压力管道标准及管道等级表.doc
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1、压力管道标准及管道等级表(提纲稿)压力管道标准及管道等级表(讲座提纲)全国压力管道标准化技术委员会 岳进才Tel. 13301877357Email: yuejincai2014.05目录1 压力管道工程标准1.1 综述1.2 常见基础性工程规范1.3 工业标准1.4 ASME B31.3规范解读1.5 GB/T20801规范解读2 管道等级表2.1 综述2.2 管道等级表2.3 其它3 管道材料选用3.1 材料的基本性能3.2 常用材料类型及特点3.3 高温对材料选用的影响3.4 低温对材料选用的影响3.5 介质对材料选用的影响3.6 材料选用原则4 管道组成件压力设计4.1 载荷类型4.2
2、 许用应力及强度准则4.3 标准管道组成件4.4 非标准管道组成件5 管道组成件型式及选用5.1 连接型式及选用5.2 钢管5.3 管件及分支接头5.4 法兰及法兰接头6 阀门选用6.1 阀型选用基本原则6.2 常用关断阀的特点及应用6.3 常用阀门的属性参数选用1 压力管道工程标准1.1 综述1.1.1 标准体系标准体系的构成:指令性规范(法规),基础性工程规范,单项或行业工程标准,项目工程规定,工业标准。1)指令性规范(法规):法定,强制性;技术管理性;适用范围(监管范围,包括了设计、采购、制造、建造、使用、维修和改造)。国内外的差别。典型代表:PED97/23,Pressure Equi
3、pment Directive;TSG D0001 压力管道安全技术监察规程 工业管道。2)基础性工程规范:与指令性规范相比:推荐性/非唯一性,用户负责制;技术性;建造标准。与行业或项目工程标准相比:通用性:适用范围广,不针对特定行业;基础性:系统性要求,最低要求,不能代替设计手册。强调:符合规范要求而出现问题,仍由设计者负责;安全性:安全标准,风险控制。典型代表:ASME B31系列;GB/T20801系列。3)单项或行业工程标准:针对特定的介质环境或针对特定的行业而给出的更有针对性、更详细的工程规定。一般情况下,是基础性工程规范的补充和细化。典型代表:NACE MR0175,油田设备用抗硫
4、化裂纹的金属材料;API941,石油化工厂高温临氢用钢;SH3059,石油化工管道设计器材选用规定;GB50030,氧气站设计规范。4)项目工程规定:比单项的工程标准或行业工程标准更有针对性,规定更详细。一般情况下,是基础性工程规范和单项或行业工程标准的补充和细化。典型代表:各工程公司或设计院/所针对具体项目的工程规定。5)工业标准:为实现标准化、系列化工程建造而设置的支持性标准。包括产品标准和实践方法。详见1.1.3节。1.1.2 4+1层级,鱼头、鱼骨、鱼刺与鱼肉的关系 指令性规范(法规)为鱼头,针对重要的方面给出强制性要求,不能突破。基础性工程规范为鱼骨,框架性规定,最低安全规则。单项或
5、行业工程标准、项目工程规定为鱼刺,依附于基础性工程规范而给出的更具体的要求,是基础性工程规范的补充和细化。工业标准是鱼肉,与上述的工程规范一起构成整个工程标准体系。1.1.3 应用现状1)对工程规范层级的认识不足:期望基础性工程规范包罗单项/行业标准和项目规定的内容。2)将指令性规范和基础性工程规范的适用范围混淆。3)将基础性工程规范、单项/行业标准视为指令性规范。4)多版本同层级的工程规范并存现状,同时也造成引用标准时的困惑及由此产生的问题。5)由于行业格局及部门利益问题,造成产品标准的重复及由此带来的应用困惑,同时又都不完善。1.2 常见基础性工程规范1.2.1 ASME B31.3管道规
