管道材料设计知识.docx

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1、管道材料设计知识目录1 .管道材料基础知识11.1. 金属管道材料分类11.2. 非金属管道和衬里管道材料分类21.3. 常用管道材料对照表21.4. 常用金属管道材料的热处理31.5. 石油化工生产过程中常见的腐蚀环境51.6. 管道材料的选择81.7. 管道材料的计算和基本限制条件92 .金属管道元件及其选择122. 1.钢管123. 2.管件174. 3.法兰、紧固件及垫片185. 4.阀门236. 5.管道特殊件283 .非金属管道和衬里管道元件及其选择301. 1.非金属管道材料的选用303. 2.管件324. 3.阀门及管道特殊件324 .管道等级设计321. 1.管道材料设计选用

2、规定324. 2.根据介质性质和特殊性分类335. 3.压力一一温度偶合336. 4.管道等级347. 5.阀门规格书345 .管道材料等级表355. 1.编制管道材料等级表需具备的条件356. 2.编制原则357. 3.管道材料等级表351 .管道材料基础知识1.1. 金属管道材料分类金属管道材料按材质的分类见表1所示。表1金属管道材料的分类大分类中分类小分类管子名称举例金属管铁管铸铁管承压铸铁管（砂型离心铸铁管、连续铸铁管）钢管碳素钢管B3F焊接钢管，10、20号钢无缝钢管，优质碳素钢无缝钢管低合金钢管16Mn无缝钢管合金钢管耐热钢管（15CrMo等）不锈钢管奥氏体不锈钢管（OCrI8Ni

3、9等）有色金属管铜及铜合金管拉制及挤制黄铜管、紫铜管、铜银合金（蒙乃尔等）铅管铅管，铅锦合金管铝管冷拉铝及铝合金圆管，热挤压铝及铝合金圆管钛管钛管及钛合金管(Ti-2A1-1.5Mn,Ti-6A1-6V-2Sn-0.5Cu-0.5Fe)1.2. 非金属管道和衬里管道材料分类非金属管道和衬里管道材料按材质的分类见表2所示。表2非金属管道和衬里管道材料的分类大分类小分类管子名称举例非金属管橡胶管输气胶管，输水吸水胶管，输油、吸油胶管，蒸汽胶管塑料管酚醛塑料管，耐酸酚醛塑料管，硬聚氯乙烯管，高、低密度乙烯管，聚丙烯管，聚四氨乙烯管，ABS管，PVC/FRP复合管，高压聚乙烯管石棉水泥管石墨管不透性石

4、墨管玻璃管陶瓷管化工陶瓷管（耐酸陶、耐酸耐温陶、工业瓷管）玻璃钢管聚脂玻璃钢管、环氧玻璃钢管、酚醛玻璃钢管、吠喃玻璃钢管衬里管橡胶衬里管、钢塑复合管、涂塑钢管1.3. 常用管道材料对照表常用金属管道材料对照见表3所示。表3常用金属管道材料对照表钢种中国标准GB美国标准ASTM德国标准D1N日本标准JIS标准钢管钢管钢材钢管钢管碳素钢GB/T8163GB994810A53-AA1051629-st37STPG370GB/T8163GB994820A53-BA1051629-st48.4STPG410GB/T8163GB994820A106-BA10517175-st45.8STPT410A106

5、-C-STPT480GB513020GA106-B-17155-st45.8HISTS410GB647916Mn-17175-17Mn4STS480GB647910A105-AA10517175-st35.8STPT370口不钢GB9948GB6479GB513012CrMoA335-P2A182-F217175-15Mo3STPA2015CrMoA335-P12A182-F1217175-13CrMo44STPAA22A335-P11A182-F11-STPAA23GB6479GB513012Cr2MoA335-P22A182-F2217175-10CrMo910STPA24A335-P9A

6、182-9-STPA26mGB/T8163GB647916MnA333-Gr1,6A350-1F217173-TTSt35NSTP1380不锈钢GB/T149760Cr18Ni9A312-TP304A182-F30417458-X5CrNi1810SUS304TPA312-TP304HA182-F304H-SUS304HTPGB/T1497600Cr19Ni10A312-TP3041A182-F304117458-X2CrNi1911SUS3041TPGB/T149760Cr17Ni12Mo2A312-TP316A182-F31617458-X5CrNiMo1712217458-X2CrNiM

7、o17132SUS316TPA312-TP316HA182-F316H-SUS316HTPGB/T1497600Cr17Ni14Mo2A312-TP3161A182-F3161-SUS3161TPGB13296GB/T14976OCr1SNi1OTiA312-TP321A182-F32117458SUS321TPA312-TP321HA182-F321H-SUS321HTPOCr1SNi11NbA312-TP347HA182-F347H-SUS347HTPGB/T149760Cr19Ni13Mo3A312-TP31717458X5CrNiMo17133SUS317TP00Cr19Ni13Mo3

8、A312-TP317117458X2CrNiMo18143SUS3171TP注：本对照表是在化学成分与机械性能两者都有近似或有一项近似，另一项基本近似的基础上编制的，同一钢种可以互相代替。当有特殊要求时尚应进一步详细对照，再确定能否代替。1.4. 常用金属管道材料的热处理1、钢的热处理方法主要有退火和正火、淬火和回火、调质、固溶处理等。1）退火和正火将组织偏离平衡状态的钢加热到适当温度，保温一段时间，然后缓慢冷却（一般为随炉冷却）,以获得接近平衡状态组织的热处理工艺叫退火。根据处理的目的和要求不同，钢的常用退火又可分为完全退火（重结晶退火）、再结晶退火和消除应力退火。完全退火是将铁碳合金完全奥

