高压管线材料选择

中图分类号：O52 文献标识码：A 文章编号：

针对项目中高压管线材料选择进行具体的计算分析。

1 管线等级核算分析

1.1核算依据

本核算基于防腐报告中管线抗腐蚀的要求，选择不锈钢以上耐腐蚀材料。涉及到的高压管线包括：

表1设计压力-温度

1.2核算过程

根据防腐和工艺专业提供的数据我们进行了相应等级下所有尺寸管线壁厚的核算，核算过程分成两部分进行：(“选取壁厚”是根据厂家能够提供的壁厚规格进行选取。)

1.2.1 主工艺管线系统（CR/PF/NG）

注：本组所有尺寸均为无缝管。

第3组（仅与第2组对比） 超级双相钢材质 K5BZ壁厚核算 全部通过

注：本组所有尺寸均为无缝管。

1.2.2 化学药剂管线系统（CI/MEG）

第4组 奥氏体不锈钢材质 K4AZ壁厚核算全部通过

第5组 双相钢材质 K5AZ壁厚核算全部通过

第6组 奥氏体不锈钢材质 K4AZ壁厚核算全部不通过

1.3对比分析

核算结果对比如下表3：

表2 核算结果比较

1.4 小结

根据表3列出的结果比较，结合现有厂家提供的产品规格数据（见附件一），从壁厚裕量、材料统一性的角度进行了考虑，得出小结：

主工艺系统：对于超过CL25000磅级的管线，选择超级双相钢材质（K5BZ），壁厚裕量合理，安全系数较高，同时厂家能够根据相应的壁厚规格供货。

化学药剂系统：对于超过CL25000磅级的管线，其中设计压力-温为65.25MPa 50℃的管线（第6组），选择奥氏体不锈钢由于壁厚过大，超过厂家供货范围，而选择超级双相钢材质（K5BZ）可以很好的满足管线壁厚要求；对于设计压力-温为35MPa 50℃的管线（第4、5组）虽然选择的材质及等级可以通过校核，其中第4组材质如果更换为双相钢，G5AZ等级可以满足管线壁厚要求，此处可避免选用K等级引起过多非标材料的出现，第5组材质选用K等级偏高且过于保守，G5AZ等级就可以满足要求，同时考虑材料的统一性，第4、5组选择已有的G5AZ就可以很好的满足管线壁厚要求。

综上：

主工艺系统，设计压力-温度 65.25MPa110℃，选用超级双相钢K5BZ等级。

化学药剂系统，设计压力-温度 65.25 MPa50℃，选用K5BZ等级；设计压力-温度 35MPa50℃，选用双相不锈钢G5AZ等级。

2法兰选择分析

对于设计压力超过CL25000磅级的法兰，经查询相关标准规范，同时咨询了国内法兰、阀门厂家，将适用于本项目CL2500磅级以上的法兰类型有API 6A Type 6BX法兰和G-Lock法兰。

2.1API 6A 法兰

API 6A法兰与ASME法兰类似，尺寸较特殊，其根本的区别是材料和压力等级的区别，API 6A的法兰的选材和压力等级均比ASME法兰的要高，以适应高的操作压力。

API 6A标准的法兰由于孔径尺寸特殊，与管道焊接时须设置特殊接口，或由法兰厂家设置过渡段，以保证壁厚与外径能与ASME管线匹配。下表4为ASME标准管线尺寸对应的API 6A法兰尺寸：

表3 尺寸对应

API 6A Type 6BX法兰应配合使用 BX型垫环，BX型垫环与ASME垫环的主要区别在于每一个BX型垫环的贯通环截面上有一个压力通孔，以起到压力自封的密封作用。同时垫环还须使用涂层和镀层以助于密封结合，对垫环和环槽的表面粗糙度也有具体的要求来保证密封的效果。

