压力容器钢管应如何选型

本文节选自 《压力管道设计及工程实例(二版) 第4章》

　　钢管的选择

　　在我国的钢管制造标准中，有结构用钢管和流体输送用钢管之分。

　　结构用钢管：主要用于一般金属结构如桥、梁、钢构架等，它只要求保证强度与刚度，而对钢管的严密性不作要求。

　　流体输送用钢管：主要用于带有压力的流体输送，它除了要保证有符合相应要求的强度与刚度外，还要求保证密闭性，即在出厂前要求逐根进行水压试验。对压力管道来说，它输送的介质常常是易燃、易爆、有毒、有温度、有压力的介质，故应选用流体输送用钢管。

　　在实际的工程设计、采购和施工中，经常发现有用结构用钢管代替流体输送用钢管的现象，这是绝对不可以的。

　　1.   焊接钢管（Welded Steel Pipe）

　　常用的焊接钢管标准有：

　　GB/T3091《流体输送用焊接钢管》

　　GB/T9711.1《石油天然气工业输送钢管交货技术条件》

　　SY/T5038《普通流体输送用螺旋缝高频焊钢管》

　　SY/T5037《普通流体输送用螺旋缝埋弧焊钢管》

　　GB12771《流体输送用不锈钢焊接钢管》

　　HG50237.1～4《奥氏体不锈钢焊接钢管》

　　目前，常用的焊接钢管根据其生产时采用的焊接工艺不同可以分为：连续炉焊(锻焊)钢管、电阻焊钢管和电弧焊钢管三种。

　　1）      连续炉焊(锻焊)钢管

　　连续炉焊(锻焊)钢管 是在加热炉内对钢带进行加热，然后对已成型的边缘采用机械加压方法使其焊接在一起而形成的具有一条直缝的钢管。

　　特    点：生产效率高，生产成本低；但焊缝质量差，综合机械性能差。

　　材料牌号：Q195A、Q215A、Q235A三种

　　用    途：适于设计温度为0～100℃、设计压力不超过0.6MPa的水和压缩空气系统。

　　标    准：GB/T3091《流体输送用焊接钢管》

　　2）      电阻焊钢管（Electric-resistance Welded Steel Pipe）

　　电阻焊钢管 是通过电阻焊或电感应焊焊接方法生产的，带有一条直焊缝的钢管。

　　特    点：生产效率高，自动化程度高，焊后的变形和残余应力较小。设备投资高，对焊接接头的质量要求也比较高。由于接头处难免有杂质存在，所以接头塑性和冲击韧性较低。

　　标    准：SY/T5038《普通流体输送用螺旋缝高频焊钢管》

　　材料牌号：Q195A、Q215A、Q235A三种

　　用    途：适用于设计温度≤200℃的水、煤气、空气、采暖蒸汽等

　　标    准：GB/T9711.1－1997《石油天然气工业输送钢管交货技术条件》

　　材料牌号：L 175、L210，L245，L290，L320，L360，L450等15种

　　用    途：石油天然气工业中可燃流体和非可燃流体（中、低压）

　　3）      电孤焊钢管（Electric-arc-welded Steel Pipe）

　　电孤焊钢管 是通过电弧焊焊接方法生产的钢管。

　　特    点：接头达到完全的冶金结合，接头的机械性能能够完全达到或达到母材的机械性能。在经过适当的热处理和无损检查之后，电弧焊直缝钢管的使用条件可达到无缝钢管的使用条件而取代之。

　　螺旋缝钢管材料牌号： Q195、Q215、Q235三种

　　用    途：适用于设计温度≤200℃的水、煤气、空气、采暖蒸汽等

　　标    准：SY/T5037《普通流体输送用螺旋缝埋弧焊钢管》

　　直缝钢管材料牌号： 1Cr18Ni9、0Cr19Ni9、00Cr19Ni11、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni12Mo2、00Cr17Ni14Mo2共12种

　　用    途：设计压力小于5.0MPa，焊缝系数小于1.0时，不宜用于极度或高度危害介质

　　标    准：GB12771《流体输送用不锈钢焊接钢管》

            HG50237.1～4《奥氏体不锈钢焊接钢管》

　　2.     无缝钢管（Stainless Steel Pipe）

　　无缝钢管 是采用穿孔热轧等热加工方法制造的不带焊缝的钢管。必要时，热加工后的管子还可以进一步冷加工至所要求的形状、尺寸和性能。目前，无缝钢管（DN15～600）是石油化工生产装置中应用最多的管子。

