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管道、管件分類及常識
一． 管道系統(tǒng)概述：
為了輸送液體或氣體，必須使用各種管道，管道中除直管道用鋼管以外，還要用到各種管配件： 管道拐彎時必須用彎頭，管道變徑時要用大小頭，分叉時要用三通，管道接頭與接頭相連接時要用法蘭，為達到開啟輸送介質的目的，還要用各種閥門，為減少熱膨冷縮或頻繁振動對管道系統(tǒng)的影響，還要用膨脹節(jié)。此外，在管路上，還有與各種儀器儀表相連接的各種接頭﹑堵頭等。我們習慣將管道系統(tǒng)中除直管以外的其它配件統(tǒng)稱為管配件。
二． 金屬材料常識：
金屬材料是我們?nèi)粘Ｉ罴肮I(yè)上應用最廣泛的材料。它主要分為鋼﹑鐵及有色金屬等幾類，而其中的鋼又是應用最多最普遍的材料，鋼中主要成份是鐵元素，其余部分是人為添加的合金元素及各種雜質。正是由于這些添加的合金元素的品種不同.數(shù)量不同才形成了各種各樣的鋼，如普通碳鋼，不銹鋼，合金鋼等等，在這些添加元素中，碳C起著非常重要的作用。
2.1 鋼中常見化學元素：
各種鋼中占多數(shù)百分比的為鐵元素（Fe ），除之以外，通常還含有下列幾種元素（通常稱之為鋼中的合金元素）：C（碳） Si（硅）Mn（錳）P（磷）S（硫）以及Cr（鉻）Ni（鎳）Mo（鉬）Ti（鈦）V（釩）等等。一般情況下，其中P，S為雜質成份，越低鋼材質量越好。
2.2 鋼的分類：
按照鋼中添加的合金元素品種的不同，我們可將鋼簡單地分為三大類：碳鋼.合金鋼.不銹鋼.
⑴碳鋼：其中合金元素只有C， Si， Mn， P， S五種，其按照P， S雜質含量高低，又分為普碳鋼(P，S 一般≤0.040%)和優(yōu)碳鋼(P，S一般≤0.03%)
常見鋼種有：普碳鋼： Q215A.Q235BF.優(yōu)碳鋼： 20#.45#.16Mn等。這種鋼強度及韌性一般，不耐腐蝕，可用于要求不高的場合，成本最低.
⑵合金鋼：除碳鋼中含有的5種元素以外，還添加了10%以下的Cr Mo V 等元素，常見的鋼種有： 15CrMo 12Cr1MoV 1Cr5Mo 等.與碳鋼相比，合金鋼強度更高，耐溫性能也提高，但抗腐蝕性能仍較差，因此，合金鋼通常用于腐蝕不大的高溫高壓場合，如鍋爐用鋼，電廠熱蒸汽輸送等等，使用成本處于中等水平.
⑶不銹鋼：通常是在碳鋼基礎上.增加了高比例的Cr， Ni等合金而成，含量比例可達20%以上。常見鋼種有：304，304L，321，316，316L，1Cr18Ni9Ti，前幾種用數(shù)字表示的鋼號為日本、美國鋼號表示方法，最后一種（1Cr18Ni9Ti）為國內(nèi)鋼號表示方法。下面以數(shù)字表示法鋼號為例，說明幾種不銹鋼成分之間的關系：作為一般性的了解，也為了便于初學者記憶，我們可以這樣認為（但不是十分準確的說法）：
304-------基本型鋼種，只含（C<0.08%）、 Cr（~18%）、 Ni（~9%）
304L-----超低碳C的304（C<0.05%）就叫 304L
321------- 304 Ti（~0.5%）
316------- 304 Mo(~2.5%)
316L-----超低碳C的316（C<0.05%）就叫 316L
不銹鋼的強度、韌性指標是各種鋼中最好的，其最特出的優(yōu)點是抗腐蝕，在化工造紙等腐蝕性較強的場合就必須使用不銹鋼，當然，其成本也是最高的。
2.3.鋼的性能表示：
一種鋼性能的好壞，總要用一些指標來反映，來表示.對于鋼，我們通常用其所含的化學成份，機械性能的數(shù)值來反映其質量和性能。機械性能通常有三個指標：
抗拉強度（σb， TS）：材料在拉斷時能承受的最大外拉力。
屈服強度（σs， YS）：材料發(fā)生塑性變形能承受的最小外拉力。
