上海前山管道技术有限公司

管件知识大全

管件种类很多,归纳有以下几种主要类型

1.变直径管件,指管端或管上某一部分直径减小;
2
.变壁厚的管件,指沿管子长度方向使壁厚发生变化;
3
.改变断面的管件,根据要求,将圆形断面变为方形、椭圆形、多边形等等;
4
.弯曲管件,我们接触比较多的,就是将直管变为不同曲率半径的弯管,如弯头、弯管等等;
5
.带凸缘和圆缘的管件,前者指管子端部向内侧或外侧凸,后者指在管的圆周方向形成隆起的或凹槽的管件;
6
.带卷边和封底类的管件,增加管端总强度向管的外侧或内侧卷边或将管件端部封住的管件;
7
.扩径管件,按照要求将管件端部或某部位扩大形成各种形状的管件;
管件的加工方法也有很多种。很多还属于机械加工类的范畴,用的最多的是冲压法、锻压法、滚轮加工法、滚轧法、鼓胀法、拉伸法、弯曲法、和组合加工法。管件加工是机加工和金属压力加工的有机结合。
现举例说明如下:
锻压法:用型锻机将管子端部或一部分予以冲伸,使外径减少,常用型锻机有旋转式、连杆式、滚轮式。
冲压法:在冲床上用带锥度的芯子将管端扩到要求的尺寸和形状。
滚轮法:在管内放置芯子,外周用滚轮推压,用于圆缘加工。
滚轧法:一般不用芯轴,适合于厚壁管内侧圆缘。
弯曲成形法:有三种方法较为常用,一种方法叫伸展法,另一种方法叫冲压法,第三种是大家较为熟悉的滚轮法,有34个辊,两个固定辊,一个调整辊,调整固定辊距,成品管件就是弯曲的。这种方法应用的较广,若生产螺旋管,曲率还可增大。
鼓胀法:一种是在管内放置橡胶,上方用冲子压缩,使管子凸出成形;另一种方法是液压鼓胀成形,在管子中部充入液体,靠液体压力把管子鼓成所需要的形状,像我们常用的波纹管的生产大部分用的是这种方法。
总之管件用途广泛,种类繁多。日本生产方法都是特许的,有的管件生产方法和工艺都申报了专利,管件专利很多,大多是组合加工。我国的管件加工差距很大,举个例子:自行车用的三通四通,在国外早在四五年就采用鼓胀成形的管头,而我国的厂家到现在可能还在用焊接的方法。人们几乎不认识这种事物,很难接受新事物,即使有,厂家也不一定愿意改变这种工艺。我国在管件这方面发展得很慢,比较落后。
下面讲一下用于管路连接的管件,如:弯头、大小头、三通、管帽、弯管等。这些管件主要用在石油、化工、电力、造船、建筑行业等领域。比如:室内采暖管道有的要异径连接,有的要转向连接,有的要分流连接,它们分别可采用大小头(国外叫异径管)、弯头和三通管件。当然这些有的是铸件,有的是由管子做原料通过加工的方法生产。
首先我来介绍弯头。弯头现在国际通用的标准是美国的国家标准ANSIB16.916.28。该标准的外径尺寸范围是1/2~ 80″,一般24″以内的都是用无缝钢管为原材料,26″到80″的都是用钢板冲压以后再焊接。壁厚最大可达60mm,最小到1.24mm。钢种用的最多的是碳素钢(20#)、合金钢和不锈钢,共24个钢种。锅炉上用的CrMo钢像15Cr,用量比较大。三通,外径范围在2.5″-60″,从26″-60″为焊接三通。壁厚2860mm。大小头规格范围,常规上先说大头规格,再说小头规格,大头最小0.75″,小头最小0.5″,大头最大60″,小头最大48″,2060″为焊接的,壁厚2.84.5mm
下面我来讲一下弯头的分类方法,按它的曲率半径来分,可分为长半径弯头和短半径弯头。长半径弯头指它的曲率半径等于1.5倍的管子外径,即R1.5D。短半径弯头指它的曲率半径等于管子外径,即RD。式中的D为弯头直径,R为曲率半径。若按压力等级来分,大约有十七种,和美国的管子标准是相同的,有:Sch5sSch10sSch10Sch20Sch30Sch40sSTDSch40Sch60Sch80sXSSch80Sch100Sch120Sch140Sch160XXS,其中最常用的是STDXS两种。按弯头的角度分,有45o弯头,有90o弯头和180o弯头。这样一来弯头的种类是很多的,定货时定单常采取如下表示方法:如"LR
STD 90o 8",表示长半径,压力等级为STD90o8"弯头;又如,"SR XS 45o 4"表示短半径,压力等级为XS45o4"弯头。以上为弯头的大概分类情况。
三通,一般有两种。三个口直径相等的为等直径三通,两端直径相同,但汇流端直径与其它两个直径不同称为异径三通。表示方法如下:对于等径三通,比如"T3"三通则表示外径是3英寸的等径三通。对于异径三通,比如"T4×4×3.5"表示同径为四英寸异径为3.5英寸的异径三通。压力等级和弯头的压力等级都是一样的,其规格范围也是一样的。
大小头,也是这个分法。大小头的表示方法是大头直径乘以小头直径,例如"8×6"表示大头直径是8英寸,小头直径是6英寸的大小头。

