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值得一看!工業(yè)管道(GC級(jí))中制冷管道常用標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比!

我們知道,按照特種設(shè)備目錄及TSG07,工業(yè)管道分為工藝管道、制冷管道和動(dòng)力管道。那么,對(duì)于制冷管道,跟普通的工業(yè)管道相比,有什么異同?請(qǐng)看本文:


前言


制冷壓力管道屬于工業(yè)管道范圍。國(guó)內(nèi)工業(yè)壓力管道設(shè)計(jì)、建造規(guī)范有:GB?。担埃常保丁玻埃埃啊豆I(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范》(2008年版),以下簡(jiǎn)稱金屬管道標(biāo)準(zhǔn)。GB/T?。玻埃福埃保薄玻埃福埃保丁玻埃埃丁秹毫艿酪?guī)范—工業(yè)管道》,以下簡(jiǎn)稱工業(yè)管道規(guī)范。GB?。担埃埃罚病玻埃保啊独鋷?kù)設(shè)計(jì)規(guī)范》,以下簡(jiǎn)稱冷庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范。此標(biāo)準(zhǔn)本身不是管道設(shè)計(jì)規(guī)范,但對(duì)制冷壓力管道的設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力、材料選擇提出了要求,加之制冷壓力管道的特殊性和設(shè)計(jì)人員對(duì)此標(biāo)準(zhǔn)又很熟悉。因此,設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)也采用了該標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

美國(guó)壓力管道規(guī)范分為12卷,包含了12種不同應(yīng)用領(lǐng)域的壓力管道設(shè)計(jì)、建造要求。其中第五卷ASME?。拢常保怠玻埃埃丁吨评涔艿篮蛡鳠岵考?,以下簡(jiǎn)稱ASME?。拢常保担菍iT針對(duì)制冷管道及其傳熱部件而制定的規(guī)范。

本文從ASME?。拢常保档膬?nèi)容出發(fā),就金屬管道標(biāo)準(zhǔn)、工業(yè)管道規(guī)范及冷庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)壓力管道設(shè)計(jì)方面的規(guī)定進(jìn)行了對(duì)比分析。

規(guī)范組成和適用范圍


1.1 組成
金屬管道標(biāo)準(zhǔn)由14個(gè)部分組成:總則、術(shù)語(yǔ)與符號(hào)、設(shè)計(jì)條件和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、材料、管道組成件的選用、金屬管道組成件耐壓強(qiáng)度計(jì)算、管徑確定及壓力損失計(jì)算、管道布置、金屬管道的膨脹和柔性、管道支吊架、設(shè)計(jì)對(duì)組成件制造管道施工及檢驗(yàn)的要求、隔熱隔聲消聲及防腐、輸送A1類和A2類流體管道的補(bǔ)充規(guī)定和管道系統(tǒng)的安全規(guī)定。

工業(yè)管道規(guī)范由6部分組成:總則、材料、設(shè)計(jì)和計(jì)算、制作與安裝、檢驗(yàn)與試驗(yàn)及安全防護(hù)。

ASME?。拢常保祫t由以下6部分組成:范圍和定義、設(shè)計(jì)、材料、尺寸要求、制造和裝配、檢查檢驗(yàn)和試驗(yàn)。

冷庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范由9部分組成:總則、術(shù)語(yǔ)、基本規(guī)定、建筑、結(jié)構(gòu)、制冷、電氣、給水和排水、采暖通風(fēng)和地面防凍。

1.2 適用范圍
4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)適用范圍的異同見(jiàn)表1。
從表中可以看出,①金屬管道標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)管道規(guī)范在適用條件上基本一致,即都是工業(yè)金屬管道的范疇。②金屬管道標(biāo)準(zhǔn)僅適用于設(shè)計(jì),工業(yè)管道規(guī)范不僅適用于設(shè)計(jì),還適用于安裝和檢驗(yàn)等。③ASME B31.5在適用范圍上劃分得更細(xì),僅限于工業(yè)金屬管道范圍里的制冷管道及其傳熱部件的設(shè)計(jì)和建造。④冷庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定了冷庫(kù)建設(shè)的土建、工藝、安全方面的內(nèi)容,但管道安全方面只對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)、材料選擇和熱補(bǔ)償作了規(guī)定。

