不銹鋼管道材料等級中管道的連接形式,應根據工藝物料特性和工藝要求確定。
1. 由于管法蘭處容易泄漏,對于高溫、高壓管道除必須用法蘭連接外,其他應避免用法蘭連接。焊接連接的不銹鋼管道是保證管道無滲漏的最佳、最經濟的方法。對焊連接適用于公稱直徑≥DN50的管道連接。≤DN40的管道一般用承插焊連接或管螺紋連接,但下列情況除外:
①. 壁厚大于等于Sch160的小口徑不銹鋼管道;
②. 有縫隙腐蝕敏感介質存在的小口徑不銹鋼管道;
③. 潤滑油系統的小口徑不銹鋼管道。
不銹鋼管道與設備、容器閥門等相連接或需要定期拆卸清掃、檢修時,才用法蘭連接。法蘭連接不僅易泄漏且價格較高。對焊連接、承插焊接、管螺紋連接三者的比較,見表4.6.2。
表4.6.2 對焊連接、承插焊接、管螺紋連接三者的比較
注:①. 裝置內除輸送空氣、惰性氣和小口徑管道外,所有的螺紋連接管道均需密封焊。
②. 裝置外所有輸送烴類、危險、有毒、腐蝕性介質及價格昂貴的介質管道螺紋連接要施密封焊。SH/T 3012對此類密封焊也有規定。ASME B31.3規定,考慮管道連接處強度時,不應計入密封焊。
2. 除安裝、維護、檢修必須拆卸處外(如與閥門、儀表、設備等需要用法蘭或螺紋連接者外),不銹鋼管道應采用焊接連接,并應符合下列規定:
①. 公稱直徑小于或等于40mm的不銹鋼管道,宜采用承插焊連接,承插焊連接不應用于可能發生縫隙腐蝕介質的管道;產生縫隙的腐蝕性介質有HF、HCl等介質。公稱直徑等于或大于50mm的不銹鋼管道宜采用對焊連接。
②. 除鍍鋅管道外,螺紋連接宜用于公稱直徑小于或等于40mm的管道,并應符合下列規定:
a. 管螺紋應符合現行GB/T 12716《60°密封管螺紋》或GB/T 7306.1《55°密封管螺紋 第1部分圓柱內螺紋與圓錐外螺紋》和GB/T 7306.2《55°密封管螺紋第2部分圓錐內螺紋與圓錐外螺紋》的規定。
b. 螺紋連接的內外管螺紋應采用錐管螺紋。當采用圓錐外螺紋與圓柱內螺紋配合時,其設計溫度不得超過150℃,設計壓力不得大于0.5MPa,且不得用于毒性程度為高度、極度介質及可燃性介質管道。
c. 對水、低壓蒸汽和空氣系統管道的螺紋連接,可使用密封劑或密封帶。
d. 對工藝介質及介質滲透性較強或對泄漏率控制較嚴的管道,可采用密封焊;GB50160《石油化工企業設計防火標準》規定,公稱直徑等于或小于25mm的可燃氣體、液化烴、可燃液體的金屬管道和閥門采用錐管螺紋連接時,除含氫氟酸等產生縫隙腐蝕的腐蝕性介質管道外,應在螺紋處采用密封焊。GB 50316《工業金屬管道設計規范》規定,A1類流體、A2類流體和B類流體的管道用錐管螺紋連接時,公稱直徑不應大于20mm,且應采用密封焊。密封焊時不得使用密封劑(填料),密封焊縫應覆蓋全部露出的螺紋。密封焊縫僅可以用于防止螺紋接頭的泄漏,不應要求其能承擔接頭的任何強度。
e. 可能發生應力腐蝕或由于振動、壓力脈動及溫度變化等可能產生交變荷載的部位,不宜采用螺紋連接。
f. 可能產生縫隙腐蝕、嚴重沖蝕或循環荷載的工況,應避免采用螺紋接頭。
g. 表號Sch5、10、5S、10S壁厚管子不允許加工密封管螺紋。
3. 法蘭連接形式應根據管道設計壓力、設計溫度、介質特性及泄漏率等要求選用。
4. 擴口、卡箍及其他特種管道連接,應按管接頭標準規定的壓力、溫度等使用條件及所連接管子材料、規格要求選用。但當用于極度危害介質、高度危害介質、可燃介質或承受壓力溫度條件劇烈變化的管道時,應經過類似工況條件的性能試驗或實際使用證明安全可靠方可采用。
5. 除設計另有規定外,活接頭不宜用于有毒介質管道。
6. 連接不同壓力等級不銹鋼管道的閥門、法蘭等管道組成件,應按苛刻條件選用。
①. 堵頭、放空、放凈、孔板法蘭的取壓點和熱電偶出口通常采用螺紋連接。
