40b223-1999石油化工管道及其元件设计选用.pdf

公 司 标 准 40B223－1999 中国石化集团 石油化工管道及其元件设计选用 代替40B223－1998 洛阳石油化工工程公司 技术规定 第 1 页 共 32 页 1 范围 1.1 本标准规定了石油化工管道及其元件的设计及其选用要求，包括应用标准、管道材料、管路等级、 管道及其元件的型式、管道防腐、管道隔热等方面的设计选用要求。 1.2 本标准适用于石油化工厂的工艺管道和公用工程管道的设计。 1.3 本标准不适用于管道支架、隔热结构及非金属管道的设计。 2 引用标准 下列标准所包含的条文，通过在本标准中引用而构成本标准的条文。本标准出版时，所示版本均为 有效。所有标准都会被修订，使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 SH3059 石油化工企业管道设计器材选用通则 SH3401 管法兰用石棉橡胶板垫片 SH3402 管法兰用聚四氟乙烯包复垫片 SH3403 管法兰用金属环垫 SH3404 管法兰用紧固件 SH3405 石油化工企业钢管尺寸系列选用规定 SH3406 钢制管法兰 SH3407 管法兰用缠绕式垫片 SH3408 钢制对焊无缝管件 SH3409 钢板制对焊管件 SH3410 锻钢制承插焊管件 JB/T74 管路法兰技术条件 JB/T81 凸面板式钢制管法兰 JB/T82.1 凸面对焊钢制管法兰 JB/T82.2 凹凸面对焊钢制管法兰 JB/T82.4 环连接面对焊钢制管法兰 JB/T86.1 凸面钢制管法兰盖 岳 进 才 谢 林 章 萧 凤 芝 李 苏 秦 1999.04.30 1999.05.01 编 制 校 审 标准化审核审 定会 签 发布日期 实施日期 第 页 共 32 页 40B223-1999 JB/T86.2 凹凸面钢制管法兰盖 JB/T87 管路法兰用石棉橡胶垫片 JB/T89 管路法兰用金属环垫垫片 JB/T90 管路法兰用缠绕式垫片 GB9119.8 PN1.6MPa 凸面板式平焊钢制管法兰 GB9123.9 PN1.6MPa 凸面钢制管法兰盖 GB/T14626 锻钢制螺纹管件 40B118 钢板卷制焊接钢管 40B112 石油化工企业小外径钢管尺寸系列 40B113 钢制对焊小外径无缝管件 40B114 钢板制小外径对焊管件 40B115 锻钢制小外径承插焊管件 40B116.1 钢制大外径管件 40B116.2 钢制小外径管件 40B117.1 石油化工企业大外径管道用过滤器 40B117.2 石油化工企业小外径管道用过滤器 GB699 优质碳素结构钢技术条件 GB1220 不锈钢棒 GB1221 耐热钢棒 GB1591 低合金结构钢 GB/T14976 输送流体用不锈钢无缝钢管 GB/T3091 低压流体输送用镀锌焊接钢管 GB/T3092 低压流体输送用焊接钢管 GB3077 合金结构钢技术条件 GB3274 碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板和钢带 GB4237 不锈钢热轧钢板 GB5310 高压锅炉用无缝钢管 GB3087 低中压锅炉用无缝钢管 GB6479 高压化肥设备用无缝钢管 GB6654 压力容器用碳素钢和低合金钢厚钢板 GB8163 输送流体用无缝钢管 GB9948 石油裂化用无缝钢管 GB12771 流体输送用不锈钢焊接钢管 GB150 钢制压力容器 SY/T5037 一般低压液体输送用螺旋缝埋弧焊钢管 40B223-1999 第 页 共 32 页 SH3010 石油化工设备和管道隔热技术规范 SH3022 石油化工设备和管道涂料防腐蚀技术规范 3 管道元件应用标准 3.1 管道及其元件在选用时应尽可能系列化和标准化。