燃气工程常用钢材、管材和配件.ppt
《燃气工程常用钢材、管材和配件.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《燃气工程常用钢材、管材和配件.ppt(106页珍藏版)》请在课桌文档上搜索。
1、1,第一章 燃气工程常用钢材、管材和配件,2,第一节 钢材的分类 第二节 钢材在燃气工程中的应用场合第三节 钢材的机械性能指标第四节 钢中化学元素对钢材特性的影响第五节 管道标准第六节 管材第七节 管 件第八节 阀 门 与 法 兰,本章主要内容,3,1.1 钢材的分类,4,1.1 钢材的分类,5,1.1 钢材的分类,一般为中、低碳钢,一般为高碳钢,6,燃气工程常用的钢主要是低碳钢、优质碳素结构 钢和低合金结构钢。应用场合:如钢质管道、天然气和液化石油气储配站内工艺管道、高压球罐、液化石油气储罐等。,1.2 钢材在燃气工程中的应用场合,7,1.3 钢材的机械性能指标,1)抗拉强度b:在拉伸应变曲
2、线上的最大应力点。2)屈服极限s:材料的拉伸应力超过弹性范围,开始发生塑性变形时的应力。有些材料的拉伸曲线上并不出现明显的屈服平台,不能明确地确定其屈服点,为此在工程上规定,取试样产生0.2%残余变形的应力值作为条件屈服极限,用0.2表示。,8,3)延伸率:表明试样在发生破坏时,产生了百分之几的塑性变形量,是衡量钢材拉伸试验时塑性的一个指标。4)断面收缩率:断面收缩率表明试样在拉伸试验时,缩颈处在应力状态下所产生的最大塑性变形量,是衡量材料塑性的另一指标。5)冲击功Ak:冲击功是衡量钢材韧性,确定钢材是否产生脆性破坏的一个指标。,9,6)硬度HB:反映材料对局部塑性变形的抗力及材料的耐磨性。根
3、据经验,硬度与抗拉强度有如下近似关系:轧制、正火的低碳钢:b=0.36HB 轧制、正火的中碳钢或低合金钢:b=0.35HB 硬度为250400HB,经热处理的合金钢:b=0.33HB,10,7)可焊性:材料在焊接过程中不出现缺陷的倾向。8)冷脆性:钢材在常温或低温下脆化而突然开裂的现象。9)热脆性:钢材在焊接或在10001200 0C下轧制时开裂的现象。,11,1.4 钢中化学元素对钢材特性的影响,燃气工程中的不同钢结构,对钢材的抗拉、冷弯、冲击韧性和硬度等性能均有不同的要求。不同化学元素对钢材性能有重要影响,某些钢材在一定条件下,其性能亦会逐渐发生变化。钢中的铁和碳对钢材性能起主导作用,它们
4、组成钢中的奥氏体、铁素体、渗碳体和珠光体等基本组分。化学元素对钢材性能的影响是通过它们对基本组分的影响而体现的。(1)、化学元素成分的影响碳 碳含量提高,钢中的强化组分渗碳体随之增多,抗拉强度和硬度相应提高,伸长率和冲击韧性则相应降低。碳是显著降低钢材可焊性元素之一。含碳量超过03时,钢的可焊性显著降低。,12,1.4 钢中化学元素对钢材特性的影响,硅 硅在钢中除少量呈非金属夹杂物外,大部分溶于铁素体中。当含量小于1时,可提高钢材的强度。在低合金钢中,硅的作用主要是提高钢材的强度。锰 锰能消减硫和氧所引起的热脆性,使钢材的热加工性质改善。作为低合金钢的合金元素,锰含量一般在12范围内,其主要作
5、用是熔于铁素体中使铁素体强化;降低奥氏体的分解温度;使珠光体细化,使钢材强度提高。,13,1.4 钢中化学元素对钢材特性的影响,磷 磷是碳钢中的有害杂质。主要溶于铁素体起强化作用。含量提高,钢材的强度虽有提高,但塑性和韧性显著下降。尤其是温度愈低,对塑性和韧性的影响愈大,磷在钢中的偏析倾向强烈,一般认为,磷的偏析富集,使铁素体晶格严重畸变,导致钢材冷脆性显著增大从而降低钢材的可焊性。硫 硫是很有害的元素。呈非金属硫化物夹杂于钢中,降低钢的各种机械性能。硫化物所造成的低熔点使钢在焊接时易于产生热裂纹(热脆性),显著降低可焊性。硫也有强烈的偏析作用,增加了危害性。,14,1.4 钢中化学元素对钢材
