国际上较为常见的管道应用标准体系有:美国应用标准体系(ANSI/ASME)、日本应用标准体系(JIS)、国际标准化组织的应用标准体系(ISO)、德国应用标准体系(DIN)、前苏联应用标准体系(TOTC)、英国应用标准体系(BS)和法国应用标准体系(NF)等。其中美国国家应用标准体系(ANSI/ASME)是一个比较完整、比较成熟同时也是国际上比较流行、比较通用的先进标准,广泛为各个国家所接受,我国的石化行业应用标准体系基本上等效采用了该标准体系的应用标准。
我国国内常用的管道应用标准体系包括:石化行业应用标准体系、化工行业应用标准体系、机械行业应用标准体系和中国国家应用标准体系等。
下面将最为常用的美国国家应用标准体系和我国各行业应用标准体系作以简单介绍。
1. 美国应用标准体系(ANSI)
美国国家标准ANSI B16.5《管法兰与法兰连接件》是一个比较完整、比较成熟同时也是国际上比较流行、比较通用的先进标准。该标准与其他相关的ANSI、API、ASTM、MSS组成的压力管道应用标准体系是一个比较科学、先进的标准,广泛为各个国家所接受。
①. 管子系列标准
美国的管子系列(ANSI B36.10和ANSI B36.19)为典型的“大外径系列”,公称尺寸范围为DN6~DN2000mm.其壁厚表示方法有以下两种。
一是以管子标号“SCH”表示壁厚。管子标号是管子设计压力与设计温度下材料许用应力的比值乘以1000,并经过圆整后的数值。即:
SCH=1000p/[σ]t
式中 p--设计压力,MPa;
[σ]t--设计温度下材料许用应力,MPa..
ANSI B36.10标准中包括了SCH10、SCH20、SCH30、SCH40、SCH60、SCH80、SCH100、SCH120、SCH140、SCH160十个等级;ANSI B36.19标准中包括了SCH5s、SCH10s、SCH40s、SCH80s四个等级。
二是以管子重量表示管壁厚度,它将管子壁厚分为三种:
标准重量管,以STD表示;
加厚管,以XS表示;
特厚管,以XXS表示。
②. 法兰标准
美国的法兰标准为典型的“美式法兰”,其公称尺寸范围为DN15~DN600mm。该标准包括的公称压力等级有150psi(1psi-6.89x103Pa)(常标记为CL150)、300psi(CL300)、400psi(CL400)、600psi(CL.600)、900psi(CL900)、1500psi(CL1500)、2500psi(CL2500)共七个等级。法兰形式有平焊式、承插焊式、对焊式、螺纹连接式、松套式及法兰盖共六种。法兰密封面形式有凸台面、(大小)凹凸面、(大小)榫槽面、金属环连接面共四种。
2. 石化行业应用标准体系(SH)
①. 管子尺寸系列标准(SH 3405)
石化行业应用标准体系的管子尺寸系列标准(SH3405),基本上属于“大外径系列”,当DN≤1100mm时,它能与ANSI B36.10/36.19管子标准配套使用。
SH 3405标准的直径范围和壁厚分级共包括四部分,如表1-11所示。
②. 法兰标准(SH 3406)
石化行业应用标准体系的法兰标准(SH 3406)等效采用了ANSI B16.5和API605标准,属于“美式法兰”。SH 3406在结构尺寸和密封面形式上与ANSI B16.5/API605有着很好的互换性,因此,它能与ANSI、API、MSS等标准管道元件配套使用。但因为SH3406采用了我国的材料标准而不是美国的材料标准(ASTM),故两者的温度-压力表有少许偏差,在考虑两者互换时,应注意并核对它们的温度-压力对应允许值。
SH 3406 标准的公称压力等级共包括PN1.0、PN2.0(CL150)、PN5.0(CL300)、PN6.8(CL400)、PN10.0(CL600)、PN15.0(CL900)、PN25.0(CL1500)、PN42.0(CL2500)八个等级,公称尺寸范围DN15~DN1500mm。
法兰连接形式:当DN≤600mm时,有对焊、平焊、承插焊、松套、螺纹五种;当DN≥650mm时,仅有对焊形式一种。
法兰密封面形式:当DN≤600mm时,有凸台面、榫槽面、环槽面、凹凸面和全平面五种;当DN≥650mm时,仅有凸台面一种。
石化行业应用标准体系中共包含了十项基本标准,除管子尺寸系列和法兰标准外,还包括对焊无缝管件、钢板制对焊管件、锻制承插焊管件、非金属垫片、缠绕式垫片、金属环垫片、螺栓/螺母等标准,这些标准都等效采用ANSI标准,它能与API阀门匹配使用,代表着国内管道标准体系的先进性和发展方向。实践证明,这套应用标准体系是一个科学、先进、操作性好的标准体系。