 

钢管管件知识

一.管道系统概述:
    为了输送液体或气体,必须使用各种管道,管道中除直管道用钢管以外,还要用到各种管配件:   管道拐弯时必须用弯头,管道变径时要用大小头,分叉时要用三通,管道接头与接头相连接时要用法兰,为达到开启输送介质的目的,还要用各种阀门,为减少热膨冷缩或频繁振动对管道系统的影响,还要用膨胀节。此外,在管路上,还有与各种仪器仪表相连接的各种接头﹑堵头等。我们习惯将管道系统中除直管以外的其它配件统称为管配件。二.     金属材料常识:
      金属材料是我们日常生活及工业上应用最广泛的材料。它主要分为钢﹑铁           及有色金属等几类,而其中的钢又是应用最多最普遍的材料,钢中主要成份是铁元素,其余部分是人为添加的合金元素及各种杂质。正是由于这些添加的合金元素的品种不同.数量不同才形成了各种各样的钢,如普通碳钢,不锈钢,合金钢等等,在这些添加元素中,碳C起着非常重要的作用。
  
2.1
钢中常见化学元素:
   各种钢中占多数百分比的为铁元素(Fe     ),除之以外,通常还含有下列几种元素(通常称之为钢中的合金元素):
C
(碳) Si(硅)Mn(锰)P(磷)S(硫)以及
Cr
(铬)Ni(镍)Mo(钼)Ti(钛)V(钒)等等。
一般情况下,其中P, S 为杂质成份,越低钢材质量越好。

   2.2 钢的分类:
    按照钢中添加的合金元素品种的不同,我们可以将钢简单地分为三大类:碳钢.合金钢.不锈钢.
碳钢:其中合金元素只有C, Si, Mn, P, S五种,其按照P, S杂质含量高低,又分为普碳钢(P, S 一般≤0.040%),和优碳钢(P, S一般≤0.03%),常见钢种有:
             普碳钢: Q215A.Q235BF.
             优碳钢: 20#.45#.16Mn.
这种钢强度及韧性一般,不耐腐蚀,可用于要求不高的场合,成本最低.
合金钢:除碳钢中含有的5种元素以外,还添加了10%以下的Cr Mo V 等元素,常见的钢种有:
               15CrMo   12Cr1MoV   1Cr5Mo .
与碳钢相比,合金钢强度更高,耐温性能也提高,但抗腐蚀性能仍较差,因此,合金钢通常用于腐蚀不大的高温高压场合,如锅炉用钢,电厂热蒸汽输送等等,使用成本处于中等水平.
不锈钢:通常是在碳钢基础上.增加了高比例的Cr, Ni等合金而成,含量比例可达20%以上。常见钢种有:304 ,304L, 321, 316316L1Cr18Ni9Ti,前几种用数字表示的钢号为日本、美国钢号表示方法,最后一种(1Cr18Ni9Ti)为国内钢号表示方法。下面以数字表示法钢号为例,说明几种不锈钢成分之间的关系:   作为一般性的了解,也为了便于初学者记忆,我们可以这样认为(但不是十分准确的说法):
            304-------基本型钢种,只含(C<0.08%)、 Cr~18%)、 Ni~9%
            304L-----超低碳C304C<0.05%)就叫 304L
            321------- 304 +   Ti~0.5%
            316------- 304 +   Mo(~2.5%)
            316L-----超低碳C316C<0.05%)就叫 316L

不锈钢的强度、韧性指标是各种钢中最好的,其最特出的优点是抗腐蚀,在化工造纸等腐蚀性较强的场合就必须使用不锈钢,当然,其成本也是最高的。

2.3.
钢的性能表示:
    一种钢性能的好坏,总要用一些指标来反映,来表示.对于钢,我们通常用其所含的化学成份,机械性能的数值来反映其质量和性能。机械性能通常有三个指标:
    抗拉强度(σb, TS):材料在拉断时能承受的最大外拉力。
.
   屈服强度(σs, YS):材料发生塑性变形能承受的最小外拉力。
    延伸率( ψ, EL):材料在拉断后,在长度方向上延长的百分比,此值越大,说明材料的塑性越好。有时,还用硬度值、冲击韧性值等反映材料性能。
我们最常见的碳钢20#Q235 及国外的 SS400SS41 St37 等等,它们的性能是非常接近的,或者说基本可以相互替代,它们的有关参数大致如下:
C
0.18-0.21%
    Si: 0.30%   Mn:0.5%    P,S 0.025%
TS: ~550Mpa
     YS: ~260Mpa     EL: ~ 25%

