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压力管道中美标准粗析及探讨
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18?
?
管道标准规范?
化工施工技术 2000年第22卷第5期
压力管道中美标准粗析及探讨
鲁剑英
(中国华陆工程公司,西安 710054)
摘要对主要的中美压力管道规范和法兰标准进行了分析,并对我国压力管道标准的发展和修订提出了建议。
对压力管道标准有关内容的应用进行了探讨。
关键词 压力管道 标准 中国入世在即,这既面临着机遇也面对着挑战。
在国际贸易中标准化工作发挥着重要作用,标准是打开世界贸易的钥匙。
积极采用国际标准和国外先进标准是我国一项重要的技术经济政策。
抓紧对国际标准进行分析、研究和积极采用,提高我国标准水平和制定、修订速度,同国际惯例接轨,是我们迫切需要做好的一项重要工作。
本文试从压力管道设计规范和法兰标准入手进行分析,以期有所推动。
1 美国有关标准的概况1.1 美国压力管道规范ASMEB31压力管道规范由以下8部单独出版的1959炼油厂管道》《的出版。
由于1967年~1969年美国标准协会(ASA)先改名为美利坚合众国标准学会(USAS),后又改为美国国家标准学会(ANSI),故1973
年标准代号改为ANSIB31.1。
1976年因并入了化工厂管道内容而更名为《化工厂和炼油厂管道》1978年。
美国国家标准B31委员会改组为ASME压力管道规范B31委员会,自1980年后各版标准分别以ANSI/ASME
B31.3,ASME/ANSIB31.3和ASMEB31.3代号出版,1996年版更名为《工艺管道》。
ASMEB31委员会是常设机构,为及时反映材料、
建造和工业实践中的新发展,每3~5年发布新版标准;各修订版之间,基本上每年发表增补,以反映标准的最新修订动态,增补中的内容在发布6个月后生效;此外,尚提供“实例”“解释”和服务,当规范用词需要澄清、答复意见修改了规范现有的要求以及允许使用新材料或替代结构时,以“实例”形式另册发表,在限期内有效;对提出的有关问题的正式答复将直接寄给询问者,并将问题和答复以“解释”的形式单独发表,可谓服务及时、。
周到
ASMEB31.3规范自试行版问世至今已修订了15
压力管道美国国家标准所组成:
B31.1 动力管道
B31.2 燃料气管道B31.3 工艺管道B31.4 液态烃和其它液体管道输送系统B31.5 致冷管道B31.8 输气和配气管道系统B31.9 建筑管道B31.11 浆液管道输送系统
每部标准均包括设计、、材料管道组件限制、、制作装配、、、安装检查检验和试验等内容,是一部完整的综合性标准。
其中ASMEB31.3工艺管道》《内容涉及化工和石油化工等行业的管道,原标准名为《化工厂和炼油厂管道》。
该标准最初由美国标准协会(ASA)组织编制,美国机械工程师学会(ASME)主办,专业委员会成员来自约40个不同的工程学会、行业、政府管理局和各商业团体。
首版标准于1935年问世,即《美国试行标准———压力管道规范》1942年正式以标准号。
ASAB31.1出版。
1995年决定单独出版不同行业的压
版。
综上所述,ASMEB31.3压力管道规范具有以下几个特点:
(1)由标准化协会和专业协会管理,已形成完整的管理体系;
(2)按不同行业要求分别出版完整的压力管道规范;
(3)具有良好的继承性、实践性、透明性和先进性;(4)信息通道畅通;(5)周期短。
1.2 美国ASMEB16.5管法兰和法兰管件》《
力管道规范,以适应不同行业的要求,这导致了上述
B31.4,B31.5和B31.8等标准的出版和ASAB31.3-
美国ASMEB16.5管法兰和法兰管件》《是一套在
2000年第22卷第5期 鲁剑英:
压力管道中美标准粗析及探讨
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世界上通用的、系统性较强、内容涉及垫片、螺栓及管子的完整的管法兰标准。
其公称压力等级为150、、300400、、、6009001500和2500,公称直径为NPS1/2~24,其适用的钢管外径尺寸应符合ASMEB36.10M。
该标准从1927年经美国标准协会(ASA)批准为美国试行标准B16e以来已先后进行了13次修订,下一版将在2001年出版。
根据技术的发展,ANSIB16.5-1981年版增加了镍和镍合金材料共7个类别13种材料,至ASMEB16.
