不锈钢管道材料等级中管道的连接形式,应根据工艺物料特性和工艺要求确定。


  1. 由于管法兰处容易泄漏,对于高温、高压管道除必须用法兰连接外,其他应避免用法兰连接。焊接连接的不锈钢管道是保证管道无渗漏的最佳、最经济的方法。对焊连接适用于公称直径≥DN50的管道连接。≤DN40的管道一般用承插焊连接或管螺纹连接,但下列情况除外:


    ①. 壁厚大于等于Sch160的小口径不锈钢管道;


    ②. 有缝隙腐蚀敏感介质存在的小口径不锈钢管道;


    ③. 润滑油系统的小口径不锈钢管道。


  不锈钢管道与设备、容器阀门等相连接或需要定期拆卸清扫、检修时,才用法兰连接。法兰连接不仅易泄漏且价格较高。对焊连接、承插焊接、管螺纹连接三者的比较,见表4.6.2。


 表4.6.2 对焊连接、承插焊接、管螺纹连接三者的比较


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   注:①. 装置内除输送空气、惰性气和小口径管道外,所有的螺纹连接管道均需密封焊。


       ②. 装置外所有输送烃类、危险、有毒、腐蚀性介质及价格昂贵的介质管道螺纹连接要施密封焊。SH/T 3012对此类密封焊也有规定。ASME B31.3规定,考虑管道连接处强度时,不应计入密封焊。


 2. 除安装、维护、检修必须拆卸处外(如与阀门、仪表、设备等需要用法兰或螺纹连接者外),不锈钢管道应采用焊接连接,并应符合下列规定:


  ①. 公称直径小于或等于40mm的不锈钢管道,宜采用承插焊连接,承插焊连接不应用于可能发生缝隙腐蚀介质的管道;产生缝隙的腐蚀性介质有HF、HCl等介质。公称直径等于或大于50mm的不锈钢管道宜采用对焊连接。


  ②. 除镀锌管道外,螺纹连接宜用于公称直径小于或等于40mm的管道,并应符合下列规定:


     a. 管螺纹应符合现行GB/T 12716《60°密封管螺纹》或GB/T 7306.1《55°密封管螺纹 第1部分圆柱内螺纹与圆锥外螺纹》和GB/T 7306.2《55°密封管螺纹第2部分圆锥内螺纹与圆锥外螺纹》的规定。


     b. 螺纹连接的内外管螺纹应采用锥管螺纹。当采用圆锥外螺纹与圆柱内螺纹配合时,其设计温度不得超过150℃,设计压力不得大于0.5MPa,且不得用于毒性程度为高度、极度介质及可燃性介质管道。


     c. 对水、低压蒸汽和空气系统管道的螺纹连接,可使用密封剂或密封带。


     d. 对工艺介质及介质渗透性较强或对泄漏率控制较严的管道,可采用密封焊;GB50160《石油化工企业设计防火标准》规定,公称直径等于或小于25mm的可燃气体、液化烃、可燃液体的金属管道和阀门采用锥管螺纹连接时,除含氢氟酸等产生缝隙腐蚀的腐蚀性介质管道外,应在螺纹处采用密封焊。GB 50316《工业金属管道设计规范》规定,A1类流体、A2类流体和B类流体的管道用锥管螺纹连接时,公称直径不应大于20mm,且应采用密封焊。密封焊时不得使用密封剂(填料),密封焊缝应覆盖全部露出的螺纹。密封焊缝仅可以用于防止螺纹接头的泄漏,不应要求其能承担接头的任何强度。


     e. 可能发生应力腐蚀或由于振动、压力脉动及温度变化等可能产生交变荷载的部位,不宜采用螺纹连接。


     f. 可能产生缝隙腐蚀、严重冲蚀或循环荷载的工况,应避免采用螺纹接头。


    g. 表号Sch5、10、5S、10S壁厚管子不允许加工密封管螺纹。


 3. 法兰连接形式应根据管道设计压力、设计温度、介质特性及泄漏率等要求选用。


 4. 扩口、卡箍及其他特种管道连接,应按管接头标准规定的压力、温度等使用条件及所连接管子材料、规格要求选用。但当用于极度危害介质、高度危害介质、可燃介质或承受压力温度条件剧烈变化的管道时,应经过类似工况条件的性能试验或实际使用证明安全可靠方可采用。


