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管材选用

文章来源:admin 更新时间:2014-07-27

  选段:1.压力管道金属材料的特点
  压力管道涉及各行各业,对它的基本要求是"安全与使用",安全为了使用,使用必须安全,使用还涉及经济问题,即投资省、使用年限长,这当然与很多因素有关。而材料是工程的基础,首先要认识压力管道金属材料的特殊要求。压力管道除承受载荷外,由于处在不同的环境、温度和介质下工作,还承受着特殊的考验。
  (1)金属材料在高温下性能的变化
  ① 蠕变:钢材在高温下受外力作用时,随着时间的延长,缓慢而连续产生塑性变形的现象,称为蠕变。钢材蠕变特征与温度和应力有很大关系。温度升高或应力增大,蠕变速度加快。例如,碳素钢工作温度超过300~350℃,合金钢工作温度超过300~400℃就会有蠕变。产生蠕变所需的应力低于试验温度钢材的屈服强度。因此,对于高温下长期工作的锅炉、蒸汽管道、压力容器所用钢材应具有良好的抗蠕变性能,以防止因蠕变而产生大量变形导致结构破裂及造成爆炸等恶性事故。
  ② 球化和石墨化:在高温作用下,碳钢中的渗碳体由于获得能量将发生迁移和聚集,形成晶粒粗大的渗碳体并夹杂于铁素体中,其渗碳体会从片状逐渐转变成球状,称为球化。由于石墨强度极低,并以片状出现,使材料强度大大降低,脆性增加,称为材料的石墨化。碳钢长期工作在425℃以上环境时,就会发生石墨化,在大于475℃更明显。SH3059规定碳钢最高使用温度为425℃,GB150则规定碳钢最高使用温度为450℃。
  ③ 热疲劳性能 钢材如果长期冷热交替工作,那么材料内部在温差变化引起的热应力作用下,会产生微小裂纹而不断扩展,最后导致破裂。因此,在温度起伏变化工作条件下的结构、管道应考虑钢材的热疲劳性能。
  ④ 材料的高温氧化 金属材料在高温氧化性介质环境中(如烟道)会被氧化而产生氧化皮,容易脆落。碳钢处于570℃的高温气体中易产生氧化皮而使金属减薄。故燃气、烟道等钢管应限制在560℃下工作。
  (2)金属材料在低温下的性能变化
  当环境温度低于该材料的临界温度时,材料冲击韧性会急剧降低,这一临界温度称为材料的脆性转变温度。常用低温冲击韧性(冲击功)来衡量材料的低温韧性,在低温下工作的管道,必须注意其低温冲击韧性。
  (3)管道在腐蚀环境下的性能变化
  石油化工、船舶、海上石油平台等管道介质,很多有腐蚀性,事实证明,金属腐蚀的危害性十分普遍,而且也十分严重,腐蚀会造成直接或间接损失。例如,金属的应力腐蚀、疲劳腐蚀和晶间腐蚀往往会造成灾难性重大事故,金属腐蚀会造成大量的金属消耗,浪费大量资源。引起腐蚀的介质主要有以下几种。
  ① 氯化物 氯化物对碳素钢的腐蚀基本上是均匀腐蚀,并伴随氢脆发生,对不锈钢的腐蚀是点腐蚀或晶间腐蚀。防止措施可选择适宜的材料,如采用碳钢-不锈钢复合管材。
  ② 硫化物原油中硫化物多达250多种,对金属产生腐蚀的有硫化氢(H2S)、硫醇(R-SH)、硫醚(R-S-R)等。我国液化石油气中H2S含量高,造成容器出现裂缝,有的投产87天即发生贯穿裂纹,事后经磁粉探伤,内表面环缝共有417条裂纹,球体外表面无裂纹,所以H2S含量高引起应力腐蚀应值得重视。日本焊接学会和高压气体安全协会规定:液化石油中H2S含量应控制在100×10-6以下,而我国液化石油气中H2S含量平均为2392×10-6,高出日本20多倍。
  ③ 环烷酸 环烷酸是原油中带来的有机物,当温度超过220℃时,开始发生腐蚀,270~280℃时腐蚀达到最大;当温度超过400℃,原油中的环烷酸已汽化完毕。316L(00Cr17Ni14Mo2)不锈钢材料是抗环烷酸腐蚀的有效材料,常用于高温环烷酸腐蚀环境。[1]
  2. 压力管道金属材料的选用
  (1)金属材料选用原则
  ① 满足操作条件的要求。首先应根据使用条件判断该管道是否承受压力,属于哪一类压力管道。不同类别的压力管道因其重要性各异,发生事故带来的危害程度不同,对材料的要求也不同。同时应考虑管道的使用环境和输送的介质以及介质对管体的腐蚀程度。例如插入海底的钢管桩,管体在浪溅区腐蚀速度为海底土中的6倍;潮差区腐蚀速度为海底土中的4倍。在选材及防腐蚀措施上应特别关注。
  ② 可加工性要求。材料应具有良好的加工性和焊接性。
  ③ 耐用又经济的要求 压力管道,首先应安全耐用和经济。一台设备、一批管道工程,在投资选材前,必要时进行可行性研究,即经济技术分析,拟选用的材料可制定数个方案,进行经济技术分析,有些材料初始投资略高,但是使用可靠,平时维修费用省;有的材料初始投资似乎省,但在运行中可靠性差,平时维修费用高,全寿命周期费用高。
  (2)常用材料的应用限制
  常用材料限制条件见表1,常用材料使用温度范围见表2。
  (3)管道常用金属材料名称及规格。

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