6、特性的影响,氧 氧是钢中的有害杂质。主要存在于非金属夹杂物内,少量熔于铁素体中。非金属夹杂物降低钢的机械性能,尤其是韧性。氧有促进时效倾向的作用。氧化物所造成的低熔点使钢材可焊性变坏。氮 主要嵌熔于铁素体中,也可呈化合物形式存在。氮对钢材性质的影响与碳相似,使钢材的强度提高,塑性和韧性显著下降,降低可焊性。在用铝或钛补充脱氧的镇静钢中,氮主要以氮化铝或氮化钛等形式存在,可减少氮的不利影响,并能细化晶粒,改善性能。,15,1.4 钢中化学元素对钢材特性的影响,氢 以原子态或分子态存在于钢中,造成“氢脆”和“白点”,白点是在钢材内部产生微小裂纹。这是由于钢在液态下吸收大量的氢,冷却后又来不及析出,
7、就聚集在晶体的缺陷处,造成很大的应力。钛 是强脱氧剂,能细化晶粒。钛能显著提高强度,对降低塑性略有影响,由于晶粒细化,故可改善韧性,提高可悍性。是常用的合金元素。钒 是强烈形成碳化物和氮化物的元素。钒能细化晶粒,有效地提高强度,但焊接时增加淬硬倾向。,16,1.4 钢中化学元素对钢材特性的影响,(2)、应变时效 碳钢和低合金钢均具有明显的屈服点,经过塑性变形后,在室温下放置一段时间(几个月或几年,或经一定温度加热处理后,屈服点会提高,塑性和韧性则相应降低,这种现象称应变时效效应,简称时效。若在空气温度下放置称为自然时效,若是经加热处理称为人工时效。一般认为,产生应变时效的原因,主要是由于晶格中
8、的氮原子有向缺陷移动、集中、甚至呈氮化物析出的倾向。当钢材在冷塑性变形后,或者在使用中受到强力冷变形时,则氮原子的移动、集中大大加快,造成缺陷处氮原子富集,使晶格畸变加快,因而脆性增加。应变时效对超高压燃气储罐和燃气管道的安全使用构成威胁,甚至可能导致脆性破坏。,17,燃气工程常用钢材主要是钢结构(管道和储罐等)用钢材和少量钢筋混凝土结构(地沟和闸井等)用钢筋。(一)钢结构用钢材 1普通碳素结构钢与钢号 这类钢一般以保证机械性能供货。其牌号由屈服点的字母、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号组成。例如:Q235表示屈服强度为235MPa的普通碳素结构钢。应用场合:各种型钢、条钢、螺栓、螺钉等
9、。,1.4 常用钢材的标准和选用,18,2优质碳素结构钢与钢号 优质碳素结构钢除保证机械性能和化学成分外,还应保证S 0045,P 0040,其钢号以平均含碳量的万分数表示,沸腾钢和半镇静钢应特别标明。例如,平均含碳量为010的沸腾钢,其钢号写为“10F”。特点:可焊性好,韧性好,低温性能好。常用10、20号钢,如储配站工艺管道;热水器外壳一般用08F等。,(一)钢结构用钢材,19,3低合金结构钢与钢号 钢号的表示方法为:前面数字表示平均含碳量的万分数,其后元素名称为所加合金元素,如合金元素后面未附数字,表示其平均含量在15以下。例如,16Mn表示为平炉或氧气转炉镇静钢,其平均含碳量为016,
