第八章 第四节压力管道设计.pdf

1第四节 压力管道设计 第四节 压力管道设计 一、压力管道总体设计的基本原则 一、压力管道总体设计的基本原则 压力管道都与设备、机器相连接，是整个装置的重要组成部分。除长输管道是工程的主体外，各种压力管道必须与设备、机器一起综合考虑。压力管道部分设计中应考虑到以下几个方面：(1)满足工艺要求、材料、结构形式、柔性、抗振能力、各种组件、附件等适当组合，全面达到生产要求；(2)管道设计要为安装施工、操作管理、维护检修提供方便，保证足够的空间：(3)满足防火、防爆等安全规范的要求，创造安全运行环境；(4)管道走向合理，避免不必要的往返和转折，使总体设计经济合理；(5)管道排列规范、美观，框架、管廊立柱对齐、纵横成行，管道横平竖直，除特殊需要外，不用歪斜管道布置方式。二、管道总体设计及规范 二、管道总体设计及规范 2.1 一般要求 管道设计要与装置整体设计统一考虑，必须符合管道仪表流程图，要有适当的支撑，保证足够的强度，对工作温度较高的管道要作柔性分析、有激振源的管道要作动力分析，使管道既有足够的强度，又能吸收热膨胀位移、良好的抗振性。在经常出现飓风或地震分区级 别高的地区还要考虑抵御风载和地震载荷的能力。管道的敷设主要有架空和埋地两种类型，在选择何种敷设时可根据具体情况确定，化工和石油化工企业的工业管道大都采用架空敷设，便于施工、操作、检查、维修，也较为经济，大中型装置的架空管道都用管廊、管架和管墩成排敷设。对于分散的管道可用支吊架。长输管道一般采用埋地敷设，它利用了地下空间。缺点是有腐蚀，检查和维修困难，尤其是需排液的管道，困难更大。工业管道地下敷设的较少，就是地下敷设也大都用管沟，而不是直接敷设在地下。2.2 防火安全设计 当管道敷设在管廊上时，为充分利用空间，一般机泵就置于管廊下，管廊的上面放置引风机，管廊的两侧是主体设备。管廊与它们要保持一定的距离，这个距离要满足有关防火的规范标准。涉及的问题是：装置中的物质火灾危险性如何?防火要求如何?与其设备的防火间距应多大?材料的耐火等级与耐火保护如何?这些问题在GB5001石油化工企业设计规范中都有详细而明确的规定。这里举个例子予以说明：规范中对石油化工企业总平面布置防火间距有规定，如地上可燃液体贮罐，贮存物质为甲B、乙类危险性(危险性分类见表8.13)，罐容积小于等于500m3或卧式罐，与全厂性重要设施之间的防火间距为30m。标准中对耐火保护也有具体要求，对可能发生火灾危险的设备和在可能发生火灾危险地区的工艺设备、管道及其支承结构框架、管架、支耳、托架、支腿、鞍座等都需考虑耐火保护，标准规定耐火层的耐火极限不应低于15h。2.3 防爆安全设计 一般产生爆炸必须具备三个条件：存在可燃气体、易燃液体的 表8.13 液化烃、可燃液体的火灾危险性分类 类 别 名 称 特 点 A 液化烃 15时的蒸汽压力大于 0.1MPa 的烃类液体及其它类似液体 甲 B 可燃液体 甲 A 类以外，闪点小于 28 A 可燃液体 闪点大于等于 28至小于等于 45 乙 B 可燃液体 闪点大于 45至小于 60 A 可燃液体 闪点大于等于 60至小于等于 120 丙 B 可燃液体 闪点大于 120 蒸汽或薄雾；上述物质与空气混合，其浓度达到爆炸极限；存在足以点燃爆炸性混合物的火花或高温。只要设法使这三个条件不同时出现，就基本可以防止出现爆炸。可通过设法防止设备和管道泄漏、用惰性气体将易燃物质与空气隔离、联锁保护等措施来达到。在总体设计中还要设法限制和缩小危险区的范围。将不同等级的爆炸危险区与非爆炸危险区隔开；采用露天布置和加强室内通风使爆炸危险物质浓度低于爆炸极限，用测量报警装置监测爆炸危险物浓度。GB50058爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范中对爆炸性气体环境和爆炸性粉尘环境作了十分详细的规定。标准将爆炸性气体环境危险区划分为三种：0区：连续出现或长期出现爆炸性气体混合物的环境；l区：在正常运行时可能出现爆炸性气体混合物的环境；2区：在正常运行时不可能出现爆炸性气体混合物的环境，或即使出现也仅是短期存在的爆炸性气体混合物的环境。标准对爆炸危险区域范围提供了18种示例，应用时可参照这些例子确定危险区域范围。如通风良好的室内布置的输送重于空气的可燃气体或蒸汽的管道，其阀门、法兰和螺纹管件处，其爆炸危险区域范围如图8.57所示。