GC1管道材料的選用，值得收藏！
天樞子劉明強
化工設備人
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鑒于GC1管道的特殊性，在設計時(shí)應將介質(zhì)性質(zhì)、設計條件、選材等相同的GC1 級類(lèi)介質(zhì)管線(xiàn)單獨設置等級。
避免將價(jià)格高的管道材料用于普通的介質(zhì)管線(xiàn)上造成不必要的浪費
在TSG D0001 的表1 中規定了一些管材標準用于GC1 級介質(zhì)的要求，設計時(shí)應執行該表中的各項要求。
表列的不銹鋼焊接鋼管標準，建議不要選HG/T20537，一是因為該標準年份比較久遠，在冶金、焊接、檢測技術(shù)日新月異的今天，標準中一些要求從技術(shù)角度上來(lái)講已經(jīng)落后；另一原因是，對比GB/T12771-2008 標準，該標準的使用范圍小， 可生產(chǎn)的鋼管材質(zhì)也較少。所以設計時(shí)多選用GB/T12771。
表1 中規定GB/T8163、GB3087、GB/T9711.1 不能被用于GC1 類(lèi)介質(zhì)管線(xiàn)，但在其注釋7 中有補充說(shuō)明：經(jīng)過(guò)逐根超聲檢測并達到合格要求的，允許用于設計壓力≤4.0Mpa 的本規程A1.1(1)規定的管道。
這條注釋有別于GB/T20 01.2 中的要求的，這與兩個(gè)標準的生效年份有關(guān)。規范之所以對這三個(gè)標準的管材使用有限制，主要因為這三個(gè)標準中的管材在生產(chǎn)制造、檢驗、試驗方面的要求較低，用于GC1 級管線(xiàn)，會(huì )存在一定的風(fēng)險。設計時(shí)，需綜合考慮管材的經(jīng)濟性和安全性，做最優(yōu)選用。
目前GB/T9711 系列標準已升版為GB/T9711-2017。新版中，鋼管等級PSL1 對應的是原GB/T9711.1 中的管材，PSL2對應的是原GB/T9711.2 中的管材。在《全國壓力管道設計審批人員培訓教材》第三版中，對GB/T9711 的使用限制與附表1 中對GB/T9711.1 的規定是相同的。選用該標準時(shí)，需注意其不允許使用的范圍。
GB/T9948-2013、GB/T6479-2013 和GB/T5310-2017 用于GC1 級無(wú)縫管線(xiàn)是可選的。從這三個(gè)標準各自的名稱(chēng)可以看出它們的使用范圍的側重。另外還應注意標準中的一些特有的要求，
比如：只有GB6479 對優(yōu)質(zhì)碳素鋼的低溫沖擊試驗有規定；而在GB9948-2013 中有晶間腐蝕試驗的要求和鋼管用于含H2S 環(huán)境的補充技術(shù)要求。GB5310 是專(zhuān)門(mén)為鍋爐用鋼管而設置的標準，因此多用于蒸汽及其凝液管線(xiàn)上。
對于設計壓力大于等于10Mpa 的GC1 類(lèi)介質(zhì)管線(xiàn)，在SH/T3059 中規定：無(wú)縫鋼管用于設計壓力≥10Mpa 時(shí)，制造及檢驗應符合GB5310、GB9948 或GB6479 的規定，不銹鋼管的檢驗應不低于GB/T14976 的規定[4]。
該要求有別于GB50316中的要求， 這兩個(gè)規范中之所以不同， 主要是因為在GB50316-2000(2008 版)發(fā)布時(shí)，這三個(gè)標準中管材的質(zhì)量等級由低到高的順序為：GB9948＜GB5310＜GB6479 。
但目前這三個(gè)標準，無(wú)論從加工制造還是檢驗、試驗方面的要求已基本相同。從這三個(gè)標準各自的使用情況來(lái)講，SH/T3059 的要求更合理。比如超過(guò)10Mpa 的蒸汽介質(zhì)，選用GB5310 比選用GB6479 更適合。
對于選用國外管材標準的等級，TSG D0001[1]中規定：直接采用國際標準或者國外標準時(shí)，應當先將其轉化為企業(yè)標準或者工程規定。對于GC1 級管道還應當報國家質(zhì)檢總局備案。
必要時(shí)，由國家質(zhì)檢總局委托有關(guān)技術(shù)組織或技術(shù)機構進(jìn)行評審。目前國內所用到的國外標準中，美標的選用最多，對美標管材應用的技術(shù)也很成熟，使用時(shí)需按照ASMEB31.3中對管材的相應要求執行。
