壓力容器鋼管應(yīng)如何選型

本文節(jié)選自 《壓力管道設(shè)計及工程實例(二版) 第4章》

　　鋼管的選擇

　　在我國的鋼管制造標(biāo)準(zhǔn)中，有結(jié)構(gòu)用鋼管和流體輸送用鋼管之分。

　　結(jié)構(gòu)用鋼管：主要用于一般金屬結(jié)構(gòu)如橋、梁、鋼構(gòu)架等，它只要求保證強度與剛度，而對鋼管的嚴(yán)密性不作要求。

　　流體輸送用鋼管：主要用于帶有壓力的流體輸送，它除了要保證有符合相應(yīng)要求的強度與剛度外，還要求保證密閉性，即在出廠前要求逐根進行水壓試驗。對壓力管道來說，它輸送的介質(zhì)常常是易燃、易爆、有毒、有溫度、有壓力的介質(zhì)，故應(yīng)選用流體輸送用鋼管。

　　在實際的工程設(shè)計、采購和施工中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)有用結(jié)構(gòu)用鋼管代替流體輸送用鋼管的現(xiàn)象，這是絕對不可以的。

　　1.   焊接鋼管（Welded Steel Pipe）

　　常用的焊接鋼管標(biāo)準(zhǔn)有：

　　GB/T3091《流體輸送用焊接鋼管》

　　GB/T9711.1《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件》

　　SY/T5038《普通流體輸送用螺旋縫高頻焊鋼管》

　　SY/T5037《普通流體輸送用螺旋縫埋弧焊鋼管》

　　GB12771《流體輸送用不銹鋼焊接鋼管》

　　HG50237.1～4《奧氏體不銹鋼焊接鋼管》

　　目前，常用的焊接鋼管根據(jù)其生產(chǎn)時采用的焊接工藝不同可以分為：連續(xù)爐焊(鍛焊)鋼管、電阻焊鋼管和電弧焊鋼管三種。

　　1）      連續(xù)爐焊(鍛焊)鋼管

　　連續(xù)爐焊(鍛焊)鋼管 是在加熱爐內(nèi)對鋼帶進行加熱，然后對已成型的邊緣采用機械加壓方法使其焊接在一起而形成的具有一條直縫的鋼管。

　　特    點：生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低；但焊縫質(zhì)量差，綜合機械性能差。

　　材料牌號：Q195A、Q215A、Q235A三種

　　用    途：適于設(shè)計溫度為0～100℃、設(shè)計壓力不超過0.6MPa的水和壓縮空氣系統(tǒng)。

　　標(biāo)    準(zhǔn)：GB/T3091《流體輸送用焊接鋼管》

　　2）      電阻焊鋼管（Electric-resistance Welded Steel Pipe）

　　電阻焊鋼管 是通過電阻焊或電感應(yīng)焊焊接方法生產(chǎn)的，帶有一條直焊縫的鋼管。

　　特    點：生產(chǎn)效率高，自動化程度高，焊后的變形和殘余應(yīng)力較小。設(shè)備投資高，對焊接接頭的質(zhì)量要求也比較高。由于接頭處難免有雜質(zhì)存在，所以接頭塑性和沖擊韌性較低。

　　標(biāo)    準(zhǔn)：SY/T5038《普通流體輸送用螺旋縫高頻焊鋼管》

　　材料牌號：Q195A、Q215A、Q235A三種

　　用    途：適用于設(shè)計溫度≤200℃的水、煤氣、空氣、采暖蒸汽等

　　標(biāo)    準(zhǔn)：GB/T9711.1－1997《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件》

　　材料牌號：L 175、L210，L245，L290，L320，L360，L450等15種

　　用    途：石油天然氣工業(yè)中可燃流體和非可燃流體（中、低壓）

　　3）      電孤焊鋼管（Electric-arc-welded Steel Pipe）

　　電孤焊鋼管 是通過電弧焊焊接方法生產(chǎn)的鋼管。

　　特    點：接頭達到完全的冶金結(jié)合，接頭的機械性能能夠完全達到或達到母材的機械性能。在經(jīng)過適當(dāng)?shù)臒崽幚砗蜔o損檢查之后，電弧焊直縫鋼管的使用條件可達到無縫鋼管的使用條件而取代之。