6、范ASME B31.3标准应用广泛,影响较大,很多其它类似的标准等效采用了该标准,或直接引用并加以修订和补充。见后面所述。ASME B31.3是ASME B31系列标准中的一个,其它标准表列如下:B31.1 Power Piping/动力管道;B31.2 Fuel Gas Piping/燃气管道;B31.3 Process Piping/工艺管道;B31.4 Pipeline Tansportation System for Liquid hydrocarbons and other Liquids/烃类、液态石油气、无水氨和酒精的液体输送管道系统;B31.5 Refrigeration Pi
7、ping and Heat Transfer Components/制冷管道和传热组件;B31.6 化工厂管道(从未出版);B31.7 核管道(移入ASME锅炉压力容器规范第III卷);B31.8 Gas Transmission and Distribution Piping Systems/天然气输送和分配管道系统;B31.9 Building Services Piping/建筑用管道;B31.10 深冷管道(从未出版);B31.11 Slurry Transportation Piping Systems/浆液管道。B31.12 Hydrogen Piping System Code/
8、氢用管道系统和管道。其中,B31.3是基础标准,其它是特例。在适用范围上给出了衔接点。对于B31系列标准,各标准由不同类型的专家编制,因此各标准的风格和内容安排并不尽相同。1.2.2 GB/T20801及系列标准GB/T20801标准是由国家质量监督检验检疫总局特种设备安全监察局管理、全国锅炉压力容器标准化技术委员会压力管道分技术委员会负责组织编写的压力管道基础性工程规范,与压力管道技术安全监察工程配套的技术性支持标准。按照压力管道安全管理与监察规定对压力管道的划分(GA类、GB类、GC类、GD类),也对应编制了四个压力管道工程规范。分别是:GB/T20801 压力管道规范 工业管道。2006
9、年已颁布实施;GB/T(20802) 压力管道规范 动力管道。2013年10月已提交报批稿;GB/T(20803) 压力管道规范 长输管道。2013年10月已提交终审稿;GB/T(20804) 压力管道规范 公用管道。2014年3约已提交提纲稿。其中,GB/T20801是基础标准,其它是特例。在适用范围上给出了衔接点。特种设备安全法。监管范围可能会缩小(比如,DN150及以上管道)。1.2.3 ISO15649石油及天然气工业管道类似于ASME B31.3和GB/T20801,但该规范内容较少,明确指明引用了B31.3,是B31.3的补充。特点:对管道布置给出了原则性要求。ISO15649共有
10、5个章节和2个附录:第1章 适用范围:适用于石油化工生产装置。与ASME B31.3一起用。第2章 相关标准:ASME B31.3。第3章 术语和定义:给出了化工厂、承压管道等常用名词解释共19个。第4章 金属管道:分9节,分别对责任、材料、安全措施、放空与排凝、设计条件、管道布置、埋地管道、腐蚀等进行了原则性规定。第5章 非金属管道或非金属衬里管道:分2节,分别对设计条件和设计基本原则进行了规定。附录A 管道布置:对管道布置提出了原则要求。附录B 埋地管道:对埋地管道设计提出了原则要求。1.2.4 EN13480 工业金属管道类似于ASME B31.3和GB/T20801。结构和内容含量与B
11、31.3相似,很多规定也相同,但也存在一些明显的差异。特点:是一个可以与B31.3分庭抗礼的基础性工程规范。与GB/T20801类似,有6个分项标准组成:EN13480.1工业金属管道 一般规定EN13480.2工业金属管道 材料EN13480.3工业金属管道 设计和计算EN13480.4工业金属管道 预制与安装EN13480.5工业金属管道 检查和试验EN13480.6工业金属管道 埋地管道的附加要求EN13480与ASME B31.3差异的典型例子:管道分级,材料的许用应力,承压管道组成件的压力计算。1.2.5 前瞻性技术:三大类14种失效模式的评定举例:三大类14种失效模式第I类:短期失
