压力管道安全技术

压力管道安全技术

一、三通的应力加强系数

焊制三通和热压三通基本上属于薄壁管件,在外部弯矩作用下,由于其结构不连续,出现局部应力集中,因此需要验算应力,即需要考虑应力加强系数。三通的应力加强系数是以与三通相连接的管子尺寸作为比较基础来计算三通应力增加的程度,和弯管的应力加强系数一样,它也是由疲劳试验得出的。

三通的应力加强系数的计算公式与弯管相同:

m=0.9/λ2/3

三通的尺寸系数λ表明三通的柔性特征,它取决于三通的结构型式和加强元件的尺寸。结构加强的三通,应力加强系数将会减小。由疲劳试验得知,弯管(包括焊接弯头)和三通的应力状态和破坏均有相似的特征。考虑到热压弯管和热压三通、焊接弯管和焊接三通的结构形状相似,以弯管尺寸系数计算公式为基础,得出各类三通的尺寸系数计算公式,汇总于表2.5。

对于异径(支管与主管直径比值大于等于0.5)的热压三通或焊制三通,由于缺乏专门的试验研究,一般仍按表2.5中所列等径三通计算方法计算尺寸系数和应力加强系数。

二、耐腐蚀非金属材料

1、工程塑料管道

常用的耐腐蚀工程塑料管道有硬聚氯乙烯(PVC)管道、特级增强聚氯乙烯(UPVC)管道、聚乙烯(PE)管道、聚丙烯(PP)管道和ABS管道。工程塑料管道具有比金属轻、有一定机械强度、优良的耐腐蚀性能和加工性能(可机械加工、热成型和焊接)等特性,所以在防腐蚀工程中的应用越来越广泛。现分别介绍如下:

(1)PVC管道

物理机械性能见表4.6。

PVC有较好的耐溶剂性和化学稳定性,耐石油、汽油、丙烷、丁烷等烷烃类的腐蚀和溶解,对一般无机酸、有机酸、碱类和醇类均耐蚀。但氯代烷烃、酮类、醚类、芳烃类等溶剂,对它有很大的溶胀性,强氧化剂可和它起作用。

PVC有很好的加工性能,可机加工、热成型和焊接。

PVC管材规格已经标准化:￠8~200,另又增加￠250、￠300、￠350、￠400。有

带承插口三通及90°肘形弯头;带丝扣的三通及90°弯头;平口90°弯头;平口异径三通;带凸缘、带螺纹接管及接管螺帽;阀门有隔膜阀DN65、DN80;45°角形截止阀DN25、DN30、DN40、DN50。

PVC管道的应用已很普遍。

(2)PP管道

物理机械性能简述如下:

密度0.90~0.91kg/m3之间,比水轻。熔化温度为165±5℃,推荐使用温度小于120℃。低温性能比PVC还差。线胀系数常温下比PVC大一倍。热收缩率比PVC小。传热性很差(添加石墨可改善导热性能)。短时抗拉强度为30~38MPa,随温度升高而下降。弹性模量不到PVC的一半。抗冲击强度不高。延伸率20℃下为12%。长期抗拉强度较低,

其蠕变现象比PVC更严重,其蠕变极限为16MPa。

PP管道具有优良的耐化学药品性,对于有机酸、碱或盐类溶液(氧化性除外)几乎温度高

到100℃而无破坏。例如在100℃以下的浓磷酸、40%硫酸、浓盐酸及盐类溶液中均可使用。但对于发烟硫酸、浓和氯磺酸等强氧化性酸,即使在室温下也不能使用。对于含有活性氯的次氯酸盐,过氧化氢以及铬酸等氧化性介质,也只能用于低浓度和低温度的情况。对于羧酸(浓醋酸与丙酸除外)仍有较好的耐蚀性。酚醛、酮类等介质对其无溶胀作用。烷烃特别是卤代烃则能引起熔胀。温度在80℃以上时,芳香烃对其有溶解作用。在100℃以下时,乙醇、乙二醇、丙三醇都可使用。

PP有很好的加工性能,它可以机加工、热成型、焊接和消除应力退火处理。

PP管道一般用于化学工业。

(3)UPVC管道

UPVC是一种以聚氯乙烯为主体的特级增强聚氯乙烯。目前,UPVC塑料制管,管件和阀门已广泛使用。使用情况如表4.7。

(4)ABS管道

ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物)塑料，在国内防腐蚀领域内开始得到应用。ABS塑料制阀门、管件和管子的应用情况如表4.8。

