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鋼管承受壓力標準先容

作者:亚美真人来源:[亚美真人公司]访问:589时间:2019-12-04

壓力管道的構成件一般都是標準件,是以壓力管道構成件的設計首要是其標準件的選用,管道壓力等級的確定也就是其標準件等級的確定。
管道的壓力等級包括兩部分:
以公稱壓力表示的標準管件的公稱壓力等級;
以壁厚等級表示的的標準管件的壁厚等級。
管道的壓力等級:通常把管道中由標準管件的公稱壓力等級和壁厚等級共同確定的能反映管道承壓特性的參數叫做管道的壓力等級。而習慣上為簡化描述,常把管道中管件的公稱壓力等級叫做管道的壓力等級。
壓力等級的確定是壓力管道設計的基礎,也是設計的核心。它是壓力管道布置、壓力管道應力校核的設計條件條件,也是影響壓力管道基建投資和管道可靠性的首要身分。
5.1設計條件
工程上,工藝操縱參數不宜直接作為壓力管道的設計條件,要考慮工藝操縱的波動、相連設備的影響、環境的影響等身分,而在工藝操縱參數的基礎上給出一定的安全裕量作為設計條件。這裏所說的設計條件首要是指設計壓力和設計溫度。
管道的設計壓力:應不低於正常操縱時,由內壓(或外壓)與溫度構成的最苛刻條件下的壓力。
最苛刻條件:是指導致管子及管道構成件最大壁厚或最高公稱壓力等級的條件。
設計壓力確定:考慮介質的靜液柱壓力等身分的影響 ,設計壓力一般應略高於由(或)外壓與溫度構成的最苛刻條件下的最高工作壓力。
a.一般情況下管道元件的設計壓力確定
一般情況下,為了操縱上的方便,在此不妨采用壓力容器的做法,即在相應工作壓力的基礎上增加一個裕度係數。
表5-1一般情況下管道元件的設計壓力確定
工作壓力Pw(MPa)
設計壓力P(MPa)
Pw≤1.8
P=Pw+0.18
1.8<Pw≤4.0
P=1.1Pw
4.0<Pw≤8.0
P=Pw+0.4
Pw>8.0
P=1.05Pw
※當按該原則確定的設計壓力會引發管道壓力等級變化時,應判定該工作壓力是否就是由內壓(或外壓)與溫度構成的最苛刻條件下的最高工作壓力,假如是,在報請有關技術負責人批準的情況下,設計壓力可取此時的最高工作壓力,而不加係數。
b.管道中有安全泄壓裝配時,
管道中有安全泄壓裝配時預示著該管道在運行過程中有出現超出其正常操縱壓力的可能。設置安全泄壓裝配(如安全閥、爆破片等)的目的,就是在係統中出現超出其正常操縱壓力的情況時,能將壓力主動開釋而使設備、管道等係統的硬件得到保護。此時管道的設計壓力應不低於安全泄壓裝配的設定壓力 。
c.管道中有高揚程的泵
對於高揚程的泵,特別是往複泵,在開始啟動的短時間內,往往會在第一道切斷閥之前的管道和泵內產生一個較高的封閉壓力 ,有時這個封閉壓力會達到一個很大的值。此時泵的出口管道,其設計壓力應取泵的最大封閉壓力值。
D.真空係統
真空係統管道承受的壓力就是其外部的大氣壓力 ,故其設計壓力應取0.1MPa外壓;
e.與塔或容器等設備相連的管道
與塔或容器等設備相連的管道其設計壓力應不低於所連設備的設計壓力。當管道內有較高的液體液柱時,還應考慮該液體靜壓頭的影響。事實上,對於管道來說,其受力要比設備複雜,這是由於它除受介質載荷以外,還往往蒙受到由於管道的熱脹冷縮而產生的管係力等。是以,管道的設計壓力一般應不低於設備的設計壓力。
5.1.2設計溫度
管道的設計溫度:應不低於正常操縱時 ,由內壓(或外壓)與溫度構成的最苛刻條件下的溫度。
最苛刻條件:指導致管子及管道構成件最大壁厚、最高公稱壓力等級或最高材料等級的條件。
設計溫度的確定:考慮環境、隔熱、操縱穩定性等身分的影響 ,設計溫度應略高於由內壓(或外壓)與溫度構成的最苛刻條件下的最高工作溫度。
a.一般情況下管道元件的設計溫度確定
一般情況下為了操縱上的方便,在此不妨也采用壓力容器的做法,在相應工作溫度的基礎上增加一個裕度係數(除法蘭和螺栓以外) 。
表5-2一般情況下管道元件的設計溫度確定
工作溫度Tw(℃)
設計溫度T(℃)
-20<Tw≤15
T=Tw-5(最低取-20)
15<Tw≤350
T=Tw+20
Tw>350
T=Tw+(5~15)
※當按該原則確定的設計溫度會引發管道壓力等級或材料變化時,應判定該工作溫度是否