当不得不采用非标准元件时，应有适宜的设计和 制造技术要求，并通过型式试验证明是可靠的，或者是经过有关主管部门鉴定认可的。 3.2 同一个管路中，管道及其元件所采用的标准应属同一应用标准体系[ 注]。若必须采用不同应用标准体 系中的标准时， 应报请主任工程师或由主任工程师指定的人员批准。 不同管系中应尽可能采用同一应用 标准体系，若必须采用不同应用标准体系时，宜使不同应用标准体系的标准能相适应。 注应用标准体系是指一个管路中所有元件应用标准的集合，而且这些标准之间能相互配套，相互适应。 3.3 常用的管道应用标准体系及其应用标准配伍表见表 1。一般情况下，应优先选用 SH 标准体系；对 改扩建装置，当用户特别要求时，在征得专业主任工程师同意的情况下，可以采用小外径系列的 JB 标 准体系；对国外项目，或者国内项目须国外引进管子及其元件的部分，可采用 ANSI 标准体系；一般情 况下，不推荐采用 GB 标准体系和 HG 标准体系。 表 1 常用压力管道应用标准体系配伍表 ⑤ 大外径系列 小外径系列 SH 标准体系 GB 标准体系 ANSI 标准体系JB 标准体系 HG 标准体系 一般管道 SH3405 SHJ405 ① ANSIB36.10 40B112② HG20553 长输管道 SY/T5292 GB/T9711.1 GB/T9711.1 API5L 管件 SH3408 SH3409 SH3410 GB/T14626 GB12459 ① GB/T13401 ① GB/T14383 ① GB/T14626 ANSI B16.9 ANSI B16.11 40B113 ③ 40B114 ② 40B115 ② HGJ10 HGJ514 HGJ528 HGJ529 法兰 SH3406 GB9112～9131ANSI B16.5 JB/T74～86 HG20592～ 20605 垫片 SH3401 SH3402 SH3403 SH3407 GB539 GB/T3985 GB4622.1～2 ANSIB16.20 ANSIB16.21 JB/T87 JB/T88 JB/T89 JB/T90 HG20606～ 20612 紧固件 SH3404 GB5780～5782 GB41 GB6170 ANSI B18.1 GB5780～5782 GB41 GB6170 HG20613 第 页 共 32 页 40B223-1999 表 1（续） 常用压力管道应用标准体系配伍表 ⑤ 大外径系列 小外径系列 SH 标准体系GB 标准体系 ANSI 标准体系JB 标准体系 HG 标准体系 阀门 API600 API602 API603 API608 API609 API594 GB12232～12247API600 API602 API603 API608 API609 API594 JB 系列 ④ JB 系列 ④ 注①GB 标准体系的管子管件标准原来是借助于 SHJ405 进行定义，现 SHJ405 已被修订成 SH3405，而且定义已作了改 变。因此，GB 系列管件标准也应作相应修订才能使用。 ②40B112～115 为洛阳石化工程公司标准，是为配合 JB 标准体系专门编制的。 ③GB12232～GB12247 目前尚存在较多问题，实际上并没推广应用，它可用相应的 API 标准取代。 ④JB 系列指原来的 JB 系列阀门标准，它已被 GB12232～GB12247 标准所取代，但由于 GB12232～GB12247 标准并 没推广应用，而且现在大多数阀门制造厂仍按该标准生产，故本标准仍将其列入。 ⑤这里仅列出了主要的相关标准，不是全部标准。 3.4 在设计中，当不可避免地出现不同标准体系中的标准配接时应研究其连接的可行性。