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石油化工工艺管道材质、安装、设计总结(上)

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石油化工 工艺 管道 材质 安装 设计 总结
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 1 / 17 石油化工工艺管道材质、安装、设计总结 1、 管道材质分类 大分类 中分类 小分类 管子名称举例 金 属 管 铁管 铸铁管 承压铸铁管(砂型离心铸铁管、连续铸铁管) 钢 管 碳素钢管 B 3F 焊接钢管,10、20 号钢无缝钢管,优质碳素钢无缝钢管低合金钢管 16缝钢管,低温钢无缝钢管 合金钢管 奥氏体不锈钢管,耐热钢无缝钢管 有 色 金 属 管 铜及铜合金管 拉制及挤制黄铜管、紫铜管、铜镍合金(蒙乃尔等) 铅管 铅管,铅锑合金管 铝管 冷拉铝及铝合金圆管,热挤压铝及铝合金圆管 钛管 钛管及钛合金管(非 金 属 管 橡胶管 输气胶管、输水吸水胶管、输油吸油胶管、蒸汽胶管 塑料管 酚醛塑料管、耐酸酚醛塑料管、硬塑料聚乙烯管、高/低密度聚乙烯管、聚丙烯管、聚四氟乙烯管、、压聚乙烯管 石棉水泥管 石墨管 不透性石墨管 玻璃管陶瓷管 化工陶瓷管(耐酸陶、耐酸耐温陶、工业瓷管) 玻璃钢管 聚酯玻璃钢管、环氧玻璃钢管、酚醛玻璃钢管、呋喃玻璃钢管 衬里管 橡胶衬里管、钢塑复合管、涂塑钢管 2、 管子相关标准 国内标准 品种 标准 常用牌号(钢级) 生产方式 适用范围 2 / 17 低压流体输送用焊接钢管 3091195、125B、235B、295B、345B 电阻焊或埋弧焊 150 0~100℃ 150 0~200℃≤水、污水、空气、采暖蒸汽 直缝电焊钢管 137938#,10#,15#,20#钢、215A、235A、235C、295B、345B、热处理 ≤200℃ 输送流体用无缝钢管 81630#,20#优质碳素钢、 345、420、轧(挤压、扩)管以热轧状态或热处理状态,冷拔(轧)管以热处理状态 20~425℃ 石油裂化用无缝钢管 0#,20#优质碳素钢 热轧管终轧、冷拔管正火 炉管、换热器管和配管用 1215轧管终轧+回火 冷拔管正火+回火 25℃ 50℃ 111轧管终轧+回火 冷拔管正火+回火 00℃ 00℃ 退火 固溶处理 低压流体输送管道用螺旋缝埋弧焊钢管 5037195、235 采用热轧钢带做管坯,经常温螺旋成形,螺旋缝采用双面自动埋弧焊法焊接 水、煤气、空气、采暖蒸汽等流体、可燃性流体 3 / 17 普通流体输送管道用螺旋缝高频焊钢管 5038195、235 采用热轧钢带做管坯,经常温螺旋成形用高频搭接焊法或对接焊法焊接 水、煤气、空气、采暖蒸汽等普通流体低中压锅炉用无缝钢管 0#、20# 热轧管以热轧状态,冷拔(轧)钢管以热处理状态交货 各种结构低压或中压锅炉用高压锅炉用无缝钢管 00C、2550火 适用于制造高压及其以上压力的蒸汽锅炉、管道用 1252火+回火 12火+回火 壁厚≥40质处理 1220火+回火 1溶处理 流体输送用不锈钢焊接钢管 1277120602200606022006060220019006022226冷轧,以热处理状态交货,也可按其他状态交货固溶处理、退货处理; 采用自动电弧焊或电阻焊的焊接方法制造。 