(5)聚乙烯管道

聚乙烯管由高、低压聚乙烯粒状料挤压成型。它具有良好的耐腐蚀、耐溶剂性能、介电性好、吸水性小、无毒、质轻,可供输送腐蚀性液体用,也可用于埋地输送燃气。

低压聚乙烯管材承受压力:重型管不超过1MPa,轻型管不超过0.5MPa;高压聚乙烯重型管不超过0.6MPa,轻型管不超过0.3MPa。使用温度:-20~60℃。

2、不透性石墨管道

不透性石墨有浸渍石墨、压制石墨和浇注石墨三大类,都是用人造石墨和合成树脂等制成的导热耐蚀材料。

人造石墨是焦碳粉和煤焦油沥青混合加压而成形的产品,孔隙率约为30%~32%。为防止渗漏,采用合成树脂浸渍,这就是浸渍石墨。常用的浸渍剂有酚醛树脂,改性酚醛树脂和呋喃树脂。

压制石墨是由人造石墨粉和合成树脂按一定比例混匀后在挤压机上挤压而成的石墨塑料管,三通、弯头、阀门等产品。

浇注石墨是以热固性合成树脂为粘结剂(或添加固化剂),人造石墨粉为填料,在常温(或加热)常压下浇注而成的耐腐蚀产品(管子、管件等)。

不透性石墨膨胀系数小,导热系数高,机械强度不高,冲击韧性很低,其突出的特点是对许多腐蚀介质具有优良的耐蚀性。

酚醛树脂浸溃石墨管可用于180℃以下的盐酸、硫酸、磷酸、醋酸、氯代醇、芳香族烃、脂肪族烃等介质。但不耐强氧化剂和碱。

改性酚醛树脂浸渍的石墨管道既耐酸又耐碱。

呋喃树脂浸渍的石墨管道耐酸、碱、盐和有机溶剂。

压制的石墨塑料管耐所有浓度的盐酸和70%以下的硫酸,特别适合于制造需要耐温降的而且又耐蚀的输送管道,但需要铠装,以免撞碎或压碎。

浇注石墨的化学稳定性与浸渍类石墨相似。

用浸渍石墨管或挤压成型的石墨塑料管作输送管道,输送腐蚀性流体,在合成氯化氢、盐酸生产和有机氯化物等的生产中均已得到广泛的应用并取得良好的效果。它是一种脆性材料,抗冲击强度比较低,在安装使用时要防止冲击和振动。输送较高压力的介质时可用套管铠装的形式并用胶合剂将它镶在钢管中。输送较高温度的介质或气温变化比较大时,管线会伸长或收缩,故在安装时要增设膨胀节。

石墨管线可用法兰连接、螺纹连接、对接(外缠树脂浸渍过的玻璃布加强)或用短的套管胶接的方法进行连接,要放置在支架上,防止变形或受外力作用而断裂,最好全部用玻璃布增强,浸渍玻璃布用的浸渍剂,推荐采用环氧树脂。

标准的石墨管尺寸(外径×内径×长)如下:

29×19×2000~4000,32×22×2000~4000,38×25×2000~4000,51×38×2000~4000,68×51×2000~4000,86××2000~4000,102×76×2000~4000,133×102×2000~4000，159×127×2000~4000,190×152×2000~4000,254×203×2000~4000,330×254×2000~4000共12种。

用浸渍石墨制造的管件有:90°弯头、45°弯头、三通、四通、管接头、螺纹管接头、管凸缘、管帽(盖)、装配塞、塞子。

浇注类不透性石墨产品有管子、弯头、三通等。内径为25mm的管子,其爆破强度为2.5MPa,三通爆破强度为2.0MPa,弯头的渗透压力为1.2~1.5MPa。

3、玻璃管

玻璃管道具有化学稳定性高、透明、光滑、耐磨、价廉等许多金属材料不能比拟的特点。它除了氢氟酸、氟硅酸、热磷酸及强碱外,能耐任何化学介质的腐蚀,因此常用于极苛刻的腐蚀环境。主要有硼硅玻璃、无硼低碱玻璃、耐高温的硼-硅酸盐玻璃及石英玻璃。