設(shè)計(jì)參數(shù)及比較


2.1 設(shè)計(jì)參數(shù)
(1)金屬管道標(biāo)準(zhǔn) 設(shè)計(jì)壓力不應(yīng)小于運(yùn)行中遇到的內(nèi)壓或外壓與溫度相耦合時(shí)最嚴(yán)重條件下的壓力。對(duì)輸送制冷劑、液化烴等氣化溫度低的流體管道,設(shè)計(jì)壓力不應(yīng)小于閥被關(guān)閉或不流動(dòng)時(shí)在最高環(huán)境溫度下氣化所能達(dá)到的最高壓力。設(shè)計(jì)溫度不低于設(shè)計(jì)壓力下需要的最大厚度或與公稱壓力相對(duì)應(yīng)的溫度。設(shè)計(jì)溫度的確定還應(yīng)包括流體溫度、環(huán)境溫度、陽(yáng)光輻射、加熱或冷卻的流體溫度等因素的影響。

(2)工業(yè)管道規(guī)范 設(shè)計(jì)壓力不應(yīng)小于在操作中可能遇到的最苛刻的壓力與溫度組合工況的壓力,標(biāo)準(zhǔn)另有規(guī)定的除外。對(duì)于輸送制冷劑、液化烴類低沸點(diǎn)介質(zhì)的管道,其設(shè)計(jì)壓力應(yīng)不小于閥門切斷時(shí)或者介質(zhì)不流動(dòng)時(shí)介質(zhì)可能達(dá)到的最大飽和蒸汽壓。設(shè)計(jì)溫度應(yīng)按操作中可能遇到的最苛刻的壓力和溫度組合工況的溫度確定,同一管道中的不同管道組成件的設(shè)計(jì)溫度可以不同。

(3)ASME?。拢常保怠≡O(shè)計(jì)內(nèi)壓應(yīng)當(dāng)能代表在正常工作或者停機(jī)(包括流體壓頭)期間的最苛刻的壓力與溫度組合條件。任何管道的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)當(dāng)不低于與其相連接的任一元件(管道除外)的最低設(shè)計(jì)壓力。最低設(shè)計(jì)壓力定義為不應(yīng)低于制冷劑在下列溫度時(shí)的飽和壓力:①所有系統(tǒng)低壓側(cè)27℃。②水或蒸發(fā)冷卻系統(tǒng)的高壓側(cè)40℃。③空氣冷卻系統(tǒng)的高壓側(cè)50℃。對(duì)使用高溫氣體解凍的低壓側(cè)管道,應(yīng)考慮提高低壓側(cè)管道的設(shè)計(jì)壓力。本標(biāo)準(zhǔn)中沒(méi)有對(duì)設(shè)計(jì)溫度的選取作具體的要求,只規(guī)定工作條件下管道的金屬溫度為輸送流體的溫度。

(4)冷庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范 R717制冷劑管道的高壓側(cè)設(shè)計(jì)壓力2.0MPa,設(shè)計(jì)溫度150℃;低壓側(cè)設(shè)計(jì)壓力1.5MPa,設(shè)計(jì)溫度43℃。R404A 制冷劑管道的高壓側(cè)設(shè)計(jì)壓力2.5MPa,設(shè)計(jì)溫度150 ℃;低壓側(cè)設(shè)計(jì)壓力1.8MPa,設(shè)計(jì)溫度46℃。R507制冷劑管道的高壓側(cè)設(shè)計(jì)壓力2.5MPa,設(shè)計(jì)溫度150℃;低壓側(cè)設(shè)計(jì)壓力1.8MPa,設(shè)計(jì)溫度46℃。

2.2 比較
(1)金屬管道標(biāo)準(zhǔn)和工業(yè)管道規(guī)范對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)選取的規(guī)定基本一致。ASME?。拢常保凳轻槍?duì)制冷管道編制的,所以在設(shè)計(jì)參數(shù)選取的規(guī)定方面更具體。冷庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范則針對(duì)3種常用制冷劑分別給出高壓側(cè)、低壓側(cè)的設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度。

(2)ASME B31.5定義的設(shè)計(jì)壓力比我國(guó)的冷庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范選取的設(shè)計(jì)壓力更合理。制冷管道的低壓側(cè)內(nèi)流體溫度通常是在-15℃以下,且低壓側(cè)設(shè)備和管道通常設(shè)置在室內(nèi),管道和設(shè)備都有完好的保冷措施。根據(jù)長(zhǎng)期的使用經(jīng)驗(yàn),即使在夏季停機(jī)期間,低壓側(cè)的流體溫度也不會(huì)超過(guò)20℃。