延伸率( ψ， EL)：材料在拉斷后，在長度方向上延長的百分比，此值越大，說明材料的塑性越好。有時，還用硬度值、沖擊韌性值等反映材料性能。
我們最常見的碳鋼20#，Q235 及國外的 SS400，SS41， St37 等等，它們的性能是非常接近的，或者說基本可以相互替代，它們的有關參數(shù)大致如下：
C：0.18-0.21% Si： 0.30% Mn：0.5% P，S 0.025%
TS： ~550Mpa YS： ~260Mpa EL： ~ 25%
2.4 鋼的組織及其變化
鋼為什么會有性能的差別，其實與鋼的內(nèi)部組織結構有關。通過顯微鏡可以看出，鋼的內(nèi)部是由許多不同的象細胞一樣的小塊塊疊積而成的，再仔細觀察，這些小塊塊其實歸屬于幾種不同類別，我們通常將同一類的小塊塊稱為一種“相”或一種“體”。如我們平時所說的奧氏體、鐵素體就是指鋼中最常見的兩種組織結構，也就是兩種相。一種鋼中含有哪些相，每一種相所占的比例多少，相的形態(tài)如何，這些都直接影響鋼的性能。也就是說，如果鋼中相的類型，比例，形態(tài)發(fā)生變化，鋼的性能就要跟著發(fā)生變化。那末，哪些因素會促使這些年變化呢？顯然，鋼的成分的變化肯定會影響鋼的性能的變化，而對于成份固定的某一種鋼來說，比如20#鋼，或者304L，當它們被進行形變加工，進行熱處理時，其性能也會發(fā)生變化。歸納起來，影響鋼的性能的主要因素是：成份，變形和溫度。
2.5鋼的熱處理：
為了使某種鋼達到我們所希望的最佳性能，必須使其內(nèi)部組織結構穩(wěn)定于某一種穩(wěn)定的結構狀態(tài)。
在很多情況下，我們都必須對鋼進行熱處理。因為我們的很多產(chǎn)品都是經(jīng)過加工變形而成的，上面提到經(jīng)變形的鋼，其組織結構就要發(fā)生變化，也就是說，鋼的性能就發(fā)生了變化，而這種變化往往是我們所不愿意的，這時我們就必須采取熱處理的辦法來消除這些變化，恢復鋼的本來特性。當然，我們還有因為其他考慮，進行其它方式的熱處理。幾種鋼經(jīng)冷，熱變形后的熱處理方法參見附表1 。
2.6 鋼號表示方法：
世界各國鋼號表示方法不盡一樣，但多數(shù)按兩類方法來表示：一類以含有的合金之素及其含量來表示，一類以鋼種代號及強度數(shù)值來表示。例如：
20#--表示含碳量為0.20%左右的優(yōu)碳鋼
45#--表示碳量為0.45%左右的優(yōu)碳鋼
1Cr18Ni9Ti—表示含碳量：0.1%以下
Cr 18%左右，Ni ，9%左右，Ti： 含少許
0Cr18Ni9—表示含碳量極低，≤0.08%
Cr 18%左右，Ni 9%左右
Q235-----表示屈服強度＞235MPA的普碳鋼
SS400---表示抗拉強度＞400MPA的優(yōu)碳鋼
2.7常用鋼鐵代號，成份性能
按照碳鋼、合金鋼、不銹鋼三大類，我們匯總如附表2：
三．管道系統(tǒng)常識
3.1 管道常用材料：
管道中常用的原材料有：板材、管材和鍛件。
⑴ 板材：常見板材有卷板、平板和開平板.卷板通常成卷交貨，優(yōu)點是可根據(jù)需要任意截取長度，缺點是必須有相應的開卷設備，板面平整度一般.平板通常是成張交貨，優(yōu)點是板面平整，便于運輸，使用缺點是有時板材使用率較低.開平板是將卷板通過剪板機剪成一塊塊經(jīng)板面平整后而成的.區(qū)分平板和開平板的方法，除觀察其表面及邊緣平整度，光滑度外，還有一簡便方法：真正的平板，每張上均有鋼廠出廠時的標記，如廠家、規(guī)格、鋼號等字樣，而在開平板上就沒有這些記號.板材理論重量計算公式為：
碳鋼板理重 =長*寬*厚*7.85/106 (毫米為單位，重量為公詳細）
不銹鋼板理重 =長*寬*厚*7.91/106 (毫米為單位，重量為公斤)
例如： 一張 1500*6000*6 的不銹鋼板：
理重=1500*6000*6*7.91=71190000，小數(shù)點前移6位=71.19Kg