露天布置的输送重于空气的可燃气体或蒸汽的管道，其阀门、法兰和螺纹管件有可能泄漏，在通风良好的生产区，可认为属于非爆炸区。通风不良的生产区，其爆炸危险区域范围如图8.58所示。2 3图8.57 室内布置管道泄漏处 图8.58 露天管道泄漏处 爆炸危险区域范围图 爆炸危险区域范围图 2.4 其他安全设计 (1)输送易燃易爆介质的埋地管道需要穿越电缆沟，且管道温度又较高时，必需采取隔热措施，以使外表面温度低于60。(2)经过道路的管道必须有一定的架空高度，只有人员通行的净高不小于2 2m；通行大型车辆的净高要留4 5m；跨越铁路的净高则不小于5 5 m；以免在车辆通行时撞到管道。万一出现意外事故有利于车辆出入。(3)法兰的位置避免处于人行通道和机泵上方。输送腐蚀性介质管道上的法兰要设安全防护罩。2.5 便于检修、运行操作 管廊的下面一般布置泵，这样可以有效利用空间，而且泵与管廊的距离缩短节省管材。为便于泵安装、操作、检修，至少要有35m的净空高度，在管廊下布置设备的还要增加管廊下的净空高度。管廊在道路上空穿越时，净空高度应为：装置内检修道不低于4 5 m；主干道和铁路不低于55m；管廊下的检修通道不低于3m。三、压力管道常用管子材料选用原则 三、压力管道常用管子材料选用原则 在进行压力管道设计时，管径经计算确定以后，就要选择管子的材料。压力管道常用管子材料的使用是根据所输送介质的操作条件(如压力、温度)及其在该条件下的介质特性决定的。材料选择不当，会造成浪费或埋下事故隐患。如可以用普通材料的管子，选用了较昂贵材料的管子，就增加了不必要的基建投资。该用耐酸不锈钢的场合用了碳钢就会直接影响压力管道的正常运行，甚至留下祸根。所以在选择管子材料时，要求首先要了解管子的种类、规格、性能、使用范围，调查该管子在其他类似的压力管道的应用情况，再根据以下的原则确定管子的材料，3.1 优先选用的管材 在选用管子材料时，一般先考虑采用金属材料，金属材料不适用时，再考虑非金属材料。金属材料优先选择钢制管材，后考虑选用有色金属材料。钢制管材中，先考虑采用碳钢，不适用时再选用不锈钢。在考虑碳钢材料时，先考虑焊接钢管，不适用时再选用无缝钢管。3.2 介质压力的影响 输送介质的压力越高，管子的壁厚就越厚，对管子材料的要求一般也越高。介质压力在16MPa以上时，可选用无缝钢管或有色金属管子。压力很高时，如在合成氨、尿素和甲醇生产中，有的管子介质压力高达32MPa，一般选用材料为20钢或15MnV的高压无缝钢管。在真空设备上的管子及压力大于10MPa时的氧气管子，一般采用铜管和黄铜管。介质压力在16MPa以下时，可考虑采用焊接钢管、铸铁管或非金属 4管子。但铸铁管子承受介质的压力不得大于10MPa。非金属管子所能承受的介质压力，与非金属材料品种有关，如硬聚氯乙烯管子，使用压力小于或等于16MPa；增强聚丙烯管子，使用压力小于或等 于10MPa；ABS管子，使用压力小于或等于06MPa。对水管，当水的压力在10MPa以下时，通常采用材料为Q235A的焊接钢管；当水的压力大于25MPa时，一般采用材料为20钢的无缝钢管。3.3 介质温度的影响 不同材料的管子，适用于不同的温度范围。见表8.14。表8.14 不同材料的管子使用温度范围 材料牌号 受压管子使用温度范围 材料牌号 受压管子使用温度范围 Q235AF 0250 纯钛 350 Q235A O350 铝-268150 20R-20475 铜、黄铜-196200 20g-20475 纯铝 120 16MnR-14475 硬铝 140 16Mn-40475 灰铸铁 250 O5Mo 520 球墨铸铁 350 Crl8Ni9-196700 3.4 介质化学性质的影响 输送不同介质，采用不同的管材。有的介质呈中性，一般对材料要求不高，可选用普通碳钢管；有的介质呈酸性或碱性，就要选择耐酸或耐碱的管材。强酸强碱与弱酸弱碱对管子的材料要求也不一样，同样的酸或碱，浓度不同对管子的材料要求也有区别。如输送水及水蒸汽，采用碳钢材料的管子就可以了。如在尿素装置中，输送二氧化碳的管子，一般采用不锈钢管，因为二氧化碳遇水形成碳酸，碳酸对一般钢管有腐蚀作用。如发烟硫酸可选用碳钢管子，稀硫酸就不得用碳钢管子，因为稀硫酸和碳钢能起化学反应，对碳钢有腐蚀，可采用硬铝管。3.5 管子本身功能的影响 有些管子除需具备输送介质的功能外，还要具有吸震的功能、吸收热胀冷缩的功能，在工作状况下，能经常移动的功能。