管道设计与ASME标准

工程设计/llljq 发表于2007-08-14, 21:54

作者：李敬琦

一、压力管道设计常用ASME标准

这里有两个标准，一个是组件尺寸型式标准（我国也有相应组件形式标准），另一个是材料标准（我国没有对材料形成专门的标准化）。

型式标准规定了组件的型式、系列、尺寸、公差、试验要求，以及该组件可采用的材料标准等。材料标准规定了适用的对象、原材料（坯料）品种（采用锻轧Wrought或锻件Forged）、化学成分、机械性能、制造工艺（包括焊接）、热处理、无损检查、取样和性能检验、质量证书、标志等。

1. 典型的组件型式标准

1）钢管

ANSI/ASME B36.10M 无缝及焊接钢管

ANSI/ASME B36.19M 不锈钢无缝及焊接钢管

2）管件

ANSI/ASME B16.9 工厂制造的钢对焊管件

ANSI/ASME B16.1 承插焊和螺纹锻造管件

ANSI/ASME B16.28 钢制对焊小半径弯头和回弯头

3）阀门

ANSI/ASME B16.34 法兰连接、螺纹连接和焊接连接的阀门

API 599 法兰或对焊连接的钢制旋塞阀

API 600 法兰或对焊连接的钢制闸阀

API 602 紧凑型碳钢闸阀

API 609 凸耳型对夹蝶阀

4）法兰

ANSI/ASME B16.5 管法兰和法兰管件

ANSI/ASME B16.36 孔板法兰

ANSI/ASME B16.42 球墨铸铁法兰和法兰管件

ANSI/ASME B16.47 大直径钢法兰

API 601 突面管法兰和法兰连接用金属垫片

5）垫片

ANSI/ASME B16.20 管法兰用缠绕式、包覆式垫片和环槽式用金属垫片

ANSI/ASME B16.21 管法兰用非金属平垫片

6）紧固件

ANSI/ASME B18.2.1 方头和六角头螺栓和螺纹

ANSI/ASME B18.2.2 方头和六角头螺母

7）管件

ASMEI B16.9 工厂制造的锻钢对焊管件

ASME B16.11 承插焊和螺纹锻钢管件

MSS-SP-43 锻制不锈钢对焊管件

2. 材料标准

ASTM/ASME材料标准主要集中收录在ASME II A篇铁基材料，B篇非铁基材料，C篇焊条、焊丝填充金属，D篇性能，以及一些增补内容。

与压力管道设计相关的典型的为A篇、D篇等。

A篇的主要分类有：钢板、薄板和钢带，公称管（Pipe），管子（Tube），钢法兰、配件、阀门及零件，压力容器用钢板、薄板和钢带，结构钢，钢棒材，钢螺栓材料，钢坯和锻件，钢铸件，耐腐蚀钢和耐热钢，锻轧铁、铸铁和可锻铸铁，以及方法标准等。

材料表示方法用"标准号-级别"及UNS。

如304是级别。TP316前面的TP表示管材，英文单词TUBE & PIPE的首个字母。F316前面的F表示锻件，是FORGING的缩写。一般在ASME里，很多都是引用ASTM标准，并在前面加个S，如A3 12被ASME纳入后为SA312。在ASTM标准中，A表示为A系列材料，当然还有B、C等。

美国高合金钢用UNS牌号表示，它是按美国钢铁协会AISI的编号表示方法转过来的，比如，AISI把1 8-8不锈钢记为UNS No S 30400（3代表镍铬钢），ASTM引用过来叫它为304型，于是各国也跟着这么叫，成为普遍的表示法。还比如316、316L、321、347、320、904等。ASME（或ASTM）对公称成分相同（UNS No 号相同）的不同钢材产品，还用不同的标准区分。比如板材SA-240（牌号304），管材有213、249、312、376、430（牌号都是TP304）等，而锻件A-182，牌号F304。ASTM的记法，如A-516，A代表钢铁金属，516只是个序号，后面跟着年号。ASME等同采用ASTM 的记法后在最前面加S。再有，B-表示非铁基金属，如SB-409。