　　1）      碳素钢无缝钢管

　　材料牌号： 10、20、09MnV、16Mn共4种

　　标    准：GB/T8163《流体输送用无缝钢管》

　　GB/T9711.1《石油天然气工业输送钢管交货技术条件》

　　GB6479《化肥设备用高压无缝钢管》

　　GB9948《石油裂化用无缝钢管》

　　GB3087《低中压锅炉用无缝钢管》

　　GB5310《高压锅炉用无缝钢管》

　　GB/T8163：

　　材料牌号：10、20、09MnV、16Mn

　　适用范围：设计温度小于350℃、压力低于10MPa的油品、油气和公用介质

　　GB6479：

　　材料牌号：10、20G、16Mn共3种

　　适用范围：设计温度－40～400℃、设计压力10.0～32.0MPa的油品、油气

　　GB9948：

　　材料牌号：10、20共2种

　　适用范围：不宜采用GB/T8163钢管的场合。

　　GB3087：

　　材料牌号：10、20共2种

　　适用范围：低中压锅炉的过热蒸汽、沸水等

　　GB5310：

　　材料牌号：20G   1种

　　适用范围：高压锅炉的过热蒸汽介质

　　检验：

　　一般流体输送用钢管必须进行化学成分分析、拉力试验、压扁试验和水压试验。

　　GB5310、GB6479、GB9948三种标准的钢管，除了流体输送用钢管必须进行的试验外，还要求进行扩口试验和冲击试验；这三种钢管的制造检验要求是比较严格的。

　　GB6479标准还对材料的低温冲击韧性做出了特殊要求。

　　GB3087标准的钢管，除了流体输送用钢管的一般试验要求外，还要求进行冷弯试验。

　　GB/T8163标准的钢管，除了流体输送用钢管的一般试验要求外，据协议要求进行扩口试验和冷弯试验。这两种管子的制造要求不如前三种严格。

　　制造：

　　GB/T/8163和GB3087标准的钢管多采采用平炉或转炉冶炼，其杂质成分和内部缺陷相对较多。

　　GB9948多采用电炉冶炼。大多加入了炉外精炼工艺，成分和内部缺陷相对较少。

　　GB6479和GB5310标准本身规定了炉外精炼的要求，其杂质成分和内部缺陷最少，材料质量最高。

　　上述几个钢管标准的制造质量等级从低到高的顺序：

　　GB/T8163

　　选用：

　　一般情况下，GB/T8163标准的钢管适用于设计温度小于350℃、压力低于10.0MPa的油品、油气和公用介质条件下；

　　对于油品、油气介质，当其设计温度超过350℃或压力大于10.0MPa时，宜选用GB9948或GB6479标准的钢管；

　　对于临氢操作的管道，或者在有应力腐蚀倾向环境中工作的管道，也宜使用GB9948或GB6479标准。

　　凡是低温下(小于－20℃)使用碳素钢钢管应采用GB6479标准，只有它规定了对材料低温冲击韧性的要求。

　　GB3087和GB5310标准是专门为锅炉用钢管而设置的标准。《锅炉安全监察规程》强调指出，凡与锅炉相连的管子都属监察范围，其材料与标准的应用都应符合《锅炉安全监察规程》的规定，故锅炉、电站、供暖以及石化生产装置中用到的公用蒸汽管道(由系统供给)等都应采用GB3087或GB5310标准。

　　值得注意的是，质量好的钢管标准，钢管的价格也比较高，如GB9948比GB/T8163材料的价格高近1/5，因此，在选用钢管材料标准时，应依据使用条件综合考虑，既要可靠又要经济。

　　2）      铬钼钢和铬钼钒钢无缝钢管

　　常用的铬钼钢和铬钼钒钢无缝钢管标准有：

　　GB9948《石油裂化用无缝钢管》

　　GB6479《化肥设备用高压无缝钢管》

　　GB5310《高压锅炉用无缝钢管》

　　GB9948包含的铬钼钢材料牌号：12CrMo、15CrMo、1Cr2Mo、1Cr5Mo共4种

　　GB6479包含的铬钼钢材料牌号：12CrMo、15CrMo、1Cr5Mo共3种

　　GB5310包含的铬钼钢和铬钼钒钢材料牌号：15MoG、20MoG、12CrMoG 、15CrMoG、12Cr2MoG、12Cr1MoVG共6种

　　3）      不锈钢无缝钢管

　　常用的不锈钢无缝钢管标准有：GB/T14976、GB13296、GB9948、GB6479、GB5310共五个标准。其中，后三个标准中仅列出了两三个不锈钢材料牌号，而且是不常用的材料牌号。因此，当工程上选用不锈钢无缝钢管标准时，基本上都选用GB/T14976和GB13296标准。

 　　GB/T14976《流体输送用不锈钢无缝钢管》：

　　材料牌号：0Cr18Ni9(304)、00Cr19Ni10(304L)、0Cr17Ni12Mo2 (316)、00Cr17Ni14Mo2(316L)、0Cr18Nil0Ti(321)、0Cr18Ni11Nb(347)、0Cr25Ni20(310)等  共19种适用于一般流体的输送。

　　GB13296《锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管》：

　　材料牌号：0Cr18Ni9(304)、00Cr19Ni10(304L)、0Cr17Ni12Mo2 (316)、00Cr17Ni14Mo2(316L)、0Cr18Nil0Ti(321)、0Cr18Ni11Nb(347)、0Cr25Ni20(310)等共25种

　　※ “304”代号为ASTM标准中的对应牌号

　　※ 其中超低碳不锈钢(00Cr17Ni14Mo2、00Cr19Ni10)具有优良的抗腐蚀性能，在一定条件下，可代替稳定型不锈钢(0018Ni10Ti、0Cr18Ni11Nb)用于抗介质的腐蚀；

　　※ 超低碳不锈钢高温机械性能较低，一般仅用于温度低于525℃的条件下；

　　※ 稳定型奥氏体不锈钢既具有较好的抗腐蚀性能，又有较高的高温机械性能，但0Cr18Ni10Ti中的Ti在焊接过程中易被氧化而失掉，从而降低了其抗腐蚀性能，其价格较高，这类材料一般用在较重要的场合。         

　　※0Cr18Ni9、0Cr17Ni12Mo2具有一般的抗腐蚀性能，价格便宜，因此被广泛应用。

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