如民用液化石油气、氧气、乙炔气在灌瓶的部位，管子常采用高压钢丝编织胶管，而不能使用移动不方便的硬质钢管。3.6 压力降的影响 管子的材料初步选定以后，还要进行管道压力降的计算，确定管子内径。通过压力降的计算，看选用的材料是否符合要求。特别在初步选用塑料管子时，更要重视压力降的复核。压力管道的计算，在工程设计中，一般要根据生产规模进行物料衡算、能量衡算和设备计算，初步确定物料流量。并参照有关资料，假定一个物料流速，计算出管子内径，查手册或标准，选用标准管子，通常选用的标准管子内径应等于或略大于计算出的管子内径。再计算管道的压力降。利用下式可以对各种情况进行计算：uDQ=24 (8-38)式中：D内径(m)；Q容积流量(m3s)；u流速(ms)根据式(8-38)可以计算：(1)已知容积流量，设定某一流速，计算出管子内径D；(2)已知管子内径，并根据输送介质设定的管道流速，可计算容积流量Q；(3)已知容积流量和管子内径，计算流体在管子中的流速u。根据容积流量和管子内径，计算出的物料流速应在允许的流速范围之内。流体在管道中流动，由于管道内壁不是绝对光滑，不一定是等径，管道走向也可能有弯曲、升降，加之管道中有阀门、法兰等管件，从而使流体在管道中流动必然会产生压力降。(1)管内摩擦压力降 2215/10506.6DfLWPf=(8-39)式中：Pf管内摩擦压力降(kPa)；f摩擦系数；L管路总长度(包括管子及附件)(m)；W气(液)体的重量流量(kg/h)；气(液)体的密度(kg/m3)。(2)局部压力降 guKPk27101.5=(8-40)式中：Pk局部压力降(kPa)；g重力加速度；K局部阻力系数。在工程上还常用当量长度计算法，将各种局部压力降折合为相当于直管长度的压力降来计算。(3)上升管静压压力降 (8-41)(1002.1126HHPH=式中：PH上升管静压压力降(KPa)H2、H1管段始端和终端的标高(m)(4)加速度压力降 5 guPv27101.5=(8-42)式中：Pv加速度压力降(KPa)(5)流体粘度引起的压力降 对于油类、因粘滞性产生的压力降用下式计算 2/74.40dQLPw=(8-43)式中：Pw流体粘度引起的压力降(kPa)；动力粘度(kPas)。(6)总压力降 wvHkftPPPPPP+=(15.1）（8-44）式中：Pt总压力降(kPa)；1.15一考虑15的裕量。(7)总压力降确定以后，尚须注意以下两个问题：其一是系统的总压力降，不能超过所选管道的额定压力；其二是泵或压缩机的出口压力必须超过系统的总压力降，但不能超过所选管子及其附件的压力等级。3.7 常用管道的类型 一般用途及选用材料情况可参见有关设计手册。四、压力管道常用阀门选用原则 四、压力管道常用阀门选用原则 4.1 常用阀门的选用说明 4.1.1 闸阀 闸阀可按阀杆上螺纹位置分为明杆式和暗杆式两类。从闸板的结构特点又可分为楔式、平行式两类：楔式闸阀的密封面与阀杆中心线成一角度，并大多制成单闸板；平行式闸阀的密封面与阀杆中心线平行，并大多制成双闸板。闸阀的密封性能较截止阀好，流体阻力小，具有一定的调节性能。明杆式尚可根据阀杆升降高低调节启闭程度，缺点是结构较截止阀复杂，密封面易磨损，不宜修理。闸阀适于制成大口径的阀门，除适用于蒸汽、油品等介质外，还适用于含有粒状固体及粘度较大的介质，并适用于作放空阀和低真空系统阀门。弹性闸阀不易在受热后被卡住。适用于蒸汽、高温油品及油气等介质，及开关频繁的部位，不宜用于易结焦的介质。楔式单闸板闸阀较弹性闸阀结构简单，在较高温度下密封性能不如弹性或双闸板闸阀好，适用于易结焦的高温介质。楔式闸阀中双闸板式密封性好，密封面磨损后易修理，其零部件比其他型式多。适用于蒸汽、油品和对密封面磨损较大的介质，或开关频繁部位，不宜用于易结焦的介质。工作压力大于01MPa的氧气管道严禁采用闸阀。4.1.2 截止阀 截止阀与闸阀相比，其调节性能好，密封性能差，结构简单，制造维 6 7修方便，流体阻力较大，价格便宜。适用于蒸汽等介质，不宜用于粘度大含有颗粒易沉淀的介质也不宜作放空阀及低真空系统的阀门。4.1.3 节流阀 节流阀的外形尺寸小、重量轻、调节性能较盘形截止阀和针形阀好，但调节精度不高，由于流速较大，易冲蚀密封面。适用于温度较低、压力较高的介质，以及需要调节流量和压力的部位，不适用于粘度大和含有固体颗粒的介质。不宜作隔断阀。4.1.4 止回阀 止回阀按结构可分为升降式和旋启式两种。升降式止回阀较旋启式止回阀的密封性好，流体阻力大，卧式的宜装在水平管线上。