玻璃管道使用情况见表4.9。

4、陶瓷管

化工陶瓷管道具有良好的耐腐蚀性能,足够的不透性,耐热性和一定的机械强度,因此在工业生产特别是化工生产中的应用日益增多。化工陶瓷管可分为耐酸管、耐温管和瓷管三种。除氢氟酸、氟硅酸和强碱外,它能耐大多数化工介质的腐蚀。陶瓷管道一般用于不承压的场合,推荐使用温度:耐酸管不大于90℃,耐温管不大于150℃,瓷管不大于120℃。

5、玻璃钢管道

玻璃钢又称为玻璃纤维增强塑料,是以玻璃纤维及其制品(玻璃布、玻璃带、玻璃毡)为增强材料,以合成树脂为粘结剂,经过一定的成型工艺制作而成。它集中了玻璃纤维和合成树脂的优点,具有轻质、高强、耐温、耐腐蚀、电绝缘、隔热等优异性能,在工业应用上日趋广泛,已有定型产品。

玻璃钢管道的品种有酚醛、环氧、呋喃、聚酯及其互相混配改性的许多种类,直径可从20mm到1000mm,长度一般为2~3m.还有各种规格的弯头、三通及异形管件。生产方法有机制法和手糊法两种。

玻璃钢的密度为1.6kg/m3左右,常温下使用压力可达3.0MPa,使用温度一般在-30~120℃,聚酯玻璃钢的使用温度小于80℃。玻璃钢的耐蚀性能可参见其合成树脂的耐蚀性能,聚酯玻璃钢的耐蚀性能较差些,仅能耐一般腐蚀。

纤维缠绕玻璃钢管道生产线,国内已有十余个厂家生产DN4000以下管道。

玻璃钢还可以增强其他非金属管道,以改善其机械性能,提高使用压力。

玻璃钢管道使用情况见表4.9。

6、自应力钢筋混凝土压力管

有平口式管和承插式管两种,已成功地用于输送水、煤气和热电厂粉煤灰等。它与铸铁管相比,有下列优点:①耐久性好。据介绍,这种管道在地下可使用80年以上。②不导电。能避免杂散电流对管线的腐蚀。③热导率低。外界温度变化对管内影响小。④长期输水内表面不长锈瘤、通水能力不变。⑤有裂缝闭合和愈合之能力。若出现宽度小于0.25mm的裂纹,在自压应力作用下能闭合,通常仍可作压力为0.6MPa以内的输水管使用。⑥铺设简便。⑦接头密封性好,使用可靠。⑧价格便宜。

缺点是:①自重大;②性脆、易断;③当输送含有固体颗粒的介质时,耐磨性不及铸铁管。

三、压力管道常用阀门选用原则

1、常用阀门的选用说明

(1) 闸阀

闸阀可按阀杆上螺纹位置分为明杆式和暗杆式两类。从闸板的结构特点又可分为楔式、平行式两类。楔式闸阀的密封面与阀杆中心线成一角度,并大多制成单闸板;平行式闸阀的密封面与阀杆中心线平行,并大多制成双闸板。

闸阀的密封性能较截止阀好,流体阻力小,具有一定的调节性能。明杆式尚可根据阀杆升

降高低调节启闭程度,缺点是结构较截止阀复杂,密封面易磨损,不宜修理。闸阀适于制成大口径的阀门,除适用于蒸汽、油品等介质外,还适用于含有粒状固体及粘度较大的介质,并适用于作放空阀和低真空系统阀门。

弹性闸阀不易在受热后被卡住。适用于蒸汽、高温油品及油气等介质,及开关频繁的部位,不宜用于易结焦的介质。

楔式单闸板闸阀较弹性闸阀结构简单,在较高温度下密封性能不如弹性或双闸板闸阀好,适用于易结焦的高温介质。

楔式闸阀中双闸板式密封性好,密封面磨损后易修理,其零部件比其他型式多。适用于蒸汽、油品和对密封面磨损较大的介质,或开关频繁部位,不宜用于易结焦的介质。工作压力大于0.1MPa的氧气管道严禁采用闸阀。

(2)截止阀

截止阀与闸阀相比,其调节性能好,密封性能差,结构简单,制造维修方便,流体阻力较大,价格便宜。适用于蒸汽等介质,不宜用于粘度大含有颗粒易沉淀的介质,也不宜作放空阀及低真空系统的阀门。

