管道材料设计要点总结.docVIP

PAGE1 / NUMPAGES16 管道材料设计要点 目次 1 应用标准和设计标准 1.1 应用标准 1.2 设计标准 2 材料选用 2.1 材料的基本性能 2.2 高温对材料选用的影响 2.3 低温对材料选用的影响 2.4 介质对材料选用的影响 2.5 常用材料类型及特点 2.6 材料选用原则 3 管道组成件压力设计 3.1 载荷类型 3.2 选用应力及强度准则 3.3 标准管道组成件 3.4 非标准管道组成件 4 管道组成件型式选用 4.1 连接型式及选用 4.2 钢管 4.3 管件及分支接头 4.4 法兰及法兰接头 4.5 阀门 5 制造技术要求（略） 5.1 成形工艺 5.2 热处理 5.3 化学成分及机械性能 5.4 检查试验 5.5 其它要求 1 应用标准和设计标准 1.1 应用标准 1）应用标准的概念（系列化、标准化）。举例：无缝钢管生产参数的调整； 2）三个主要参数（外径、公称压力等级、壁厚系列）。举例：55°锥管螺纹和60°锥管螺纹连接问题，法兰螺栓孔的尺寸问题； 3）PN/CLASS及欧洲标准体系/美洲标准体系。 1.2 设计标准 1）常用标准规范：GB/T20801系列，GB50316，ASME B31系列，EN13480系列，SH/T3059。举例：GB/T20801的修订要点； 2）安全标准，基础要求，最低要求。举例：不含管道布置，不含腐蚀方面的内容； 3）非唯一性。举例：工程设计引用时才变成强制性。注意：每一个工程不宜开列所用设计标准，与法规的配套关系； 4）不能代替设计手册、工程规定和行业标准，给设计工程师很大的权利； 5）前瞻性技术：三大类14种失效模式的评定。 举例：三大类14种失效模式 第I类：短期失效模式 ——I-1：脆性断裂； ——I-2：韧性断裂； ——I-3：超量变形引起的接头泄露； ——I-4：超量局部应变引起的裂纹形成或韧性撕裂； ——I-5：弹性、塑性或弹塑性失稳（垮塌）； 第II类：长期失效模式 ——II-1：蠕变断裂； ——II-2：蠕变引起的机械接头超量变形或过大的载荷转移； ——II-3：蠕变失稳； ——II-4：磨蚀和腐蚀； ——II-5：环境助长开裂。如应力腐蚀开裂，氢致开裂； 第III类：循环失效模式 ——III-1：扩展性塑性变形； ——III-2：交替塑性； ——III-3：弹性应变疲劳（中、高周疲劳）和弹塑性应变疲劳（低周）； ——III-4：环境助长疲劳。 2 材料选用 2.1 材料的基本性能 1）机械性能： ——强度指标：强度极限σb，屈服极限σs，持久极限σD（100000小时断裂平均值），蠕变极限σn（0.01%延伸率/1000小时）。相关问题：直接作为计算参数，标准许用应力及安全系数。举例：关于σ0.2和σ1.0； ——塑性指标：延伸率（δ5和δ10值），断面收缩率Ψ，非直接计算参数。举例：碳钢和不锈钢的延伸率，14%延伸率的韧性材料界限； ——弹性指标：弹性模量E。用于结构应力计算参数； ——韧性指标：冲击功Ak。非直接计算参数，但作为材料脆性转变的一个重要判据； ——硬度：反映材料对局部塑性变形的抗力及材料的耐磨性。主要用于加工变形残余应力和焊接残余应力存在程度的判断。举例：某装置用不锈钢管件的断裂，某装置冷氢管道开裂； 2）化学性能：包括耐腐蚀性、高温下的组织稳定性等。举例：硫腐蚀、醋酸腐蚀等； 3）物理性能：包括导电性、热涨率等； 4）可加工性能：包括铸造性能、锻造性能、机加工性能、焊接性能等。举例：321材料的铸造，渗铝材料的焊接性能； 5）经济性能。 2.2 高温对材料选用的影响 1）高温机械型破坏 ——蠕变： 定义，防范措施。举例：P92的高温数据与低温数据关系，蠕变试验； ——应力松弛：定义，防范措施（补偿）。举例：高温螺栓的应力松弛问题； ——热疲劳：理论（温度梯度和内应力）。一般情况下由于热疲劳多数与机械疲劳共同作用，故这里略； 2）高温冶金不稳定型破坏 在高温下，由于金属原子的活动能力加强，会引起金属结构组织上的一系列变化，从而导致材料的性能变化，这样的变化有时可直接导致构件的破坏，有时则成为构件其它破坏型式的诱因。这种金属组织随环境而变化的特性叫做冶金不稳定性。 ——再结晶：对于变形加工或焊接构件，当没有进行适当的热处理时，或所采取的热处理（如固溶处理）不能得到常温平衡组织时，会在金属内残留一些不稳定的畸形结构或组织。在高温下，这些畸形组织会因原子得到能量而使金属发生再结晶，或形成新的相结构。在外力的作用下，