流体输送用不锈钢无缝钢管 14976000000处理并酸洗 奥氏体不锈钢 700℃  4 / 17 高压化肥设备用无缝钢管 0#、20#、1650压)或冷拔(轧)正火(当热轧管终轧温度符合正火温度时,允许用终轧代替正火) 00℃,10~32252火+回火 1火 低温管道用无缝钢管 1898496096655 冷轧(拔)热轧,钢管以正火状态交货 温压力容器管道以及低温热交换器管道用 船舶用碳钢无缝钢管 531210、轧(拔) 主要用于船舶锅炉及过热器用Ⅰ、Ⅱ级耐压管国外标准 品种 标准 常用牌号 (钢级) 生产 方式 适用范围 无缝和焊接的黑钢管和热浸镀锌钢管 53/型型级电阻焊的 级无缝的 平炉、电炉或碱性吹氧转炉适用于作受力及承压件,也可用于一般用途的蒸汽、水、气体及空气管线 高温作业用碳素钢无缝钢管 106/ 级、B 级、加工或冷加工(冷加工需热处理) 高温环境使用 电阻焊碳素钢和碳锰钢锅炉管 178/5 / 17 无缝冷拔低碳钢热交换器和冷凝器钢管 179/拔(需热处理)适用于管式换热器、冷凝器及类似传热设备用最小壁厚的无缝冷拔低碳钢管子 高压用碳素钢无缝锅炉管 192/精整或冷精整(冷拔管需热处理) 适用于高压用最小壁厚的无缝碳素钢锅炉及过热器管子 热交换器和冷凝器用中合金钢冷拔无缝钢管 199/炉和过热器用中碳钢无缝钢管   210/温作业用无缝和焊接钢管 333/别 1 级别 2 级别 3 级别 4 级别 5 级别 6 级别 7 级别 8 级别 9 级别 10 最低冲击试验温度 配管用碳素钢钢管 3452 度50℃ 压力 1下,使用于压力比较低的蒸汽、水、油、气体及空气等配管 压力配管用碳素钢钢管 3454 70 10 E 度50℃ 压力 10下,使用于350℃以下的压力配管 高压配管用碳素钢钢管 3455 70 10 80 S 温度50℃ 压力 10~100用于350℃以下的高压配管 高温配管用碳素钢钢管 3456 90 10 80 温度 350℃以上 压力 10~30用于温度超过 350℃的配管  6 / 17 配管用电弧焊碳素钢钢管 3457 00 A 温度50℃ 压力 1下,使用于压力比较低的蒸汽水、油、气体、空气等配管 配管用合金钢钢管 3458 经热处理 温度 400~450℃ 主要用于高温配管 度 450~500℃ 500~550℃ 550~600℃ 550~650℃ 600~650℃ 配管用不锈钢钢管 3459 04040909101016161616171736902121474729050930303644 耐腐蚀,耐热及高温配管用 也可用于冰点以下的低温配管  7 / 17 低温用配管用钢管 3460 C 0050 S 40℃ 100℃ 使用于冰点以下的低温配管 水道用镀锌钢管 3442 静压 100m 以下的水道给水用配管 石油工业配管用电弧焊接碳素钢管 A 温度 50℃ 压力 25下 石油、天然气及石化工业各领域的气体、水、油等配管使用 温度 50℃ 压力 下 石油、天然气及石化工业各领域的气体、水、油等配管使用 石油工业压力配管用碳素钢管 温度 50℃ 压力 10下 石油、天然气及石化工业各领域 350℃以下的气体、水、油等通常使用的配管用 注:缝的;阻焊;d 对焊;弧焊。 