(3)节流阀

节流阀的外形尺寸小、重量轻、调节性能较盘形截止阀和针形阀好,但调节精度不高,由于流速较大,易冲蚀密封面。适用于温度较低、压力较高的介质,以及需要调节流量和压力

的部位,不适用于粘度大和含有固体颗粒的介质。不宜作隔断阀。

(4)止回阀

止回阀按结构可分为升降式和旋启式两种。升降式止回阀较旋启式止回阀的密封性好,流体阻力大,卧式的宜装在水平管线上。立式的应装在垂直管线上;旋启式止回阀,不宜制成小口径阀门,它可装在水平、垂直或倾斜的管线上,如装在垂直管线上,介质流向应由下至上。

止回阀一般适用于清净介质,不宜用于含固体颗粒和粘度较大的介质。

(5)球阀

球阀的结构简单,开关迅速,操作方便,体积小、重量轻、零部件少,流体阻力小,结构比闸阀、截止阀简单,密封面比旋塞阀易加工且不易擦伤。适用于低温、高压及粘度大的介质,不能作调节流量用。

(6)柱塞阀

柱塞与密封圈间采用过盈配合,通过调节阀盖上连接螺栓的压紧力,使密封圈上所产生的径向分力大于流体的压力,从而保证了密封性,杜绝了外泄漏。柱塞阀是国际上近代发展的新颖结构阀门,具有结构紧凑启闭灵活、寿命长、维修方便等特点。

(7)旋塞阀

旋塞阀的结构简单,开关迅速,操作方便,流体阻力小,零部件少,重量轻。适用于温度较低、粘度较大的介质和要求开关迅速的部位,一般不适用于蒸汽和温度较高的介质。

(8)蝶阀

蝶阀与相同公称压力等级的平行式闸板阀比较,其尺寸小、重量轻、开闭迅速、具有一定的调节性能,适合制成较大口径阀门用于温度小于80℃、压力小于1.0MPa的原油、油品及水等介质。

(9)隔膜阀

阀的启闭是一块橡胶隔膜,夹于阀体与阀盖之间。隔膜中间突出部分固定在阀杆上,阀体内衬有橡胶,由于介质不进入阀盖内腔,因此无需填料箱。

隔膜阀结构简单,密封性能好,便于维修,流体阻力小,适用于温度小于200℃、压力小于1.0MPa的油品、水、酸性介质和含悬浮物的介质,不适用于有机溶剂和强氧化剂的介质。

2、阀门型号和标志说明

阀门型号可按《阀门型号编制方法》JB308-75和中国阀门协会CVA标准(CVA标准是等效采用美国石油学会API等国际先进工业标准)规定标记。有关标记符号说明如下:

(1)CVA标准中“采用标准代号”用“C”表示,其右下角为产品标准修订后贯彻顺序号,以阿拉伯数字表示。

(2)阀门类型代号用汉语拼音字母表示,见表5.5。其右下角为特殊工况要求,用字母A、B、C......表示,见表5.6。

(3)传动方式代号用阿拉伯数字表示,见表5.7。

(4)连接形式代号用阿拉伯字母表示。见表5.8。

(5)结构形式代号用阿拉伯数字表示，见表5.9。

(6)阀座密封面或衬里材料代号用汉语拼音字母表示，见表5.10。

(7)公称压力数值按《管路元件公称压力》GB1048-90的规定,用阿拉伯字母表示。

(8)阀体材料代号用汉语拼音字母表示，见表5.11。

缩口阀门在公称通径数字后加“S”表示。

3、减压阀的选用原则

减压阀是通过启闭件的节流,将进口的高压介质降低至某个需要的出口压力,在进口压力及流量变动时,能自动保持出口压力基本不变的自动阀门。

(1)减压阀的选用,系根据工艺确定减压阀流量,阀前、阀后的压力及阀前流体温度等条件来确定阀孔面积,并按此选择减压阀的尺寸及规格。

(2)在设计中,减压阀组不应设置在靠近移动设备或容易受冲击的地方,应设置在振动较小,周围较空之处,以便于检修。

(3)蒸汽系统的减压阀组前应设置排凝液流水阀,为防止长距离输送的蒸汽管道中夹带一些渣物,应在切断阀(闸阀)之前,设置管道过滤器。

(4)阀组前后应装设压力表,以便于调节时观察。阀组后应设置安全阀,当压力超过时能起泄压和报警作用,保证压力稳定。

减压阀均装在水平管道上,为防止膜片活塞式减压阀产生严重液击,应将减压阀底螺栓改装排水阀(闸阀DN20或25)。在投入运行时应放尽减压阀底存水。波纹管减压阀的波纹管应向下安装,用于空气减压时需将阀门反向安装。