10、平均含锰量低于1.5。特点:可焊性好,韧性好,低温性能好。一般用在压力高的无缝钢管、直缝焊钢管。,(一)钢结构用钢材,20,4、高压燃气储罐用钢材 各类高压燃气储罐均属钢制压力容器,必须采用压力容器专用钢,满足GB66586压力容器用碳素钢和低合金钢厚钢板的要求。压力容器专用钢在钢号尾部均标有汉语拼音字母“R”,例如,16MnR、15MnVR等。(l)不能用空气转炉冶炼,因为空气转炉钢含氮量高,时效倾向严重,析出氮化物后,塑性和韧性明显下降。(2)一般应将含碳量控制在0.24以下。,(一)钢结构用钢材,21,(3)硫和磷含量应尽量低,一般要求是S0.035,P0.03。(4)钢板结构要保证内部
11、质量,出厂前必须进行超声波探伤,低合金钢板应符合压力容器用钢板超声波探伤(ZBJ7400388)的级要求。(5)要比普通结构钢增加试验取样组数。,4、高压燃气储罐用钢材,22,(二)特殊钢 1、不锈钢与钢号 主要有:0Cr13,1Cr13,2Cr13,1Cr18,2Cr18等。钢号的表示方法为:前面数字表示平均含碳量的万分数,其后元素名称为所加合金元素。例如,0Cr13表示其平均含碳量小于001平均含铬量为13。应用场合:不锈钢刀具、双眼灶外壳等2、耐热钢 主要有:1Cr18Ni8Ti等 钢号的表示方法为:前面数字表示平均含碳量的万分数,其后元素名称为所加合金元素。应用场合:工业燃烧炉的喷头等
12、,23,(三)管线钢 管线钢钢级的命名以规定总伸长应力命名。规定总伸长应力:试样标距长度上产生0.5%的总伸长时所需的拉应力。,注:规范GB 9711-88 S系列己经被GB/T 9711-1997L系列替代,24,(三)管线钢 国标规定的钢级与ANSI/API Spec 5L规定的钢级对比表 注:管线钢X46以上为合金钢,X46以下为碳素钢,X52以上称高强度钢。,25,1.5 管道标准,所谓管道标准,就是为了简化管子、管件、阀门和法兰等的品种规格,便于成批生产,使管道具有互换性,有利于设计和安装时选用这样的目的而建立的。标准化的主要内容之一就是统一规定管子、管件阀门和法兰的主要结构尺寸与性
13、能参数,如公称直径和公称压力。凡有相同公称直径与公称压力的管子、管件、阀门和法兰,可以互相配套倘若材质相同,其结构尺寸也相同时,可以互换使用。,26,1.5 管道标准,一、公称直径 管道和工艺设备的公称直径是为了设计、制造、安装和检修方便而人为规定的一种标准直径,通常以DN表示。DN后附加以mm为单位的公称直径数字。,27,一、公称直径,无缝钢管,DN后的数值等于外径。例如:DN159的无缝钢管就表示外径为159mm;铸铁管及其管件和阀门,DN后的数值等于内径;法兰,DN后的数值仅是与内径D或与外径相接近的整数;工艺设备(例如压缩机、液化石油气泵和燃气调压器等),DN后的数值就是设备接口的内径
14、。PE管,也就是聚乙烯管而言,公称直径用de表示,后面的数值表示外径的尺寸,单位为mm。例如de63表示管子的外径为63mm。,28,二、公称压力,管道和工艺设备的公称压力是为了设计、制造和使用方便而人为规定的一种标准压力,通常用Pg表示,其后附加以MPa为单位的公称压力数值。,29,三、试验压力,试验压力是为了保证安全使用对管道和工艺设备进行强度和密封性(严密性)试验而规定的一种压力,通常以Ps表示,Ps后附加以MPa为单位的试验压力数值。一般情况下,强度试验压力为设计压力的1.5倍,严密性试验压力为设计压力的1.15倍。,30,四、几个概念,设计压力工作压力最大允许工作压力,31,1.6