国内外配管用钢管材料标准对照表 S 种 钢管标准 钢号 钢管 钢材 钢管 钢管 钢管 387 1615- 碳素钢碳素钢 8163 948 10 105 3601- 360 1629- 70 低碳素钢 8163 948 20 105 3601- 410 1629- 10 中碳素钢130 20G - 17155- 10 中碳素钢(静钢 ) 479 16 - - 17175- 1780 479 10 105 3602- 36017155- 70 低碳素钢(静钢 ) 8163 948 20 105 3602- 41017175- 10 中碳素钢(静钢 ) 3602- 460 - 80 中碳素钢(静钢 )  8 / 17 948 479 310 12335182- 17175- 150 1/2 合金钢15335182- 604- 6207175- 132 1 182- 604- 621 - 3 1 1/4 479 310 12335182- 604- 62217175- 104 2 1/2 1335182- 5 3604- 625 - 5 5 182- 9 - - 6 9 50 8163 附录 A, 479 0916350- 6037173- 5V 80 静钢 350- 603 50 3 1/3522 3603 90 9 14976 031218260525 174588不锈钢182605 温用18 14976 0031218260522 17458碳素18 - - 2182 - 53296 14976 031218260517 17458- 68b+钢 14976 0031218260526 17458- 28182605 温用18 14976 0031218260522 - 碳素183296 14976 0312182605 7458 8 9 / 17 182605 温用18 14976 0312182605 温用18a)钢 - - 5 14976 00312312 - 17458 2 注:本对照表是在化学成分与力学性能两者都近似或有一项近似,另一项基本近似的基础上编制的,同一钢种可以互相替换。当有特殊要求时尚应进一步详细对照,再确定能否代替。 3、 管道设计 廊上管道的布置设计 a) 敷设在管廊上管道的种类 1)工艺管道:进出装置的原料、成品、中间产品、溶剂、化学药剂、工艺用水和催化剂等管道;联系较远(0 长度大于 6m)设备之间的工艺管道;安全泄放和工艺过程产生的烟气、废气和废水等管道。 2)公用工程管道:蒸汽、凝结水、净化风和非净化风、氮气、循环水和新鲜水&软化水、热载体油、燃料气和燃料油等。 3)仪表和电气电缆槽架。 b) 管廊上管道的布置原则 1)大直径输送液体的重管道应布置在靠近管架柱子的位置或布置在管架柱子的上方,以使管架的梁承受较小的弯矩。小直径的轻管道,宜布置在管架的中央部位。由于小直径管道的跨距常小于管架的间距,因此这些小管的位置还应考虑能利用大管来设置中间支架。 2)比较经济合理的设备平面布置都是在管廊的两侧按工艺流程顺序布置设备,因此与管廊左侧设备联系的管道布置在管廊的左侧而与右侧设备联系的管道布 10 / 17 置在管廊的右侧。管廊的中部宜布置公用工程管道。 3)对于双层管廊,通常气体管道、热的管道宜布置在上层,液体的、冷的、液化烃、化学药剂及其他有腐蚀性介质的管道宜布置在下层。因此公用工程管道中的蒸汽、压缩空气、燃料气及其他工艺气体管道布置在上层,其余的公用工程管道可以布置在上层或下层。工艺管道使其两端所联系的设备管嘴的标高可以布置在上层或下层以便做到步步高或步步低。 4)在支管根部设有切断阀的蒸汽、热载体油等公用工程管道,其位置应便于设置阀门操作平台。对于单侧布置设备的管廊,这些管道宜靠近有设备的那一侧布置。 5)需要热补偿的管道不能局限于在管廊范围内考虑其补偿方式,应当从管道的起点至终点对整个管系进行分析以便确定合理的补偿方案,例如分段自然补偿或自然补偿加“门”形补偿器。