4、疏水阀的选用原则

1)疏水阀的作用

疏水阀(也称阻汽排水阀、疏水器)的作用是自动排泄蒸汽管道和设备中不断产生的凝结水、空气及其他不可凝性气体,又同时阻止蒸汽的逸出。它是保证各种加热工艺术设备所需温度和热量并能正常工作的一种节能产品。

2)疏水阀的种类和性能

按工作原理分为:

(1)热动力型

利用蒸汽、凝结水通过启闭件(阀片或阀瓣)时的不同流速引起被启闭件隔开的压力室和进口处的压力差来启闭疏水阀。这类疏水阀处理凝结水的灵敏度较高,启闭件小,惯性也小,开关速度迅速(如微孔式根本没有内件)。其主要品种及性能如下:

①圆盘式疏水阀 结构简单、造价低。间断排水有噪音,允许最小过冷度为6~8℃,有一定的漏气量,排空气性能不佳,耐液击,在冷冻及过热蒸汽场合适用范围较广。

②脉冲式疏水阀 结构简单,能连续排水,但有较大的漏气量。背压度较低,适用于回转干燥滚筒的虹吸管排水,能排除一定量的冷热空气。最小过冷度为6~8℃。

③迷宫式或微孔式疏水阀 利用凝结水通过迷宫式通道的多节膨胀降压或通过微孔的一次膨胀所产生的二次蒸汽来阻止或减少蒸汽的泄漏。结构简单能连续排水、排空气。微孔式适用于小排量,迷宫式适用于特大排量,但都不能适应压力流量变化较大的情况。

(2)热静力型

利用蒸汽和凝结水的不同温度引起温度敏感元件动作,从而控制启闭件工作。其温度敏感元件受温度变化在开关启闭件时有滞后现象,对低于饱和温度一定温差的凝结水和空气可同时排放出去,可装在用汽设备上部单纯作排空气阀使用。主要品种及性能如下:

①液体膨胀式疏水阀 结构复杂,灵敏度不高,能排除60~100℃的低温水,也能排除空气,适用于要求伴热温度较低的伴热管线排凝及采暖用管线。

②蒸汽压力式或平衡压力式疏水阀 结构简单,动作灵敏,可连续排水、排空气,性能良好,过冷度3~20℃,漏气量小,抗污垢及抗液击性差,应用范围广,可作为蒸汽系统的排空气阀。

③波纹管式疏水阀 结构简单,动作灵敏能连续排水,过冷度20℃左右,抗污垢及抗液击

性差,广泛用作采暖系统疏水用,也可作为蒸汽系统排空气阀。

④双金属片疏水阀 动作灵敏度不高,能连续排水、排水性能好,过冷度较大且可调节,从低压到高压都适用,最高使用压力可达2MPa,最高使用温度可达550℃。抗污垢抗液击性强,可作为蒸汽系统排空气阀。

(3)机械型疏水阀

依靠浮子(球状或桶状)随凝结水液位升降的动作实现阻汽排水作用。小口径阀的灵敏度较大口径的高,浮球式灵敏度高于浮桶式疏水阀。

自由浮球式疏水阀,根据浮力原理使阀体内浮球随水位变化,浮球升降运动,达到阀门启闭排水阻汽作用。起动时,阀内温度低,双金属片凹面朝上,保持排气口开启,使空气自动排出,实现快速启动。当冷凝水进入时,阀内液面升高,当液面达到一定高度时,浮球因浮力上升空气和冷凝水同时排出。根据凝结水位浮球自动升降调节阀座孔的开度,连续排放凝结水。当凝结水停止时,浮球封闭阀座孔。由于阀座孔总是在凝结水位以下,所以极少漏汽,从而起到排水阻汽作用。自由浮球式疏水阀,结构简单,灵敏度高,能连续排水,漏汽量小。一般结构不能自动排除空气,可附加热静力型排空气阀;可排饱和水,抗液击、抗污垢能力差,可设计成大口径及大排量的疏水阀,但制造工艺复杂。