就是由內壓(或外壓)與溫度構成的最苛刻條件下的最高工作溫度,假如是,在報請有關技術負責人批準的情況下,設計溫度可取此時的最高工作溫度 ,而不加係數。
法蘭 、墊片的設計溫度不低於最高工作溫度的90%;
螺栓、螺母的設計溫度應不低於最高工作溫度的80% 。
b.夾套或外伴熱管道
對於夾套或外伴熱的管道當工藝介質溫度高於伴熱介質溫度時,其設計溫度按上表選取;當工藝介質溫度低於伴熱介質溫度時,對夾套伴熱取伴熱介質溫度為設計溫度,而對外伴熱則取伴熱介質溫度減10℃與工藝介質溫度二者的較大值為設計溫度;
c.安全泄壓管道
安全泄壓管道取排放時可能出現的最高或最低溫度為設計溫度;
d.蒸汽吹掃的管道
采用蒸汽吹掃的管道當介質溫度高於吹掃蒸汽的溫度時,則按介質溫度根據上表確定其設計溫度。當介質溫度低於吹掃蒸汽溫度時,應視具體情況而定 。例如,按介質溫度選取的管道及其元件不能承受吹掃介質的條件時,應適當進步等級以適應吹掃介質條件。
e.多種工況下工作的管道
同一根管道,假如在兩種或兩種以上工況條件下工作時,其設計溫度應取與內壓(或外壓)構成的最苛刻條件下的最高工作溫度,並對其它工況進行校核。
f.臨氫管道
臨氫操縱的管道,在查Nelson曲線時,應取設計溫度再加30~50℃作為查曲線的溫度參數值。這是由於Nelson曲線為統計值,在鄰近曲線下方選材時而出現氫損傷的實例也曾發生過;
g.帶襯裏的管道
帶隔熱耐磨襯裏的管道,其金屬部分的管道設計溫度應經計算或實測確定。一般情況下,宜取250℃作為設計溫度;
h.管係應力計算時
在進行有彈簧支架的管係應力計算時,宜取介質的正常工作溫度作為計算參數。
5.2影響管道壓力等級確定的身分
除了上述的設計溫度和設計壓力是管道壓力等級確定的基本參數外,還有一些其它身分也將影響到管道壓力等級的確定。
5.2.1利用標準體係
不同的標準體係 ,其公稱壓力等級係列是不同的,對應的溫度-壓力表也不相同。或者說,相同的設計條件,而選用不同的利用標準,其公稱壓力等級是不同的。是以,在確定管道公稱壓力等級之前 ,應首先確定其利用標準體係 。
5.2.2材料
不同的材料,其機械性能是不同的,那麽它們在標準中的溫度-壓力表上的對應值也是不相同的 。是以在確定管道的公稱壓力之前應首先確定管道及其元件的材料。材料的選用是由設計溫度、設計壓力和操縱介質確定的。
管道中各元件的材料標準往往是不同的,一般情況下,管子用管材,法蘭
用鍛材,而閥門多用鑄材。無論用什麽材料標準,它們都應當是同等級的材料,即具有對操縱條件的同等適應性和等強度;重視管材、板材、棒材、鑄材的配伍。
5.2.3操縱介質
一般情況下,管道的公稱壓力在對應溫度下的許用壓力不得超出其設計壓力。
對由於管子及其元件失效而將造成嚴重危害或易於產生重大事故的介質,在考慮其公稱壓力等級時,不應僅僅按溫度-壓力表來確定,應適當進步其公稱壓力等級,即進步其安全可靠係數。SH3059、SYJ1064標準對此都有具體的規定,例如:
對輸送劇毒介質的管道,當采用SH標準體係時,無論介質的操縱壓力是多少,其公稱壓力等級應不低於PN5.0MPa;當采用JB標準體係時,應不低於PN4.0;
對輸送氫氣、氨氣、液態烴等介質的管道,當采用SH標準體係時,無論介質的操縱壓力是多少,其最低公稱壓力等級應不低於PN2.OMPa,當采用JB標準體係時,應不低於PN2.5MPa;
對輸送一般可燃介質的管道,當采用SH標準體係時,其公稱壓力等級應不低於PN2.0MPa,當采用JB標準體係時 ,應不低於PN1.6MPa。
5.2.4介質溫度及管係附加力
很多法蘭標準都給出如許一個注釋:其溫度-壓力表的對應值是指法蘭不受衝擊載荷的對應值。事實上,法蘭蒙受外部管道給予的彎曲 、振動、溫度循環等附加載荷時,都將影響其密封性,甚至影響到強度的可靠性,此時應將這些外部載荷折算成當量介質壓力來確定管道所需的公稱壓力。
給予法蘭的彎曲載荷首要是由管係的熱脹冷縮引發的。一般情況下,對於PN2.0等級的法蘭,當其工作溫度大於200℃時 ,或PN5.0及以上等級的法蘭在工作溫度大於400℃時,均應考慮管係對法蘭產生的附加載荷的影響,否則應進步管係的公稱壓力等級。
5.3影晌壁厚等級確定的身分
5.3.1材料的許用應力
