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(jì)及工程實(shí)例(二版) 第4章》

　　鋼管的選擇

　　在我國(guó)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(qiáng)度與剛度，而對(duì)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(qiáng)度與剛度外，還要求保證密閉性，即在出廠前要求逐根進(jìn)行水壓試驗(yàn)。對(duì)壓力管道來(lái)說(shuō)，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(shí)際的工程設(shè)計(jì)、采購(gòu)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(duì)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(shí)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(duì)鋼帶進(jìn)行加熱，然后對(duì)已成型的邊緣采用機(jī)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(diǎn)：生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低；但焊縫質(zhì)量差，綜合機(jī)械性能差。

　　材料牌號(hào)：Q195A、Q215A、Q235A三種

　　用    途：適于設(shè)計(jì)溫度為0～100℃、設(shè)計(jì)壓力不超過(guò)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(guò)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(diǎn)：生產(chǎn)效率高，自動(dòng)化程度高，焊后的變形和殘余應(yīng)力較小。設(shè)備投資高，對(duì)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(hào)：Q195A、Q215A、Q235A三種

　　用    途：適用于設(shè)計(jì)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(hào)：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(guò)電弧焊焊接方法生產(chǎn)的鋼管。

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

　　螺旋縫鋼管材料牌號(hào)： Q195、Q215、Q235三種

　　用    途：適用于設(shè)計(jì)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(hào)： 1Cr18Ni9、0Cr19Ni9、00Cr19Ni11、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni12Mo2、00Cr17Ni14Mo2共12種

　　用    途：設(shè)計(jì)壓力小于5.0MPa，焊縫系數(shù)小于1.0時(shí)，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(wú)縫鋼管（Stainless Steel Pipe）

　　無(wú)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(shí)，熱加工后的管子還可以進(jìn)一步冷加工至所要求的形狀、尺寸和性能。目前，無(wú)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(wú)縫鋼管

　　材料牌號(hào)： 10、20、09MnV、16Mn共4種

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

　　GB9948《石油裂化用無(wú)縫鋼管》

　　GB3087《低中壓鍋爐用無(wú)縫鋼管》

　　GB5310《高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管》

　　GB/T8163：

　　材料牌號(hào)：10、20、09MnV、16Mn

　　適用范圍：設(shè)計(jì)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(hào)：10、20G、16Mn共3種

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

　　GB9948：

　　材料牌號(hào)：10、20共2種

　　適用范圍：不宜采用GB/T8163鋼管的場(chǎng)合。

　　GB3087：

　　材料牌號(hào)：10、20共2種

　　適用范圍：低中壓鍋爐的過(guò)熱蒸汽、沸水等

　　GB5310：

　　材料牌號(hào)：20G   1種

　　適用范圍：高壓鍋爐的過(guò)熱蒸汽介質(zhì)

　　檢驗(yàn)：

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

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

　　GB6479標(biāo)準(zhǔn)還對(duì)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(yàn)要求外，還要求進(jìn)行冷彎試驗(yàn)。

　　GB/T8163標(biāo)準(zhǔn)的鋼管，除了流體輸送用鋼管的一般試驗(yàn)要求外，據(jù)協(xié)議要求進(jìn)行擴(kuò)口試驗(yàn)和冷彎試驗(yàn)。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(duì)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(duì)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(gè)鋼管標(biāo)準(zhǔn)的制造質(zhì)量等級(jí)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(jì)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(duì)于油品、油氣介質(zhì)，當(dāng)其設(shè)計(jì)溫度超過(guò)350℃或壓力大于10.0MPa時(shí)，宜選用GB9948或GB6479標(biāo)準(zhǔn)的鋼管；

　　對(duì)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(duì)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)。《鍋爐安全監(jiān)察規(guī)程》強(qiáng)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(jià)格也比較高，如GB9948比GB/T8163材料的價(jià)格高近1/5，因此，在選用鋼管材料標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)依據(jù)使用條件綜合考慮，既要可靠又要經(jīng)濟(jì)。

　　2）      鉻鉬鋼和鉻鉬釩鋼無(wú)縫鋼管

　　常用的鉻鉬鋼和鉻鉬釩鋼無(wú)縫鋼管標(biāo)準(zhǔn)有：

　　GB9948《石油裂化用無(wú)縫鋼管》

　　GB6479《化肥設(shè)備用高壓無(wú)縫鋼管》

　　GB5310《高壓鍋爐用無(wú)縫鋼管》

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

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

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

　　3）      不銹鋼無(wú)縫鋼管

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

　　材料牌號(hào)：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(wú)縫鋼管》：

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

　　※ “304”代號(hào)為ASTM標(biāo)準(zhǔn)中的對(duì)應(yīng)牌號(hào)

　　※ 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(jī)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(jī)械性能，但0Cr18Ni10Ti中的Ti在焊接過(guò)程中易被氧化而失掉，從而降低了其抗腐蝕性能，其價(jià)格較高，這類材料一般用在較重要的場(chǎng)合。         

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

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