①杠杆浮球式疏水阀 特点与自由浮球式相同。但结构较复杂,灵敏度略低,体积小,制造工艺较简单。

②浮桶式疏水阀 制造工艺简单,灵敏度不高,间断排水,不能排除空气,可排出饱和水,

抗液击、抗污垢性比浮球式强。但体积比浮球式大,有逐渐被倒吊桶式代替趋势。

倒吊桶式疏水阀与浮桶式相比,灵敏度高,体积小,漏汽量也小。可在工作开始和中间排除一定量的冷热空气。

3)疏水阀的选用方法

疏水阀必须根据进出口的最大压差和最大排水量进行选用。

选取疏水阀时,应选择符合国家标准和CVA标准的优质节能疏水阀。这种疏水阀在阀门代号S前都冠以“C”字代号,其使用寿命大于等于8000h,漏汽率都小于等于3%。

在凝结水一经形成后,必须立即排除的情况下,不宜选用脉冲式和波纹管式疏水阀。(因两者均要求一定的过冷度,约17~5℃),而应选用浮球式疏水阀。

在凝结水负荷变动到低于额定最大排水量的15%时,不应选用脉冲式疏水阀。因它在低负荷下,将引起部分新鲜蒸汽的泄漏损失。

4)疏水阀的设计要求

(1)疏水阀都应带有过滤器。如果不带过滤器,应在阀前安装管道过滤器,过滤器应设在易拆卸的位置。

(2)疏水阀前后要装切断阀。由于旁路管上的旁路阀易漏气,使新鲜蒸汽窜入凝结水管网,

系统背压升高,干扰了正常运行,所以一般都不设旁路管。在疏水阀前装排污阀及管道过滤器,疏水阀后装窥视镜及止回阀(需回收冷凝水时应加止回阀)。

(3)内螺纹连接的疏水阀一定要在疏水阀前或后的连接管上安装活接头,便于检修、拆卸。

(4)疏水阀组应尽量靠近蒸汽加热设备,以提高工作效率,减少热量损失。但热静力型疏水阀,特别是双金属片式疏水阀应离开用汽设备1m左右,这段管路不要保温以满足双金属片式疏水阀过冷度较大的工作特点。

(5)用汽设备到疏水阀这段管路,应沿流动方向有-4%的斜度,管路的公称通径不应小于疏水阀的公称通径,以免形成蒸汽阻塞,造成排水不畅通。

(6)不同蒸汽压力的不同用汽设备,不能共用一个疏水阀。因为高压用汽设备的进出口压力高,使低压用汽设备的出口压力提高,造成进出口压差缩小,减少了低压设备排水量,甚至排不出水,使低压用汽设备无法工作。

(7)同一蒸汽压力的几个同类型用汽设备,也不允许共同使用一个疏水阀。由于制造和使用情况的不同,其加热效率、流体阻力都有所不同,更重要的是这些用汽设备的负荷都不能一致。蒸汽大量从阻力小的设备中流过,从而影响其他设备通过的蒸汽量,不能满足用汽设备的工艺要求。

(8)寒冷地区室外安装疏水阀时应注意防冻。因为凝结水在疏水阀内冻结,会使疏水阀失去阻汽排水的功能。防止方法是:加强疏水阀前后管路的保温;对经常停车或间断使用的疏水

阀要在停车时进行人工放水或安装自动放水阀;特别是对体内有积水的机械型排水阀,在其阀体下部也要设置排水阀或丝堵。

(9)对同一设备先后使用蒸汽加热与冷却时,建议应分别设置加热与冷却两套完整装置,以保证疏水阀的功能并防止蒸汽、凝结水受到混杂。

常用阀门的选型综合考虑工艺要求的功能,流过介质的化学、物理性质,工作压力、工作温度及流量大小等各种因素。常用阀门的标准、规格参见附录I,也可查阅各种有关设计手册。

四、压力管道附属设施选用

1、管法兰密封组件的选用

管法兰与垫片和紧固件共同组成管道可拆连接接头。为使连接接头能安全运行并获得满意的密封效果,选用时要对管法兰的结构型式、密封面形式、垫片的材料和结构形式,紧固件的材料和尺寸全面地进行综合考虑,正确选用。