立式的应装在垂直管线上；旋启式止回阀，不宜制成小口径阀门，它可装在水平、垂直或倾斜的管线上，如装在垂直管线上，介质流向应由下至上。止回阀一般适用于清净介质，不宜用于含固体颗粒和粘度较大的介质。4.1.5 球阀 球阀的结构简单，开关迅速，操作方便，体积小、重量轻、零部件少，流体阻力小，结构比闸阀、截止阀简单，密封面比旋塞阀易加工且不易擦伤。适用于低温、高压及粘度大的介质，不能作调节流量用。4.1.6 柱塞阀 柱塞与密封圈间采用过盈配合，通过调节阀盖上连接螺栓的压紧力，使密封圈上所产生的径向分力大于流体的压力，从而保证了密封性，杜绝了外泄漏。柱塞阀是国际上近代发展的新颖结构阀门，具有结构紧凑启闭灵活、寿命长、维修方便等特点。4.1.7 旋塞阀 旋塞阀的结构简单，开关迅速，操作方便，流体阻力小，零部件少，重量轻。适用于温度较低、粘度较大的介质和要求开关迅速的部位，一般不适用于蒸汽和温度较高的介质。4.1.8 蝶阀 蝶阀与相同公称压力等级的平行式闸板阀比较，其尺寸小、重量轻、开闭迅速、具有一定的调节性能，适合制成较大口径阀门用于温度小于80、压力小于1.OMPa的原油、油品及水等介质。4.1.9 隔膜阀 阀的启闭是一块橡胶隔膜，夹于阀体与阀盖之间。隔膜中间突出部分固定在阀杆上，阀体内衬有橡胶，由于介质不进入阀盖内腔，因此无需填料箱。隔膜阀结构简单，密封性能好，便于维修，流体阻力小，适用于温度小于200、压力小于1.OMPa的油品、水、酸性介质和含悬浮物的介质，不适用于有机溶剂和强氧化剂的介质。4.2 减压阀的选用原则 8 减压阀是通过启闭件的节流，将进口的高压介质降低至某个需要的出口压力，在进口压力及流量变动时，能自动保持出口压力基本不变的自动阀门。减压阀的选用，系根据工艺确定减压阀流量，阀前、阀后的压力及阀前流体温度等条件来确定阀孔面积，并按此选择减压阀的尺寸及规格。在设计中，减压阀组不应设置在靠近移动设备或容易受冲击的地方，应设置在振动较小，周围较空之处，以便于检修。蒸汽系统的减压阀组前应设置排凝液疏水阀，为防止长距离输送的蒸汽管道中夹带一些渣物，应在切断阀(闸阀)之前，设置管道过滤器。阀组前后应装设压力表，以便于调节时观察。阀组后应设置安全阀，当压力超过时能起泄压和报警作用，保证压力稳定。波纹管减压阀的波纹管应向下安装，用于空气减压时需将阀门反向安装。4.3 疏水阀的选用原则 疏水阀(也称阻汽排水阀、疏水器)的作用是自动排泄蒸汽管道和设备中不断产生的凝结水、空气及其他不可凝性气体，又同时阻止蒸汽的逸出。按工作原理分为：(1)热动力型 利用蒸汽、凝结水通过启闭件(阀片或阀瓣)时的不同流速引起被启闭件隔开的压力室和进口处的压力差来启闭疏水阀。这类疏水阀处理凝结水的灵敏度较高，启闭件小，惯性也小，开关速度迅速(如微孔式根本没有内件)。其主要品种及性能如下：圆盘式疏水阀 结构简单、造价低。间断排水有噪音，允许最小过冷度为68，有一定的漏气量，排空气性能不佳，耐液击，在冷冻及过热蒸汽场合适用范围较广。脉冲式疏水阀 结构简单，能连续排水，但有较大的漏气量。背压度较低，适用于回转干燥滚筒的虹吸管排水，能排除一定量的冷热空气。最小过冷度为68。迷宫式或微孔式疏水阀 利用凝结水通过迷宫式通道的多节膨胀降压或通过微孔的一次膨胀所产生的二次蒸汽来阻止或减少蒸汽的泄漏。结构简单能连续排水、排空气。微孔式适用于小排量，迷宫式适用于特大排量，但都不能适应压力流量变化较大的情况。(2)热静力型 利用蒸汽和凝结水的不同温度引起温度敏感元件动作，从而控制启闭件工作。其温度敏感元件受温度变化在开关启闭件时有滞后现象，对低于饱和温度一定温差的凝结水和空气可同时排放出去，可装在用汽设备上部单纯作排空气阀使用。主要品种及性能如下：液体膨胀式疏水阀 结构复杂，灵敏度不高，能排除60100的低温水，也能排除空气，适用于要求伴热温度较低的伴热管线排凝及采暖 9用管线。蒸汽压力式或平衡压力式疏水阀 结构简单，动作灵敏，可连续排水、排空气，性能良好，过冷度320，漏气量小，抗污垢及抗液击性差，应用范围广，可作为蒸汽系统的排空气阀。波纹管式疏水阀 结构简单，动作灵敏能连续排水，过冷度20左右，抗污垢及抗液击性差，广泛用作采暖系统疏水用，也可作为蒸汽系统排空气阀。双金属片疏水阀 动作灵敏度不高，能连续排水、排水性能好，过冷度较大且可调节，从低压到高压都适用，最高使用压力可达2MPa，最高使用温度可达550。抗污垢抗液击性强，可作为蒸汽系统排空气阀。