(3)ASME?。拢常保狄?guī)定,對(duì)使用高溫氣體解凍的低壓側(cè)管道,應(yīng)考慮提高低壓側(cè)管道的設(shè)計(jì)壓力,我國(guó)的冷庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定熱氨融霜壓力不得超過(guò)0.8MPa。

目前,多數(shù)冷庫(kù)都設(shè)置了熱氨融霜系統(tǒng),將從油分離器出來(lái)的高溫高壓的氨氣引至系統(tǒng)的低壓側(cè)的回氣總管,通過(guò)回氣總管將高溫氨氣分配到每個(gè)庫(kù)房的回汽管進(jìn)行融霜,融霜時(shí)液體通過(guò)供液管排入排液桶或低壓循環(huán)桶。融霜時(shí),低壓側(cè)的回汽管承受高溫、高壓。因此,對(duì)采用熱氨融霜的低壓系統(tǒng)提高設(shè)計(jì)參數(shù),從安全角度來(lái)講是必要的。

低溫條件下管道選材及比較


3.1 管道選材
3.1.1 金屬管道標(biāo)準(zhǔn)
除了低溫低應(yīng)力工況外,材料的使用溫度不應(yīng)超出本規(guī)范附錄A 的溫度上、下限。管道設(shè)計(jì)溫度低于或等于-20℃,而對(duì)高于本規(guī)范附錄A中使用溫度下限的碳素鋼、低合金鋼、中合金鋼和高合金鐵素體鋼,出廠材料及采用焊接堆積的焊縫金屬和熱
影響區(qū),應(yīng)進(jìn)行低溫沖擊試驗(yàn)。

該規(guī)范對(duì)低溫低應(yīng)力工況的定義為設(shè)計(jì)溫度低于或等于-20℃的受壓的管道組成件,其環(huán)向應(yīng)力小于或等于鋼材標(biāo)準(zhǔn)屈服點(diǎn)的1/6,且不大于50MPa的工況。使用的材料在低溫低應(yīng)力工況下,若設(shè)計(jì)溫度加50℃后,高于-20℃時(shí)可不做低溫沖擊試驗(yàn)。

3.1.2 工業(yè)管道規(guī)范
材料的選用按該規(guī)范附錄A 中表A.1和表4的規(guī)定。按該規(guī)范規(guī)定,GB/T?。福保叮场玻埃埃浮遁斔土黧w用無(wú)縫鋼管》[9]除管壁厚度小于2.5mm 的管子使用溫度高于-46℃時(shí)可不做低溫沖擊試驗(yàn)。低溫低應(yīng)力工況下,使用溫度高于-101℃時(shí),可不做低溫沖擊試驗(yàn)。

該規(guī)范對(duì)低溫低應(yīng)力工況的定義為同時(shí)滿足下列各項(xiàng)條件的工況:①低溫下的最大工作壓力不大于常溫下最大工作壓力的30%。②管道由壓力、重量及位移產(chǎn)生的軸向(拉)應(yīng)力總和不大于10%材料標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最小抗拉強(qiáng)度值(計(jì)算位移應(yīng)力時(shí),不計(jì)入應(yīng)力增大系數(shù))。③僅限于GC2級(jí)管道,且最低設(shè)計(jì)溫度不低于-101℃。

3.1.3 ASME?。拢常保禈?biāo)準(zhǔn)
ASME?。拢常保狄?guī)定ASTM?。粒保罚购停粒保梗沧畹褪褂脺囟炔坏陀冢玻埂?。用于制造金屬溫度在-29~-101℃的管道系統(tǒng)的鐵基材料,如果在壓力、熱收縮的同時(shí)作用下,或者支承點(diǎn)之間彎曲的影響下所產(chǎn)生的最大環(huán)向或縱向拉應(yīng)力不超過(guò)所選材料許用應(yīng)力的35%,則不要求做沖擊試驗(yàn)。用于制造的溫度在-29~-48℃的鐵基材料,只要最低設(shè)計(jì)金屬溫度高于允許的溫度,則不要求做沖擊試驗(yàn)。允許的設(shè)計(jì)溫度要求按該規(guī)范的規(guī)定進(jìn)行查圖計(jì)算。

3.1.4 冷庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范
冷庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)制冷系統(tǒng)壓力管道材料做出了具體規(guī)定,且在修訂說(shuō)明里明確指出制冷系統(tǒng)常年運(yùn)行時(shí)處于低溫低應(yīng)力狀態(tài),可按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的材質(zhì)選用。這些管材在我國(guó)冷庫(kù)制冷系統(tǒng)中已經(jīng)使用多年,被證明是安全可靠的。