1)管法兰的选用日本管法兰在我国使用的有多个标准,国家标准GB9112-88,原化工部标准HGJ44~76-91,机械工业部标准JB80~86-59,中国石化总公司标准SH3406-92,石油部标准S3-1-1~S3-1-5。这些标准的制定都有一定的背景,也在相当范围内得到使用,但它们在使用中也有各自的局限性。当今世界上较为通用的法兰标准主要有两个体系一个是以德国的DIN和原苏联的TOCT为代表的欧洲体系管法兰。另一个是美国ANSIB16.5《钢制管法兰及法兰管件》美洲体系管法兰。这两个管法兰体系在世界上广泛使用,互相没有互换性,在英国、法国等许多国家都存在两套法兰标准。国际标准化组织在1992年颁布了

ISO7005-1管法兰标准。把两个体系的标准合并起来。我国国家标准GB9112~9125-88也类似于IS0标准,由于它把两大体系混合编制,而且欧洲体系管法兰部分只适用英制管与国内传统的钢管外径系列不一致,使用中甚为不便。HGJ44~76-91标准是一套适用于欧洲公制管体系,在英制管中就不适用,在引进装置中使用出现困难。新编管法兰标准HG20592~20635-97是一套符合国、内外管法兰实际使用现状、包括欧洲和美洲两大体系、考虑到英制、公制两个钢管系列、法兰、垫片、紧固件综合选配,内容完整,使用方便的管法兰标准。HG20592~20635-97已有单行本面世。管法兰型式、参数见表5.12和表5.15。

表5.12的几点说明:

①表中适用钢管外径系列分A和B,A系列为国际通用系列(英制管),B系列为国内沿用系列(公制管),其公称通径DN由10~2000mm共29种,它们对应的钢管外径按表5.13的规定。表列参数适用于公称压力等级16.0MPa以下,PN25.0,MPa(25bar)的管法兰适用钢管外径系列见表5.14。

②表中法兰密封面型式代号含义为:

FF-全平面 RF-突面 MFM-凹凸面 TG-榫槽面则 RJ-环连接面 M-凸面

T-榫面 FM-凹面

③公称压力等级系列为：

0.25MPa,0.6MPa,1.0MPa,1.6MPa,2.5MPa,4.0MPa,6.3MPa,10.0MPa,16.0MPa,

25.0MPa共10个等级。

(2)表5.15的几点说明:

①法兰密封面型式含义同表5.12

②公称压力等级系列为:

2.0MPa(Class150),5.0MPa(Class300),11.90MPa(Class600),15.0MPa(Class900),26.0MPa(Class1500),42.0MPa(Clm2500)共6个等级。

③公称通径以英制为基础,由15~1500mm共38种,它们与钢管外径的对应关系见表5.16。

2)垫片、紧固件的选用

垫片选用原则:

①选用垫片时,必须对垫片的密封性能、工作压力、工作温度、工作介质的性质,以及密封面的型式、结构的繁简、装卸的难易、经济性等诸因素进行全面分析。其中介质性质、工作压力和工作温度是影响密封的主要因素,是选用垫片的主要依据。

②垫片的类型,一般情况下根据温度、压力而定。对高温高压状况温度大于等于350℃,压力大于等于6.4MPa时,多采用金属垫片;对常压、低压、中温状况,多采用非金属垫片;对于温度、压力波动的场合,宜采用自紧式垫片。

③选择垫片的影响因素很多,通常在保证主要条件的前提下,尽量选用价格便宜、制造容易、安装和更换都比较方便的垫片。

④垫片的厚度,视具体情况而定。一般来说,如果密封面加工良好,在压力不太高时,用薄垫片较好。但是,如果垫片太薄,在内压较高的情况下,由于对应于螺栓的伸长不能得到必要的复原量而产生泄漏。故压力高时,以用厚垫片为好。

⑤垫片系数m与其宽度无关。因此,垫片越窄越易夹紧。但恐其压力过大,又不能过窄。通常宽度应大于5mm。对金属垫片,为了不产生过大的螺栓力,取较小的宽度是一个重要准则。

⑥由于垫片在工作时,与操作介质接触,直接受介质、压力、温度等影响,因此制造垫片的材料应满足如下要求:

·具有良好的弹性和复原性;

·具有适当的柔软性,能够很好地与密封面吻合;