一般情况下， 经常出现的是 GB 法兰与 JB 法兰的配接、GB 法兰与 SH 法兰的配接，它们之间原则上可以配接，但 在操作过程中应注意以下几个问题 ① GB 法兰与 JB 法兰匹配时 a、GB 法兰仅适合与 JB 法兰的 I 系列密封面配用。 b、GB 法兰与 JB 法兰的温度压力许用值不同，分别由 GB9131 标准和 JB/T74 标准给出。 当介质条件处于温度压力许用值的边缘值时，应同时核对两个温度压力值，并使其均得到满足。 c、JB 法兰仅限于与 GB 法兰中的 PN0.25，0.6，1.0，1.6，2.5，4.0MPa 共六个等级匹配。 ② GB 法兰与 SH 法兰匹配时 a、SH 法兰标准已于 1996 年进行了修订，二者在修订前是相同的，SH 修订后，二者就有了少 量的差别，如 SH 标准中的温度压力许用值进行了调整；SH 标准中的 M18 螺栓改成了 M16 螺栓。 b、当二者匹配时，如果介质条件处于温度压力许用值的边缘值时，应同时核对二者的温度 压力值，并使其均得到满足。 c、二者引用的材料标准不尽相同。 4 管道材料 4.1 管道及其元件的材料，应根据设计温度、设计压力和介质等设计条件，以及材料加工工艺性能、焊 接性能和经济性等因素综合考虑，合理选用。 4.2 所选用的材料质量和规格应符合现行国家标准、行业标准和有关技术条件的要求。并应有制造厂提 供的质量证明书。 40B223-1999 第 页 共 32 页 4.3 管道及其元件采用的新材料，必须是经过技术鉴定合格的产品，并具有完整的技术评定文件，该文 件应经省级及其以上的主管部门审定批准。 4.4 选用进口材料时，必须提出详细的规格、性能、标准号及必要的技术条件和技术要求。进口材料除 应符合相应国家材料标准的技术要求外， 还必须相应满足我国管道材料标准的要求， 并在复验合格后方 可以使用。 4.5 金属材料宜避免在“材料一局部腐蚀组合环境”下使用，当不可避免时，应采取相应的措施以避 免局部腐蚀的发生，特别是电偶腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀的发生。能导致奥氏体不锈钢发生晶 间腐蚀的常见介质见表 2。 表 2 导致奥氏体不锈钢发生晶间腐蚀的常见介质 醋酸 硫酸铁 酚＋环烷酸 硫酸 醋酸＋水扬酸 氢氰酸＋二氧化硫 磷酸 硫酸＋醋酸 硝酸铵 氢氟酸＋硫酸铁 盐雾 硫酸＋硫酸铜 硫酸铵 顺丁烯二酸 海水 硫酸＋硫酸亚铁 硝酸钙 硝酸 硫酸氢钠 硫酸＋甲醇 硫酸铜 硝酸＋盐酸 氢氧化钠＋硫化钠 硫酸＋硝酸 原油 硝酸＋氢氟酸 亚硫酸盐溶液 亚硫酸 氯化铁 乙二酸 二氧化硫（潮湿的） 4.6 金属材料宜避免在 “材料应力腐蚀开裂” 组合环境下使用， 当不可避免时， 应采取相应的措施， 如介质中加入缓蚀剂，消除加工残余应力和焊接残余应力等等，以避免应力腐蚀开裂的发生。易产生应 力腐蚀开裂的“材料应力腐蚀开裂”组合环境见表 3。 表 3 易产生应力腐蚀开裂的金属材料和环境组合 材料 环 境 材料 环 境 碳 钢 及 低 合 金 钢 苛性碱溶液 氨溶液 硝酸盐水溶液 含 HCN 水溶液 湿的 CO-CO2气体 硝酸盐和重碳酸溶液 含 H2S 水溶液 海水 海洋大气和工业大气 CH3COOOH 水溶液 CaCl2,FeCl3 水溶液 （NH4）2CO3 H2SO4-HNO3混合酸水溶液 奥 氏 体 不 锈 钢 高温碱液 氯化物水溶液 海水、海洋大气 连多硫酸 高温高压含氧高纯水 浓缩锅炉水 水蒸汽（260℃） 260℃硫酸 湿润空气（湿度 90） NaClH2O2水溶液 热 NaCl 湿的氯化镁绝缘物 H2S 水溶液 第 页 共 32 页 40B223-1999 表 3（续） 易产生应力腐蚀开裂的金属材料和环境组合 材料 环 境 材料 环 境 钛 及 钛 合 金 红烟硝酸 N2O2 湿的 Cl2288.346,427℃） HCl10,35℃） 硫酸（7～60） 甲醇，甲醇蒸汽 海水 CCl 氟里昂 铜 合 金 铝 合 金 氨蒸汽及氨水溶液 三氯化铁 水，水蒸汽 水银 硝酸银 氯化钠水溶液 海 水 CaCl2NH4Cl 水溶液 水银 4.7 临氢操作的管道元件，应根据 “Nelson 曲线”*选材，当同时有硫化氢存在时，还应根据“Couper 曲线”*选材。