HG/T21632—90 《锻钢承插焊、螺纹和对焊接管台》

GB/T14626—93 《锻钢制螺纹管件》

GB/T14383—93 《锻钢制承插焊管件》

SH3408—96 《钢制对焊无缝管件》

SH3409—96 《钢板制对焊管件》

SH3410—96 《锻钢制承插焊管件》

2）国外标准：

ASME B16.9 《工厂制造的锻钢对焊管件》

ASME B16.11 《承插焊和螺纹锻钢管件》

1.7 法兰

1.7.1 法兰的压力等级须高于管子的设计压力，以达到法兰面充分密封，无泄漏的要求。

1.7.2 选择法兰的注意事项：

1）根据压力、温度介质特性选择恰当的法兰连接型式，密封面型式及压力等级。

2）选择法兰须考虑法兰的温度—压力之间关系及垫片与紧固件的情况。

3）剧烈循环条件下，应选用对焊法兰。

4）承插焊法兰不宜用于有缝隙腐蚀的流体。

5）承插焊、带颈平焊、螺纹法兰一般用于常温～260℃。

6）低温流体（<-20℃）法兰需作低温冲击试验。

1.7.3 法兰的常用标准：

ASME B16.5

石化部标准SH3406

化工部标准HG20592～HG20635

国家标准GB/T9112～9124

1.8 阀门

1.8.1 管道上用的阀门须根据管道内被输送流体的相态（液、汽），含固量、压力大小、温度高低、腐蚀性质等诸方面进行考虑，此外，操作上可靠无故障，费用上经济合理也是重要考虑因素。

1.8.2 选择阀门的材质须注意以下事项：

1）铸铁阀体的使用温度为t≤230℃

2）t＞230℃时采用钢阀

3）t＞425℃时宜选用合金钢材料

4）t＞250℃时不宜使用Cr含量>12%的阀杆

1.8.3 阀门的种类及选用：

1）闸阀

用于流体的启闭，流体阻力小，密封性好，重量较重，阀杆有明、暗杆之分，闸板有楔式、平行式及弹性，明杆适用于腐蚀介质及室内管道，闸阀不宜用于有固体沉降的流体，也不宜用于流量调节，如密封性要求及其严格，可采用双闸板式。

2）截止阀

用于手动调节流量，结构简单，制造维护方便，一般用于DN≤150的管道上，密封面结构较耐腐蚀，流体阻力大，不宜用于悬浮固体及粘度较大的流体。

3）蝶阀

广泛用于PN<6.3MPa带有悬浮固体的液体的启闭和节流，阻力小、重量轻，结构尺寸小，启闭迅速，适合用于大尺寸管道。

4）球阀

适用于浆液、粘性流体及密封要求较高的管道上，启闭迅速，阻力非常小，有浮动球和固定球之分。

5）隔膜阀

结构上分为直通式、堰式，依靠弹性隔膜切断流体，适用于压力不高温度不高于60℃，有腐蚀性的浆液或悬浮粘性流体。

6）旋塞阀

分直通、三通、四通等适用于汽、液相流体多向分配，启闭迅速，阻力较大，适用于浆液和高粘度流体。

7）柱塞阀

密封件耐磨性能较好，更换密封件方便，适用于密封要求较高的启闭，但不宜用于有悬浮固体及粘度较大的液体，可代替截止阀，一般用于蒸汽。

8）止回阀

使用于防止流体逆向流动，有旋启式、升降式、蝶型、球形之区分，升降式止回阀宜安装在水平管道上，旋启式止回阀可安装在垂直或水平管线上，但易引起水锤现象。

1.8.4 阀门的常用标准

国家标准GB12220～GB12240

国外标准ASME B16.34

API600

1.9 垫片

1.9.1 选用原则及注意事项

合理正确选用垫片的材质、结构型式是保证管道系统连续安全生产，无跑、冒、泄漏的根本原则。

1）选用的垫片应使所需的密封负荷与法兰的设计压力、密封面、法兰强度及其螺栓连接相适应。

2）须考虑在正常温度，压力波动范围和有振动工况下，具有良好的密封性。

3）垫片的材质须选用适合于流体的温度、压力、工艺特性及耐腐蚀性。

4）用于FF型法兰的垫片，应选用全平面软垫片。

5）用于不锈钢法兰的非金属垫片，其氯离子的含量不得>50ppm。

6）食品及医药工艺管道不宜选用石棉橡胶板作垫片。

7）工作压力>0.6MPa及有热膨胀管道应考虑用无冷流的垫片材料。低压或真空时，当采用有冷流的垫片宜用RF法兰。

1.9.2 不同流体下垫片的选用曲线，见图1.9.2—1～5

1.9.3 垫片的常用标准：

SH3401～SH3403

SH3407

HG20606～HG20612

HG20627～HG20633

GB4622.1～3—93 《钢制管法兰用缠绕垫片尺寸系列》（PN2.5，PN4.0）

GB/T3985—1995 《石棉橡胶板》

GB/T539—1995 《耐油石棉橡胶板》

GB9126—88 《钢制管法兰用石棉橡胶板》（除PN2.5，PN4.0外）

GB9128—88 《钢制管法兰连接用金属环垫》

GB/T13403—92 《大直径碳钢管法兰用垫片》

GB/T13404—92 《管法兰用聚四氟乙烯包复垫片》

一般性流体（海水、饮料水、蒸汽、工业用水、空气、氮气等）

毒性气体和可燃性气体

助燃性流体

有机溶剂系流体

油系流体（碳氢化合物，液化石油气、甲烷、油、燃料气）

1.10 紧固件的选用原则

1.10.1 根据法兰的压力等级、温度、操作条件来选用相应的螺栓、螺柱和螺母，并使垫片充分密合以达到密封的目的。

1.10.2 选用原则：

1）螺母的机械性能稍低于螺栓/螺柱。

2）螺柱/螺栓的长度及数量应符合法兰的要求。

3）公称压力≥10.0MPa时，或温度压力变化急剧频繁时，可采用全螺纹螺柱。

4）公称压力≤6.3MPa时，可采用等长双头螺柱。

5）公称压力≤1.6MPa可选用六角头螺栓。

1.10.3 紧固件常用标准：

国内标准：

HG20613—97

HG20634—97

SH3404—96

国外标准：

ASME B16.5

ASME B18.2.1

ANSI B18.2.2

2. 焊接材料的选用原则：

2.1 焊接材料的选用应根据母材的化学成份、机械性能、焊接接头型式以及耐高温、耐低温、耐腐蚀、抗裂性和采用的焊接工艺程序和焊接措施来综合考虑。

2.2 选用原则：

2.2.1 焊接材料中的化学成份相当母材的成份。

2.2.1 焊后的接头强度不低于母材抗拉强度的下限值，同时也不得远大于标准规定抗拉强度的下限值。

2.2.2 酸性焊条适用于一般受力不复杂的工况下，而碱性焊条可适用于低温状况。

2.3 常用的焊条和焊丝见表 2.

3.1～3（仅为推荐）。