⑵管材：這主要指圓管，可分為焊管(直縫焊管、螺旋焊管)及無縫管.焊管(也叫有縫管)通常用于壓力較低(20KG/CM2)的管道，其中螺旋焊管又主要用于大口徑(如DN400以上)系統(tǒng)，因此，其壁厚一般較薄(通常SCH10以下).無縫管則一般 用于壓力較高的管道，由于無縫管生產(chǎn)工藝所限，我們常用的工業(yè)無縫管，通常是熱軋而成，因此市場上可供熱軋無縫管的壁厚，對于一定口徑的管材，通常是有一定下限的(一般在SCH10以上)，此如：
Φ27-Φ48 壁厚 ≥2.0
Φ57-Φ76 壁厚 ≥3.0
Φ89-Φ159 壁厚 ≥3.5
Φ168-Φ219 壁厚 ≥4.0(Φ168*3市場有，但較少)
Φ273 壁厚 ≥6.0
Φ325-Φ377 壁厚 ≥8.0
Φ402-Φ426 壁厚 ≥9.0
Φ530-Φ630 壁厚 ≥10.0
管材每米理論重量計算公式為：
碳鋼管理重 =(外經(jīng)-壁厚)*壁厚*0.02466 (毫米為單位， 重量為公斤)
不銹鋼管理重 =(外經(jīng)-壁厚)*壁厚*0.02491 (毫米為單位， 重量為公斤))
例如： 一根6米長 273*8的不銹鋼管：
每米理重=(273-8)*8*0.02491=52.81Kg
6米一根理重=52.81*6=316.86Kg
(3)鍛件：鍛件通常用于制造法蘭，承插件及某些接頭。
3.2 管系通徑及壁厚的表示方法：
(1) 最簡單明了的表示方法是： 管道的實際外徑*實際壁厚，例如：Φ114.3*6.02 即表示管道外徑為114.3mm，壁厚為6.02mm。但在很多情況下，為便于設計，管道口徑多用公稱通徑來表示，例如DN100，4”等。壁厚用管標號SCH××表示，如SCH80來表示。這些數(shù)值不代表實際外徑或實際壁厚，它們只是一種標識。由于世界各國使用上的習慣，某種公稱通徑（如DN100）所代表示實際外徑并不是唯一的，歸納起來，主要有兩種，一種稱公制系列（B系列），一種稱為英制系列（A系列）。因此，如果只知道公稱通徑，而不知道屬于A系列還是B系列，通常我們不能唯一確定它的實際外徑。例如DN100，如為A系列，則其代表管道外徑為114.3mm，如果采用B系列，則某代表外徑為108mm。但DN100A就代表外徑為114.3、DN100B就代表外徑為108。至于壁厚通常按照給出的管標號（如SCH20、STD、XS），查詢相關標準中的有關表格，即可查到其代表的實際壁厚。
(2) 有些老設計部門，尚沿用這樣的習慣，以DN××表示的即為公制（B系列），以英寸表示的即表示英制（A系列）。但根據(jù)目前實際情況，后一種情況，即“以英寸表示公稱通徑時，一般代表英制系列（A系列）”通常是正確的，但前一種情況已不再準確了。目前較為流行的做法是。不論公制英制均以DN××表示。因此，凡以DN××表示通徑而又未指出A系列、B系列的，必須明確其采用的管道系列，否則，就可能發(fā)生錯誤，如可能誤將114.3的管道錯成108管道。
(3)管道常用規(guī)格詳見附表3，其中詳細介紹了，公稱通徑，實際外徑（分A系列、B系列），不同管標號（如SCH30、STD）所對應的實際壁厚。
3.3 管件的分類：
一般地講，在整條管線中，除直管以外的各種配件可以統(tǒng)稱為管配件。不過習慣地，我們將彎頭、三通、大小頭、管帽及各種管接頭徑稱為管件，同時將法蘭、閥門、膨脹節(jié)、管道支架等分別稱呼。以下主要就管件進行細分：依據(jù)直管與管件焊接時的焊接方式不同，可將管件分為兩大類：
管件承插（SW）及螺紋（TH）類
對焊類（BW）彎頭、三通、大小頭、管帽 彎頭、三通、變徑管、管帽、各種管接頭（由令、考貝侖、單頭絲、雙頭絲、卜申、堵頭等）
依據(jù)管件表面是否帶有焊縫，可將管件分為有縫管件和無縫管件兩大類，
GB12459-90即為無縫管件標準， GB/T13401-92 即為有縫管件標準.