在使用 Nelson 曲线时，温度参数应为最高介质温度加 30℃。 注“Nelson 曲线”和“Couper 曲线”详见 SH3075－95“石油化工钢制压力容器材料选用标准” 4.8 金属材料在均匀腐蚀环境下，其腐蚀速率可以分为以下四种 ① 年腐蚀速率不超过 0.05mm 的材料为充分耐腐蚀材料； ② 年腐蚀速率为 0.05～0.1mm 的材料为耐腐蚀材料； ③ 年腐蚀速率为 0.1～0.5mm 的材料为尚耐腐蚀材料； ④ 年腐蚀速率超过 0.5mm 的材料为不耐腐蚀材料。 一般情况下，应选用充分耐腐蚀材料或耐腐蚀材料；在进行过技术经济比较后，可选用尚耐腐蚀材 料或者另选较高级别的耐腐蚀材料； 对于某些介质环境， 当选用较低等级材料但表现为高腐蚀速率的均 匀腐蚀情况，而若选用较高等级材料但表现为局部腐蚀或应力腐蚀情况，此时应选用低等级材料。 5.9 常用金属材料在无腐蚀情况下的最高使用温度应符合表 4 的要求。 表 4 常用材料的使用温度要求 材 料 使 用 温 度 10、20 -20～425℃ 16Mn -40～450℃ 09Mn2V -70～100℃ 12CrMo ≤525℃ 15CrMo ≤550℃ 1Cr5Mo ≤600℃ 一般奥氏体不锈钢 -196～700℃ 超低碳奥氏体不锈钢 -196～450℃ 铝及铝合金 -200～200℃ 4.10 设计温度低于或等于-20℃的低温管道用金属材料， 除奥氏体不锈钢在材料温度不低于-196℃时不 40B223-1999 第 页 共 32 页 作低温冲击试验外，其余材料均应做夏比 V 型缺口低温冲击试验，试验要求应符合钢制压力容器 （GB150）的规定。 4.11 铸铁材料使用限制条件 ① 可锻铸铁可用于介质温度为-20～343℃的受压管道，但不得用于输送可燃流体管路； ② 球墨铸铁可用于介质温度为-20～343℃的受压管道。 4.12 普通碳素钢使用限制条件 ① 沸腾钢应用在设计压力≤0.6MPa，设计温度为 0～250℃范围内，并不得用于易燃或有毒流 体的管路，也不得用于有应力腐蚀的环境中； ② 镇静钢应用在设计压力≤1.0Mpa， 设计温度为 0～350℃范围内。 当它用于有应力腐蚀开裂的 环境时，本体硬度应不大于 HB160，焊缝硬度应不大于 HB200，并对本体和焊缝进行 100无损探伤； ③ 用于压力管道的沸腾钢和镇静钢，其含碳量不得大于 0.24。沸腾和镇静钢均不得用于石油 液化气管道。 4.13 优质碳素钢使用限制条件 ①输送碱性或苛性碱介质时应考虑有发生碱脆的可能。一般设情况下，当 NaOH 的温度和浓度超 出表 5 的值时，应对其焊后进行消除应力热处理。但锰钢如 16Mn）不得用于该环境中； 表 5 不发碱脆的浓度与温度对应最大值 烧碱浓度 5 10 15 20 30 40 50 60 70 温 度 ℃ 85 76 70 65 54 48 43 40 38 ② 在有应力腐蚀开裂的环境中工作时，应进行焊后应力消除热处理，热处理后的焊缝硬度不得 大于 HB200。焊缝应进行 100无损探伤（对接焊缝应是射线探伤）。