（1）標準管件。管件標準的選用可有項目規定或自行選用。對于無(wú)縫管件，因其可由不同標準的鋼管制造，因此選定管件標準后，需注明原材料的管材標準號，以便使管件達到與管材相同的使用要求。對于鍛制的管件，有的設計將鍛件等級也做了限定。這是有很必要的。
（2）非標管件。最常見(jiàn)的非標管件有彎管、斜接彎頭、異徑管、斜接三通這幾類(lèi)。彎管的使用范圍在相關(guān)的標準中未做限制，鑒于現場(chǎng)加工制造質(zhì)量難以保證，GC1 級管道用彎管最好購買(mǎi)制造廠(chǎng)加工的成品件。
購買(mǎi)時(shí)將加工制造要求在請購文件中注明，以確保彎管安全使用。除非受到管道布置的制約及工要求，不建議在材料等級中做特殊管件的設計。
目前只有GB/T20801.3 中對GC1 級管道用閥門(mén)的要求比較詳盡，下面將對其選用的要求逐條進(jìn)行分析：應選用專(zhuān)用的石油化工閥門(mén)；
（1）這類(lèi)標準下的閥門(mén)經(jīng)過(guò)了多年的實(shí)踐與檢驗，質(zhì)量及驗收等方面的要求也較高。GB/T20801.3 的中列舉的閥門(mén)標準目前大多數已升版，在設計時(shí)，按照SH/T3059 中的表列標準選用更符合本條規定要求。
（2）應防止閥桿填料處流體介質(zhì)的泄露；該要求主要考慮GC1 類(lèi)介質(zhì)其毒性、可燃性、均高于其他類(lèi)流體介質(zhì)。閥門(mén)的外漏將造成環(huán)境污染和安全隱患。
防閥桿處泄漏效果最好的是波紋管密封閥門(mén)，但因其加工難度大、技術(shù)要求高、波紋管材料還不能完全實(shí)現國產(chǎn)化，成本過(guò)高，從而制約了其在石油化工行業(yè)中大量的推廣使用。對于極度危害和高度危害的介質(zhì)，從人身安全的角度出發(fā)，可考慮選用該類(lèi)閥門(mén)。
在閥門(mén)的標準中上密封試驗就是針對閥桿處填料泄露做出的要求；另在ISO15848中閥桿處的泄露按閥桿的直徑計算，并對泄露進(jìn)行了分級，在實(shí)際的設計中，可結合介質(zhì)的特性，選擇合適的閥門(mén)結構及適當的泄露等級，從根本上杜絕閥門(mén)閥桿處的外漏。
①法蘭連接，螺栓數量≥4，且墊片符合GB/T20801.3中5.1.9 規定；在GB50316、ASME B31.3 中也要求：閥蓋用少于4 個(gè)螺栓或用U 形螺栓固定在閥體上的螺栓連接閥蓋的閥，僅可用于D 類(lèi)流體工況。
表列的閥門(mén)標準中均規定法蘭連接閥蓋的螺栓不得少于4 個(gè)。這條及下面幾條的要求是為了防止閥蓋處介質(zhì)的泄露。
墊片的類(lèi)型及材質(zhì)也是閥門(mén)規格書(shū)中的一項內容，在A(yíng)PI 600 中列舉了閥體和閥蓋連接處可選用的密封面形式，確定了密封面形式后，可按照本條款并結合HG/T20592～20635 中的要求，根據介質(zhì)的實(shí)際情況，選擇適合的墊片類(lèi)型。
②自緊式結構；該結構能有效防止閥蓋處的介質(zhì)泄露。這種結構形式在A(yíng)PI 6D、NB/T47044 中有提及，但均無(wú)較詳細的規定。從密封的原理來(lái)講，閥蓋處的密封分為強制密封和自緊密封，強制密封的典型結構是墊片密封，通常用于低壓、中壓和中小口徑的閥門(mén)；
相比于強制密封，自緊密封結構當閥蓋受介質(zhì)壓力作用向上移動(dòng)，閥蓋與楔式密封墊以及閥體與楔形密封墊之間的密封比壓，隨壓力的增加而逐漸增大。自密封中介質(zhì)壓力總是趨于增加預緊密封比壓，增加密封性能。
介質(zhì)壓力愈高，工作密封的比壓就愈大，密封性能越好。根據這一特點(diǎn)，自緊密封作為高壓密封技術(shù)，常用與高溫或高壓大口徑閥門(mén)。
③全焊透焊接結構；這種結構是防止閥蓋處泄漏最有效的辦法，不受閥門(mén)尺寸、使用壓力和溫度的限制。但對于可在線(xiàn)維修的閥門(mén)來(lái)說(shuō)，維修時(shí)，需要去掉焊接部位，因而常用在可長(cháng)期使用無(wú)需維修的閥門(mén)上；或者這種閥門(mén)要獲得閥蓋連接部位密封的可靠性比克服對閥門(mén)內部進(jìn)行檢修時(shí)的困難更重要的場(chǎng)合。