3.2 比較
(1)金屬管道標(biāo)準(zhǔn)、工業(yè)管道規(guī)范和ASMEB31.5在低溫條件下的材料選用規(guī)定完全不同,工業(yè)管道規(guī)范和ASME?。拢常保惦m然有相似點(diǎn),但還是存在較大差別。

(2)金屬管道標(biāo)準(zhǔn)與工業(yè)管道規(guī)范雖然都提出了低溫低應(yīng)力工況,但二者定義完全不同。金屬管道標(biāo)準(zhǔn)對(duì)低溫低應(yīng)力工況的定義只考慮了管道的環(huán)向應(yīng)力,工業(yè)管道規(guī)范對(duì)低溫低應(yīng)力工況的定義不僅考慮了環(huán)向應(yīng)力,還考慮了由溫差應(yīng)力引起的軸向拉應(yīng)力。

(3)ASME?。拢常保惦m然沒(méi)有提出低溫低應(yīng)力工況的定義,但其規(guī)定和工業(yè)管道規(guī)范相似。

(4)冷庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范從國(guó)內(nèi)冷庫(kù)壓力管道數(shù)十年的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)出發(fā),規(guī)定制冷劑為R717的制冷管道可選用GB/T?。福保叮场玻埃埃浮遁斔土黧w用無(wú)縫鋼管》的鋼管,R404A 和R507制冷劑管道可選用GB/T8163—2008《輸送流體用無(wú)縫鋼管》、GB/T 17791—2007《空調(diào)與制冷設(shè)備用無(wú)縫銅管》、GB/T?。保矗梗罚丁玻埃埃病读黧w輸送用不銹鋼無(wú)縫鋼管》中規(guī)定的管
材。

筆者認(rèn)為管道在低溫狀態(tài)下的應(yīng)力狀況因溫度變化和管道支吊架的約束而變得復(fù)雜,考慮軸向應(yīng)力對(duì)管道安全狀況的影響更科學(xué)。但在國(guó)內(nèi)外都倡導(dǎo)節(jié)能降耗的今天,在有切實(shí)的經(jīng)驗(yàn)具體數(shù)據(jù)支持、確保安全的前提下,采用更高效低廉的材料是工程施工單位和建設(shè)單位更能接受的選擇。

檢驗(yàn)試驗(yàn)和比較


4.1 檢驗(yàn)與試驗(yàn)
4.1.1 金屬管道標(biāo)準(zhǔn)
本標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行替代性試驗(yàn)的管道和設(shè)計(jì)溫度低于-29℃的管道須進(jìn)行100%射線或超聲檢測(cè),除此之外的管道對(duì)接接頭按5%進(jìn)行抽查。承受內(nèi)壓的管道應(yīng)進(jìn)行液壓或氣壓試驗(yàn),當(dāng)管道不具備整體水壓試驗(yàn)條件時(shí),可采用安裝前分段水壓試驗(yàn)及安裝后的固定口100%射線或超聲檢測(cè),且合格后還應(yīng)進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。所謂替代性試驗(yàn)是指不能進(jìn)行液壓及氣壓試驗(yàn)的管道,經(jīng)工程設(shè)計(jì)單位書面同意,滿足以下要求時(shí)可免除耐壓試驗(yàn):①對(duì)所有環(huán)焊縫進(jìn)行100%射線檢測(cè)或超聲檢測(cè)。②檢測(cè)后進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。③焊接鋼管的焊縫進(jìn)行100%射線或超聲檢測(cè)。

4.1.2 工業(yè)管道規(guī)范
GC2級(jí)管道對(duì)接接頭按5%進(jìn)行抽查,其中包括不少于40%的固定接頭,且須包括每個(gè)焊工所焊焊縫。在初次允許前,每個(gè)管道系統(tǒng)應(yīng)進(jìn)行壓力試驗(yàn),以保證其耐壓強(qiáng)度和密封性。當(dāng)業(yè)主或設(shè)計(jì)單位認(rèn)為液壓試驗(yàn)不切實(shí)際時(shí)可用氣壓試驗(yàn)來(lái)代替,氣壓試驗(yàn)應(yīng)符合下列要求:①應(yīng)將脆性破壞的可能性減小到最小程度,設(shè)計(jì)選材時(shí)應(yīng)考慮試驗(yàn)溫度的影響。②試驗(yàn)時(shí)應(yīng)裝有安全泄放裝置,其設(shè)定壓力不得高于1.1倍試驗(yàn)壓力。③試驗(yàn)壓力應(yīng)為1.15倍設(shè)計(jì)壓力。④試驗(yàn)介質(zhì)應(yīng)為空氣或其它非易燃和無(wú)毒氣體。⑤試驗(yàn)時(shí)應(yīng)按規(guī)定逐步緩慢升壓。

