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第四章 管道器材及其选择 一般管道系统都是由管子、管件（法兰、弯头、大小头、三通等）和阀件等部分组成的。通过这三部分便可实现输油气工艺流程（包括油库工艺流程）、石油炼制和石油化工以及其它工艺流程所需的管线系统，完成预定的输送要求。当进行管路设计时，除工艺流程和水力计算（有时还有热力计算）外，首要的问题便是选择管材及其相应的配件，如果选择不当可能会带来不良后果，造成泄漏甚至更严重的灾害。另外，随着装置或系统的大型化、功能的复杂化，管道器材的选用对于装置或系统的建设费用和安全性有着很大影响。 在各类石油炼制和石油化工装置所用的工程材料中，配管器材约占10％。据统计，配管器材费用中的比率大致为：管子22.0％；管连接件（弯头、三通、大小头等）7.5％；阀门53.0％；法兰12.0％；螺栓3.0％；其它2.5％。 在输油气管道（网）和城市管网建设中，管道器材所占比例更高，甚至达到综合工程的50％以上。 如何正确选定管道器材，对于输油气系统、油库系统、城市管网系统以及石油炼制和石油化工装置建设的经济性和安全性是举足轻重的。因此必须对管材和配件有一定的了解和认识。 第一节 管材 一、 管子的分类 管子的品种、型号、规格繁多，可按用途、材质和形状进行分类，如图4.1所示。 图4.1 管子的分类 二、钢管的种类和规格 一般工业中最经常使用的是钢管。因此，本书主要对钢管进行介绍。 1.钢管的标准与种类 各国均有国家或协会（学会）标准或生产厂家标准对钢管的种类、型号、规格和应用范围做出规定。例如日本工业标准JIS、日本石油学会标准JPI、美国材料与试验协会标准ASTM、美国国家标准ANSI、美国石油学会标准API、德国标准DIN、英国标准BS、法国标准NF等。中国国家标准GB规定的管子常用的几种钢管类型如表4.1所示。 钢管按照制造方法可分为无缝钢管和焊接钢管。 （1）无缝钢管（SML）：采用热加工的方法制造的不带焊缝的钢管称为无缝钢管。根据需要，有的无缝钢管还经冷精整和热处理加工成所要求的形状、尺寸和性能。中国将无缝钢管按不同用途分为输送流体用无缝钢管（表4.1中GB8163-87）、高压锅炉无缝钢管（表4.1中GB 5310—85）、化肥设备用高压无缝钢管（表4.1中GB 6479－86）、石油裂化用无缝钢管（表4.1中GB 9948—88）等。按制造工艺又可分为热轧、热扩、冷拔无缝钢管。 （2）焊接钢管：采用钢板（带）经常温（或加热）成型，然后在成型边缘进行焊接而制成的钢管称为焊接钢管。焊接方式可分为连续炉焊、电阻焊、埋弧焊和金属及气体保护电弧焊。 焊接钢管中按成型方法可分为螺旋焊缝钢管（SSAW）和直焊缝钢管。中国生产用于天然气输送用管主要有螺旋缝埋弧焊钢管和直缝电阻焊钢管。 直焊缝钢管使用钢板直接冲压成形、对缝、内外壁焊接、端部胀管整形而成。直缝管的焊缝长度等于管长，焊缝对口后容易保证焊缝质量，适合于标准尺寸大量生产。但这种制管方法灵活性差，管径受板宽和成型模具尺寸的限制。 螺旋焊缝钢管采用钢带经螺旋形卷制成形，然后焊接而成，与直缝管相比，钢管的直径和长度调整容易。可以用较窄的钢带卷制较大直径的钢管，就钢管主应力来讲，螺旋焊缝方向与带钢轧制方向基本一致，从受力状态分析，螺旋缝管较直缝管有利，避开了主应力方向，焊缝所受拉应力比直缝管小，对钢管的失稳扩展有止裂能力，但螺旋管焊缝有应力集中现象，焊缝比直缝管焊缝长，焊缝质量不如直缝管好控制。中国由于螺旋焊缝钢管生产历史较长，输气管线的大口径钢管几乎全部采用螺旋焊缝管。二十世纪九十年代初，宝鸡石油钢管厂引进了德国直缝电阻焊制管机组，开始生产直缝电阻焊钢管，质量也不断提高，已开始用于输气管线上。 “西气东输”工程大量研究论证表明：由于生产技术和成本的限制，一般无缝钢管只用于DN200mm以下的小口径管线；对于DN400mm以上的大口径管线一般均采用有缝管，而螺旋焊缝管只能用于一类地区（荒漠、山区等人烟稀少地区），不能用于二、三、四类地区；直缝钢管（包括高频直缝管ERW和双面埋弧直缝焊管LSAW）用于天然气管道优越性明显，残余应力状态好、几何尺寸精度高、外防腐效果好以及适合于作内涂层减阻。在“西气东输”管线上大量采用中国生产的1016毫米管材X-70制成的螺纹管，这对管材制造技术水平是一个严峻的考验。 2.钢管规格 （1） 管子直径与壁厚 管道设计所需要的钢管尺寸规格主要为管长、管径、壁厚和每米管长的理论质量、管子的直径与壁厚决定管道单位长度的容积、单个焊缝的工作量和材料消耗量，而单根管子长度决定管道工程的焊接工作量和相应的安装技术措施。对于选定的管材，壁厚确定后，也就给定了道的承压能力。一般无缝钢管的口径较小。热轧无缝钢管的口径为32～450mm，壁厚为2.5～11mm，单根管长为3～