工艺管道知识

工艺管道知识石油化工装置中使用的管道器材，一般包括管子、管件、阀门、法兰、垫片和紧固件以及其他管道组成件，例如过滤器、分离器、阻火器、补偿器等。以下分别介绍各种常用材料。一、管子管子分类方法很多，按材质分类可分为金属管、非金属管和钢衬非金属复合管。非金属管主要有橡胶管、塑料管、石棉水泥管、石墨管、玻璃钢管等，非金属管的使用同金属管相比所占比例较小，而金属管在大多数石油化工装置中要占到全部工艺管道安装工程的百分之八十五以上，本节重点介绍金属管材。有关金属管材分类，见下表(一)焊接钢管焊接钢管，也称有缝钢管，一般由钢板或钢带卷焊而成。按管材的表面处理形式分为镀锌和不镀锌两种。表面镀锌的发白色，又称为白铁管或镀锌钢管；表面不镀锌的即普通焊接钢管，也称为黑铁管。镀锌焊接钢管，常用于输送介质要求比较洁净的管道，如生活用水、净化空气、仪表空气等；不镀锌的焊接钢管，可用于输送蒸汽、煤气、压缩空气和冷凝水等。根据用户要求，焊接钢管在出厂时可分两种，一种是管端带螺纹的，另一种是管端不带螺纹的。管端带螺纹的焊接钢管，每根管材长度为4～9m，不带螺纹的焊接钢管，每根管材长度为4～12m。焊接钢管按管壁厚度不同，分为薄壁钢管、加厚钢管和普通钢管。工艺管道上用量最多的是普通钢管，其试验压力为2.0MPa。加厚钢管的试验压力为3.0MPa。焊接钢管的联接方法较多，有螺纹联接、法兰联接和焊接。法兰联接中又分螺纹法兰联接和焊接法兰联接，焊接方法中又分为气焊和电弧焊。常用焊接钢管的规格范围为公称直径6～150mm。(二)无缝钢管无缝钢管，是工业管道中用量最大，品种规格最多的管材，基本上分为流体输送用无缝钢管和带有专用性的无缝钢管两大类，前者是工艺管道常用的钢管，后者如锅炉专用钢管、裂化炉管和热交换器用钢管等。按材质可分为碳素无缝钢管、铬钼无缝钢管和不锈、耐酸无缝钢管。按公称压力可分为低压(0≤1.0MPa)、中压(1.0＜10MPa＝、高压(≥10MPa)三类。工艺管道常用的是流体输送用无缝钢管。1．碳素无缝钢管，常用的制造材质为10号、20号、16Mn钢，其规格范围为：热轧外径φ32～630mm，冷拔外径φ6～200mm，单根管长度4～12m，容许操作温度为-40～450℃，广泛用于输送各种对钢无腐蚀性的介质，如输送蒸汽、氧气、压缩空气、油品和油气等。2．低合金钢无缝钢管，系指含一定比例合金元素的合金钢管。通常分为两种，一种是含有锰元素的低合金钢管，称为普通低合金钢管，如16Mn、15MnV等；另一种是含有铬、钼等元素的低合金钢管，称铬钼钢管。常用的有12CrMo、15CrMo、12Cr2Mo、1Cr5Mo等，其规格范围为外径φ10～φ273mm，单根管长度4～12m，铬钼钢管适用温度范围为-40～550℃。低合金无缝钢管，多用于输送各种温度较高的油品、油气和腐蚀性不强的盐水、低浓度有机酸等。3．不锈耐酸无缝钢管，根据铬、镍、钛各种金属的不同含量，品种很多，有Cr13、00Cr17Ni14Mo2、1Cr18Ni12Mo2Ti、1Cr18Ni9Ti等。这些钢号中用量最多的是1Cr18Ni9Ti，在施工图上常用简化材质代号18-8来表示，适用温度范围为-～700℃，在化工生产中用来输送各种腐蚀性较强的介质，如硝酸、醋酸和尿素等。4．高压无缝钢管，其制造材质与上述无缝钢管基本相同，只是管壁比中低压无缝钢管厚，最厚的管壁达40mm。如化肥设备用高压无缝钢管规格为φ14×4(mm)～273×40(mm)，单根管长度4～12m，适用压力范围10～32MPa，工作温度-40～400℃。在石油化工装置中用以上高压无缝钢管输送原料气、氢氮气、合成气、水蒸气、高压冷凝水等介质。除上述外，还有低温钢管，在引进工程项目的冷区用量较多，其材料牌号为STPL-39、STPL-46，工作温度可达-105℃，适用于输送各种无腐蚀性低温介质管道，目前国内还没有批量生产与这种标准相应的钢管。