2.4
钢的组织及其变化
钢为什么会有性能的差别,其实与钢的内部组织结构有关。通过显微镜可以看出,钢的内部是由许多不同的象细胞一样的小块块叠积而成的,再仔细观察,这些小块块其实归属于几种不同类别,我们通常将同一类的小块块称为一种“相”或一种“体”。如我们平时所说的奥氏体、铁素体就是指钢中最常见的两种组织结构,也就是两种相。一种钢中含有哪些相,每一种相所占的比例多少,相的形态如何,这些都直接影响钢的性能。也就是说,如果钢中相的类型,比例,形态发生变化,钢的性能就要跟着发生变化。那末,哪些因素会促使这些年变化呢?显然,钢的成分的变化肯定会影响钢的性能的变化,而对于成份固定的某一种钢来说,比如 20#钢,或者304L,当它们被进行形变加工,进行热处理时,其性能也会发生变化。归纳起来,影响钢的性能的主要因素是:成份、变形和温度

2.5
钢的热处理:
      为了使某种钢达到我们所希望的最佳性能,必须使其内部组织结构稳定于某一种稳定的结构状态。
     在很多情况下,我们都必须对钢进行热处理。因为我们的很多产品都是经过加工变形而成的,上面提到经变形的钢,其组织结构就要发生变化,也就是说,钢的性能就发生了变化,而这种变化往往是我们所不愿意的,这时我们就必须采取热处理的办法来消除这些变化,恢复钢的本来特性。当然,我们还有因为其他考虑,进行其它方式的热处理。几种钢经冷,热变形后的热处理方法参见附表1

2.6
钢号表示方法:
世界各国钢号表示方法不尽一样,但多数按两类方法来表示:一类以含有的合金之素及其含量来表示,一类以钢种代号及强度数值来表示。例如:
20#--
表示含碳量为0.20%左右的优碳钢
45#--
表示碳量为0.45%左右的优碳钢
1Cr18Ni9Ti
—表示含碳量:0.1%以下
                        Cr18%左右
                        Ni   9%左右
                        Ti: 含少许
0Cr18Ni9
—表示含碳量极低,0.08%
                        Cr   18%左右
                        Ni   9%左右
Q235-----
表示屈服强度>235MPA的普碳钢
SS400---
表示抗拉强度>400MPA的优碳钢

2.7
常用钢铁代号,成份性能
  
   按照碳钢、合金钢、不锈钢三大类,我们汇总如附表2
三.管道系统常识
3.1
管道常用材料:
   管道中常用的原材料有:板材、管材和锻件板材:常见板材有卷板、平板和开平板.卷板通常成卷交货,优点是可根据需要任意截取长度,缺点是必须有相应的开卷设备,板面平整度一般.平板通常是成张交货,优点是板面平整,便于运输,使用缺点是有时板材使用率较低.开平板是将卷板通过剪板机剪成一块块经板面平整后而成的.区分平板和开平板的方法,除观察其表面及边缘平整度,光滑度外,还有一简便方法:真正的平板,每张上均有钢厂出厂时的标记,如厂家、规格、钢号等字样,而在开平板上就没有这些记号.
板材理论重量计算公式为:
         碳 钢 板理重 =***7.85/106 (毫米为单位, 重量为公斤)
         不锈钢板理重 =***7.91/106 (毫米为单位, 重量为公斤)

例如: 一张 1500*6000*6 的不锈钢板:
          理重=1500*6000*6*7.91=71190000, 小数点前移6=71.19Kg


管材:这主要指圆管,可分为焊管(直缝焊管、螺旋焊管)及无缝管.焊管(也叫有缝管)通常用于压力较低(20KG/CM2)的管道,其中螺旋焊管又主要用于大口径(DN400以上)系统,因此,其壁厚一般较薄(通常SCH10以下).无缝管则一般用于压力较高的管道,由于无缝管生产工艺所限,我们常用的工业无缝管,通常是热轧而成,因此市场上可供热轧无缝管的壁厚,对于一定口径的管材,通常是有一定下限的(一般在SCH10以上),此如:
   Φ27-Φ48     壁厚 ≥2.0
   Φ57-Φ76     壁厚 ≥3.0
   Φ89-Φ159    壁厚 ≥3.5
   Φ168-Φ219   壁厚 ≥4.0(Φ168*3市场有,但较少)
   Φ273         壁厚 ≥6.0
   Φ325-Φ377   壁厚   8.0
   Φ402-Φ426   壁厚   9.0
   Φ530-Φ630   壁厚   10.0

管材每米理论重量计算公式为:
         碳 钢 管理重 =(外经-壁厚)*壁厚*0.02466 (毫米为单位, 重量为公斤)
         不锈钢管理重 =(外经-壁厚)*壁厚*0.02491 (毫米为单位, 重量为公斤))        
例如: 一根6米长 273*8的不锈钢管:
          每米理重=(273-8)*8*0.02491=52.81Kg
          6一根理重=52.81*6=316.86Kg