　　螺旋縫鋼管材料牌號： Q195、Q215、Q235三種

　　用    途：適用于設(shè)計溫度≤200℃的水、煤氣、空氣、采暖蒸汽等

　　標(biāo)    準(zhǔn)：SY/T5037《普通流體輸送用螺旋縫埋弧焊鋼管》

　　直縫鋼管材料牌號： 1Cr18Ni9、0Cr19Ni9、00Cr19Ni11、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni12Mo2、00Cr17Ni14Mo2共12種

　　用    途：設(shè)計壓力小于5.0MPa，焊縫系數(shù)小于1.0時，不宜用于極度或高度危害介質(zhì)

　　標(biāo)    準(zhǔn)：GB12771《流體輸送用不銹鋼焊接鋼管》

            HG50237.1～4《奧氏體不銹鋼焊接鋼管》

　　2.     無縫鋼管（Stainless Steel Pipe）

　　無縫鋼管 是采用穿孔熱軋等熱加工方法制造的不帶焊縫的鋼管。必要時，熱加工后的管子還可以進一步冷加工至所要求的形狀、尺寸和性能。目前，無縫鋼管（DN15～600）是石油化工生產(chǎn)裝置中應(yīng)用最多的管子。

　　1）      碳素鋼無縫鋼管

　　材料牌號： 10、20、09MnV、16Mn共4種

　　標(biāo)    準(zhǔn)：GB/T8163《流體輸送用無縫鋼管》

　　GB/T9711.1《石油天然氣工業(yè)輸送鋼管交貨技術(shù)條件》

　　GB6479《化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管》

　　GB9948《石油裂化用無縫鋼管》

　　GB3087《低中壓鍋爐用無縫鋼管》

　　GB5310《高壓鍋爐用無縫鋼管》

　　GB/T8163：

　　材料牌號：10、20、09MnV、16Mn

　　適用范圍：設(shè)計溫度小于350℃、壓力低于10MPa的油品、油氣和公用介質(zhì)

　　GB6479：

　　材料牌號：10、20G、16Mn共3種

　　適用范圍：設(shè)計溫度－40～400℃、設(shè)計壓力10.0～32.0MPa的油品、油氣

　　GB9948：

　　材料牌號：10、20共2種

　　適用范圍：不宜采用GB/T8163鋼管的場合。

　　GB3087：

　　材料牌號：10、20共2種

　　適用范圍：低中壓鍋爐的過熱蒸汽、沸水等

　　GB5310：

　　材料牌號：20G   1種

　　適用范圍：高壓鍋爐的過熱蒸汽介質(zhì)

　　檢驗：

　　一般流體輸送用鋼管必須進行化學(xué)成分分析、拉力試驗、壓扁試驗和水壓試驗。

　　GB5310、GB6479、GB9948三種標(biāo)準(zhǔn)的鋼管，除了流體輸送用鋼管必須進行的試驗外，還要求進行擴口試驗和沖擊試驗；這三種鋼管的制造檢驗要求是比較嚴(yán)格的。

　　GB6479標(biāo)準(zhǔn)還對材料的低溫沖擊韌性做出了特殊要求。

　　GB3087標(biāo)準(zhǔn)的鋼管，除了流體輸送用鋼管的一般試驗要求外，還要求進行冷彎試驗。

　　GB/T8163標(biāo)準(zhǔn)的鋼管，除了流體輸送用鋼管的一般試驗要求外，據(jù)協(xié)議要求進行擴口試驗和冷彎試驗。這兩種管子的制造要求不如前三種嚴(yán)格。

　　制造：

　　GB/T/8163和GB3087標(biāo)準(zhǔn)的鋼管多采采用平爐或轉(zhuǎn)爐冶煉，其雜質(zhì)成分和內(nèi)部缺陷相對較多。

　　GB9948多采用電爐冶煉。大多加入了爐外精煉工藝，成分和內(nèi)部缺陷相對較少。

　　GB6479和GB5310標(biāo)準(zhǔn)本身規(guī)定了爐外精煉的要求，其雜質(zhì)成分和內(nèi)部缺陷最少，材料質(zhì)量最高。

　　上述幾個鋼管標(biāo)準(zhǔn)的制造質(zhì)量等級從低到高的順序：

　　GB/T8163

　　選用：

　　一般情況下，GB/T8163標(biāo)準(zhǔn)的鋼管適用于設(shè)計溫度小于350℃、壓力低于10.0MPa的油品、油氣和公用介質(zhì)條件下；

　　對于油品、油氣介質(zhì)，當(dāng)其設(shè)計溫度超過350℃或壓力大于10.0MPa時，宜選用GB9948或GB6479標(biāo)準(zhǔn)的鋼管；