3. 化工行业应用标准体系(HG)
①. 化工行业管子尺寸系列
化工行业应用标准体系的管子尺寸系列标准HG20553同时包含了A、B两个系列,其中A系列基本上等同ANSI B36.10/36.19标准,属于“大外径系列”。B系列则为“小外径系列”。
②. 法兰标准
HG 20592~HG 20605和HG 20615~HG 20626 化工行业应用标准体系的管法兰标准同时包含了“欧式法兰”和“美式法兰”两个体系。
欧式法兰标准HG 20592~HG 20605的公称压力等级共包括PN 0.25、PN0.6、PN1.0、PN1.6、PN2.5、PN4.0、PN6.3、PN10.0、PN16.0、PN25.0十个等级,公称尺寸范围为DN10~DN2000mm,法兰形式有板式平焊、带颈平焊、带颈对焊、整体式、承插焊、螺纹、对焊环、松套、法兰盖、衬里法兰十种,密封面形式有凸面、凹凸面、榫槽面、环连接面、全平面五种形式,它可以与JB阀门配套使用。
美式法兰标准 HG 20615~HG 20626 基本上采用了ANSI标准。其中,对于DN≤600mm的法兰,等效采用了ANSI B16.5标准,而对DN≥650mm的法兰,则等效采用API605标准。法兰的公称压力等级共包括PN2.0、PN5.0、PN11.0、PN15.0、PN26.0和PN42.0.六个等级,公称尺寸范围为DN15~DN1500mm,法兰形式有带颈平焊、带颈对焊、整体法兰、承插焊、螺纹、松套六种,密封面形式有凸面、凹凸面、榫槽面、环连接面、全平面五种形式。
化工行业压力管道的应用标准体系也是一个相对比较完整的标准体系,具有成熟的使用经验。由于它同时具有“大外径系列”和“小外径系列”、“欧式法兰”和“美式法兰”两种系列,故其使用面较广,它既可与国外的ANSI、DIN、ISO等标准配套使用,又可与国内的GB、SH、JB等标准配合使用。
4. 机械行业应用标准体系
机械行业应用标准体系JB没有相应的管子尺寸系列标准,其接管尺寸由管法兰的接管外径进行定义,属于典型的“小外径系列”。
机械行业应用标准体系中的法兰标准JB/T 74~JB/T90属于欧洲标准体系,其公称压力等级共包括PN0.25、PN0.6、PN1.0、PN1.6、PN2.5、PN4.0、PN6.3、PN10.0、PN16.0、PN20.0十个压力等级,公称尺寸范围为DN15~DN1600mm.法兰形式有整体、板式平焊、对焊、平焊环板式松套、对焊环板式松套、翻边板式松套和法兰盖七种形式,密封面形式有平面、凸面、凹凸面、榫槽面、环连接面五种形式。JB法兰标准是我国应用多年的主要标准,以前建设的大多数石油化工装置都采用了该标准,现在有许多标准设备或定型设备如机泵、换热器、阀门等仍采用它。
机械行业应用标准体系中没有相应的管件标准,体系很不完善,需要中国国家标准(GB)体系的一些标准作支持,而且实际中经常碰到一些不能很好匹配的问题,因此,设计人员一般不再使用该标准体系。
5. 中国国家应用标准体系
①. 管子尺寸系列标准
多年来,中国国家应用标准体系中一直没有相应的管子尺寸系列标准,它的接管尺寸由法兰的接管外径尺寸进行定义。直到1998年GB 17395的出现,国家应用标准体系中才给出了管子尺寸系列标准。GB 17395属于“大外径系列”。其接管外径尺寸与ANSI标准在DN>1100mm的情况下是不一致的,在应用时应注意。
②. 法兰标准
中国国家应用标准体系的法兰标准GB 9112~GB 9119-2000和GB9120~9124-2000等效采用了ISO7005-1标准。因此,它同时包括了“欧式法兰”和“美式法兰”两个体系。其公称尺寸范围、法兰结构及密封面形式与ISO标准基本相同。其中公称压力有两个系列:一是以PN0.25、PN0.6、PN1.0、PN1.6、PN2.5、PN4.0共六个等级组成的I系列,属于“欧式法兰”;二是以PN2.0、PN5.0、PN10.0、PN15.0、PN25.0、PN42.0共六个等级组成的II系列,属于“美式法兰”。法兰的公称尺寸范围因公称压力不同而异,当PN=0.25MPa时,DNmax=4000mm,当PN=42.0MPa时,DNmax=300mm,法兰结构形式有整体式、螺纹、对焊、带颈平焊、带颈承插焊、对焊环松套板式、平焊环松套板式、板式翻边松套、法兰盖共九种。密封面形式有凸台面、榫槽面、环槽面、凹凸面和全平面五种。
压力管道国家标准体系是一个比较完整的标准体系。它的管件分为A、B两个系列,其中A系列为“大外径系列”,以期能与SH标准等匹配使用;B系列为“小外径系列”,以期能与JB标准等配套使用。