多根需要设置“门”形补偿器的管道宜并排布置。管径较大温度较高需要较大的“门”形补偿器的管道宜放在外侧,反之放在内侧以便于成组的设置“门”形补偿器。当管廊宽度较大时,这些需要补偿的管道的位置应适中,以免弯管伸出的臂长过大。因为弯管的臂通常是支承在管廊的侧梁上的。 6)低温冷冻管道,液化烃管道和其他应避免受热的管道不宜布置在热管道的上方或紧靠不保温的热管道。 7)个别大直径管道进入管廊改变标高有困难时可以平拐进入,此时该管道应布置在管廊的边缘。 8)管廊在进出装置处通常集中有较多的阀门,应设置操作平台,平台宜位于管道的上方。对于双层的管廊,在装置边缘处应尽可能将双层合并成单层以便布置平台。必要时沿管廊走向也应设操作检修通道(走台) 。 9) 有孔板的管道宜布置在管廊上方靠近走台或靠近管架的柱、 梁, 以便设平台、梯子。 10)沿管廊两侧柱子的外侧,通常布置调节阀组、伴热用的蒸汽分配站、蒸汽疏水站、热水分配站、热水回水站及取样冷却器、过滤器等小型设备。 11)敷设在管廊上的管道改变管径时应采用偏心大小头以保持管底标高不变。 12)敷设在管廊上要求有坡度的管道,可通过调整管托高度或在管托下加型钢或钢板热枕的办法来实现。对于放空气体总管(或去火炬总管)宜布置在管廊柱子的上方,以便于调整标高。 13)当泵布置在管廊下方且泵的进出口管嘴在管廊内时,双层管廊的下层应留有供管道上下穿越所需的间隙。  11 / 17 换设备的管道布置设计 冷换设备的管道布置,应根据冷换设备的结构特点、工艺操作和维修要求进行设计。 a) 管壳式和套管式冷换设备 1) 管壳式和套管式冷换设备的工艺管道布置应注意冷热物流的流向, 一般被加热介质(冷流)应由下而上,被冷凝或被冷却介质(热流)应由上而下。 2) 冷换设备管道的布置应方便操作和不妨碍设备的检修。 管道布置不应影响设备的抽芯(管束或内管) ;管道和阀门的布置,不应妨碍设备的法兰和阀门自身的拆卸和安装;在平行于管壳式冷换设备的正上方,不得布置管道,也不得将管道支架生根在其客体上。 3) 冷换设备的基础标高, 应满足冷换设备下部管道或管道上的排液管距地面或平台面至少净空 150要求。 4) 成组布置的冷换设备区域内,可在地面(平台面)上敷设管道。但不应妨碍通行和操作。如管道上无调节阀或排液管时管底距地面至少净空 150有调节阀时,其管底标高应根据调节阀的要求确定。冷换设备区域内调节阀组一般平行布置于设备旁。 5) 冷换设备区与管廊连接额定管道标高,一般由管廊需要确定;由冷换设备在其他工艺设备的管道,只能出现一个高点和一个低点,避免中途出现气束与液袋;在冷换设备区域内应尽量避免管道交叉和绕行,管道架空布置的层数不宜过多,一般为 2~3 层。 6) 当单相流体进入并联的冷换设备而又无调节手段时出入口管道应按下图布置,进出口汇集管不应缩径。 7) 两台或两台以上并联的冷换设备的出入口管道宜对称布置, 对汽液两相流冷换设备则必须对称布置,才能达到原设计的传热效果。另外,在分支前的主管应具有一定长度的直管,使之能够等量分配流量。  12 / 17 8) 在寒冷地区室外的水冷却器的上下水管道上,应设置排液阀和防冻连通管,以便在停工或检修时,将设备和管内的存水排净,以免冻裂设备。如下图所示。 b) 板式换热器的管道布置设计 1) 阀门、压力表、温度计等只能安装在管道上,不能安装在换热器上。 2) 在出口管道靠近换热器处应设排气阀。在进出口管道的低点处应设排液阀。