低温钢管分为无缝钢管和有缝钢管两种，无缝低温钢管公称直径为15～400mm，壁厚同碳钢管；有缝低温钢管公称直径为400～1100mm，壁厚为6～10mm，单根管标准长度6m。(三)钢板卷板管钢板卷板管，是由钢板卷制焊接而成，分为直缝卷焊钢管和螺旋缝卷焊钢管两种。直缝卷焊钢管多数在施工现场制造或委托加工厂制造，专业钢管厂不生产。钢板材料有Q235A、10号、20号、16Mn、20g等，其规格范围为公称直径200～3000mm，最大的有4000mm，壁厚一般为4～16mm。公称直径200～900mm的单根管长度为6.4m；公称直径1000～3000mm的为4.8m。适用工作温度：Q235A为-15～300℃，10号、20号、16Mn、20g为-40～450℃，均适用于低压范围。螺旋缝卷焊钢管，由钢管制造厂生产，材质有Q235A，16Mn。其规格范围为公称直径200～700mm，壁厚7～10mm，单根管长度8～18m。适用工作温度：Q235A为-15～300℃，16Mn为-40～450℃，操作压力：Q235A为2.5MPa，16Mn为4MPa。直缝卷焊钢管和螺旋缝卷焊钢管，多用于输送常温低压腐蚀性不强的介质，如低压蒸汽、地下循环水、煤气和油气等。螺旋缝卷焊钢管单根管较长，特别适用于长距离输送管道。根据工程所需，还有直缝不锈钢板卷焊管，都是在施工现场卷制，制造厂不生产。所用材质多为1Cr18Ni9Ti钢板。其规格范围公称直径为200～1000mm，公称直径200～400mm的壁厚为4mm，公称直径700～1000mm的壁厚为6～8mm，单根管长度为4.5m。适用温度和输送的介质范围同低压不锈钢管。(四)铜管铜管分紫铜管和黄铜管两种。制造紫铜管所用的材料牌号有T2、T3、T4和TUP等，含铜量较高，占99.7%以上；黄铜管的制造材料牌号有H62，H68等，都是锌和铜的合金，如H62黄铜管，其材料成份铜为60.5%～63.5%，锌为39.6%，其他杂质小于0.5%。铜管的制造方法分为拉制和挤制两种。拉制铜管外径为φ3～φ200mm，挤制铜管外径为φ32～φ280mm，壁厚1.5～5mm；铜板卷焊铜管的规格范围为外径φ155～φ505mm，供货方式有单根的和成盘的两种。铜管的适用工作温度在250℃以下，多用于油管道、保温伴管和空分氧气管道。(五)钛管钛管是近年来新出现的一种管材，由于它具有重量轻、强度高、耐腐蚀性强和耐低温等特点，常被用于其他管材无法胜任的工艺部位。钛管是用TA1、TA2工业纯钛制造，适用温度范围为-140～250℃，当温度超过250℃时，其机械性能下降。常用钛管的规格范围为公称直径20～400mm。适用于低中压，低压管壁厚2.8～12.7mm，中压管壁厚3.7～21.4mm。钛管虽然具有很多优点，但因价格昂贵，焊接难度较大，尚未被广泛采用。二、管件在管系中改变走向、标高或改变管径以及由主管上引出支管等均需用管件。由于管系形状各异、简繁不等，因此，管件的种类较多。常用的管件有弯头、三通、异径管、管接头、管帽等。管件按用途分类(一)弯头弯头是用来改变管道的走向。常用弯头的弯曲角度为90°、45°和180°，180°弯头也称为U型弯管，也有特殊角度的弯头，但为数极少。1．玛钢弯头玛钢弯头，也称可锻铸铁弯头，是最常见的螺纹弯头。这种玛钢管件，主要用于采暖，上下水管道和煤气管道上。在工艺过程中，除需要经常拆卸的低压管道外，其他物料管道上很少使用。玛钢弯头的规格比较小，常用的规格范围为1/2～4英寸，按其不同的表面处理分镀锌和不镀锌两种。2．压制弯头压制弯头，也称冲压弯头或无缝弯头，是用优质碳素钢、不锈耐酸钢和低合金钢无缝管等，在特制的模具内压制成型的。其弯曲半径为公称直径的一倍半（R=1.5DN），在特殊场合下也可采用弯曲半径等于公称直径的弯头（R=1DN）。其规格范围在DN20～600mm以内。其壁厚范围与无缝钢管的表号一致。压制弯头一般由专业制造厂或加工厂用标准无缝钢管冲压加工而成，出厂时弯头两端应加工好坡口。3．