但锰钢（如 16Mn）不得用于该 环境下； ③ 在均匀腐蚀介质环境下工作时，应根据腐蚀速率、使用寿命、经济性综合考虑〔见本标准 4.8 条〕，同时给出足够的腐蚀余量，或采取相应的防腐蚀措施； ④ 碳素钢在 427℃及以上温度下长期工作时，其碳化物有转化为石墨的可能性。因此限制其最 高工作温度不得超过 427℃； ⑤ 临氢操作时，应考虑发生氢损伤的可能性。详见本标准 4.7 条； ⑥ 含碳量大于 0.24的碳钢不能用于焊制管子及其元件； ⑦ 用于-20℃及以下温度时，应做低温冲击韧性试验； ⑧ 用于一类压力管道的碳素钢材料应是经过炉外精炼的材料。 4.14 铬钼钢的使用限制条件 ① 碳钼钢C-0.5Mo在 468℃温度下长期工作时，其碳化物有转化为石墨的倾向。因此限制其最 高工作温度不超过 468℃； ② 在均匀腐蚀环境下工作时， 应根据腐蚀速率、 使用寿命和经济性进行选材 〔见本标准 4.8 条〕 ， 同时给出足够的腐蚀余量； ③ 临氢操作时，应考虑发生氢损伤的可能性，详见本标准 4.7 条； 第 页 共 32 页 40B223-1999 ④ 应避免在有应力腐蚀开裂的环境中使用。 4.15 不锈钢的使用限制条件 ① 在高温、高压、H2H2S 介质环境下工作时，应根据 Couper 曲线确定其使用条件； ② 含铬 12以上的铁素体和马氏体不锈钢在 400～550℃温度区间内长期工作时，应考虑防止 475℃回火脆性破坏。因此，在应用上述不锈钢时，应将其弯曲应力、振动和冲击载荷降到最少，或者 不在 400℃以上温度下使用； ③ 含铬 16以上的高铬不锈钢和含铬 18以上的高铬镍不锈钢在 540～900℃温度区间长期工 作时，应考虑防止产生σ相析出，从而引起室温下材料的脆化和高温下材料蠕变强度的下降。一般情况 下，应控制其铁素体含量小于 8％； ④ 奥氏体不锈钢在加热并冷却的过程中，经过 540～900℃温度区间时，应考虑防止产生晶间腐 蚀倾向。当有氧化性较强的腐蚀介质存在时，应选用稳定型（含稳定化元素 Ti 和 Nb）或超低碳型 C600） ； 当设计压力大于 10.0MPa， 或设计温度大于 350℃ （但 小于 425℃）时，应采用 GB9948 或 GB6479 碳素钢无缝钢管，或采用 ASTM A106 无缝钢管；当设 计温度低于-20℃（但大于-40℃），应采用 GB6479 标准中的 20G 或 16Mn 无缝钢管，同时要求对原 材料和焊缝进行低温冲击韧性试验；温度大于 425℃时，应根据具体情况采用 GB9948、GB/T14976 标准中的铬钼钢或不锈钢无缝钢管；对于要求洁净的介质，或带腐蚀性的介质，宜采用 GB/T14976 不 锈钢无缝钢管或电弧焊直缝焊接不锈钢钢管。 6.1.4 中低压氮气、化学试剂等介质应采用 GB8163 碳素钢无缝钢管；高压氮气（PN≥10.0MPa、高 40B223-1999 第 页 共 32 页 压除焦水（PN≥10.0MPa）应采用 GB9948 碳素钢无缝钢管。 6.1.5 中低压碱性介质（包括烧碱、液氨、汽氨），宜采用 GB8163 碳素钢无缝钢管。 6.1.6 含 H2S 的油品、油气，除在工艺方面采取相应防腐蚀措施之外，宜选用 GB8163 标准中的 20＃ 碳素钢无缝钢管，并要求消除加工残余应力和焊接残余应力。 6.2 管件 6.2.1 连接方式要求 ① 一般情况下 DN≤40 的管子、管件的连接宜采用承插焊连接。当管子公称壁厚大于或等于 SCH160，或介质可能产生缝隙腐蚀时，或介质是润滑油时，应采用对焊连接。 ② 一般情况下，DN≥50 的管子、管件的连接应采用对焊连接。 ③ 螺纹连接一般适用于 DN≤40 的管子及管件之间的连接， 用它代替承插焊以实现可拆卸连接。 