(3)
锻件:锻件通常用于制造法兰,承插件及某些接头。

3.2
管系通径及壁厚的表示方法:
   (1) 最简单明了的表示方法是: 管道的实际外径*实际壁厚,例如:Φ114.3*6.02 即表示管道外径为114.3mm,壁厚为6.02mm。但在很多情况下,为便于设计,管道口径多用公称通径来表示,例如DN1004”等。壁厚用管标号SCH××表示,如SCH80来表示。这些数值不代表实际外径或实际壁厚,它们只是一种标识。由于世界各国使用上的习惯,某种公称通径(如DN100)所代表示实际外径并不是唯一的,归纳起来,主要有两种,一种称公制系列(B系列),一种称为英制系列(A系列)。因此,如果只知道公称通径,而不知道属于A系列还是B系列,通常我们不能唯一确定它的实际外径。例如DN100,如为A系列,则其代表管道外径为114.3mm,如果采用B系列,则某代表外径为108mm。但DN100A就代表外径为114.3DN100B就代表外径为108。至于壁厚通常按照给出的管标号(如SCH20STDXS),查询相关标准中的有关表格,即可查到其代表的实际壁厚。
(2)
有些老设计部门,尚沿用这样的习惯,以DN××表示的即为公制(B系列),以英寸表示的即表示英制(A系列)。但根据目前实际情况,后一种情况,即“以英寸表示公称通径时,一般代表英制系列(A系列)”通常是正确的,但前一种情况已不再准确了。目前较为流行的做法是。不论公制英制均以DN××表示。因此,凡以DN××表示通径而又未指出A系列、B系列的,必须明确其采用的管道系列,否则,就可能发生错误,如可能误将114.3的管道错成108管道。
(3)
     管道常用规格详见附表3,其中详细介绍了,公称通径,实际外径(分A系列、B系列),不同管标号(如SCH30STD)所对应的实际壁厚。

3.3
管件的分类:
一般地讲,在整条管线中,除直管以外的各种配件可以统称为管配件。不过习惯地,我们将弯头、三通、大小头、管帽及各种管接头径称为管件,同时将法兰、阀门、膨胀节、管道支架等分别称呼。以下主要就管件进行细分:

依据直管与管件焊接时的焊接方式不同,可将管件分为两大类:

             对焊类(BW):
管件
                 承插(SW)及螺纹(TH)类
            对焊类(BW                承插(SW)类
                                      及螺纹(TH)类
        
        弯头、三通、大小头、管帽    弯头、三通、变径管、管帽
                                  各种管接头(由令、考贝仑、
                                  单头丝、双头丝、卜申、堵
                                  头等)

    
依据管件表面是否带有焊缝,可将管件分为有缝管件和无缝管件两大类,. GB12459-90即为无缝管件标准, GB/T13401-92 即为有缝管件标准.

3.4
      管件标识:
所谓管件标识,也就是对某一种管件品种,要知道哪些参数才能唯一确定,这种管件的特征。一般地讲。必须知道以下参数:
类别(弯头还要知道角度,弯曲半径;大小头还要知道是同心或偏心)
材质
通径大小及管制(以公称直径表示时,必须确认公制、英制)
壁厚或管标号。
标准号(有时在标准号后加AB表示管系为英制或公制)

例如:45°弯头 R=1.5D,
   304L,   DN100,SCH20,   GB12459B
          

偏心大小头,    20# ,    DN150B   STD    ANSI   B16.9
            


            三通      316TI   φ610*168*4   GB/T13401


      当然,对生产计划,订单,询价单还必须知道数量。


3.5 .
有关管道及管件的英文代号汇总:
为了设计及书写的方便,经常用英文字母来代表有关内容。现就常见的一些代号汇总如下:

类别
     代号     全称     含义
通用
     CS     Carbon   Steel     碳钢
     SS     Stainless Steel     不锈钢
     BW     Butt Welding     对焊
     SW     Socket Welding     承插焊
     THD     Threaded      螺纹
     NPT     Normal Pipe Thread     普通管螺纹
     NPTM     NPT   Male     普通外管螺纹
     NPTF     NPT   Female     普通内管螺纹
     SQ     Square     方型,方头
     HEX     Hex     六角头
管件
     ES     Elbow(s)     短半径弯头
     EL     Elbow(l)     长半径弯头
     RC     Conc.reducer     同心大小头
     RE     Ecc.reducer     偏心大小头
     TR     Tee ( R )     异径三通
     TC     Tee (C )     等径三通
     C     Cap     管帽
     Union     Union     由令,活接头
     Coupling     Coupling     考贝伦,束接
     Half   coupling     Half   coupling     半考贝仑
     Plug     Plug     堵头
     Bushing     Bushing     仆申,内外丝

举例如下:
45EL150B SCH4020#, GB12459
        45°1.5D无缝弯头 φ159*7.11,20#,标准 GB12459-90
90E(S)-300-SCH10S, 304L, ANSI B16.9
       90°1.0D无缝弯头 φ323.9*4.57, 304L,标准 ANSI B16.9
RC500*300B   SCH20 ,15CrMo, GB/T13401-92
       焊缝同心大小头 φ529*10/325*6.3 , 材质 15CrMo 标准 GB/T13401
TR100*100*80   STD ,20#, GB12459
        无缝异径三通 114.3*114.3*6.02/88.9*5.74, 20#,   GB12459
(
为简便见,主管也可用一个数据表示, :
        TR100*80   STD, 100表示主管,80表示支管)
C200B SCH80, 316L,ANSI B16.9  
         管帽 219*12.7   316L , ANSI B16.9
90E(L) 2 1500LB SW , 304, ANSI B16.11
        90°承插弯头 2 1500   20# , 标准: ANSI B16.11