当活动端板侧设有进出口接管时,管道布置必须具有一定的柔性,以便在操作过程中由补偿板片热胀等原因而变动活动端板的位置, 并且应设置一段带法兰的可拆卸短管,以便换热器的检修。 3) 进出管道上应设置合适的支吊架及必要补偿措施, 以防止换热器上接管受约束,造成较大应力。当介质不干净时,应在进口管道上安装过滤器。设备和管道布置时,应在换热器的两侧留有至少 1m 宽的检修场地。 c) 空冷器的管道布置设计 1) 分馏塔顶到空冷器的油气管道,一般不宜出现 U 形弯。当空冷器出入口没有阀门控制或为两相流动时,管道必须对称布置,使各片空冷器流量均匀。 2) 空冷器入口管道较高,如距离较长,往往需在中间设置专门的管架以支承管道;如果管道根数不多,在工艺允许情况下,可用放大管径的办法来取消中间专用管架或由空冷器的构架本身来支承。 3) 空冷器的入口集合管应靠近空冷器管嘴连接,如果由于应力或安装的需要,出口集合管可不靠近管嘴连接,。 4) 空冷器入口为汽液两相进料时,为使入口集合管底的流体分配均匀,每根支管可从下面插入入口集合管内,使提高液面溢流,如下图所示。  13 / 17 化石油气管道的设计 所谓液化石油气系指在 15℃时蒸汽压大于 4 的烃类混合物,但是通常也包括通过加压或降温,使在标准状态下呈气态的碳氢化合物变成液态的烃类,例如乙烯、丙烯等。统称为液化烃(以下称液化烃) 。 当液化烃内含有腐蚀性介质时,本节的主要管道器材的选用,可按有关规定修改。 a) 主要管道器材的选用 1) 液化烃管道的法兰、法兰管件、阀门的最低公称压力为 国外一般为 300(Ib/;最薄管壁厚为 国外则为 般″为 N>10″应通过计算确定。 2) 一般液化烃管道,常用低碳钢无缝钢管。当介质温度等于或高于应采用 10 号钢或 20 号钢无缝钢管; 低于40℃, 应采用 16缝钢管。如仍用 10 号钢或 20 号钢应降低材料的许用应力至少 40%。 并按有关规定作低温冲击试验。介质温度低于,应采用低温用无缝钢管。 3) 液化烃管道的分支管连接件必须采用无缝或锻制管件,当支管公称直径差超过三级时,支管连接件应按管道的压力等级采用不同的加强管接头。 b) 管道设计 1) 液化烃管道应在地面以上敷设。如条件限制采用在管沟内敷设时,管沟内应充沙、采取其他能防止气体积聚的措施或防火措施,并在进、出装置及厂房处密封隔断,沟内污水应经水封并排入生产污水管道。 2) 液化烃管道布置在多层管廊上时,应设在下层,并不得与高温管道相邻布置,与氧气管道至少有 500净距。 3) 液化烃管道不得穿过与其无关的建筑物。 4) 下列部位的液化烃管道应隔热或伴热。 Ⅰ)长时间处于太阳照射的泵入口管道应隔热;  14 / 17 Ⅱ)长时间处于太阳照射的泵出口管道,没有安全阀保护时,应隔热; Ⅲ)调节阀、安全阀后的管段应隔热,或根据生产经验增设伴热; Ⅳ)生产工艺需要隔热,例如液烃气塔顶馏出线,热旁路、回流线等应隔热。 5) 在两端有可能关闭且因外界影响可能导致升压的液化烃管道上,应设隔热层和安全阀,安全阀出口管应接至低压气体放空总管。 6) 液化烃管道的停工泄压管应从上方 45°斜接至低压气体放空总管。 7) 液化烃管道的停工吹扫,应连接固定氮气吹扫管(兼气密用) 。凡考虑停工切割或焊接时,还应设蒸汽吹扫接头并加盲板或丝堵。 8) 凡有蒸汽吹扫接头的液化烃管道,其柔性设计温度应按吹扫蒸汽的饱和温度确定。 9) 液化烃管道的低点排液和高点放气用闸阀,应加实心丝堵或管帽。 (含 。 