12、效模式I-1:脆性断裂;I-2:韧性断裂;I-3:超量变形引起的接头泄露;I-4:超量局部应变引起的裂纹形成或韧性撕裂;I-5:弹性、塑性或弹塑性失稳(垮塌);第II类:长期失效模式II-1:蠕变断裂;II-2:蠕变引起的机械接头超量变形或过大的载荷转移;II-3:蠕变失稳;II-4:磨蚀和腐蚀;II-5:环境助长开裂。如应力腐蚀开裂,氢致开裂;第III类:循环失效模式III-1:扩展性塑性变形;III-2:交替塑性;III-3:弹性应变疲劳(中、高周疲劳)和弹塑性应变疲劳(低周);III-4:环境助长疲劳。1.3 工业标准1.3.1 产品标准包括尺寸标准、制造标准、材料标准等。1)尺寸标准尺
13、寸标准体系,两个基础尺寸标准(管子和法兰),大外径系列和小外径系列,PN系列(欧式)和CLASS系列(美式)。尺寸标准体系现状,ASME与GB的异同,兼容性。举例:管子外径和壁厚尺寸,法兰螺栓孔尺寸,55锥管螺纹和60锥管螺纹。常用尺寸标准见表1.3.1-1。表1.3.1-1 常用管道组成件尺寸标准“大外径系列”/CLASS系列“小外径系列”/PN系列SH标准体系GB标准体系ANSI标准体系JB标准体系HG标准体系一般管道SH/T3405GB/T17395ANSI B36.10ANSI B36.19HG20553长输管道GB/T9711.1GB/T9711.1API 5L管件SH/T3408S
14、H/T3409SH/T3410GB/T14626GB/T12459GB/T13401GB/T14383GB/T14626ANSI B16.9ANSI B16.11ANSI B16.28GB/T12459GB/T13401GB/T14383HG/21634HG/21635HG/21631HG/21632法兰SH/T3406GB9112GB9131ANSI B16.5JB/T7486HG20592HG20605垫片SH/T3401SH/T3402SH/T3403SH/T3407GB4622.12ANSI B16.20ANSI B16.21JB/T87JB/T88JB/T89JB/T90HG2060
15、6HG20612紧固件SH/T3404GB5780GB5782GB41GB6170ANSI B18.2.1ANSI B18.2.2GB5780GB5782GB41GB6170HG20613HG20614阀门API600API602API603API608API609API594GB/T12232GB/T12247API600API602API603API608API609API594JB系列JB系列其它尺寸标准MSS SP-95MSS SP-97MSS SP-48注:GB标准体系的管子管件标准原来是借助于SHJ405进行定义的,目前SHJ405已被修订成SH/T3405,而且定义已作了改变。因
16、此,GB系列管件标准也应作相应修订才能使用;此处应为该标准的A系列。 同。此处应为该标准的B系列。 GB/T12232GB/T12247目前尚存在较多问题,实际上并没有推广应用,它可用相应的API标准取代。 JB系列指原来的JB系列阀门标准,现在大多数阀门制造厂仍按该系列阀门标准生产。 这里仅列出了主要的相关标准,不是全部标准。2)制造标准和材料标准中国制造标准和材料标准体系现状/ ASME与GB应用工程材料的异同:政出多头,各自为政,例如钢管、阀门、板材、锻件标准;配套性差,例如缺少中高温焊管、螺栓、对焊管件制造标准;碳钢的低温限制;标准的严密性和生产的随意性;阀门铸件和不锈钢材料靠近了AS
17、TM材料,但配套标准没有跟上,等效和等同的问题。举例:国产低温碳钢材料。管道材料的进展:生产方法带来的影响,AOD/VOD精炼技术的应用,GB150对硫、磷要求的提高,超低碳不锈钢的应用;新材料的开发,举例:347AP,P92。常用管道组成件制造标准见表1.3.1-2。表1.3.1-2 常用管道组成件制造标准产品名称国标材料ASTM材料说明碳钢无缝钢管GB/T8163,GB3087,GB9948,GB6479,GB5310ASTM A53,A106非等效长输专用无缝和焊接钢管GB/T9711.1,GB/T9711.2API5L等效焊接碳钢钢管(无)ASTM A671,A672(无对应)低温无缝