3.6
   管件常见标准:
    管件中最常见的标准主要有四种:
GB12459-90
    无缝对焊管件国家标准(无缝)
GB/T13401-92
    焊缝管件国家标准    (有缝)、
ANSI
   B16.9     美标对焊管件标准(有缝或无缝)
ANSI
   B16.11    承插及螺纹管件标准(美标)
有时下列标准也会用到:
HG514-87
      化工部管件标准
SHJ408-90
      中石化管件标准
JIS B2311
JIS B2312JIS B2316、 日本管件标准
还有德国DIN标准等等。

四.法兰常识:
   法兰是管道中起连接作用的重要部分,种类多,标准繁杂。由于其主要起连接作用,因此,法兰的主要特性就是连接方式及密封形式,主导影响参数是管道压力(介质不同影响材质选定):一般地讲,低压系统(PN<2.5MPA)采用平焊或板式法兰,普通突面(RF)密封,   中压系统(2.5-64MPA)采用对焊法兰,RF或凹凸面(FM/M)密封,高压系统(10.0MPA以上),通常采用对焊法兰,梯型槽(RJ)密封。在低压不锈钢系统中,有时为节约成本及检修方便,还采用松套法兰或活套环法兰。

4.1
关于法兰标准:
目前,法兰标准比较多,国内有GB(国家标准),JB(机械部标准),HG(化工部标准)等,国外有ANSI(美标),JIS(日标),DIN(德标)等。但目前使用较多的标准分为两大类别:(1)以DIN标准为主的欧洲体系(包括DINGBJBHG20592);(2)以ANSI标准为主的美洲体系(包括 ANSIGBHG20615)。此二大类法兰可通过表示法兰压力等级的标识来区分。
       JIS标准为另一类体系的标准,不属此二类)
4.2
法兰类型及标识:
(1)
为便于设计及表述,世界各地习惯用字母符号表示法兰种类及密封面形 式, 如在 HG20592,
   ANSI B16.5, DIN JIS标准中均有如下表述:
                             意义            说明


法兰类型
     SO     平焊法兰     Slip-on
     WN     对焊法兰     Weld-neck
     PL     板式法兰     Plate
     PJ/PR(PJ/RJ)     活套环法兰     不锈钢焊环 + 碳钢法兰
     LP     松套法兰     不锈钢翻边 + 碳钢法兰
     TH     螺纹法兰    


密封面形式     -RF     普通突面密封     Rased face
     -M     凸面密封     配对使用
     -FM     凹面密封    
     -T     榫面密封     配对使用
     -TG     槽面密封    
     -RJ     梯型槽密封     Ring Joint
     -FF     全平面密封     Flate Face

(2)
确定一种法兰的全部特征需知道以下几个方面:
1
法兰制造标准
                : ANSI B16.5
2
法兰类型
                    : 对焊法兰
       3 公称通经及管制(英制或公制)   : DN150B  
       4   压力等级                   : PN10 600LB
       5   密封面形式                 : RF
       6   材质                       :   304L
      几点说明:
       1 某些法兰标准与法兰类型,密封面形式是一一对应的, 即给出标准就
         知道了法兰类型和密封面形式.: JB81-59, HG5010-58.
       2 关于管制, 一般讲,目前世界较通行的是英制,公制系列在国内的一些
         老标准中应用较多. 因此,一些老标准中仅含有公制. 另外, 如果通经
         以英寸表示,一般就代表英制.
       3 关于字母代号,国内一些老标准未予采用, HG20592-97则全面与
         国际接轨,采用了通用符号.
4.3
     法兰类型举例:
1
     法兰 DN100 PN1.6 RF ,20#, HG5010-58
                 口径DN100,压力1.6MPA,普通突面,20#,配公制管平焊法兰
(2)
     WN-4 300LB RF ,304, ANSI B16.5
                 口径4,压力300,普通突面,材质304,配英制管平焊法兰
(3)
     PJ/PR DN300(A)   PN4.0 RF, 304/20#,   HG20592-97
                 口径DN300,压力4.0MPA,普通突面,304/20#,配英制管
                 活套环法兰

 

管道材料等级制定与ASME标准

一、 压力管道设计常用ASME标准

这里有两个标准,一个是组件尺寸型式标准(我国也有相应组件形式标准),另一个是材料标准(我国没有对材料形成专门的标准化)。

型式标准规定了组件的型式、系列、尺寸、公差、试验要求,以及该组件可采用的材料标准等。材料标准规定了适用的对象、原材料(坯料)品种(采用锻轧Wrought或锻件Forged)、化学成分、机械性能、制造工艺(包括焊接)、热处理、无损检查、取样和性能检验、质量证书、标志等。

