压力管道元件讲义

压力管道元件讲义1第一讲综合知识一、管道元件的种类及常用的名词术语1.管道的定义是什么？《压力管道规范工业管道》GB/T20801—2006对管道的定义是：由管道组成件装配而成，用以输送、分配、混合、分离、排放、计量或截止流体流动。除管道组成件外，管道还包括管道支承件，但不包括支承构筑物，如建筑框架、管架、管廊和底座（管墩或基础）等。由同一设计条件确定且相互连接的管道称之为“管道系统”或“管系”。2.管道组成件：指用于连接或装配成压力密封的管道系统机械元件，包括管子、管件、法兰、垫片、紧固件、阀门、安全保护装置以及诸如膨胀节、挠性接头、耐压软管、过滤器、管路中的仪表（如孔板）和分离器等。3.管道支承件：是将管道荷载，包括管道的自重、输送流体的重量、由于操作压力和温度差所造成的荷载以及振动、风力、地震、雪载、冲击和位移应变引起的荷载等传递到管架结构上的元件。管道支承件分为固定件和结构附件两类。有固定支架、滑动支架、刚性吊架、导向架、限位架、弹簧支吊架、减振和阻尼装置等。管道支承件通常也称为管道支吊架。图2-70常用的固定支架（a）夹环固定支架；（b）焊接角钢固定支架；（c）焊槽钢的固定支架；（d）挡板式固定支架减振装置，是可用于控制管系高频低幅振动或低频高幅晃动的装置，但不限制管系热胀冷缩。阻尼装置，是可用于控制管道瞬时冲击载荷或管系高速振动位移装置，但不限制管系热胀冷缩。4.压力管道元件的定义管道组成件和支承件在我国现行压力管道法规中也统称为压力管道元件。5.如何界定“管道元件与非管道元件”管道元件是指用于连接或装配成压力密封、内含流体的管道系统的机构元件。有的过滤器、阻火器和消音器体积非常大，它们是安装在管道上，虽然有独立支架和基础，当设计者未将它编入设备位号作为设备处理，仍属于管道元件。非管道元件如自控仪表，虽然它们按装在管道上，但不属于管道元件。管道与自控仪表连接的接头，虽由自控专业提条件或提供标准图，但该接头属于管道元件。图工业管道组成示意图1是波纹管，2、10、13是阀门，3是“8”字型盲通板，4、12、18是弯头，5是节流孔板，6是三通，7是斜接三通，8是四通，9是异径管，11是滑动支架，14是活接头，15是疏水器，16是视镜，17是过滤器，19是阻火器。6.压力管道元件的制造质量现状与锅炉压力容器制造相比，压力管道元件制造存在问题较多。一是安全监察起步晚。二是管道元件制造单位数量多，大小不一，参差不齐，情况复杂。许多管子、管件、阀件的产品质量低劣，大量伪劣产品进入流通市场，给投入运行的压力管道埋下了事故隐患。2006年10月31日，青海大通发电厂正在调试的二号机组（300兆瓦）在进行锅炉主蒸汽管道安全阀整定时（此时的主蒸汽工作压力为13.36Mpa，温度483℃（设计压力17.5Mpa，设计温度541℃）），主蒸汽管（材质：A335P91）纵向爆裂（裂口尺寸纵向长约900mm，最大宽度约为40-60mm,裂纹起点距最近现场焊口距离为2200mm），造成二人死亡，一人烫伤。事故原因主要是管道材料存在缺陷。发生爆裂的锅炉主蒸汽管道规格为ID368.3×40P91无缝钢管，无缝管制造厂存在无制造许可证和伪造产地进行生产销售无缝钢管的违法行为。IDinternaldiameter:管子内径,用于标识以内径为基准的钢管.ODoutsidediameter:管子外径,用于标识以外径为基准的钢管.存在的问题：1.该公司生产的P91材质钢管未能提供产品的持久强度、抗蠕变等测试报告或记录；2.未进行涡流探伤的钢管无水压试验报告或记录；3.产品的热处理温度不符合要求、管壁尺寸超标等。自2005年2月以来，该公司伪造相关资料，以国外公司的名义生产P91等材质的钢管产品。公司从辽宁某公司购进Φ485的钢棒，交由江苏某公司做穿管加工。然后，公司将加工成的Φ340×60规格无缝钢管进行定径外圆磨，并在钢管上喷涂国外公司制造等字样。最后再将此批钢管运往某厂进行配管加工后出厂。