但螺纹连接受下列条件限制 a 螺纹连接的管件应采用锥管螺纹；并应注明是 NPT（60锥管螺纹）还是 Rc/R（55锥管螺 纹）； b 螺纹连接不推荐用在大于 200℃及低于-45℃的温度下； c 螺纹连接不得用在剧毒介质管道上； d 螺纹连接不推荐用在可能发生应力腐蚀、 间隙腐蚀或由于振动、 压力脉动及温度变化可能产生 交变载荷的部位； e 用于可燃气体管道上时，宜采用密封焊进行密封。 6.2.2 弯头 ① DN≤40 的弯头一般应采用锻钢制弯头，DN≥50 的弯头一般应采用无缝钢管推制弯头（DN ≤600）、钢板焊制弯头（DN≥700）或虾米腰弯头； ② 一般情况下，DN≥50 的弯头宜选用长半径弯头（曲率半径 R1.5DN）；当受空间限制时 可以选用短半径弯头（R1DN）；对含固体颗粒的介质，或工艺上要求有较小的阻力降的介质，可选 用曲率半径 R3DN 或 R6DN 的弯头。 6.2.3 异径管（大小头）及异径短节 ① 大端直径 DN≤50 时，宜采用锻钢制异径短节；大端直径 DN≥80 时，宜采用无缝钢管推制 异径管（DN≤600）或钢板焊制异径管（DN≥700）； ② 异径管的变径级数应符合相应标准的要求，超出时宜采用多级变径。 6.2.4 三通、加强管嘴、加强管接头 ① 主管直径 DN≤40 时，宜采用锻钢制三通；主管直径 DN≥50 时宜采用无缝钢管推制或挤压 三通（DN≤600）或钢板焊制三通（DN≥700）； ②对于在 DN50 的主管上分支出 DN40、25、20、15 支管的情况，宜采用“DN5050 的三通 DN5015～40 的异径短节管箍”的结构型式； ③三通的变径级数应符合相应标准的要求。当超出标准变径范围时，若支管 DN≤40，应采用加 强管嘴连接； 若支管 DN≥50但最大到 DN200， 并且设计温度大于 250℃或设计压力大于 2.5MPa 时， 第 页 共 32 页 40B223-1999 宜采用加强管接头连接。否则，可采用开孔补强的分支连接型式； ④母管直径 DN≤100 时，其连接的加强管嘴应采用弧底型型式；母管直径 DN≥125 时，其连 接的加强管嘴应采用平底型型式。 6.2.5 管帽（管封头） ① DN≤40 时一般采用锻制管帽。用作放净、排空的终端时一般用锥管螺纹连接； ② DN≥50 时，一般采用标准椭园封头。 6.2.6 管箍 ① 一般情况下宜采用双承口管箍； ② DN≤40 的直管管段较长时（一般为大于 6 米），宜采用同径双承口管箍进行过渡连接*。应 用数量为[直管长度（米）_6]并进行园整得到的值； 注*不宜采用承插焊连接的情况除外。 ③ DN≤40 的双承口异径管箍可在一些情况下代替异径短节，但应视与它相连的管件而定。相 连管件为被承插件时采用异径短节；相连管件为承插件时，应采用异径管箍。 6.2.7 螺纹短节、活接头和丝堵 ① 这些管件均为螺纹连接件。一般情况下，它们适用于大外径管系中； ② 活接头和至少一个双头螺纹短节配合使用，才能实现可拆卸连接； ③ 一般情况下，DN≤40 的管道上宜用方形丝堵。 6.2.8 漏斗 ① A 型漏斗（普通漏斗）适用于一般管道排污放净的情况下，也可以用作地漏； ② B 型漏斗（翻边漏斗）适用于防止管道排污放净过程中的介质飞溅； ③ C 型漏斗（带盖漏斗）适用于管道排放介质易挥发、易污染空气的情况下。 6.3 法兰、垫片及紧固件 6.3.1 法兰 ① 法兰连接型式宜按下列要求选用 a. 平焊法兰一般情况下应与软质垫片、低强度六角头螺栓配合使用，用于 PN≤2.0MPa，设计 温度低于 150℃的压缩空气、工业用水条件下； b. 承插焊和螺纹连接法兰一般用于 PN≤10.0MPa（若法兰密封面为 RJ 时，则用对焊），DN ≤40 的条件下，同时螺纹连接法兰还应受螺纹连接应用的限制； c. 松套法兰则用于 DN≤2.0MPa，T≤100℃的腐蚀介质条件下； d. 对焊法兰则适