 5. 除设计另有规定外,活接头不宜用于有毒介质管道。


 6. 连接不同压力等级不锈钢管道的阀门、法兰等管道组成件,应按苛刻条件选用。


   ①. 堵头、放空、放净、孔板法兰的取压点和热电偶出口通常采用螺纹连接。


   ②. 需要在螺纹连接处采用密封焊的介质:a.氢、烃类或有毒介质;b.所有漏入大气能自燃的介质;c.保温管线上的水压试验用的堵头(试压后);d.所有10MPa(CL.600)和更高压力等级的管道。


   ③. 需要采用密封焊的螺纹连接,不得采用密封剂或密封带,焊前应消除油渍,并旋紧螺纹连接达到全螺纹啮合,密封焊缝宽度为2mm,应覆盖全部露出的螺纹。


   ④. 不采用密封焊的阀门和管件:铸铁、可锻铸铁及球墨铸铁件;调节阀;疏水器;放空和放净阀上的丝堵或管帽;活接头的压紧螺母;仪表接头。


   ⑤. 不采用密封焊的螺纹连接,在安装时要使用聚四氟乙烯密封带。


   ⑥. 不应采用活接头的工况:a..PN≥10.0MPaPa的管道;b.所有设计温度高于200℃的物料管道;c.H2和液态烃类管道。


   ⑦. 支管连接,所有连接到其他管道上的管子,包括放空、放净及仪表接口等均为支管连接。a.当主管尺寸DDN≤40(1//2")时,支管连接应采用三通管件。b.当主管尺寸DN≥50(2”)时,支管的连接形式可采用开孔焊、开孔补强焊、对焊三通等。



7. 对焊管件


   ①. 通常用于DN≥50mmm的管道,广泛应用于石油化工装置中的易燃、可燃介质,以及较高温度-压力参数的其他介质管道。对焊管件比其他连接形式的管件连接可靠、施工方便、价格便宜、没有泄漏点。不锈钢管件的壁厚等级用管子表号表示,常用的管子表号为Sch40、Sch80,选用对焊管件时,管件的管子表号应和与其连接的管子表号相同,即管件与管子等强度(而不是等壁厚),只是管件端部的壁厚与管子的壁厚相同。我国钢制对焊管件的国家标准GB/T 12459、SH 3408 基本与ASME B16.9、ASME B16.28、JIS、JPI-7S、JPI-7S-1相同。


  ②. 常用的对焊管件包括弯头、三通、异径管(大小头)和管帽,前三项大多采用无缝钢管或焊接钢管通过推制、拉拔、挤压而成,后者多采用钢板冲压而成。


   ③. 它们通过公称壁厚等级(管子表号或壁厚值)来实现与管子等强度,至于其局部应力集中的补强,是制造厂应解决的事情。制造厂应对焊管件的强度进行设计,并通过验证试验法进行验证。



8. 承插焊管件


   ①. 如表4.6.3中图所示。通常情况下,承插焊管件用于DN≤40mmm、管壁较薄的管子和管件之间的连接。包括弯头、三通、加强管口、加强管接头、管帽、管箍、异径短节、活接头、丝堵、仪表管口、软管站快速接头、水喷头等。




  ②. 承插焊管件通常采用模压锻造后再机械加工成型工艺制造。安装施工方便,不拍片,可靠性较好。


   ③. 注意插口与承口阴阳配合,承插焊连接必定为一个是插口,另一个则为承口管件。阳(插口):管,短管,异径短节,螺纹短节堵头;阴(承口):管件(弯头、三通、管帽、加强管口、活接头、管箍等),阀门,法兰。


   ④. 在应用中应考虑这些管件之间的搭配组合以及所需的结构空间。外径尺寸的差异带来为承口内径的调正;建议根据采用的外径系列附承口内径调正表,见表4.6.4。


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   ⑤. 压力等级及承压能力。a.Class3000(3M)Psi对应壁厚 Sch80,Class6000(6M)Psi对应壁厚Sch160,Class9000(9M)Psi对应壁厚XS。b.可使用更薄或更厚管子。管子更薄者,管件承压强度等于管子;管子更厚者,管件承压强度等于磅级psi;高温承压强度随材料许用应力,按比例降低。