①资源条件方面②质量管理体系的建立和运行方面一是体系人员变动多，未履行职责；二是原材料库材料没有标志牌，也未分批分类摆放，产品不具有可追溯性，铸件入厂时供方未提供力学性能，工厂也未复验。对铸锻件、热处理、无损检测、理化的分包单位未按要求进行质量控制。三是产品质量检验记录不能有效体现可追溯性，质量控制体系不完善，无产品编号和相应的工艺文件。四是产品图纸上未标注制造所依据的国家或行业标准。产品验收标准不统一，材料性能试验项目不全等。采用已经过期的标准，或者标准执行不准确。③企业遵守许可制度情况方面《压力管道元件制造许可品种级别》（质检总局办公厅关于压力管道气瓶安全监察工作有关问题的通知（质检办特〔2015〕675号））中规定了：7个类别、23个品种、若干典型产品。其中，金属与金属复合管、金属与非金属复合管、金属与金属复合管件、金属与非金属复合管件、特种阀门、非金属法兰在《压力管道元件制造许可规则》（TSGD2001-2006）中无相应的许可项目和许可条件，暂不实施许可。二、《压力管道安全技术监察规程—工业管道》（TSGD0001-2009）关于管道元件设计、制造、质量证明文件的相关要求1.管道元件标准件的设计压力应当符合有关安全技术规范及其相应标准的要求。非标准件的管道元件还应当有设计计算书和图样。（第十四条）标准件：结构型式、外形尺寸、压力等级、壁厚系列均标准化；非标件：计算书和图样。2.质量证明文件的要求。应当按照管道元件的供货批量，提供盖有制造单位质量检验章的产品质量证明文件，实行监督检验的管道元件，还应当提供特种设备检验检测机构出具的监督检验证书。管道组成件的质量证明文件包括产品合格证和质量证明书。产品合格证一般包括产品名称、编号、规格型号、执行标准等（具体格式见附件B）。质量证明文件的类型一般包括:合格证试验报告质量证明书1.组批；2.在交货批取样；3.提供检验数据并符合相应规定；4.由制造厂独立的，有相应认可资质的检验部门出具；5.质量证明书与交货产品具有可追溯性。监督检验证书（官方或需方）管道支承件应当按照有关安全技术规范及其相应标准的规定，提供产品质量证明文件。产品合格证和质量证明书应当有制造单位质量检验人员和质量保证工程师签章。3.标识要求。管道组成件应当逐件采用标志进行标记。标记内容一般包括制造单位代号或者商标、许可标志、材料（牌号、规格、炉批号）、产品编号等，并且应当符合有关安全技术规范及其相应标准的要求。产品规格较小，无法标记全部内容时，可以采用标签或者按照相应要求省略部分内容。从产品标志应当能够追溯到产品质量证明文件。（第十九条）三、《压力管道规范工业管道》（GB/T20801-2006）的要求《压力管道规范工业管道》（GB/T20801-2006）第4部分规定，管道安装竣工后需要提交的资料包括了管道组成件、支承件的产品合格证、质量证明书。其实，在压力管道的安装过程中，检验人员很重要的一项工作就是对压力管道元件进行验收。而对压力管道元件的验收除了查看其产品合格证和质量证明书以外，很重要的一项工作就是确认制造企业是否有特种设备制造许可证，所采购的产品是否在许可范围之内，因此就需要检验人员查看特种设备制造许可证和型式试验证书。同时，如果是埋弧焊钢管和聚乙烯管，还需要企业提供制造监检证书。例如：9材料标记和质量证明9.1材料标记9.1.1材料标记应符合相应标准和合同的规定。9.1.2标记内容至少应包括制造厂标记以及材料（代号）名称，下列管道组成件的标记还应包括材料炉批号或代号：a）GC1级管道用管道组成件；b）按本部分要求进行冲击试验的管道组成件；c）铬钼合金钢（螺栓材料除外）管道组成件；d）用于高温条件下的奥氏体不锈钢（H型）管道组成件；e）镍及镍合金、钛及钛合金管道组成件。9.1.3材料应逐件标记，标记应清晰、牢固,公称直径小于或等于DN40的材料可采用标签或其他替代方法进行标记。