10) 液化烃管道的热补偿,宜为自然补偿或采用 U 形补偿器,不得采用填料型补偿器。 11) 液化烃管道,除必须用法兰连接外,凡等于或大于 应焊接连接;等于或小于 宜采用承插焊连接;必要时可采用锥管螺纹连接并加密封焊,但含有 强腐蚀性介质除外。 c) 其他 1) 液化烃管道宜用氩弧焊(底,手工电弧焊盖面。 2) 液化烃管道虽属 B 类管道,但为安全考虑,射线探伤数量应予增加,转动口为 20%;固定口为 100%。 温管道的设计 a) 概述 低温管道在石油化工中经常应用,一般把+5℃以下的物料管道统称为低温管道。实际上,低碳钢在+5℃至围内可正常使用,因在此条件下钢材主要处在延性状态。 如果使用温度低于 碳钢管就逐渐变为以脆性状态为主,使用应有一定条件的限制。所以,低于或等于管道属于低温管道。 低温管道设计主要考虑两个问题。第一是“低温脆性” ,这要求设计人员合理选择“冲击韧性”高的钢材,同时从配管设计和管系制作上防止脆裂和脆断。第二是保冷结构设计和由于保冷需求而产生的一系列设计要求,也是非常重要 15 / 17 的,它直接关系到能耗和设备管道的操作、施工、检修等。 b) 低温管道的设计要点 1) 低温管道的布置要考虑整个管道有足够的柔性, 要充分利用管道的自然补偿。当设计温度很低又无法自然补偿时,应设置补偿器。 2) 布置低温管道时,应避免管道振动,尤其泵、压缩机和排气管,必须防止整条管道的振动。若有机械的振源,应采取消振设施,此外,接近振源处的管道应设置弹性元件,如波型补偿器等以隔断振源。 3) 在低碳素钢, 低合金钢的低温管道上, 装有安全阀或排气、 排污物的支管时,需注意该低温液体介质排出后是否立即汽化,若汽化就需要大量吸热,就要结霜直至结冰,使管道温度降到很低,故此类支管在容易结冰范围内应采用奥氏体不锈钢材料,使用法兰连接不同材质的支管。 4) 低温管弯头处因应力最大,所以弯头处最易脆裂,不应焊接支吊架。 5) 低温管道上,靠近弯头或三通处,一般不允许直接焊接法兰,为了拆卸螺栓时不破坏主管道上的保冷层, 需再延长一段长度 (接一短管) 后再焊接法兰。主管上仪表管嘴焊接法兰时,同样有此要求。对接法兰中只需保证法兰一端留有卸螺栓的间距即可。如下图所示,说明一组控制阀,为了能顺利卸下其中任何一个阀而不影响管道保冷结构,而需恰当布置阀门位置。 6) 设备的连接管 Ⅰ)当设备管嘴是螺纹连接时,其螺纹短节应有足够的长度伸出设备的保冷层外。 如果螺纹管嘴连接螺纹阀门时, 按照下图所示将管嘴伸至保冷层外侧,其距离将取决于阀门手轮的操作,图中所示尺寸是必须的最小尺寸。  16 / 17 Ⅱ)当设备管嘴为法兰时,必须使法兰面伸出设备保冷层外侧并留有一定的距离,以便能顺利拆下螺栓。如下图所示,如设置阀门,则应考虑拆卸螺栓所需间距,同时还必须考虑到手轮操作所需间距。 7) 管道上的仪表管嘴除与设备管嘴的安装要求相同外,还有以下的要求: 热电偶套管一般为法兰管嘴,法兰管嘴的长度如下图所示,约为 4 倍保冷层厚度。低温管道中,热电偶套管不应安装在垂直位置上,要考虑到保冷层最终被破坏时底座上将会结冰。  17 / 17 8) 孔板的安装。低温管道上的孔板保冷结构是块状保冷结构,中间填充碎料,所需空间较大。如下图所示,表示孔板法兰接出的螺纹阀门必须离孔板法兰保冷层外侧有足够的净距,至少 76螺纹接管最小长度应是卸下阀门和操作阀门的距离再加上孔板法兰保冷层厚度。
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