不锈钢管道元件壁厚压力等级的选用主要与以下几点要素有关:
1. 许用应力
许用应力一般是由材料的强度指标除以相应的安全系数而得到的数值。材料的机械性能指标有屈服极限、强度极限、蠕变极限、疲劳极限等,这些指标分别反映了不同状态下失效的极限值。为了保证不锈钢管道强度安全,常将管道元件中的应力限制在某一值,该数值即为许用应力。材料的许用应力是确定管道壁厚等级的基本参数。不同的标准体系,材料的许用应力值可能不同。
2. 腐蚀余量
腐蚀余量是考虑因介质对管道的腐蚀而造成的管道壁厚减薄,在设计时增加的不锈钢管道壁厚值。它的大小直接影响到管道壁厚的取值和壁厚等级的确定。国内外许多工程单位通常将腐蚀余量分为如表3.1.3所示。
3. 壁厚偏差
不锈钢管子及其元件在制造过程中,相对于公称壁厚(理论壁厚)都会有正、负偏差,在确定管子及其元件公称壁厚时需要考虑可能出现的负偏差值。各种管道标准中规定的负偏差值可能不同,国内外标准规定的壁厚偏差值见本章第3节讲述。
4. 焊接接头系数
金属的焊接过程,实质上是一个冶金过程,一般铸造组织缺陷较多,材料性能也下降。
对于纵焊缝或螺旋焊缝的焊接管子及元件,相对于无缝管及元件来说常给它一个强度降低系数(即焊接接头系数),以衡量其机械性能下降的程度。不锈钢焊接钢管的一般焊接接头系数见表3.1.4。国内外管道标准规范对焊接接头系数均有规定,例如,GB 50316 规定焊接接头系数应根据规范焊接接头的型式、焊接方法和焊接接头的检验要求确定,对有色金属管道熔化极氩弧焊100%无损检测时,单面对接接头系数为0.85,双面对接接头系数为0.90;局部无损检测时,对接接头系数见规范内数据。
5. 铸造质量系数
相对于轧制或锻制的不锈钢管道元件,铸件缺陷相对较多,机械性能有所下降。在ASME B31.3中,为了衡量铸件机械性能下降的程度,用铸造质量系数来表示。铸造质量系数同样与无损探伤的检验数量有关。一般情况下,符合材料基本要求且根据MSS SP-55的规定已经过肉眼检验的静态铸件,可取其基本铸造质量系数为0.8,对每一铸件进行补充检验后可以按表3.1.5的要求提高。铸件用作压力管道及其元件的情况并不多,DN≥50阀门的阀体常采用铸件,阀门阀体的强度设计一般由制造商进行,多数阀门标准已经给出了最小壁厚要求,实际管道设计中很少用到铸造质量系数这个概念。ASME B31.3规定,用于剧烈操作条件下及工艺介质管道上的焊接和铸造不锈钢管件,其焊接质量系数和铸造质量系数均不得低于0.9。在国内外管道设计标准规范中,有铸造质量系数的规定。例如,GB 50316规定:如对铸件进行补充检测,质量系数可提高至表内规定的数值,但在任何情况下,质量系数不应超过1.00。