④圓柱螺紋連接，強度校核合格并采用金屬密封焊；鑒于圓柱螺紋的使用限制，且需要金屬密封焊，不利之處同上c)所列，該種結構的閥蓋連接在工程設計中很少選用。
⑤不得采用螺紋連接的閥蓋密封結構；該結構不僅是GC1 類(lèi)介質(zhì)管線(xiàn)，其他類(lèi)工藝介質(zhì)管線(xiàn)上的閥門(mén)也很少選用，一般用在使用中振動(dòng)小，不需要經(jīng)常拆卸的小閥上。
⑥采用非金屬密封材料用于可燃性流體的閥門(mén)，應符合防火試驗要求，并應根據非金屬材料所能承受的壓力-溫度額定值確定閥門(mén)的壓力-溫度額定值。
這一要求主要是為了確保在火災危險情況下，閥門(mén)仍然具備關(guān)斷能力，避免次生災害的發(fā)生。非金屬材料因其自身的性質(zhì)，所承受的溫-壓能力有限，選用時(shí)，需嚴格按照標準中的要求，核對溫-壓值。
如選用標準中未列的材質(zhì)需謹慎，不同的廠(chǎng)家，給出的溫-壓值可能不同。不是唯一可選時(shí)，不建議選用超出標準的非金屬作為密封面材料。
法蘭選用的重點(diǎn)在法蘭型式及密封面上，GB/T20801.3中規定：脹接法蘭和螺紋法蘭不得用于GC1 級管道；劇烈循環(huán)工況或GC1 級管道的場(chǎng)合，且承插焊接接頭的公稱(chēng)直徑大于DN50 時(shí)不得采用承插焊焊接的連接。
在SH/T3059 中規定：有毒、可燃介質(zhì)管道，不得使用板式平焊法蘭。GB50316針對A1 類(lèi)流體規定：
(2)除了采用焊唇墊片外，法蘭公稱(chēng)壓力的選用宜留有≥25%的裕量，且不應低于公稱(chēng)壓力2.0Mpa；
(3)采用軟墊片時(shí)，應選用凹凸面或榫槽面的法蘭[3]。
墊片的選用應根據流體性質(zhì)、使用溫度、壓力以及法蘭密封面等因素綜合考慮。
HG/T20592～20635 中對各類(lèi)墊片的使用溫度及與各類(lèi)型法蘭的配套使用情況有詳細的說(shuō)明，設計時(shí)可結合該標準及GB/T20801.3、SH/T3059 中的要求選擇合適的墊片材質(zhì)和類(lèi)型。
另外，應特別注意一些墊片的使用限制，比如：可燃材料（如橡膠）制成的墊片，不得用于輸送強氧化性介質(zhì)的管道等。
值得注意的是HG/T20592～20635 的緊固件，歐標系列中有六角頭螺栓、等長(cháng)雙頭螺柱和全螺紋螺柱；美標系列只有六角頭螺栓和全螺紋螺柱，選用標準不同，對應的緊固件形式也不相同。
在HG/T20634 中規定了六角頭螺栓及Ⅰ型六角螺母的使用應符合下列要求：公稱(chēng)壓力等級≤Class150；非有毒、非可燃介質(zhì)以及非劇烈循環(huán)場(chǎng)合；配有非金屬平墊片。除這種情況外，應選用專(zhuān)用級全螺紋螺柱和專(zhuān)用螺母。
根據GC1 級管道介質(zhì)的性質(zhì)，可知用于GC1 級管道等級的緊固件只能選用專(zhuān)用級全螺紋螺柱和專(zhuān)用螺母。SH/T3404 與HG/T20634 中的緊固件類(lèi)型是一致的，該標準中緊固件的使用要求同HG/T20634。
分支表是管道等級的一個(gè)重要組成部分，在GB/T20801.3 中規定：GC1 級管道用支管連接管件應采用整體補強的支管連接管件或三通[6]；GB50316 中定義的A1 類(lèi)流體與A2 類(lèi)中的Ⅱ級流體同樣要求支管連接應優(yōu)先選用標準三通，其次是支管臺或嵌入式支管[3]。
按照規范的這些要求，GC1 級管道等級的分支連接，有標準連接管件的應采用標準支管連接件。不能選用支管連接管件的，按照GB/T20801.3、SH/T3059中補強計算部分規定：對于GC1 級壓力管道不宜采用補強板進(jìn)行補強。
對于該要求主要是考慮了補強板結構的補強金屬分布過(guò)于分散，補強效率不高；補強圈與殼體金屬之間不能完全貼合，傳熱效果差，在中溫及以上使用時(shí)，二者存在較大的熱膨脹差，因而使補強局部區域產(chǎn)生較大的熱應力；
另外補強圈與殼體采用搭接焊連接，難以與殼體形成整體，抗疲勞性能差；補強焊接結構與其它補強形式相比，焊接應力也較大。鑒于補強圈補強的這些缺陷，可采用整體補強的方式來(lái)進(jìn)行分支的設計。
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