9、氏体化（加热到Ac3以上2030C）然后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的工艺过程。完全退火适用于处理亚共析钢、中合金钢，目的是改善钢铸铁或热扎型材的机械性能。由于加热温度超过上临界点，使组织完全重结晶，可达到细化晶粒、均匀组织、降低硬度、充分消除内应力等目的。再结晶退火是将变形后的金属加热到再结晶温度以上（600AC1之间），保持适当时间，使被冷加工拉长和破碎的晶粒重新成核并长大成正常晶粒，成为没有内应力的新稳定组织，使钢的物理性能和机械性能基本上都能得到恢复。对于连续多次冷加工的钢材，因随加工道次的增加、硬度不断升高，塑性不断下降，必须在两次加工中间安排一次再结晶退火、使其软化，以便钢材能进一

10、步加工。这种退火又称为软化退火或中间退火。消除应力退火是为了除去由于塑性变形加工、焊接等原因造成以及铸件内存在的残余应力而进行的热处理工艺，消除应力退火的加热温度低于钢的再结晶温度。正火是将钢加热到Ac3（或ACm）以上30C50C,保温后在空气中冷却，得到珠光体型组织的热处理工艺。正火主要用于细化钢材晶粒，改善组织，提高其机械性能。正火与退火的区别是正火的冷却速度稍快，所获得的组织比退火细，综合机械性能也有所提IJo2）淬火和回淬火是将钢加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上30C50,保温后以大于临界冷却速度的快速冷却的热处理工艺。淬火一般是为了得到马氏体组织，使钢材得到强化；淬

11、火马氏体是碳在Q-Fe中的过饱和固溶体。回火是将钢加热到AC1以下某一温度，保温后在空气中冷却的工艺。回火常作为钢淬火后的第二道热处理，以改善钢的淬火组织和性能。回火也常用于消除钢材的变形加工或焊接残余应力。根据钢的使用目的不同，回火时加热的温度也不同。回火可分为低温、中温和高温回火三种。3)调质通常将淬火加高温回火的热处理工艺叫调质。调质后获得回火索氏体组织，可使钢材得到强度与韧性相配合良好的综合机械性能。4)固溶处理固溶处理是将合金加热至高温单相区，并经过充分的保温，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却，以得到过饱和固溶体的热处理工艺。其目的是为了改善金属的塑性和韧性，并为进一步进行沉淀硬

12、化热处理准备条件。对于非超低碳型的奥氏体不锈钢，通过固溶处理可使过剩的碳被固溶在奥氏体中，从而可消除其晶间腐蚀的敏感性。一般情况下，对不锈钢通常加热到IOO(TC1120C,并按每毫米12分钟进行保温，然后进行急冷，使得过剩的碳来不及向晶界迁移，从而达到消除晶界贫格的目的。经固溶处理后的钢仍要防止在敏化温度加热，否则碳化格会重新沿晶界析出。2、常用金属管道材料使用热处理状态常用金属管道材料使用热处理状态见表4所示。表4常用金属管道材料使用热处理状态材料牌号热处理状态材料牌号热处理状态Q-2352016Mn12CrMo正火正火正火正火+回火或调质15CrMo1Cr5Mo35CrMoA0Cr18N

13、i9正火+回火或调质正火+回火或调质调质固溶2 .5.石油化工生产过程中常见的腐蚀环境1、可产生应力腐蚀破裂的金属材料和环境组合(1)对碳钢和低合金钢，介质为碱液、硝酸盐溶液、无水液氨、湿硫化氢、醋酸等；(2)对奥氏体不锈钢，介质为氯离子、氯化物+蒸汽、硫化氢、碱液等；(3)对含铝奥氏体不锈钢，介质为碱液、氯化物水溶液、硫酸+硫酸铜的水溶液等；(4)对黄铜，介质为氨气及溶液、氯化铁、湿二氧化硫等；(5)对钛，介质有含盐酸的甲醇或乙醇、熔融氯化钠等；(6)对铝，介质有湿硫化氢、含氢硫化氢、海水等；工程上防止材料应力腐蚀开裂的措施有以下几个方面：其一是降低应力水平，避免或减少局部应力集中，消除加工

14、残余应力和焊接残余应力；其二是控制敏感环境，例如：加入缓蚀挤、提高介质的PH值、采用电化学保护等措施；其三是正确选用材质，避免易产生应力腐蚀开裂材料的环境组合出现。2、奥氏体不锈钢的晶间腐蚀奥氏体不锈钢在焊接时，焊缝两侧23mm处可被加热到400910C,这就是所谓的晶间腐蚀敏化区。该区域晶界的铭和碳化合为Cr23C6从固溶体中沉降下来，倍的流动性很慢，不容易从晶内扩散到晶界，因此晶界形成贫铭区。钢中含铝量须在11%以上才有良好耐腐蚀性，贫格区的铭量可降到11%的水平，在一定的腐蚀溶液中就形成“碳化铭(阴极)贫格区(阴极)电池，使晶界贫格区产生腐蚀。3、工程上防止奥氏体不锈钢晶间腐蚀发生的措施主要有：(1)进行固溶化热处理；(2)降低不锈钢中的含碳量，将碳含量降低到0.03%以下；(3)采用含稳定化元素(主要是钛和铜)的奥氏体不锈钢。4、构成湿硫化氢应力