(3)机械型疏水阀 依靠浮子(球状或桶状)随凝结水液位升降的动作实现阻汽排水作用。小口径阀的灵敏度较大口径的高，浮球式灵敏度高于浮桶式疏水阀。自由浮球式疏水阀，根据浮力原理使阀体内浮球随水位变化，浮球升降运动，达到阀门启闭排水阻汽作用。起动时，阀内温度低，双金属片凹面朝上，保持排气口开启，使空气自动排出，实现快速启动。当冷凝水进入时，阀内液面升高，当液面达到一定高度时，浮球因浮力上升，空气和冷凝水同时排出。根据凝结水位浮球自动升降调节阀座孔的开度，连续排放凝结水。当凝结水停止时，浮球封闭阀座孔。由于阀座孔总是在凝结水位以下，所以极少漏汽，从而起到排水阻汽作用。自由浮球式疏水阀，结构简单，灵敏度高，能连续排水，漏汽量小。一般结构不能自动排除空气，可附加热静力型排空气阀；可排饱和水，抗液击、抗污垢能力差，可设计成大口径及大排量的疏水阀，但制造工艺复杂。杠杆浮球式疏水阀 特点与自由浮球式相同。但结构较复杂，灵敏度略低，体积小，制造工艺较简单。浮桶式疏水阀 制造工艺简单，灵敏度不高，间断排水，不能排除空气，可排出饱和水，抗液击、抗污垢性比浮球式强。但体积比浮球式大，有逐渐被倒吊桶式代替趋势。倒吊桶式疏水阀与浮桶式相比，灵敏度高，体积小，漏汽量也小。可在工作开始和中间排除一定量的冷热空气。疏水阀必须根据进出口的最大压差和最大排水量进行选用。在凝结水一经形成后，必须立即排除的情况下，不宜选用脉冲式和波纹管式疏水阀。(因两者均要求一定的过冷度，约175)，而应选用浮球式疏水阀。在凝结水负荷变动到低于额定最大排水量的15时，不应选用脉冲式疏水阀。因它在低负荷下，将引起部分新鲜蒸汽的泄漏损失。疏水阀组应尽量靠近蒸汽加热设备，以提高工作效率，减少热量损失。但热静力型疏水阀，特别是双金属片式疏水阀应离开用汽设备lm左右，这段管路不要保温以满足双金属片式疏水阀过冷度较大的工作特点。五、压力管道附属设施选用 五、压力管道附属设施选用 105.1 管法兰密封组件的选用 管法兰与垫片和紧固件共同组成管道可拆连接接头。为使连接接头能安全运行并获得满意的密封效果，选用时要对管法兰的结构型式、密封面形式、垫片的材料和结构形式，紧固件的材料和尺寸全面地进行综合考虑正确选用。5.1.1 管法兰的选用 管法兰在我国使用的有多个标准，国家标准GB9112，原化工部标准HGJ4476，机械工业部标准JB80，中国石化总公司标准SH13406，石油部标准S3-l-1S3-l-5。这些标准的制定都有一定的背景，也在相当范围内得到使用，但它们在使用中也有各自的局限性。当今世界上较为通用的法兰标准主要有两个体系，一个是以德国的DIN和原苏联的OCT为代表的欧洲体系管法兰。另一个是美国ANSIBl65钢制管法兰及法兰管件美洲体系管法兰。这两个管法兰体系在世界上广泛使用，互相没有互换性，在英国、法国等许多国家都存在两套法兰标准。国际标准化组织在1992年颁布了ISO7005-1管法兰标准。把两个体系的标准合并起来。我国国家标准GB91129125也类似于ISO标准，由于它把两大体系混合编制，而且欧洲体系管法兰部分只适用英制管与国内传统的钢管外径系列不一致，使用中甚为不便HGJ4476标准是一套适用于欧洲公制管体系，在英制管中就不适用，在引进装置中使用出现困难。新编管法兰标准HG2059220635是一套符合国、内外管法兰实际使用现状、包括欧洲和美洲两大体系、考虑到英制、公制两个钢管系列、法兰、垫片、紧固件综合选配，内容完整，使用方便的管法兰标准。管法兰型式、参数见表8.16和表8.17。表8.16的几点说明：表中适用钢管外径系列分A和B，A系列为国际通用系列英制管)，B系列为国内沿用系列(公制管)，其公称通径DN由102000mm共29种，它们对应的钢管外径按表8.17的规定。表列参数适用于公称压力等级160MPa以下，PN25.0MPa(250bar)的管法兰适用钢管外径系列见表8.18。表中法兰密封面型式代号含义为：FF一全平面 RF一突面 MFM凹凸面 TG榫槽面 RJ环连接面 M凸面 T榫面 FM凹面 公称压力等级系列为：0.25MPa，0.6MPa，1.0MPa，1.6MPa，2.5MPa，4.0MPa，6.3MPa，10.0MPa，16.0MPa，25.0MPa共10个等级。