1. 典型的组件型式标准

1)钢管

ANSI/ASME B36.10M    无缝及焊接钢管

ANSI/ASME B36.19M    不锈钢无缝及焊接钢管

2)管件

ANSI/ASME B16.9     工厂制造的钢对焊管件

ANSI/ASME B16.1     承插焊和螺纹锻造管件

ANSI/ASME B16.28    钢制对焊小半径弯头和回弯头

3)阀门

ANSI/ASME B16.34    法兰连接、螺纹连接和焊接连接的阀门

API 599             法兰或对焊连接的钢制旋塞阀

API 600             法兰或对焊连接的钢制闸阀

API 602              紧凑型碳钢闸阀

API 609              凸耳型对夹蝶阀

4法兰

ANSI/ASME B16.5    法兰法兰管件

ANSI/ASME B16.36  孔板法兰

ANSI/ASME B16.42   球墨铸铁法兰法兰管件

ANSI/ASME B16.47   大直径钢法兰

API 601             突面管法兰法兰连接用金属垫片

5)垫片

ANSI/ASME B16.20   法兰用缠绕式、包覆式垫片和环槽式用金属垫片

ANSI/ASME B16.21   法兰用非金属平垫片

6)紧固件

ANSI/ASME B18.2.1   方头和六角头螺栓和螺纹

ANSI/ASME B18.2.2   方头和六角头螺母

7)管件

ASMEI 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

MSS-SP-43           锻制不锈钢对焊管件

2. 材料标准

ASTM/ASME材料标准主要集中收录在ASME II  A篇 铁基材料,B篇 非铁基材料,C篇 焊条、焊丝填充金属,D篇性能,以及一些增补内容。

与压力管道设计相关的典型的为A篇、D篇等。

A篇的主要分类有:钢板、薄板和钢带,公称管(Pipe,管子(Tube),法兰、配件、阀门及零件,压力容器用钢板、薄板和钢带,结构钢,钢棒材,钢螺栓材料,钢坯和锻件,钢铸件,耐腐蚀钢和耐热钢,锻轧铁、铸铁和可锻铸铁,以及方法标准等。

材料表示方法用"标准号-级别"UNS

304是级别。TP316前面的TP表示管材,英文单词TUBE & PIPE的首个字母。F316前面的F表示锻件,是FORGING的缩写。一般在ASME里,很多都是引用ASTM标准,并在前面加个S,如A312ASME纳入后为SA312。在ASTM标准中,A表示为A系列材料,当然还有BC等。

美国高合金钢用UNS牌号表示,它是按美国钢铁协会AISI的编号表示方法转过来的,比如,AISI18-8不锈钢记为UNS No S 304003代表镍铬钢),ASTM引用过来叫它为304型,于是各国也跟着这么叫,成为普遍的表示法。还比如316316L321347320904等。ASME(或ASTM)对公称成分相同(UNS No 号相同)的不同钢材产品,还用不同的标准区分。比如板材SA-240(牌号304),管材有213249312376430(牌号都是TP304)等,而锻件A-182,牌号 F304ASTM的记法,如A-516A代表钢铁金属,516只是个序号,后面跟着年号。ASME等同采用ASTM的记法后在最前面加S。再有,B-表示非铁基金属,如SB-409

下面列举一些典型的ASME管道材料:

1.公称管

1SA106 高温用无缝碳钢公称管

中、低碳钢,其等级分ABC三级。C%0.25%~0.35%;合金总量<0.2%

2SA312/SA312M  无缝和焊接奥氏体不锈钢公称管

适用于高温及一般腐蚀用。级别有TP304HTH316HTP321H9种。

3SA333/SA333M 低温用无缝和焊接公称管

适用于低温公称壁厚的无缝以及焊接的碳钢、合金钢公称管。其级别有134678910119种。

4SA335/SA335M 高温用无缝铁素体合金钢公称管

级别有P1P2P5P5cP9P11P12P15P21P22

5SA709/709M 无缝及焊接的铁素体、奥氏体不锈钢公称管

2.法兰、配件、阀门及零件

1SA105/SA105M 管道元件用碳钢锻件

适用于室温和高温下工作的压力系统中锻制碳素钢管道构件。

2SA182/SA182M 高温用锻制或轧制合金钢公称管道法兰、锻制管配件、阀门和零件

级别较多,如F1F2F5F121F122F304HF316LH等。

3SA234/SA234M 中、高温用锻制碳钢和合金钢管道配件

适用于最新版的ANSI B16.9ANSI B16.11ANSI B16.28MSS SP79MSS SP95所包括的无缝的及焊接结构的锻制碳钢和合金钢管配件;这些管配件采用中温及高温的压力管道和压力容器制造。级别有WPBWPCWP1WP2WPR等多种。

4SA403/SA403M 锻轧奥氏体不锈钢管配件

包括了若干级别的奥氏体不锈钢合金,并分别依据所适用的ANSIMSS尺寸及额定压力标准,使用WPCR前缀来标志钢的级别。

5SA420/SA420M 低温用锻造碳钢和合金钢管配件

适用于ANSI B16.9ANSIB16.11 ANSI B16.28MSS SP79MSS SP95最新版标准的锻制碳钢和合金钢无缝焊接结构管配件。等级有WPL3WPL6WPL8WPL9