材料的許用應力是指材料的強度指標除以相應的安全係數而得到的值。材料的機械性能指標有屈服極限、強度極限 、蠕變極限 、疲憊極限等,這些指標分別反映了不同狀況下失效的極限值。為了保證管道運行中的強度可靠,常將管道元件中的應力限製在各強度指標下某一值,該數值即為許用應力。當管道元件中的應力超過其許用應力值時,就以為其強度已不能得到保證。是以說,材料的許用應力是確定管道壁厚等級的基本參數。
不同的設計標準,選取材料的許用應力值是不同的。對壓力管道來說,國內的設計標準是按GB150《鋼製壓力容器》確定的許用應力值,ASTM材料則是取按ANSIB31.3《ProcessPiping》標精確定的許用應力值。
5.3.2腐蝕餘量
腐蝕餘量是考慮因介質對管道的腐蝕而釀成的管道壁厚減薄,從而增加的管道壁厚值。它的大小直接影響到管道壁厚的取值,或者說直接影響到壁厚等級的確定。
目前我國尚沒有一套有關各種腐蝕介質在不同條件下對各種材料的腐蝕速率數據,是以,工程上大多數情況下還是憑經驗來確定其腐蝕餘量的。很多國內外的工程公司或設計院通常都將腐蝕餘量分為如下四級:
a.無腐蝕餘量。對一般的不鏽鋼管道多取該值;
b.1.6mm腐蝕餘量。對於腐蝕不嚴重的碳素鋼和鉻鉬鋼多取該值;
c.3.2mm腐蝕餘量。對於腐蝕比較嚴重的碳素鋼和鉻鉬鋼管道多取該值;
d.加強級(大於3.2mn)腐蝕餘量 。對於有固體顆粒衝洗等特殊情況下的管道,根據實際情況確定其具體值。.
5.3.3管子及其元件的製造壁厚偏差
管子及其元件在製造過程中,相對於其公稱壁厚(或者叫理論壁厚)都會有正、負偏差,是以在確定管子及其元件公稱壁厚時一定要考慮可能出現的負偏差值。各種鋼管標準中規定的負偏差值是不完全相同的,GB/T8163《流體輸送用無縫鋼管》、GB/T14976《流體輸送用不鏽鋼無縫鋼管》規定的壁厚偏差值如下:
表5-3常用標準的壁厚偏差值
材料標準
壁厚(mm)
偏差值(%)
GB/T8163
≤20
+15,-10,+12,-5,-10
GB/T14976
<15
≥15
+15 ,-12.5
+20,-15
5.3.4焊縫係數
金屬的焊接過程 ,實質上是一個冶金過程,其組織帶有明顯的鑄造組織特征。一般情況下,鑄造組織缺陷較多,材料性能也有所下降。對於有縱焊縫和螺旋焊縫的焊接管子及其元件,相對於無縫管子及其元件來說,工程上常給它一個強度降低係數(即焊縫係數),以衡量其機械性能下降的程度。其焊縫係數的取值見表5-4
表5-4焊接鋼管的焊縫係數
序號
焊接方法
接頭形式
焊縫型式
檢驗型式
焊縫係數
1
鍛焊
對焊
直線
按標準要求
0.6
2
電阻焊
對焊
直線或螺旋形
按標準要求
0.85
3
電弧焊
單麵對焊
直線或螺旋形
無RT
10%RT
100%RT
0.8
0.9
1.0
雙麵對焊
直線或螺旋形
無RT
10%RT
100%RT
0.85
0.9
1.0
RT射線探傷
5.3.5設計壽命
a.設計壽命與壓力管道的腐蝕餘量有關。
對於均勻腐蝕來說,當知道其年腐蝕速率後,根據預定的設計壽命,就很輕易算出其應取的腐蝕餘量了。
b.設計壽命還與交變應力感化的荷載變化次數、氫損傷的孕育時間、斷裂因子的擴展期等影響身分有關,
c.與壓力管道的一次性投資、資金代嚐期和技術更新周期有關。
d.美國一雜誌上推薦的設計使用壽命為:碳鋼為5年;鉻鉬鋼和不鏽鋼為10年。
SH3059標準規定的設計壽命為15年。
國外的一些工程公司對總承包項目規定一般為10年;非總包項目一般為15年,以便從中獲取較大的利潤。
5.4常用壓力管道器材的設計標準
1)GB50316-2000《產業金屬管道設計規範》;
2)GB50251-94《輸氣管道工程設計規範》;
3)GB50253-94《輸油管道工程設計規範》;
4)GB50028-93《城鎮燃氣設計規範》(1998年版)(2002年局部修訂條文);
5)GB50030-91《氧氣站設計規範》;
6)SH3059-2001《石油化工管道設計器材選用通則》;
7)SH3064-1994《石油化工鋼製通用閥門選用、檢驗及驗收》;
8)HG/T20646《化工裝配管道材料設計規定》。

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