3.4管件標識：
所謂管件標識，也就是對某一種管件品種，要知道哪些參數(shù)才能唯一確定，這種管件的特征。一般地講。必須知道以下參數(shù)：
⑴類別（彎頭還要知道角度，彎曲半徑；大小頭還要知道是同心或偏心）
⑵材質
⑶通徑大小及管制(以公稱直徑表示時，必須確認公制、英制)、
⑷壁厚或管標號。
⑸標準號（有時在標準號后加A或B表示管系為英制或公制）
例如：45°彎頭 R=1.5D， 304L， DN100，SCH20， GB12459B
偏心大小頭，20#， DN150B STD ANSI B16.9
三通 316TI φ610*168*4 GB/T13401
當然，對生產(chǎn)計劃，訂單，詢價單還必須知道數(shù)量。
3.5 .有關管道及管件的英文代號匯總：
為了設計及書寫的方便，經(jīng)常用英文字母來代表有關內(nèi)容?，F(xiàn)就常見的一些代號匯總如下：類別 代號 全稱 含義
通用 CS Carbon Steel 碳鋼
SS Stainless Steel 不銹鋼
BW Butt Welding 對焊
SW Socket Welding 承插焊
THD Threaded 螺紋
NPT Normal Pipe Thread 普通管螺紋
NPTM NPT Male 普通外管螺紋
NPTF NPT Female 普通內(nèi)管螺紋
SQ Square 方型，方頭
HEX Hex 六角頭
管件 E（S） Elbow(s) 短半徑彎頭
E（L） Elbow(l) 長半徑彎頭
RC Conc.reducer 同心大小頭
RE Ecc.reducer 偏心大小頭
TR Tee ( R ) 異徑三通
TC Tee (C ) 等徑三通
C Cap 管帽
Union Union 由令，活接頭
Coupling Coupling 考貝倫，束接
Half coupling Half coupling 半考貝侖
Plug Plug 堵頭
Bushing Bushing 仆申，內(nèi)外絲
舉例如下：
①45E（L）150B SCH40，20#， GB12459
45°1.5D無縫彎頭 φ159*7.11，20#鋼，標準 GB12459-90
②90E(S)-300-SCH10S， 304L， ANSI B16.9
90°1.0D無縫彎頭 φ323.9*4.57， 304L，標準 ANSI B16.9
③RC500*300B SCH20 ，15CrMo， GB/T13401-92
焊縫同心大小頭 φ529*10/325*6.3 ， 材質 15CrMo 標準 GB/T13401
④TR100*100*80 STD ，20#， GB12459
無縫異徑三通 114.3*114.3*6.02/88.9*5.74， 20#， GB12459
(為簡便見，主管也可用一個數(shù)據(jù)表示， 如：TR100*80 STD， 100表示主管，80表示支管)
⑤C200B SCH80， 316L，ANSI B16.9
管帽 219*12.7 316L ， ANSI B16.9
⑥90E(L) 2” 1500LB SW ， 304， ANSI B16.11
90°承插彎頭 2” 1500磅 20#鋼 ， 標準： ANSI B16.11
3.6 管件常見標準：
管件中最常見的標準主要有四種：
GB12459-90 無縫對焊管件國家標準 （無縫）
GB/T13401-92 焊縫管件國家標準 （有縫）、
ANSI B16.9 美標對焊管件標準(有縫或無縫)
ANSI B16.11 承插及螺紋管件標準(美標)
有時下列標準也會用到：
HG514-87 化工部管件標準
SHJ408-90 中石化管件標準