·具有较大的抗裂强度等机械性能,且压缩变形小;

·不污染操作介质,不腐蚀密封面,不产生大的膨胀和大的收缩;

·耐工作介质的腐蚀;

·具有良好的物理性能,即不因低温而硬化脆变,也不因高温而软化或塑流;

·具有较小的应力松弛现象；

·具有良好的加工性,而且除特殊用途外,应选成本低廉、市场上易于购得的垫片材料。

考虑到任何材料都有其局限性,完全满足上述要求的材料几乎没有。因此当采用一种材料制作的垫片不能满足使用要求时,可以采用两种或两种以上的材料组合使用,如缠绕式垫片。

⑦尽量简化规格、减少品种。一台设备,一根管线,或一个装置,乃至一个工厂,垫片规格和材料品种,越少越便于管理。所以选用垫片时,除应考虑上述条件,还应尽量归并规格和材料,切忌不必要的多样化。

⑧缠绕式垫片具有良好的压缩性和回弹性,且价格便宜,制造简单,特别是用膨胀石墨作填充料时,密封性能优良,一般条件下均宜采用。尤其适用于有松弛、温度波动、压力波动、冲击和振动的中低压法兰密封。

⑨对于介质为水的法兰连接,可选用中压石棉橡胶垫片。由于石棉橡胶垫片使用寿命较长,对不常拆卸、更换周期长的部位,宜选用石棉像胶垫片。对于含油污水,推荐选用耐油石棉橡胶垫片。鉴于石棉含有毒成份,和时要考虑这个因素。

⑩要照顾特殊要求,如某介质不允许微量纤维混入,就不要选用石棉橡胶板和其他纤维性垫片。某些部位振动很大,就要选用抗振性强的垫片。对于很难检修的地方,应选用经久耐用的垫片。

对与航空汽油或航空煤油接触的设备及接管法兰,为防止石棉纤维混入油品不易过滤,影响使用,不得选用耐油石棉橡胶垫片,应选用以膨胀石墨或聚四氟乙烯作填充料的缠绕式垫片。

当介质为环氧乙烷时,不得采用含石棉的垫片。

⑾苯对耐油石棉橡胶垫片中的丁腈橡胶有溶解作用,故对于压力小于或等于2.5MPa,温度小于或等于200℃的法兰,应选用缠绕式垫片。

⑿聚四氟乙烯有优良的耐腐蚀性能,是很好的密封材料,在温度小于250℃时常选用。其型式有聚四氟乙烯生料带缠包石棉橡胶板、聚四氟乙烯板、聚四氟乙烯缠绕垫片和聚四氟乙烯包垫片。

⒀膨胀石墨是一种新型的密封材料,国内外使用证明,它具有优良的密封性能。其型式有缠绕式垫片、金属包垫片两面贴膨胀石墨纸和高强石墨垫片。这些垫片可以在大多数场合下使用。

⒁当垫片在有硫化氢应力腐蚀的场合下使用时,其垫片的金属材料应选用含Ti的不锈钢。

⒂当选用金属垫片时,应在完全退火状态下使用,尽可能选用较软的金属材料,使法兰表面的硬度比垫片硬度大布氏硬度HB20为宜。

⒃在有腐蚀的条件下,选用垫片对法兰盘呈阳性的垫片材料,垫片受腐蚀;选用法兰盘对垫片呈阳性的垫片材料,法兰盘受腐蚀,采用哪一种要根据使用方法和垫片种类来决定。

3)管法兰、垫片和紧固件的选用

见表5.18,表5.19。

2、弯头、异径管、三通、活接头、丝堵材料的选用

这些管件直接和输送介质接触,因此在选用时,必须由输送介质的化学性质和物理状况来选用材料。

(1)根据介质的化学性质,选用不同材料的弯头、异径管、三通等。一般情况下选用与管子本身相同的材料或优于管子本身的材料。

(2)根据介质的温度、压力等状态来选用不同材料的弯头、异径管、三通:当介质的压力小于等于4.0MPa、温度小于等于200℃,一般采用材料为10g、20g的冲压

弯头;

当介质的压力小于等于2.5MPa、温度小于等于200℃,一般采用材料Q235A或20g的焊

制弯头;

当介质的压力小于等于1.6MPa、温度小于等于175℃,可选用材料为可锻铸铁的弯头、异径管等。