9. 螺纹管件


   ①. 常用材料有锻钢、铸钢、铸铁、可锻铸铁,石油化工装置的工艺管道大多选用锻钢制锥管螺纹管件。常用锻钢制螺纹管件的标准有HG/T 21632、GB/T 14626、GB/T 19326、ASMEB16.1、GB/T 3287、MSS SP83《活接头》、MSSSP97《支管台》、MSS SP95《异径短管及管堵》、GB/T 8464《水暖内螺纹》、API 602《小口径闸阀》。螺纹连接也多用于DN≤40的管子及其元件之间的连接。常用于不宜焊接或需要可拆卸的场合。螺纹连接件有阳螺纹(male screw)和阴螺纹(femalescrew)之分。管螺纹分圆锥管螺纹和圆柱管螺纹两种,管螺纹如图4.6.3、图4.6.4所示,在管连接中常被采用。如一般把管件、设备加工成圆柱形内螺纹,把管子加工成圆锥形外螺纹,除安装方便外且密封性能好,可锻铸铁管件大都采用锥形内螺纹,它与管子圆锥形外螺纹连接,效果极佳。管连接中的“锥接锥”螺纹接口和“柱接锥”螺纹接口如图4.6.5所示。



   ②. 常用的锥管螺纹可分为55°管螺纹(多用于欧洲)和60°锥管螺纹(多用于美国)。


     a. ISO 7/1为55°锥管螺纹,日本标准同时包含55°锥管螺纹和60°锥管螺纹两种。


     b. GB/T 7306为55°锥管螺纹等同采用ISO 7/1,螺纹锥度为1:16,牙型角55°,尺寸范围1/16"~6”,螺纹标志代号R(圆锥外螺纹),Rc(圆锥内螺纹)。


     c. GB/T 12716为60°锥管螺纹,等同采用ASME 1.20.1,螺纹锥度为1:16,牙型角60°,尺寸范围1/16"~12”,标识NPT,两种圆锥管螺纹不能互换。


   ③. 常用的不锈钢管件中,螺纹短节为阳螺纹,而弯头、三通、管帽、活接头等多为阴螺纹,使用时应注意它们之间的搭配和组合。螺纹管件见表4.6.5。



   ④. 螺纹连接与焊接相比,其接头强度低,密封性能差,因此其使用时,常受下列条件的限制:


     a. 螺纹连接的管件应采用锥管螺纹;


     b. 螺纹连接不推荐用在大于200℃及低于-45℃的温度下;


     c. 螺纹连接不得用在剧毒介质管道上;


     d. 螺纹连接不推荐用在可能发生腐蚀、缝隙腐蚀或振动、压力脉动及温度变化可能产生交变载荷的管道上;


     e. 用于可燃气体管道上时,宜采用密封焊进行密封;


     f. 管道螺纹连接适用于低压流体输送用焊接钢管,特别是低压流体输送用镀锌钢管,N≤100mmmm,介质为了不损坏镀锌层,保证工艺的要求,必须采用螺纹连接。适用于管子DN≤1工作压力在1.0MPa以下,温度在100℃以内,且便于检查和维修的管道。管螺纹连接对介质参数的适用范围见表4.6.6。


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     g. 建筑镀锌钢管给水、热水供应,建筑卫生洁具连接的钢管,建筑铜管给水,建筑燃气供应的钢管连接,建筑采暖系统中连接散热器的立管、横支管,需要拆卸的管等一般均采用螺纹连接。


     h. 管道与带螺纹的设备、附件的连接也必须采用螺纹连接。


   ⑤. 螺纹管件选用中的问题。


     a. NPT用于仪表、阀门、工艺系统螺纹管件,安装不加填充剂,防漏可采用密封焊。R-Rp用于公用工程用螺纹管件和阀门、GB 3287可锻铸铁镀锌管件、GB/T 3091镀锌管,适用口径DN10~50,DN15~150(max);公制管系统不能用。安装可加填充剂,不采用密封焊。


     b. 压力等级及承压能力:2000psi对应壁厚 Sch80;3000psi 对应壁厚 Sch160;6000psi对应壁厚XXS。可使用更薄或更厚管子:管子更薄者,管件承压强度等于管子,管子更厚者,管件承压强度等于磅级psi,高温承压强度随材料许用应力,按比例降低。


     c. ASME B31.3 选用NPT,GB/T 20801 规范的GC2类,碳钢管道DN40的壁厚为Sch80,DN50~150的壁厚为Sch40;不锈钢管道DN150以下的壁厚为Sch40;GB/T 20801规范的GC3类管道的各种材料小于DN300,为计算壁厚;当用于有毒、易燃介质时,大于DN50应加安全防护。管螺纹标准的比较见表4.6.7。





 10. 不锈钢管道连接方法还有:法兰连接、沟槽连接、热熔连接、卡套连接、卡箍连接、卡压连接方法等。见图4.6.6。


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