②. 需要在螺紋連接處采用密封焊的介質:a.氫、烴類或有毒介質;b.所有漏入大氣能自燃的介質;c.保溫管線上的水壓試驗用的堵頭(試壓后);d.所有10MPa(CL.600)和更高壓力等級的管道。
③. 需要采用密封焊的螺紋連接,不得采用密封劑或密封帶,焊前應消除油漬,并旋緊螺紋連接達到全螺紋嚙合,密封焊縫寬度為2mm,應覆蓋全部露出的螺紋。
④. 不采用密封焊的閥門和管件:鑄鐵、可鍛鑄鐵及球墨鑄鐵件;調節閥;疏水器;放空和放凈閥上的絲堵或管帽;活接頭的壓緊螺母;儀表接頭。
⑤. 不采用密封焊的螺紋連接,在安裝時要使用聚四氟乙烯密封帶。
⑥. 不應采用活接頭的工況:a..PN≥10.0MPaPa的管道;b.所有設計溫度高于200℃的物料管道;c.H2和液態烴類管道。
⑦. 支管連接,所有連接到其他管道上的管子,包括放空、放凈及儀表接口等均為支管連接。a.當主管尺寸DDN≤40(1//2")時,支管連接應采用三通管件。b.當主管尺寸DN≥50(2”)時,支管的連接形式可采用開孔焊、開孔補強焊、對焊三通等。
7. 對焊管件
①. 通常用于DN≥50mmm的管道,廣泛應用于石油化工裝置中的易燃、可燃介質,以及較高溫度-壓力參數的其他介質管道。對焊管件比其他連接形式的管件連接可靠、施工方便、價格便宜、沒有泄漏點。不銹鋼管件的壁厚等級用管子表號表示,常用的管子表號為Sch40、Sch80,選用對焊管件時,管件的管子表號應和與其連接的管子表號相同,即管件與管子等強度(而不是等壁厚),只是管件端部的壁厚與管子的壁厚相同。我國鋼制對焊管件的國家標準GB/T 12459、SH 3408 基本與ASME B16.9、ASME B16.28、JIS、JPI-7S、JPI-7S-1相同。
②. 常用的對焊管件包括彎頭、三通、異徑管(大小頭)和管帽,前三項大多采用無縫鋼管或焊接鋼管通過推制、拉拔、擠壓而成,后者多采用鋼板沖壓而成。
③. 它們通過公稱壁厚等級(管子表號或壁厚值)來實現與管子等強度,至于其局部應力集中的補強,是制造廠應解決的事情。制造廠應對焊管件的強度進行設計,并通過驗證試驗法進行驗證。
8. 承插焊管件
①. 如表4.6.3中圖所示。通常情況下,承插焊管件用于DN≤40mmm、管壁較薄的管子和管件之間的連接。包括彎頭、三通、加強管口、加強管接頭、管帽、管箍、異徑短節、活接頭、絲堵、儀表管口、軟管站快速接頭、水噴頭等。
②. 承插焊管件通常采用模壓鍛造后再機械加工成型工藝制造。安裝施工方便,不拍片,可靠性較好。
③. 注意插口與承口陰陽配合,承插焊連接必定為一個是插口,另一個則為承口管件。陽(插口):管,短管,異徑短節,螺紋短節堵頭;陰(承口):管件(彎頭、三通、管帽、加強管口、活接頭、管箍等),閥門,法蘭。
④. 在應用中應考慮這些管件之間的搭配組合以及所需的結構空間。外徑尺寸的差異帶來為承口內徑的調正;建議根據采用的外徑系列附承口內徑調正表,見表4.6.4。
⑤. 壓力等級及承壓能力。a.Class3000(3M)Psi對應壁厚 Sch80,Class6000(6M)Psi對應壁厚Sch160,Class9000(9M)Psi對應壁厚XS。b.可使用更薄或更厚管子。管子更薄者,管件承壓強度等于管子;管子更厚者,管件承壓強度等于磅級psi;高溫承壓強度隨材料許用應力,按比例降低。
9. 螺紋管件