18、钢管GB/T 18984ASTM A333非等效合金钢无缝钢管GB9948,GB6479,GB5310ASTM A335,A213非等效合金钢焊管(无)ASTM A691(无对应)不锈钢无缝钢管GB/T14976ASTM A312等效不锈钢焊管GB/T12771ASTM A358等效碳钢及合金钢管件(GB12459)ASTM A234(无对应)低温碳钢管件(无)ASTM A420(无对应)不锈钢管件(GB12459)ASTM A403(无对应)碳钢锻件JB4726,NB/T47008ASTM A105非等效低温碳钢锻件JB4727,NB/T47009ASTM A350非等效合金钢锻件JB472
19、6,NB/T47008ASTM A182非等效不锈钢锻件JB4728,NB/T47010ASTM A182等效碳钢板材GB713ASTM A515非等效低温碳钢板材GB3531ASTM A516非等效合金钢板材GB713ASTM A387非等效不锈钢板材GB24511ASTM A240等效碳钢铸件GB12229ASTM A216等效低温碳钢铸件JB7248ASTM A352等效合金钢铸件JB5263ASTM A217等效不锈钢铸件GB12230ASTM A351等效常规螺栓材料(无)ASTM A193/A194(无对应)低温螺栓材料(无)ASTM A320(无对应)3)产品制造的几个深层次问题
20、关于非金属夹杂物:不可避免,对金属基体的割裂,微观空隙,裂纹起裂源,对二次变形加工的影响。非金属夹杂物等级的应用。举例:氢介质环境下非金属夹杂物的影响;管件成型时的开裂。关于残余元素和杂质元素:产品标准一般不给出残余元素和部分杂质元素的限制,举例说明残余元素和部分杂质元素对金属材料性能的影响:钒对碳钢性能的影响,铜对不锈钢性能的影响。关于金属晶粒度:冶金理论,高温下自动长大的特性,对金属材料性能的影响。举例:常用变形加工金属材料的精度级别及应用。关于承压金属部件的表面缺陷:常见缺陷类型(imperfection和defect的差别)及分类,缺口敏感效应。举例:常见表面缺陷控制的工程例子。关于承
21、压金属部件的表面缺陷:常见缺陷类型,客观存在,缺陷的稳定与开展,无损检验。举例:某装置用不锈钢焊管的采购要求与现场检验要求的冲突。关于产品标准的最低要求:标准编制者不知道产品的介质应用环境,产品标准不解决特殊介质环境的特殊要求。举例,上述残余元素和杂质元素的影响,材料的高温性能。关于质量管理:资质与过程控制,ISO9001的内涵:做你所写的,写你所做的。举例:国内外配管设计规定的差别。关于生产细节:型式试验,过程控制。举例:不锈钢材料的酸洗。上述问题与采购技术要求有关,与制造商选择有关。1.3.2 实践方法包括检验方法、焊接规定、热处理规定等配套标准。1)检验方法检验方法涉及到化学成分检验方法
22、及规定、机械性能检验方法及规定、金相分析规定、腐蚀试验方法、各种无损检验方法及规定等。化学分析分金属元素和非金属元素等测定方法,测定误差,产品分析和熔炼分析。机械性能除常规拉伸试验,还包括硬度检验、冲击试验等。延伸率的标准值。无损检验分锻件、板材、钢管、铸件等,方法和判定指标不同。举例见表1.3.2。表1.3.2 常见检验方法举例名称国标ASTM说明化学成分GB/T222ASTM A751非等效机械性能GB2975ASTM 370非等效金属晶粒度检验GB/T6394ASTM E112等效非金属夹杂物检验GB/T 10561ASTM E45等效晶间腐蚀试验GB4334ASTM A262非等效超声
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