类别号
3.13.2
5-1996年版已发展到16个类别25种材料。
笔者查
阅了有关资料,将与此对应的有关管道材料标准及其机械性能参数列于表1,以供参考。
为在英制和公制尺寸间提供互换性,ANSIB16.5-1981年版对螺栓孔和螺栓进行了修订并增加了公制的尺寸表,但在1988年版中又决定取消了公制尺寸,改名为ASME/ANSIB16.5-1988。
最新版为ASMEB16.5-1996。
表1 镍和镍合金管道材料标准及其机械性能
公称牌号
35Ni-35Fe-20Cr-Cb99.0NiAST法兰规格MAST管子规格M
状态和尺寸
管子机械性能
抗拉强度,minMPa屈服强度(0.2%变形,minMPa
2in或50mm(或4D)的伸长率,min%
B462Gr.NO8020B729UNSNO08020B160Gr.NO2200B161UNSNO2200
551
241105802758070205195170380205170240205205170352283414276310276172241276220193241221276241170207
303540153540153535153535303530304040303040403030353535404040353030
退火,NOS≤5退火,NPS>5应力消限,所有尺寸退火,NPS≤5退火,NPS>5应力消限,所有尺寸退火,NPS≤5退火,NPS>5应力消限,所有尺寸
380380450345345415480480585550515550550520450760690827690690690517586690
3.3
99.0Ni-LowC
B160Gr.NO2201B161UNSNO2201
3.4
67Ni-30Cu67Ni-30Cu-S
B564Gr.NO4400B165UNSNO4400B164Gr.NO4405
3.5
72Ni-15Cr-8Fe(Inconel600)33Ni-42Fe-21Cr(Incoloy800)65Ni-28Mo-2Fe(HastelloyB-2)54Ni-16Mo-15Cr(HastelloyC-276)60Ni-22Cr-9Mo-3.5Cb(Inconel625)
3.63.7
热加工或热加工退火,NPS≤5NPS>5冷加工退火,NPS≤5NPS>5冷加工退火B564Gr.NO8800B407UNSNO8800热加工退火或热加工B335Gr.N10665B622UNSN10665
B564Gr.NO6600B167UNSNO6600B564Gr.N10276B622UNSN10276B564Gr.NO6625B444UNSNO6625B335Gr.N10001B622UNSN10001B573Gr.NO10003B574Gr.NO6455B622UNSNO6455B564Gr.NO8825B423UNSNO8825B572Gr.NO6002B622UNSNO6002B672Gr.NO8700B677UNSNO8904B677UNSNO8904B621Gr.NO8320B622UNSNO8320B581Gr.NO6985B622UNSNO6985B581Gr.NO6975B622UNSNO6975B564Gr.NO8031B622UNSNO8031B581Gr.NO6007B622UNSNO6007B564Gr.NO8810B407UNSNO8810B511Gr.NO8330B535UNSNO8330
退火固溶退火
3.8
62Ni-28Mo-5Fe(HastelloyB)70Ni-16Mo-7Cr-5Fe61Ni-16Mo-16Cr(HastelloyC-4)42Ni-21.5Cr-3Mo-2.3Cu47Ni-22Cr-9Mo-18Fe(HastelloyX)25Ni-46Fe-21Cr-5Mo44Fe-25Ni-21Cr-Mo26Ni-43Fe-22Cr-5Mo47Ni-22Cr-20Fe-7Mo(HastelloyG-3)49Ni-25Cr-18Fe-6MoNi-Fe-Cr-Mo-LowC47Ni-22Cr-19Fe-6Mo33Ni-42Fe-21Cr(Incoloy800H)35Ni-19Cr-11/4Si(Ra330)
热加工退火冷加工退火
3.93.103.113.123.133.143.153.16
固溶退火
490517621586650621
热加工退火或冷加工退火退火
450483
:
UNS(UnifiedNumberingSystemforMetalsandAlloys)即美国金属和合金统一数安编号系统,由一个字母打头与其后的5位数字组成。
注
2 我国有关标准概况2.1 《化工管道设计规范》HG8-87J《化工管道设计规范》改名为HG现20695-1987。