6SA815/SA815M 塑性加工成形铁素体、奥氏体及马氏体不锈钢配件。

3.钢螺栓材料

1SA193/SA193M  高温用合金钢和不锈钢材料

适用于高温压力容器、阀门、法兰及管配件用合金钢和不锈钢螺栓材料。材料类别包括铁素体钢和奥氏体钢,其级别如B5B8等多种。

2SA194/SA194M  高温高压螺栓用碳钢和合金钢螺母

包括从M6M100的各种碳钢、合金钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢螺母。奥氏体级别,加前缀89;铁素体级别有122H2HM3466F77M16

二、 压力管道材料等级表内容简述

管道材料等级中包含了材料规定,是针对一系列介质条件而编制的管道器材应用明细表。它是根据管道系统中的温度和压力及腐蚀性来分类的。通过情况下,材料等级表的内容有:

1)等级名称(或等级号)、设计条件(设计压力、设计温度和介质)、法兰公称压力等级、材料腐蚀余量等。

2)钢管外径尺寸系列信息及壁厚

钢管外径尺寸系列有大小外径之分,ASME标准采用大外径。外径尺寸定位后,意味着与其相关的钢管、管件、阀门、法兰、垫片、紧固件、附件等都要与之匹配。就法兰系列而言,一类是以200℃作为计算基准温度的"欧式法兰",一类是以大约430℃(对150LB级则是300℃)作为基准温度的"美式法兰"ASME标准的钢管外径尺寸系列标准为ANSI B36.10ANSI B36.19,其公称直径范围为DN6~DN2000mm

钢管壁厚的表示方法有三种,如管表号(SCH)、壁厚(mm)、重量(STDXSXXS)

3)钢管、管件(弯头、三通、异径管、支管接头等)、阀门、法兰、垫片、紧固件等

全面一些,在标识时除了提供钢管、管件等的材料(标准)、连接形式(对焊、承插焊、螺纹连接)、表面状态(无缝、有缝)等内容外,还应提供组件型式标准。

4)管道分支信息

    即管道分支表,提供主管与支管连接应匹配的规定。通常情况下,应优先选用标准管件,如三通/四通(等径、异径)、支管接头等。若出现主、支管相差太大无法选择时,才使用非标接头形式,并需要计算是否需要进行补强等加强措施。

三、 ASME B31.3钢管壁厚计算

制定材料等级表需要计算的内容有两种情形,其一是前面提到的开孔补强计算,其二是这里提及的钢管(含弯头等)的强度计算。

ASME B31系列钢管壁厚计算的公式有多种,对于石化项目必须按B31.3管道规范中的方法进行强度计算。强度计算需要的条件为设计条件(温度、压力)、材料许用应力、钢管外径(或内径)、质量系数(也称焊接接头系数)、温度影响系数,此外还要考虑材料腐蚀余量、加工裕量等。壁厚计算的结果是进行钢管(及弯件)壁厚选用标准尺寸的依据。这种方法与容器壁厚选用的方法基本一致。弯头等管件的壁厚也有计算方法,但是在通常情况下,是以直管的计算为依据选用标准厚度即可。而开孔补强计算方法就与容器的完全一致了。

四、 选材与腐蚀

进行材料等级表制定需要考虑的事项有多种,除了前面提及材料满足强度要求只是其中之一,还要考虑操作介质的性质、操作工况等引起材料的各种腐蚀。

就腐蚀形式而言,根据腐蚀发生的机理可划分为化学腐蚀、电化学腐蚀和物理腐蚀三类。根据腐蚀形态可划分为均匀腐蚀、局部腐蚀和应力腐蚀三类。其中局部腐蚀又可分为电偶腐蚀(如碳钢与不锈钢接触并处于电解质环境中)、点蚀(如对奥氏体不锈钢材料的应用要注意氯离子的含量)、缝隙腐蚀、晶间腐蚀(如高温时奥氏体不锈钢产生的晶界贫铬)。

因此就需要了解材料的耐腐蚀性能,并查询金属腐蚀相关手册等资料。

五、 铁碳合金相图

管道材料等级表的技术主要在对材料性能的掌握上,因此各设计院通常是由机械专业的人来进行此方面的工作。而材料的关键技术又与了解其本质-铁碳合金相图是密切相关的。

铁碳合金相图是以温度为纵坐标,碳含量(组元)为横坐标。表示在接近平衡条件(铁-石墨)和亚稳条件(铁-碳化铁)下(或极缓慢的冷却条件下)以铁、碳为组元的二元合金在不同温度下所呈现的相和这些相之间的平衡关系。相图在金属加工和工程应用中是一个很重要的工具,从相图中可以查到合金的溶点和凝固点,根据相图可以确定合金热加工时的加热温度和热处理温度,由此可以预测合金的性能。