JIS B2311、JIS B2312、JIS B2316、 日本管件標準
還有德國DIN標準等等。
四．法蘭常識：
法蘭是管道中起連接作用的重要部分，種類多，標準繁雜。由于其主要起連接作用，因此，法蘭的主要特性就是連接方式及密封形式，主導影響參數(shù)是管道壓力（介質不同影響材質選定）：一般地講，低壓系統(tǒng)（PN<2.5MPA）采用平焊或板式法蘭，普通突面(RF)密封， 中壓系統(tǒng) (2.5-64MPA)采用對焊法蘭，RF或凹凸面(FM/M)密封，高壓系統(tǒng)(10.0MPA以上)，通常采用對焊法蘭，梯型槽(RJ)密封。在低壓不銹鋼系統(tǒng)中，有時為節(jié)約成本及檢修方便，還采用松套法蘭或活套環(huán)法蘭。
4.1關于法蘭標準：
目前，法蘭標準比較多，國內(nèi)有GB（國家標準），JB（機械部標準），HG（化工部標準）等，國外有ANSI（美標），JIS（日標），DIN（德標）等。但目前使用較多的標準分為兩大類別：（1）以DIN標準為主的歐洲體系（包括DIN，GB，JB，HG20592）；（2）以ANSI標準為主的美洲體系（包括 ANSI，GB，HG20615）。此二大類法蘭可通過表示法蘭壓力等級的標識來區(qū)分。（JIS標準為另一類體系的標準，不屬此二類）
4.2法蘭類型及標識：
(1)為便于設計及表述，世界各地習慣用字母符號表示法蘭種類及密封面形 式， 如在 HG20592， ANSI B16.5， DIN 及 JIS標準中均有如下表述：
代號 意義 說明
法蘭類型 SO 平焊法蘭 Slip-on
WN 對焊法蘭 Weld-neck
PL 板式法蘭 Plate
PJ/PR(或PJ/RJ) 活套環(huán)法蘭 不銹鋼焊環(huán) 碳鋼法蘭
LP 松套法蘭 不銹鋼翻邊 碳鋼法蘭
TH 螺紋法蘭
密封面形式 -RF 普通突面密封 Rased face
-M 凸面密封 配對使用
-FM 凹面密封
-T 榫面密封 配對使用
-TG 槽面密封
-RJ 梯型槽密封 Ring Joint
-FF 全平面密封 Flate Face
(2) 確定一種法蘭的全部特征需知道以下幾個方面：
1 法蘭制造標準 如： ANSI B16.5
2 法蘭類型 如： 對焊法蘭
3 公稱通經(jīng)及管制(英制或公制) 如： DN150B
4 壓力等級 如： PN10 或 600LB
5 密封面形式 如： RF
6 材質 如： 304L
(3)幾點說明：
1 某些法蘭標準與法蘭類型，密封面形式是一一對應的，即給出標準就知道了法蘭類型和密封面形式.如： JB81-59， HG5010-58.
2 關于管制， 一般講，目前世界較通行的是英制，公制系列在國內(nèi)的一些老標準中應用較多. 因此，一些老標準中僅含有公制. 另外，如果通徑以英寸表示，一般就代表英制.
3 關于字母代號，國內(nèi)一些老標準未予采用，而HG20592-97則全面與國際接軌，采用了通用符號.
4.3法蘭類型舉例：
(1) 法蘭 DN100 PN1.6 RF ，20#， HG5010-58
口徑DN100，壓力1.6MPA，普通突面，20#鋼，配公制管平焊法蘭
(2) WN-4” 300LB RF ，304， ANSI B16.5
口徑4”，壓力300磅，普通突面，材質304，配英制管平焊法蘭
(3) PJ/PR DN300(A) PN4.0 RF， 304/20#， HG20592-97
口徑DN300，壓力4.0MPA，普通突面，304/20#鋼，配英制管活套環(huán)法蘭
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