该规范是在总结建国以来化工管道的设计、、施工验收及生产运行的基础上并参考了ANSI/ASMEB31.3及国内现行标准而编制的行业标准。
该规范的章节结构与ASMEB31.3相似,不少内容也引
自上述规范。
该规范在化工及有关行业中得到广泛应用。
但是该规范的标龄已达13年,自发布后一直未进行过修订,其中不少内容已显陈旧,与其它相关标准已经脱节,某些内容因直译ANSI/ASMEB31.3的内容,
不够准确,难以正确表达规范原意,急待修订,目前正在计划之中。
2.2 《工业金属管道设计规范》国标该规范由国务院工程建设行政主管部门安排,诸多各部直属设计单位参加,1992年启动,八易其稿,经数次审查,于1997年已定稿,现正处待批阶段。
顾名思义,该规范是属于工业各行业通用的规范,虽然在总则中说明了该规范不适用于核能、城市煤气、热力、、、矿井暖风给排水等管道和长输管道,实际上仍包含很宽的行业领域,但其内容很难全部适应各行业的要求。
审查过程中,曾认为若行业间差别较大,再另编行业标准,这样,则失去了该规范通用之原意。
笔者
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化工施工技术 2000年第22卷第5期
认为,该标准适用行业不够明确,而客观上各行业间对压力管道设计的要求存在差异,因此,把该规范作为强制性标准是否妥当,值得商榷。
笔者认为,美国所走过的道路是值得借鉴的,他们原计划把各行业的内容包罗在一部规范中,但后来还是决定把存在不同要求的各行业部分各自独立发布成专用的压力管道规范,如B31.4、5、8等,实际B31.B31.上,我国某些行业已发布各种专用的管造设计规范,如SY-86J13《原油长输管道工艺及输油站设计规范》、DL/T505-96《火力发电厂汽水管设计技术规定》、CJJ34-90《城市热力网设计规范》,如能像美国那等样,建立统一的压力管道标准管理机制,对各行业的压力管道规范进行统一的编制和修订,使其成为一个既有针对性又统一的压力管道规范体系是很有意义的。
2.3 管法兰标准关于我国的管法兰标准,基本上是各行业“各行其是”各行业各自制定本行业适用的管法兰标准,如原,化工部的HG5001~5028-58管法兰(化工部暂行标《准)》原机械部的JB74~90-59管路法兰和垫片》、《、JB/ZQ4456~4466-86对焊钢法兰》原石油部法兰标《、准SY4-64、J原纺织部法兰标准FJ91-98-63等,法兰标准之多可称“世界之最”。
七十年代曾试图进行法兰标准的统一,但G1049~1093-70管道法兰及管B《道法兰用垫片》由于其互换性和继承性较差,经试行无法贯彻,1973年停止使用。
G9112~9131-88钢制B《管法兰国家标准》的发布满足了引进装置的需要,促进了英制外径系列管子的推行。
但由于该标准的公称压力等级是欧洲系列和美洲系列混合编辑在一起的体系,而两系列法兰所用管外径也采用不同的系列,即分别为ISO4200和ANSIB36.10M,这使之应用受到了限制。
此外,由于法兰、垫片、螺栓和管子组成一个密封结构,需要联系起来整体考虑,而该标准仅给出推荐使用的螺栓材料作为标准附录,而未给出配套使用的具体要求,这使之应用时很不方便,导致推广受到限制。
其后,各行业又陆续修订了本行业的法兰标准以弥补其不足,因此目前我国的法兰标准仍处在标准过多、各不统一、又差异不大的状况,表2列出当前的主要法兰标准的简况。
表2 国内主要钢管法兰标准简况
公称压力(MPa) 配管系列0.250.61.01.62.54.0ISO4200G9112~9131-88B2.05.010.015.025.04.2ANSIB36.10M0.250.61.01.62.5HG20592~20614-97IS4200(A)O4.06.310.016.025.0(欧洲体系)公制管(B)2.05.011.015.026.0HG20615~20635-97ISO420042.0(美洲体系)
JB/T74~90-94SH3406-960.250.61.01.62.5公制管4.06.310.016.020.01.02.05.06.810.0ISO靠4200圆整15.025.042.0
由于历史的原因,我国压力管道标准现在实际上是两种公称压力体系和两种外径系列管子并存的状态,然而如此多的法兰标准实在不必要,这不仅给设计、、制造管理带来诸多不便,而且很难进入国际市场,因此急需制定一部既兼各行业标准之长又能满足当前需要的统一的法兰标准。
3 有关问题的探讨3.1 ASMEB16.5法兰压力-温度等级的基准
关于ASMEB16.5法兰压力-温度等级的基准,不同资料表达有所不同,这是由于所引用的公式不同所致。
根据英制单位的公式,其不同温度下所能承受的最大无冲击压力由下式确定。
PT=PrS1/8750