表 8.17 公 称 通 径 和 钢 管 外 径 单 位：mm 钢管外径 钢管外径 钢管外径 DN A B DN A B DN A B 10 15 20 25 32 40 50 65 80 100 17.2 21.3 26.9 33.7 42.4 48.3 60.3 76.1 88.9 114.3 14 18 25 32 38 45 57 76 89 108 125 150 200 250 300 350 400 450 500 600 139.7 168.3 219.1 273 323.9 355.6 406.4 457 508 610 133 159 219 273 325 377 426 480 530 630 700 800 900 10001200140016001800200O711 813 914 1016 1219 1422 1626 1819 2032 720 820 920 1020 1220 1420 1620 1820 2020 表8.18 PN25.OMPa(250bar)管法兰适用的钢管外径系列 单位：mm 公称通径 DN 1065 80 100 125 150 200 250 钢管 A 同表 5.13 101.6 127 152.4 177.8 244.5 298.5 外径 B 同表 5.13 102 127 159 180 表8.19 钢制管法兰型式参数（美洲体系）公称压力PN（MPa）（class）2.0150)5.0(300)11.0(600)15.0(900)26.0(1500)42.0(2500)法兰类型 密封面型式 代号 HG 标准号公称通径DN（mm）FF RF 带颈平焊法兰（SO）MFM，TG 20616 1565 FF RF RJ 带颈对焊法兰（WN）MFM，TG 20617 15300 FF RF，RJ 整体法兰（IF）MFM，TG 20618 15300 RF，RJ 承插焊（SW）MFM，TG 20619 1580 1565 RF 15150 螺纹法兰（Th）FF 20620 对焊环松套法兰（LF/SE）RF 20621 15600 大直径管法兰（WN）RF 206006501500 650900 15600 1560015600 11 12表 8.19 的几点说明：法兰密封面型式含义同表 8.16。公称压力等级系列为：2.0MPa（Class150），5.0MPa（Class300），11.90MPa（Class600），15.0MPa(Class900)，26.0MPa（class1500）,42.0MPa(Class2500)共 6个等级。公称通径以英制为基础，由 151500mm 共 38 种，它们与钢管外径的对应关系见表 8.20。表8.16 钢制管法兰型式参数（欧洲体系）公称压力PN（MPa）（bar）0.25(2.5)0.6(6)(1.0)(10)1.6(16)2.5(25)4.0(40)6.3(63)10.0(100)16.0(160)25.0(250)法兰类型 密封面型式 代号 适用钢管外径系列 HG 标准号公称通径DN（mm）RF 板式平焊法兰（PL）FF A和B 20593102000 FF RF 带颈平焊法兰（SO）MFM，TG A和B 20594 10600 10600 FF MFM，TG RF 102000 101000 101000 带颈对焊法兰（WN）RJ A和B 20595 10600 10300 10250 FF MFM，TG 102000 RF 101200 10600 整体法兰（IF）RJ A和B 20596 10400 承插焊（SW）RF，MFM，TG A和B 20597 1050 RF 螺纹法兰（Th）FF A和B 20598 10300 对焊环松套 RF A和B 20599 10600 RF 10600 对焊环松套（PJ/PR）MFM，TG A和B 20600 10150 13表8.20 美洲体系管法兰公称通径与钢管外径 单位：mm 公 称 通 径 公 称 通 径 公 称 通 径 NPS(in)DN 钢管 外径 NPS(in)DN 钢管 外径 NPS(in)DN 钢管 外径 1/2 3/4 1 11/4 11/2 2 21/2 3 4 5 6 8 15 20 25 32 40 50 65 80 100 125 150 200 21.3 26.9 33.7 42.4 48.3 60.3 76.1 88.9 114.3 139.7 168.3 219.1 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800 850 273.O 323.9 355.6 406.4 457 508 559 610 660 711 762 813 864 36 38 40 42 44 46 48 50 52 54 56 58 60900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300 1350 1400 1450 1500914 965 1016 1067 1118 1168 1219 1270 132l 1372 1422 1473 1524不同介质环境管法兰的型式选择参见表8.21。