该相图中有两个组元,即FeFe3C。其中,Fe的性能表现为强度和硬度较低,塑性和韧性较好;Fe3C为具有复杂晶格结构的间隙化合物,其性能表现为硬而脆。

四个基本相,即液相(L )、铁素体(α)、奥氏体(γ)和渗碳体(Fe3C);此外还有一个次生相珠光体(P)。其中,铁素体为碳在α-Fe中的间隙固溶体,具有体心立方晶格,溶碳量较少,室温溶碳量为0.008%,属常温组织;奥氏体为碳在γ-Fe中的间隙固溶体,具有面心立方晶格结构,溶碳量较大,属高温组织,奥氏体具有良好的塑性,故金属热变形加工多是在这种相状态下进行的;渗碳体为金属键及化学键的结合物,属于常温组织;珠光体为铁素体和渗碳体的混合物,既具有很好的强度和硬度,又具有良好的塑性和韧性,属常温组织。含碳量大于2.06%的合金及温度下的δ-Fe在工程上无太大意义。

(-碳相图 略)

 

相图中,A点为纯铁的溶点(1534℃),C点为奥氏体和渗碳体的共晶点(1130℃),D点为渗碳体的熔点(1600℃),S点为铁素体和渗碳体的共析点(723℃)。

GS线(A3线)为亚共析钢(C<0.8%)加热(称Ac3线)或冷却(称Ar3线)时铁素体与奥氏体转变的终了温度线(称Ac3线)。ES线(Acm线)为过共析钢(0.8%ccm线)或冷却(称Arcm线)时渗碳体与奥氏体转变的终了温度线。PSKA1 线)为加热(称Ac1线)或冷却时(称Ar1线)珠光体与奥氏体转变终了的温度线。

从相图可以看出,亚共析钢(常温组织α+P)-共析钢(常温组织P)-过共析钢(常温组织P+ Fe3C)-铸铁(常温组织Fe3C)随含碳量的变化,表现出的材料塑性、韧性与强度、硬度的变化关系。

另外,从相图可以看出,对同一材料,在从高温到常温转变的过程中,会得到不同的组织形式。对于影响材料中不理想的组织通过热处理(如退火、正火、淬火、回火、调质等)来处理,以此达到材料性能要求。即将材料加热到临界温度(A3A1Acm)以上30~50、保温、冷却等来得到不同的转变组织。退火冷却是在炉内缓冷的过程;可达到细化晶粒、消除偏析、降低硬度而提高塑性和韧性的目的。正火较退火冷却速度快一些(空气中冷却)。淬火是冷却时间最快的一种(水冷),用于提高材料硬度和耐磨性。

了解铁碳合金相图,有利于更好地选择适合工况(主要是温度)下的材料。

当然,钢中含有一些合金元素,如铬、钨、钒、氮、锰、硅、硫、磷等。大多数这些合金元素都能溶于铁素体中起固溶强化、细化晶粒等作用,使铁素体的强度、硬度升高,塑性、韧性下降;或与碳亲和形成碳化物而起到稳定并提高硬度的作用。对于不能溶解或亲和或者有害的杂质元素(如硫、磷)要在钢的形成过程中进行特别处理,减少其含量。

六、 最后语

管道材料专业决定着工程项目的安全性与经济性。材料等级表制定体现着管道的专业的高精水平,其不亚于装置设备平面布置。丰富的材料知识和熟悉的管道标准应用会使管道器材选用或制定更加完美。

不锈钢管材标准

不锈钢管材标准
GB2270-80
不锈钢无缝钢管
GB/T14976-94
流体输送用不锈钢无缝钢管
GB/T14975-94
结构用不锈钢无缝钢管
GB13296-91
锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管
GJB2608-96
YB676-73)航空用结构钢厚壁无缝钢管
GJB2296-95
YB678-71)航空用不锈无缝钢管
YB/T679-97
YB679-71)航空用18A空心铆钉薄壁无缝钢管
GJB2609-96
YB680-71)航空用结构薄壁无缝钢管
YB/T681-97
YB681-71)航空用导管20A薄壁无缝钢管
                   GB3090-82 不锈钢小直径钢管
GB5310-95
高压锅炉用无缝钢管
                                                              GB3087-82 低中压无缝钢管
GB3089-92
不锈耐酸极薄壁无缝钢管
GB9948-88
石油裂化无缝钢管
ASTM A213
锅炉、热交换器用铁素体和奥氏体合金钢无缝钢管
ASTM A269
一般用途奥氏体不锈钢无缝钢管和焊接钢管
ASTM A312
奥氏体不锈钢无缝钢管焊接钢管焊接钢管
ASTM A450
碳素钢,铁素体和奥氏体合金钢管的一般要求
ASTM A530
专门用途的铁素钢和合金钢的一般要求
ASTM A789
一般要求碳素体奥氏体不锈钢无缝钢管和焊接钢管
JIS G3456-88
机械结构用不锈钢管
JIS G3448-88
普通管道用不锈钢管
JIS G3459-88
管道用不锈钢管
IS G3463-88
锅炉、热交换器用不锈钢管
Q/HYAD 101-91
化工用无缝长钢管(0Cr18NI11T)
Q/HYAD 103-91 00Cr18Ni5MO3Si2
双相不锈钢无缝钢