下面列举一些典型的ASME管道材料：

1．公称管

1）SA－106 高温用无缝碳钢公称管

中、低碳钢，其等级分A、B、C三级。C%≤0.25%~0.35%；合金总量＜0.2%。

2）SA－312/SA－312M 无缝和焊接奥氏体不锈钢公称管

适用于高温及一般腐蚀用。级别有TP304H、TH316H、TP321H等9种。

3）SA－333/SA－333M 低温用无缝和焊接公称管

适用于低温公称壁厚的无缝以及焊接的碳钢、合金钢公称管。其级别有1、3、4、6、7、8、9、10、1 1共9种。

4）SA－335/SA－335M 高温用无缝铁素体合金钢公称管

级别有P1、P2、P5、P5c、P9、P11、P12、P15、P21、P22。

5）SA－709/709M 无缝及焊接的铁素体、奥氏体不锈钢公称管

2.钢法兰、配件、阀门及零件

1）SA－105/SA－105M 管道元件用碳钢锻件

适用于室温和高温下工作的压力系统中锻制碳素钢管道构件。

2）SA－182/SA－182M 高温用锻制或轧制合金钢公称管道法兰、锻制管配件、阀门和零件

级别较多，如F1、F2、F5、F12－1、F12－2、F304H、F316LH等。

3）SA－234/SA－234M 中、高温用锻制碳钢和合金钢管道配件

适用于最新版的ANSI B16.9、ANSI B16.11、ANSI B16.28及MSS SP－79和MSS SP－95所包括的无缝的及焊接结构的锻制碳钢和合金钢管配件；这些管配件采用中温及高温的压力管道和压力容器制造。级别有WPB、WPC、WP－1、WP－2、WPR等多种。

4）SA－403/SA－403M 锻轧奥氏体不锈钢管配件

包括了若干级别的奥氏体不锈钢合金，并分别依据所适用的ANSI或MSS尺寸及额定压力标准，使用WP或CR前缀来标志钢的级别。

5）SA－420/SA－420M 低温用锻造碳钢和合金钢管配件

适用于ANSI B16.9、ANSI、B16.11 、ANSI B16.28及MSS SP－79和MSS SP－95最新版标准的锻制碳钢和合金钢无缝焊接结构管配件。等级有WPL3、WPL6、WPL8、WPL9。

6）SA－815/SA－815M 塑性加工成形铁素体、奥氏体及马氏体不锈钢配件。

3.钢螺栓材料

1）SA－193/SA－193M 高温用合金钢和不锈钢材料

适用于高温压力容器、阀门、法兰及管配件用合金钢和不锈钢螺栓材料。材料类别包括铁素体钢和奥氏体钢，其级别如B5、B8等多种。

2）SA－194/SA－194M 高温高压螺栓用碳钢和合金钢螺母

包括从M6到M100的各种碳钢、合金钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢螺母。奥氏体级别，加前缀8和9；铁素体级别有1，2，2H，2HM，3，4，6，6F，7，7M，16。

二、压力管道材料等级表内容简述

管道材料等级中包含了材料规定，是针对一系列介质条件而编制的管道器材应用明细表。它是根据管道系统中的温度和压力及腐蚀性来分类的。通过情况下，材料等级表的内容有：

1）等级名称（或等级号）、设计条件（设计压力、设计温度和介质）、法兰公称压力等级、材料腐蚀余量等。

2）钢管外径尺寸系列信息及壁厚

钢管外径尺寸系列有大小外径之分，ASME标准采用大外径。外径尺寸定位后，意味着与其相关的钢管、管件、阀门、法兰、垫片、紧固件、附件等都要与之匹配。就法兰系列而言，一类是以200℃作为计算基准温度的"欧式法兰"，一类是以大约430℃（对150LB级则是300℃）作为基准温度的"美式法兰"。ASME标准的钢管外径尺寸系列标准为ANSI B36.10、ANSI B36.19，其公称直径范围为DN6~DN 2000mm。

钢管壁厚的表示方法有三种，如管表号（SCH）、壁厚（mm）、重量(STD、XS、XXS)。

3）钢管、管件（弯头、三通、异径管、支管接头等）、阀门、法兰、垫片、紧固件等

全面一些，在标识时除了提供钢管、管件等的材料（标准）、连接形式（对焊、承插焊、螺纹连接）、表面状态（无缝、有缝）等内容外，还应提供组件型式标准。

4）管道分支信息

即管道分支表，提供主管与支管连接应匹配的规定。通常情况下，应优先选用标准管件，如三通/四通（等径、异径）、支管接头等。若出现主、支管相差太大无法选择时，才使用非标接头形式，并需要计算是否需要进行补强等加强措施。

三、ASME B31.3钢管壁厚计算

制定材料等级表需要计算的内容有两种情形，其一是前面提到的开孔补强计算，其二是这里提及的钢管（含弯头等）的强度计算。