表8.21 不同介质中管法兰型式选择 介 质 管道的公称压力(MPa)法兰的公称压力(MPa)法兰型式 密封面代号 管法兰标准号 水、空气、PN0.3MPa 低压蒸汽等公用工程 O.6 1.O 0.6 1.0 突面平焊法兰 RF HG20593 8kPa 绝压 (60mmHg)1O 突面带颈 平焊法兰 RF HG20594 真空 018kPa 绝压(160mmHg)16 突面带颈 平焊法兰 RF HG20594 14工艺介质、蒸汽 10 16 2510 16 25 突面带颈 平焊法兰 RF HG20594 工艺介质、蒸汽 40 63 1004O 63 10O凹凸面带颈 对焊法兰 凹面 FM 凸面 M HG20595 1O 16 251O 16 25突面带颈 对焊法兰 RF HG20595 一般易燃、易爆、中度危害(有毒)介质 40 63 100 4O 63 100 凹凸面带颈 对焊法兰 凹面 FM 凸面 M HG20595 极度和高度危害(剧毒)介质 16 25 25 40 突面对焊法兰 凹凸面对焊法兰 RF 凹面 FM 凸面 M HG20595 O6 10 16 25 O6 1O 16 25 突面对焊环松套法兰(PJSE 型)RF HG20599 不锈钢管道用 40 40 凹凸面对焊法兰 凹面 FM 凸面 M HG20595 5.1.2 垫片、紧固件的选用 垫片选用原则：选用垫片时，必须对垫片的密封性能、工作压力、工作温度、工作介质的性质，以及密封面的型式、结构的繁简、装卸的难易、经济性等诸因素进行全面分析。其中介质性质、工作压力和工作温度是影响密封的主要因素，是选用垫片的主要依据。垫片的类型，一般情况下根据温度、压力而定。对高温高压状况温度大于等于350，压力大于等于64MPa时，多采用金属垫片；对常压、低压、中温状况，多采用非金属垫 片对于温度、压力波动的场合，宜采用自紧式垫片。15 选择垫片的影响因素很多，通常在保证主要条件的前提下，尽量选用价格便宜、制造容易、安装和更换都比较方便的垫片。垫片的厚度，视具体情况而定。一般来说，如果密封面加工良好，在压力不太高时，用薄垫片较好。但是，如果垫片太薄，在内压较高的情况下，由于对应于螺栓的伸长不能得到必要的复原量而产生泄漏。故压力高时，以用厚垫片为好。垫片系数m与其宽度无关。因此，垫片越窄越易夹紧。但恐其压力过大，又不能过窄。通常宽度应大于5mm。对金属垫片，为了不产生过大的螺栓力，取较小的宽度是一个重要准则。由于垫片在工作时，与操作介质接触，直接受介质、压力、温度等影响，因此制造垫片的材料应满足如下要求：具有良好的弹性和复原性：具有适当的柔软性，能够很好地与密封面吻合；具有较大的抗裂强度等机械性能，且压缩变形小；不污染操作介质，不腐蚀密封面，不产生大的膨胀和大的收缩；耐工作介质的腐蚀；具有良好的物理性能，即不因低温而硬化脆变，也不因高温而软化或塑流；具有较小的应力松弛现象；具有良好的加工性，而且除特殊用途外，应选成本低廉、市场上易于购得的垫片材料。考虑到任何材料都有其局限性，完全满足上述要求的材料几乎没有。因此当采用一种材料制作的垫片不能满足使用要求时，可以采用两种或两种以上的材料组合使用，如缠绕式垫片。尽量简化规格、减少品种。一台设备，一根管线，或一个装置，乃至一个工厂，垫片规格和材料品种，越少越便于管理。所以选用垫片时，除应考虑上述条件，还应尽量归并规格和材料，切忌不必要的多样化。缠绕式垫片具有良好的压缩性和回弹性，且价格便宜，制造简单，特别是用膨胀石墨作填充料时，密封性能优良，一般条件下均宜采用。尤其适用于有松弛、温度波动、压力波动、冲击和振动的中低压法兰密封。对于介质为水的法兰连接，可选用中压石棉橡胶垫片。由于石棉橡胶垫片使用寿命较长，对不常拆卸、更换周期长的部位，宜选用石棉像胶垫片。