當(dāng)液壓和氣壓都不切實(shí)際時(shí),在滿足下列要求的情況下,可免除耐壓試驗(yàn):①所有對(duì)接接頭進(jìn)行100%射線或超聲檢測(cè),所有非對(duì)接接頭(包括結(jié)構(gòu)連接的焊接接頭)進(jìn)行表面無(wú)損檢測(cè)。②已按該規(guī)范第7章的規(guī)定通過(guò)柔性分析的管道。③已使用敏感性氣體或浸入液體的方法進(jìn)行泄漏試驗(yàn)的管道系統(tǒng),且泄漏試驗(yàn)滿足該規(guī)范的具體要求。

4.1.3?。粒樱停拧。拢常保禈?biāo)準(zhǔn)
制冷劑分成A1、A2、A3、B1、B2、B3的6個(gè)安全性組別。該規(guī)范只規(guī)定A3和B3級(jí)制冷劑管道的對(duì)接接頭和斜接接頭應(yīng)按5%進(jìn)行完全的射線檢測(cè)抽查,抽查的范圍應(yīng)包含每個(gè)焊工所焊的焊接接頭。制冷劑管道在安裝之后、操作之前應(yīng)進(jìn)行壓力試驗(yàn)和泄漏試驗(yàn)。氣壓試驗(yàn)壓力最低為設(shè)計(jì)壓力的1.1倍,泄漏試驗(yàn)壓力應(yīng)是設(shè)計(jì)壓力或由工程設(shè)計(jì)確定。

制冷劑管道壓力試驗(yàn)的試驗(yàn)介質(zhì)不宜為水或水溶液,應(yīng)為無(wú)毒非易燃的干燥氣體,如氮?dú)饣蚩諝狻?/span>

4.1.4 冷庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范
冷庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范中沒(méi)有對(duì)管道的檢驗(yàn)與試驗(yàn)作出規(guī)定。

4.2 比較
(1)4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在無(wú)損檢測(cè)方面的差別較大,可以看出金屬管道標(biāo)準(zhǔn)的要求最嚴(yán)格,而ASME?。拢常保档囊筇^(guò)寬松,像對(duì)R717等制冷劑管道對(duì)接焊縫的射線或超聲檢測(cè)沒(méi)做要求。R717雖是不易燃的中度危害介質(zhì),但有強(qiáng)烈的刺激氣味,對(duì)人體健康危害較大,應(yīng)嚴(yán)格控制管道質(zhì)量以確保安全。而像新型的無(wú)毒、非易燃、無(wú)公害的氟里昂制冷劑管道,可以適當(dāng)放寬要求。

(2)在耐壓試驗(yàn)方面,ASME?。拢常保得鞔_規(guī)定了制冷劑管道不宜做水壓試驗(yàn),應(yīng)采用氣壓試驗(yàn),這符合制冷劑管道的特點(diǎn)和實(shí)際操作要求。金屬管道標(biāo)準(zhǔn)對(duì)氣壓試驗(yàn)的要求也比較嚴(yán)格,規(guī)定了很多限制條件。

(3)工業(yè)管道規(guī)范對(duì)壓力試驗(yàn)的規(guī)定比較合理,按工業(yè)管道規(guī)范的規(guī)定,制冷管道滿足對(duì)接接頭5%射線或超聲檢測(cè),可以采用氣壓試驗(yàn)。

(4)冷庫(kù)設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)管道檢驗(yàn)檢測(cè)方面沒(méi)有作具體規(guī)定。

結(jié)語(yǔ)


文中討論的內(nèi)容僅限于制冷管道設(shè)計(jì)方面。化工、物流、倉(cāng)儲(chǔ)等行業(yè)都離不開(kāi)冷凍站,而不論每個(gè)冷凍站規(guī)模大小,都離不開(kāi)制冷管道。分析中美制冷管道標(biāo)準(zhǔn)的異同,吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn),以達(dá)到不斷完善我國(guó)的制冷壓力管道標(biāo)準(zhǔn)的目的,以期對(duì)有關(guān)制冷壓力管道設(shè)計(jì)人員提供一定的借鑒。
文:熊從貴,來(lái)自石油化工設(shè)備。


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