(1)
式中 T——P—规定材料在温度T时额定工作压力,psi(g);
Pr———公称压力等级(以psi表示的等级,例如300等级,Pr=300psi,150等级除外);S1———规定材料在温度T时的选用应力,psi。
由式
(1)可见,对于300等级的法兰,当S1=
8750psi时,其PT=300psig。
由压力-温度等级表可)知,对于碳钢(A105),其基准温度约为840F(449℃。
一些资料引用公制单位的公式,引自ANSIB16.5
-1981版的附录G。
PT=PNS1/148
(2)
式中 T——P—规定材料在温度T时的额定工作压力,bar(g);
PN——称压力等级号(以bar表示,例如—公PN20,PN=20bar);S1———规定材料在温度T时的选用应力,MPa。
由式
(2)可见,对于与300等级相同的PN50等级,S1=148MPa时,PT=50bar时,PT=50bar(g),对于同样的A105材料,其基准温度约为50℃。
显然,这是由于公称压力的基准不同。
也有资料引用下式表示:
PT=PrS1/615.2
标准号
代替标准G2555-81BG2556-81BHG~76-91J44
HG5001~5028-58
公式中所有单位意义与前述相同,单位为kg/cm,它是由式
(1)经单位换算而得,实际上相同。
2
值得提及的是自ASMEB16.5-1988年版起,公制单位的部分已经取消。
由英制单位的压力-温度等级表可见,在很多情况下,法兰的最大允许无冲击工作压力是可以超过公称压力的,这一点应在使用中给予注意。
此外,最大允许无冲击工作压力并非设计压力或工作压力,前者意指稳定持续性压力,后者经常包含压
JB74~91-59SH3406-92
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力的波动。
根据ASMEB31.3、2.4规定对于偶然302.的变动工况,允许超过设计温度下的额定压力20%~33%,但其变化对管道系统安全的影响应由设计者确定。
3.2 ASMEB16.5法兰用螺栓根据标准不言而喻,应采用英制螺栓。
但由于推行采用国际标准影响,经常会提出采用ISO261公制螺栓与其配套。
这会存在两方面的问题,应予以考虑:
(1)按ISO261采购螺栓在某些国家可能较困难;
(2)当采用带外环的缠绕垫片,由于其外环直径尺寸较大,会稍许伸入到螺栓孔部分,而公制螺栓的直径又大于英制螺栓,因此会使之定位存在困难。
3.3 法兰的技术规格要求ASMEB16.5法兰标准对一些应根据用户具体情况而定的参数不作硬性规定,而把决定权给予用户,这种作法是很值得借鉴的。
如带颈对焊法兰和承插焊法兰的内径即如此。
在150和300等级中,对于NPS≤12,表中给出相应于接管为Sch.40的法兰内径值,但注明,用户亦可另外规定,其余各等级中均未规定尺寸,而由用户决定。
HG标准(美洲体系)规定与ASMEB16.5相同,HG标准(欧洲体系)的各等级虽给出具体数据,但对带颈对焊法兰有附加说明,其尺寸一般应由用户确定,并在订货和标注中注明;对于承插焊法兰没有明确说明。
笔者认为,采用与美洲体系相同的原则较宜。
HG20592和HG20615对法兰的标记作了明确的
和6000等级,承插焊管件设计成3000,6000和9000等级,这些数字仅为等级标号,不可简单地将其理解为额定工作压力即为3000psi,6000psi等。
每一管件的压力无缝管进行计算,各等级与管子Sch1的对应关系见表对应Sch1所列数值减去制造公差和附加余量。
GB150不一致,值得商榷。
-温度额定参数应按具有对应Sch1和相同材料的直
表3 计算额定参数用管件等级与管子Sch1或壁厚标号的对应关系管件等级代号
200030006000300060009000
3。
管件型式额定参数对应的管子Sch.No螺纹螺纹螺纹承插焊承插焊承插焊
8016080-
壁厚标号
XS-
XXSXS-
160
XXS
计算中所用壁厚应当取ANSI/ASMEB36.10M中
3.5 低温用钢管
我国标准将低温限统一定为-20℃,这虽无科学
依据,但要参照ASME标准进行修订,尚需研究。
因此,根据我国标准规定,对于低于-20℃的钢材,应按规定进行低温冲击试验。
HG20695-1987化工管道设《
计规范》的表2.1.2.2中规定其低温限为-29℃,和
ASTMA333是常用的低温管材,其各种等级材料
表4 ASTM低温用钢管等级
1346789
及适用温度见表4。
材料碳钢
规定,然而国内的管道设计人员习惯于完全依赖于标准的规定,而忽视了本应自己决定的技术规定。
对于带颈对
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