15、管材,32,1.6.1 钢管 要求油气钢管有足够的机械强度(抗拉强度、屈服强度、延伸率、冲击韧性),可焊接性好,而且要有不透气性。钢管是燃气工程中应用较多的管材,按照制造方法分为无缝钢管和焊接钢管。一般钢管规格的习惯表示方法是Dw,低压流体输送用焊接钢管经常用DN表示规格。,33,()、无缝钢管,无缝钢管用普通碳素钢、优质碳素钢、低合金钢或合金结构钢轧制而成。品种规格多、强度高、耐压力高、韧性强、管段长,是工业管道最常用的一种管材。广泛用于工作压力为1.57MPa以下的管道。钢管出厂长度:普通长度、定尺长度、倍尺长度。普通长度即不定尺长度,热轧管为312.5 m,冷拔管为1.59m;定尺长度即
16、在普通长度范围内规定一个或几个固定长度供货;倍尺长度是在普通长度范围内按某一长度的倍数供货。,34,根据制造方法,无缝钢管还有热轧和冷拨(轧)之分。热轧管的最大D为630mm,冷拨(轧)管的最大直径为219mm。一般情况下,D57mm时常选用热轧管。无缝钢管的强度很高,但受生产工艺和成本限制,多为DN 200 mm 以下的小口径钢管。,()、无缝钢管,35,()、焊接钢管,焊接钢管亦称有缝钢管,其品种有低压流体输送用焊接钢管,螺旋缝电焊钢管和钢板卷制直缝电焊钢管。1)低压流体输送用焊接钢管 低压流体输送用焊接钢管和镀锌焊接钢管是有缝钢管,一般用普通碳素钢制成。按表面质量分镀锌(白铁管)和不镀锌
17、(黑铁管)两种;按管端带螺纹与否,又可分带螺纹与不带螺纹两种;按管壁厚分,有普通和加厚两种。,36,1)低压流体输送用焊接钢管 钢管最小DN为6mm,普通长度为412m。管子两端一般带有管螺纹。采用螺纹连接的燃气管网,一般使用的最大DN为50mm。镀锌钢管安装时不需涂刷防锈漆,其理论重量比不镀锌钢管重3%6%。使用场合:小区低压管道和室内管道系统。,37,2)钢板卷制直缝电焊管 此种焊钢管用中厚钢板采用直缝卷制,以电弧焊方法焊接而成。钢板的弯卷常用三辊或四辊对称式卷板机。钢板卷制直缝电焊钢管的最小为159mm。现行标准是石油天然气输送管道用直缝电阻焊钢管(SY529791)。目前国内直缝焊接钢
18、管的生产情况是:公称直径DN400 mm(含DN 400 mm)以下为ERW(Electric Resistance Welded,直缝高频电阻焊)钢管;公称直径DN 400 mm 以上为LSAW(Longitudinal Submerged Arc Welded,直缝双面埋弧焊)钢管。,38,3)螺旋缝电焊钢管 此种钢管一般用带钢螺旋卷制后焊接而成。钢号一般为普通碳素钢,也可采用16Mn低合金结构钢焊制。现行标准是石油天然气输送管道用螺旋埋弧焊钢管(GB9711-88)。,39,1.6.2 塑料管(1)PE管(PE:polyethylene,聚乙烯)采用的基础原料为聚乙烯树脂。基础原料中可加
19、入必要的无毒性、无扩散性污染的抗氧剂、紫外线稳定剂和着色剂等添加剂。聚乙烯是一种热塑性塑料,可多次加工成型。作为一种工程材料,与金属材料相比,它同样具有一定的强度、刚度、柔韧性、抗冲击性、耐腐蚀性、耐磨性等性能。通过控制聚合工艺和在聚合时加入一定量的共聚单体,可以调整或改善聚乙烯材料的性能。,40,1)聚乙烯材料的强度指标长期静液压强度 聚乙烯材料长期静液压强度是指在常温(20)下,材料被应用到50年时,材料被破坏的环向应力的数值。如PE63(最小环向应力6.3MPa)、PE 80(最小环向应力8.0MPa)、PE100等(最小环向应力10.0MPa)。它是PE材料定级命名和强度设计的依据,也