　　對于臨氫操作的管道，或者在有應(yīng)力腐蝕傾向環(huán)境中工作的管道，也宜使用GB9948或GB6479標(biāo)準(zhǔn)。

　　凡是低溫下(小于－20℃)使用碳素鋼鋼管應(yīng)采用GB6479標(biāo)準(zhǔn)，只有它規(guī)定了對材料低溫沖擊韌性的要求。

　　GB3087和GB5310標(biāo)準(zhǔn)是專門為鍋爐用鋼管而設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)?！跺仩t安全監(jiān)察規(guī)程》強調(diào)指出，凡與鍋爐相連的管子都屬監(jiān)察范圍，其材料與標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用都應(yīng)符合《鍋爐安全監(jiān)察規(guī)程》的規(guī)定，故鍋爐、電站、供暖以及石化生產(chǎn)裝置中用到的公用蒸汽管道(由系統(tǒng)供給)等都應(yīng)采用GB3087或GB5310標(biāo)準(zhǔn)。

　　值得注意的是，質(zhì)量好的鋼管標(biāo)準(zhǔn)，鋼管的價格也比較高，如GB9948比GB/T8163材料的價格高近1/5，因此，在選用鋼管材料標(biāo)準(zhǔn)時，應(yīng)依據(jù)使用條件綜合考慮，既要可靠又要經(jīng)濟。

　　2）      鉻鉬鋼和鉻鉬釩鋼無縫鋼管

　　常用的鉻鉬鋼和鉻鉬釩鋼無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)有：

　　GB9948《石油裂化用無縫鋼管》

　　GB6479《化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管》

　　GB5310《高壓鍋爐用無縫鋼管》

　　GB9948包含的鉻鉬鋼材料牌號：12CrMo、15CrMo、1Cr2Mo、1Cr5Mo共4種

　　GB6479包含的鉻鉬鋼材料牌號：12CrMo、15CrMo、1Cr5Mo共3種

　　GB5310包含的鉻鉬鋼和鉻鉬釩鋼材料牌號：15MoG、20MoG、12CrMoG 、15CrMoG、12Cr2MoG、12Cr1MoVG共6種

　　3）      不銹鋼無縫鋼管

　　常用的不銹鋼無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)有：GB/T14976、GB13296、GB9948、GB6479、GB5310共五個標(biāo)準(zhǔn)。其中，后三個標(biāo)準(zhǔn)中僅列出了兩三個不銹鋼材料牌號，而且是不常用的材料牌號。因此，當(dāng)工程上選用不銹鋼無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)時，基本上都選用GB/T14976和GB13296標(biāo)準(zhǔn)。

 　　GB/T14976《流體輸送用不銹鋼無縫鋼管》：

　　材料牌號：0Cr18Ni9(304)、00Cr19Ni10(304L)、0Cr17Ni12Mo2 (316)、00Cr17Ni14Mo2(316L)、0Cr18Nil0Ti(321)、0Cr18Ni11Nb(347)、0Cr25Ni20(310)等  共19種適用于一般流體的輸送。

　　GB13296《鍋爐、熱交換器用不銹鋼無縫鋼管》：

　　材料牌號：0Cr18Ni9(304)、00Cr19Ni10(304L)、0Cr17Ni12Mo2 (316)、00Cr17Ni14Mo2(316L)、0Cr18Nil0Ti(321)、0Cr18Ni11Nb(347)、0Cr25Ni20(310)等共25種

　　※ “304”代號為ASTM標(biāo)準(zhǔn)中的對應(yīng)牌號

　　※ 其中超低碳不銹鋼(00Cr17Ni14Mo2、00Cr19Ni10)具有優(yōu)良的抗腐蝕性能，在一定條件下，可代替穩(wěn)定型不銹鋼(0018Ni10Ti、0Cr18Ni11Nb)用于抗介質(zhì)的腐蝕；

　　※ 超低碳不銹鋼高溫機械性能較低，一般僅用于溫度低于525℃的條件下；

　　※ 穩(wěn)定型奧氏體不銹鋼既具有較好的抗腐蝕性能，又有較高的高溫機械性能，但0Cr18Ni10Ti中的Ti在焊接過程中易被氧化而失掉，從而降低了其抗腐蝕性能，其價格較高，這類材料一般用在較重要的場合。         

　　※0Cr18Ni9、0Cr17Ni12Mo2具有一般的抗腐蝕性能，價格便宜，因此被廣泛應(yīng)用。

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