对于含油污水，推荐选用耐油石棉橡胶垫片。鉴于石棉含有毒成份，有时要考虑这个因素。要照顾特殊要求，如某介质不允许微量纤维混入，就不要选用石棉橡胶板和其他纤维性垫片。某些部位振动很大，就要选用抗振性强的垫片。对于很难检修的地方，应选用经久耐用的垫片。对与航空汽油或航空煤油接触的设备及接管法兰，为防止石棉纤维混入油品不易过滤，影响使用，不得选用耐 16油石棉橡胶垫片，应选用以膨胀石墨或聚四氟乙烯作填充料的缠绕式垫片。当介质为环氧乙烷时，不得采用含石棉的垫片。苯对耐油石棉橡胶垫片中的丁腈橡胶有溶解作用，故对于压力小于或等于25MPa，温度小于或等于200的法兰，应选用缠绕式垫片。聚四氟乙烯有优良的耐腐蚀性能，是很好的密封材料，在温度小于250时常选用。其型式有聚四氟乙烯生料带缠包石棉橡胶板、聚四氟乙烯板、聚四氟乙烯缠绕垫片和聚四氟乙烯包垫片。膨胀石墨是一种新型的密封材料，国内外使用证明，它具有优良的密封性能。其型式有缠绕式垫片、金属包垫片两面贴膨胀石墨纸和高强石墨垫片。这些垫片可以在大多数场合下使用。当垫片在有硫化氢应力腐蚀的场合下使用时，其垫片的金属材料应选用含Ti的不锈钢。当选用金属垫片时，应在完全退火状态下使用，尽可能选用较软的金属材料，使法兰表面的硬度比垫片硬度大布氏硬度HB20为宜。在有腐蚀的条件下，选用垫片对法兰盘呈阳性的垫片材料，垫片受腐蚀；选用法兰盘对垫片呈阳性的垫片材料，法兰盘受腐蚀，采用哪一种要根据使用方法和垫片种类来决定。5.1.3 管法兰、垫片和紧固件的选用 见表8.22，表8.23。17表8.22 法兰、垫片、紧固件选配表（欧洲管法兰体系）紧固件性能等级或材料牌号（注）垫片型式 使用压力PN（MPa）密封面型式（注）密封面表面 粗糙度 法兰型式 垫片最高 使用温度（）紧固件型式 200 250 300 500 550 橡胶垫片（注）1.6 突面、凹凸面 榫槽面、全平面 密纹水线或 Ra6.312.5 各种型式 200 六角螺栓 双头螺柱 全螺纹螺柱 8.8 级 35CrMoA 25Cr2MoVA 石棉橡胶板垫片（注）2.5 突面、凹凸面 榫槽面、全平面 密纹水线或 Ra6.312.5 各种型式 300 六角螺栓 双头螺柱 全螺纹螺柱 8.8 级 35CrMoA 25Cr2MoVA35CrMoA 25Cr2MoVA 合成纤维 橡胶垫片 4.0 突面、凹凸面 榫槽面、全平面 密纹水线或 Ra6.312.5 各种型式 290 六角螺栓 双头螺柱 全螺纹螺柱 8.8 级 35CrMoA 25Cr2MoVA35CrMoA 25Cr2MoVA 聚四氟乙烯垫片（改性或填充）4.0 突面、凹凸面 榫槽面、全平面 密纹水线或 Ra6.312.5 各种型式 260 六角螺栓 双头螺柱 全螺纹螺柱 8.8 级 35CrMoA 25Cr2MoVA 35CrMoA 25Cr2MoVA 柔性石墨 复合垫 1.06.3突面、凹凸面 榫槽面 密纹水线或 Ra6.312.5 各种型式 650(450)六角螺栓 双头螺柱 全螺纹螺柱 88 级 35CrMoA 25Cr2MoVA 35CrMoA 25Cr2MoVA 25Cr2MoVA 聚四氟乙烯 包覆垫 0.64.0突面 密纹水线或 Ra6.312.5 各种型式 150（200)六角螺栓 双头螺柱 全螺纹螺柱 8.8 级 35CrMoA 25Cr2MoVa 缠绕垫 1.6 一 16.0 突面、凹凸面 榫槽面 Ra3.26.3 带颈平焊法兰带颈对焊法兰整体法兰 承插焊法兰 对焊环松套法兰法兰盖650 双头螺柱 全螺纹螺柱 35CrMoA 25Cr2MoVA 25Cr2MoVA 金属包覆垫 2.5 一 10.0 突面 Ra1.63.2(碳钢)Ra0.81.6(不锈钢)带颈对焊法兰整体法兰 法兰盖 500 双头螺柱 全螺纹螺柱 35CrMoA 25Cr2MoVA 齿形组合垫 1.625.0 突面、凹凸面 Ra3.26.3 带颈对焊法兰整体法兰 法兰盖650 双头螺柱 全螺纹螺柱 35CrMoA 25Cr2MoVA 25Cr2MoVA 金属环垫 6.3 一 25.0 环连接面 Ra0.81.6(碳钢、铬钼钢)Ra0 40 8(不锈钢)带颈对焊法兰整体法兰 法兰盖600 双头螺柱 全螺纹螺柱 35CrMoA 25Cr2MoVA 25Cr2MoVA 注：凹凸面、榫槽面仅用于 PN1.016.0MPa、DN10600mm 的整体法兰、带颈对焊法兰、带颈平焊法兰、承插焊法兰、平