20、称为聚乙烯材料的强度指标,国标GBl5558.1和GBl5558.2是以PE 80的原料为基础而制订的。聚乙烯材料长期静液压强度受环境温度、材料密度和熔融指数的影响。,41,2)聚乙烯材料的密度 密度是聚乙烯的重要性能指标之一。随着聚乙烯密度的增加,聚乙烯分子的直线性增加,聚乙烯材料的刚性增加,拉伸强度提高,剥离强度提高,软化温度提高,脆性增加,韧性下降,抗应力开裂性下降,结晶度提高,分子支链减少。聚乙烯密度下降,由韧件破坏转向跪性破坏的时间延长,但强度有所下降。按照材料密度的不同,可分为分为高密度聚乙烯(HDPE,940kg/m3)、中密度聚乙烯(MDPE,=930940kg/m3)、低密度
21、聚乙烯(LDPE,930kg/m3),42,1.6.3 塑料管(1)PE管(PE:polyethylene,聚乙烯)聚乙烯管按材料密度不同,分为高密度聚乙烯管(HDPE)、中密度聚乙烯管(MDPE)、低密度聚乙烯管(LDPE),国内外HDPE、MDPE广泛用作城市燃气管道。,43,PE管的优点:管道内壁光滑:PE 管内壁当量绝对粗糙度约为钢管的 1/10 1/20,摩擦阻力小,通常其流通能力比钢管约高30%。很好的柔韧性:外径110 mm 及以下的小直径管材可以盘管成卷,便于运输;同时在施工当中,只要管道中不需加阀门等管件,可以根整管铺设下去,从而使管网中的接头数量减少。也正是由于它的柔韧性能
22、,可以蛇形附设,可轻易绕过障碍物,进一步减少接头数量;连接方便、施工简单:管道连接可采用电热熔连接(电熔承插连接、电熔鞍形连接)或热熔连接(热熔承插连接、热熔对接连接、热熔鞍形连接),不得采用螺纹连接和粘接。聚乙烯管与金属管道连接,采用钢塑过渡接头连接。,44,全自动电熔连接,45,热熔对接连接,46,常用PE管件,47,PE管的优点:具有很好的耐腐蚀性,使用寿命长:可以直埋而不需要防腐,使用寿命约50 a,比钢管长2030 a;抗冲击性能好,具有较高的断裂延伸率:能够抵抗地震等自然灾害的影响;聚乙烯管具有较好的气密性,气体渗透率低;经济优势明显:公称直径200 mm 的PE 管与钢管相比,虽
23、主材费用高,但综合费用(考虑投资和运行费用两个因素)低。,48,PE管的缺点:常温下PE管的强度和持久强度比较低,耐冲击性差,其允许工作压力一般比较低。例如:PE80级聚乙烯管的屈服强度为22 MPa,允许工作压力为0.4 MPa。在常温,一定的持久外力作用下,塑料管会发生蠕变、脆性开裂和快速开裂等现象,因此,可能造成灾难性的重大事故。另外,使用温度越低,管径和壁厚越大,工作压力越高,塑料管快速开裂的危险性也就越大。耐温性比较差。对于PE80级PE管,一般使用温度每提高100C,其强度降低约10%。,49,PE管的缺点:地下塑料燃气管道的位置较难探测。塑料管埋入地下后,无法用常用的磁性体探测法
24、确定其位置,在施工及维修过程中,很容易受破坏,造成事故和损失。当管径增大时,管壁急剧增大,增大了生产成本和管材重量。因此,塑料管常用于直径小于200mm的城市燃气输配管网。不能承受紫外线。,50,PE管的使用场合:目前在管径小于200mm、压力小于0.4MPa的室外埋地燃气管道中得到广泛应用。,51,PE管的表示方法及其规格:目前国内聚乙烯燃气管分为SDR11和SDR17.6两个系列。SDR后的数字为:管外径/壁厚。DR11系列宜用于输送人工煤气、天然气、液化石油气(气态);SDR17.6系列宜用于输送天然气。,52,PE管材的规格尺寸,53,(3)钢骨架复合管 针对PE管存在的缺点,开发出了
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 燃气 工程 常用 钢材 管材 配件
链接地址:https://www.desk33.com/p-1269499.html