冲压焊接弯头冲压焊接弯头，是采用板材经模具冲压成半块环形弯头，然后将两块半环弯头进行组对焊接成型。其弯曲半径同无缝管弯头，规格范围为公称直径200mm以上。4．焊接弯头焊接弯头，也称虾米腰或虾体弯头。制作方法有两种，一种是在加工厂用钢板下料，切割后卷制焊接成型，多数用于钢板卷管的配套。另一种是用管材下料，经组对焊接成型，其规格一般在200mm以上。使用温度不能大于200℃，一般可在施工现场制作。5．高压弯头高压弯头，是采用优质碳素钢或低合金钢锻造而成。根据管道连接形式，弯头两端加工成螺纹或坡口，加工的精密度很高，要求管口螺纹与法兰口螺纹能紧密配套自由拧入并不得松动，适用于压力22.0、32.0MPa的石油化工管道，常用规格范围为DN6～200mm。(二)三通三通是主管道与分支管道相连接的管件，根据制造材质和用途的不同，划分为很多种。从规格上划分，可分为同径三通和异径三通，同径三通也称为等径三通；同径三通是指分支接管的管径与主管的管径相同；异径三通是指分支接管的管径小于主管的管径，所以也称为不等径三通，异径三通用量要多一些。1．玛钢三通玛钢三通的制造材质和规格范围，与玛钢弯头相同，在石油化工工艺管道中用量不多，主要用于室内采暖、上下水和煤气管道。2．钢制三通20世纪七十年代以前，我国工业生产技术发展的速度比较缓慢，工艺管道方面的工程技术也比较落后。在各种中低压钢管的设计中，管道需要使用三通管件时，一般都是采用挖眼接管的办法来解决，即在需要接支管的主管上，按支管的直径先挖出一个孔，再将支管焊上。这种办法有很多缺点，焊接质量不易保证，焊接后管道容易变形，主管内容易进入杂质。七十年代后期，随着冶金、石油化工等大型现代化生产装置的引进，促进了工艺管道工程技术的发展，目前，我国已能生产中低压管道钢制定型三通，已形成系列产品，无缝三通规格为DN20～600mm，钢板焊制三通规格为DN150～1500mm。定型三通的制作，是以优质管材为原料，经过下料、挖眼，加热后用模具拔制而成，再经机加工，成为定型成品三通。中低压钢制成品三通，在现场安装时都是采用焊接。钢板卷管所用的三通，有两种情况，一种是在加工厂用钢板下料，经过卷制焊接而成；另一种是在安装现场挖眼接管。3．高压三通高压三通，常用的有两种，一种是焊制高压三通，一种是整体锻造高压三通。焊制高压三通，选用优质高压钢管为材料，制造方法类似挖眼接管，主管上所开的孔，要与相接的支管管径相一致。焊接质量要求严格，通常要求焊前进行预热，焊后进行热处理。其规格范围为DN16～200mm，压力22MPa、32MPa。整体锻造高压三通，一般是采用螺纹法兰连接。其规格范围为表号SCH160、DN15～600mm，表号外加有“XXS”，其管径范围DN15～300mm。(三)异径管异径管的作用是使管道变径，从流体运动方向来看，多数是由大变小，也有的由小变大，如蒸汽回水管道和下水管道的异径管就是由小变大。异径管俗称大小头。1．玛钢异径管玛钢异径管，大体上分两种，一种是内螺纹异径管也称外接头；另一种是内螺纹和外螺纹结合的管件，称作补芯，它虽然不叫做异径管，但起到异径管的作用。2．钢制异径管钢制异径管，分为无缝和有缝两种，无缝异径管用无缝钢管压制，有缝异径管用钢板下料，经卷制焊接而成，也称为焊制异径管。这两种异径管都有同心和偏心两种规格。偏心异径管的底部有一个直边，使用时能使管底成一个水平面，便于停产检修时排放管中物料。无缝异径管的规格范围为DN25～600mm，有缝焊接异径管的规格范围为DN200～1500mm。钢制异径管，作为管道上的成品管件，是七十年代以后才开始有的，早期工艺管道上的变径，大部分是在现场制作。管径变化很大的是在管端抽条焊接，直接加工成异径管；管径变化不大的在管端加热直接摔制而成。抽条焊接制作异径管，花费人工多，焊缝多，焊接质量不易保证，目前，焊接质量要求很高的工艺管道已禁止采用此种办法。(四)其他管件1．封头封头，是用于管端起封闭作用的堵头。常用的封头有椭