以上法兰对用户的要求：除了提供相应的设计压力/温度、材料以外，还需提供计算或预估的法兰外载荷，以及法兰焊接端壁厚/外径给法兰厂家，用以法兰计算和制造。此要求为法兰设计的常规做法。

2.2G-Lock 法兰

此类法兰属于卡箍（Clamp）法兰，由bolt，clamp，hub，seal ring组成。

卡箍法兰的生产厂家较多，如Grayloc，Galperti，Techloc等公司均有此类法兰的产品，但是不同厂家的产品是不能100%相互匹配的。根据Grayloc法兰相关厂家资料，针对超过class2500，对应的美标法兰尺寸能覆盖从1/2” 到12”的。

同时，Grayloc法兰厂家还能针对API法兰生产相对应尺寸的Heavy-Duty法兰接头，尺寸从1 13/16 到21 1/4。

如果采用此种法兰，需依据设计压力/温度、材料等管道参数进行系统设计，以作为组块应用标准，供阀门、仪表、设备厂家统一使用。G-Lock法兰为厂家专利产品，需要特殊设计，因此，只能有唯一的厂家选择（独标），且不能用于需要绝缘的法兰。

3 阀门标准选择分析

3.1 阀门类型及数量

根据基本设计B版P&ID，CL2500以上磅级阀门共648台。包括球阀、截止阀、针阀等。

3.2 适用标准分析

一、API 6A

（1）设计条件

包含额定工作压力等级、额定温度和材料级别，其中最高温度是指装置可承受的最低环境温度，最高温度是指装置可直接接触到的流体的最高温度，

（2）材料性能要求

根据本项目高压工况条件，通过API 6A Figure A.3 确定推荐最低的产品规范等级为PSL2。

（3）质量控制和试验

API 6A中对于材料的拉伸性能和冲击性能都有明确的要求，同时对标准材料及密封垫环和试样的的质量提出了详细的验证要求。

（3）尺寸

对于class2500以上API法兰式旋塞阀和闸阀的孔径和端距尺寸有明确要求。对于阀体的最小壁厚没有具体的尺寸要求。

（4）连接形式

对于class2500以上，只适用API 6A端部法兰连接形式。也可考虑使用Grayloc针对API 6A尺寸设计的Heavy-Duty端部法兰形式。

二、 ASME B16.34

（1）设计条件

ASME B16.34中对于双相钢材料组别及额定工作压力等级、额定温度有具体要求。

（2）尺寸

对于阀门端距尺寸应满足ASME16.10的要求，但不包含压力等级超过class2500阀门的端距要求。同时ASME16.34中6.1.1对阀体壁厚不得小于如图8中所示最小壁厚值（tm），或使用在强制性附录VI中所示公式计算得出的数值。对于图7中列出的或计算值的中间壁厚值，可使用线性内插法。最小壁厚的确定不得包括衬垫、镶衬或衬套的厚度。

（3）连接形式

标准中2.1.1（b）规定对于CL4500磅级的阀门其连接形式只限于对焊连接。

5 建议

综合以上信息，10000psi，API 6A标准法兰最小尺寸只到1 13/16”，其对应ASME管线尺寸为2”。即2”以下管线、阀门的连接形式需要考虑对焊或G-Lock Flange。而G-Lock法兰为厂家专利产品，需要特殊设计，因此，只能有唯一的厂家选择（独标），且不能用于需要绝缘的法兰。

因此，最终建议方案（阀门产品标准API 6A，阀门连接形式为部分法兰、部分对焊连接）如下： 1/2”-1 1/2”的阀门采用对焊连接形式； 2”及以上阀门采用API 6A Type 6BX法兰连接形式。以上法兰焊接端壁厚超出标准范围，使得此部分法兰成为非标法兰，对于非标法兰，API 6A标准的法兰对密封面加工精度要求很高，因此需要重点核实法兰、阀门厂家的加工制造能力和业绩，例如提供阀门有限元分析，不建议没有相关业绩的厂家参与竞标。