9.2质量证明a）材料应具有相应的质量证明文件；b）质量证明文件应包括标准以及合同规定的检验和试验结果，且具有可追溯性；c）未包括检验和试验结果的质量证明文件（合格证）仅限于GC3级管道组成件。压力管道材料的选用原则管道材料是整个管道设计过程的基础部分，它直接影响到压力管道的安全性、可靠性及经济性。在一个石油化工生产装置中，管道材料的费用约占整个工程材料费用的15%。管道材料的设计涉及管道器材标准体系的选用（如选用国内标准还是国外标准）、材料选用（碳钢、不锈钢还是非金属）和管道及其元件型式（无缝、焊接；承插焊、螺纹还是对焊）的选用等内容。1.公称压力≥10.0MPa时，或温度压力变化急剧频繁时，采用全螺纹螺柱。2.公称压力≤6.3MPa时，可采用等长双头螺柱。3.公称压力≤1.6MPa可选用六角头螺栓。管道材料管子管件（弯头、三通、异径管、管帽等）阀门法兰螺栓/垫片其它所占费用（%）227.5531232.5管道组成件的材料选用应当满足以下各项基本要求，设计时根据特定使用条件和介质，选择合适的材料：（一）符合相应材料标准的规定，其使用方面的要求符合管道有关安全技术规范的规定；（材料的塑性、韧性；）如：灰口铸铁的使用。（二）金属材料的延伸率不低于14%，材料在最低使用温度下具备足够的抗脆断能力。由于特殊原因必须使用延伸率低于14%的金属材料时，能够采取必要的防护措施；（低塑性、低韧性材料的防护措施要求）如：在脆性材料管道系统或法兰、接头、阀盖、仪表或视镜处应设置保护罩，以限制和减少泄漏的危害程度。（三）在预期的寿命内，材料在使用条件下具有足够的稳定性，包括物理性能、化学性能、力学性能、耐腐蚀性能以及应力腐蚀破裂的敏感性等；长期使用的稳定性（机性、腐蚀、SCC、金相组织）；（四）考虑在可能发生火灾和灭火条件下的材料适用性以及由此带来的材料性能变化和次生灾害；火灾、次生危害（垫片,伐座等）；（五）材料适合相应制造、制作加工（包括锻造、铸造、焊接、冷热成形加工、热处理等）的要求，用于焊接的碳钢、低合金钢的含碳量应当小于或者等于0.30%；制作工艺,碳当量0.30%；（六）几种不同的材料组合使用时，应当注意其可能出现的不利影响。异种材料（电偶，焊接,物理性能）不同材料的相互作用的案例1.1992年4月18日开始，墨西哥的第二大城市瓜达拉哈拉的空气中就弥漫着一种特别气味，人们不清楚到底是什么东西的味道，只知道这种味道越来越浓。居民们发现自来水管中竟然流出了汽油。2.1992年4月22日上午10:05，爆炸终于发生了。这次灾难共造成1.5万多人无家可归，1440人受伤，206人死亡。3.调查人员在涌出汽油的人行道处向下挖掘时，发现一根水管被弯了过来，缠绕着压力输油管道。在它们接触的地方有一个小洞，汽油就是从这里泄漏的。4.冶金学家发现它们接触的地方就是那个位置——输水管上大一点儿的洞与输油管上的洞正好相对。“管道的不同金属成分导致了腐蚀的发生。不同的金属有着不同的化学成分，当它们互相接触时，有些金属会发生化学反应，结果是其中一种金属发生腐蚀或者两种金属都发生腐蚀。5.腐蚀专家进一步解释说：“随着腐蚀程度的加剧，输油管的管壁变得越来越薄，接着就发生了汽油泄漏的事件。”四、《工业金属管道设计规范》（GB50316-2000）《工业金属管道设计规范》（GB50316-2000）第5章（管道组成件的选用），明确规定了各类管道组成件的选用原则。该标准主要针对的是不同的工况及使用条件下，该选用什么类型的压力管道元件。由于压力管道元件的种类远超该标准的罗列，因此，在检验中，除了要满足该标准的要求以外，关键是要满足设计及用户的要求，在具体的情况下，还需要对相关的压力管道元件产品有一定了解。5.1一般规定5.1.1管道组成件应符合本规范耐压设计规定，应符合国家现行标准的规定。5.1.2管道组成件成型及焊后热处理的要求应符合本规范附录G的规定。5.1.3管道组成件的检验应符合本规范附录J的规定。5.1.4管道组成件用材料应符合本规范第4章及附录A中材料标准的规定。第二讲金属管子一、无缝钢管管