①. 常用材料有鍛鋼、鑄鋼、鑄鐵、可鍛鑄鐵,石油化工裝置的工藝管道大多選用鍛鋼制錐管螺紋管件。常用鍛鋼制螺紋管件的標準有HG/T 21632、GB/T 14626、GB/T 19326、ASMEB16.1、GB/T 3287、MSS SP83《活接頭》、MSSSP97《支管臺》、MSS SP95《異徑短管及管堵》、GB/T 8464《水暖內螺紋》、API 602《小口徑閘閥》。螺紋連接也多用于DN≤40的管子及其元件之間的連接。常用于不宜焊接或需要可拆卸的場合。螺紋連接件有陽螺紋(male screw)和陰螺紋(femalescrew)之分。管螺紋分圓錐管螺紋和圓柱管螺紋兩種,管螺紋如圖4.6.3、圖4.6.4所示,在管連接中常被采用。如一般把管件、設備加工成圓柱形內螺紋,把管子加工成圓錐形外螺紋,除安裝方便外且密封性能好,可鍛鑄鐵管件大都采用錐形內螺紋,它與管子圓錐形外螺紋連接,效果極佳。管連接中的“錐接錐”螺紋接口和“柱接錐”螺紋接口如圖4.6.5所示。
②. 常用的錐管螺紋可分為55°管螺紋(多用于歐洲)和60°錐管螺紋(多用于美國)。
a. ISO 7/1為55°錐管螺紋,日本標準同時包含55°錐管螺紋和60°錐管螺紋兩種。
b. GB/T 7306為55°錐管螺紋等同采用ISO 7/1,螺紋錐度為1:16,牙型角55°,尺寸范圍1/16"~6”,螺紋標志代號R(圓錐外螺紋),Rc(圓錐內螺紋)。
c. GB/T 12716為60°錐管螺紋,等同采用ASME 1.20.1,螺紋錐度為1:16,牙型角60°,尺寸范圍1/16"~12”,標識NPT,兩種圓錐管螺紋不能互換。
③. 常用的不銹鋼管件中,螺紋短節為陽螺紋,而彎頭、三通、管帽、活接頭等多為陰螺紋,使用時應注意它們之間的搭配和組合。螺紋管件見表4.6.5。
④. 螺紋連接與焊接相比,其接頭強度低,密封性能差,因此其使用時,常受下列條件的限制:
a. 螺紋連接的管件應采用錐管螺紋;
b. 螺紋連接不推薦用在大于200℃及低于-45℃的溫度下;
c. 螺紋連接不得用在劇毒介質管道上;
d. 螺紋連接不推薦用在可能發生腐蝕、縫隙腐蝕或振動、壓力脈動及溫度變化可能產生交變載荷的管道上;
e. 用于可燃氣體管道上時,宜采用密封焊進行密封;
f. 管道螺紋連接適用于低壓流體輸送用焊接鋼管,特別是低壓流體輸送用鍍鋅鋼管,N≤100mmmm,介質為了不損壞鍍鋅層,保證工藝的要求,必須采用螺紋連接。適用于管子DN≤1工作壓力在1.0MPa以下,溫度在100℃以內,且便于檢查和維修的管道。管螺紋連接對介質參數的適用范圍見表4.6.6。
g. 建筑鍍鋅鋼管給水、熱水供應,建筑衛生潔具連接的鋼管,建筑銅管給水,建筑燃氣供應的鋼管連接,建筑采暖系統中連接散熱器的立管、橫支管,需要拆卸的管等一般均采用螺紋連接。
h. 管道與帶螺紋的設備、附件的連接也必須采用螺紋連接。
⑤. 螺紋管件選用中的問題。
a. NPT用于儀表、閥門、工藝系統螺紋管件,安裝不加填充劑,防漏可采用密封焊。R-Rp用于公用工程用螺紋管件和閥門、GB 3287可鍛鑄鐵鍍鋅管件、GB/T 3091鍍鋅管,適用口徑DN10~50,DN15~150(max);公制管系統不能用。安裝可加填充劑,不采用密封焊。
b. 壓力等級及承壓能力:2000psi對應壁厚 Sch80;3000psi 對應壁厚 Sch160;6000psi對應壁厚XXS??墒褂酶』蚋窆茏樱汗茏痈≌撸芗袎簭姸鹊扔诠茏樱茏痈裾撸芗袎簭姸鹊扔诎跫塸si,高溫承壓強度隨材料許用應力,按比例降低。
c. ASME B31.3 選用NPT,GB/T 20801 規范的GC2類,碳鋼管道DN40的壁厚為Sch80,DN50~150的壁厚為Sch40;不銹鋼管道DN150以下的壁厚為Sch40;GB/T 20801規范的GC3類管道的各種材料小于DN300,為計算壁厚;當用于有毒、易燃介質時,大于DN50應加安全防護。管螺紋標準的比較見表4.6.7。
10. 不銹鋼管道連接方法還有:法蘭連接、溝槽連接、熱熔連接、卡套連接、卡箍連接、卡壓連接方法等。見圖4.6.6。