工艺管道、阀门基础知识培训

工厂材料应用条件
装置操作条件复杂，环境温度－29℃～26℃， 极端最低温度-38.8 ℃，最高压力6.0MPa.A，最 高温度为260℃，最低温度为－162℃ MDEA有一定毒性和腐蚀性，配管和设备的材 料选择要考虑到低环境温度工况和介质的特殊性 超低温设备和材料是目前国内供应尚存在一定 困难和差距，装置中关键设备进行了引进
优质碳钢性能和应用
优质碳钢同时保证钢材的化学成分和机械性能 有害元素S、P杂质较少 冶炼工艺比较严格，质量高，成本贵
低碳钢 含碳量低于0.25%，钢号有08、10、15、 20、25 刚强度较低，弹塑性好，焊接性能良好 有圆钢、板材、无缝钢管、锻件产品 化工设备中常用作垫片包皮（08、10） 换热器列管、设备接管（10、20）、法兰
抗压强度较大，抗拉强度很低，冲击韧性很低 不适于制造承受弯曲、拉伸、剪切和冲击载荷 的条件 可用来铸造承受压力，要求消震、耐磨的零件 如支架、阀体、泵体、机座、管路附件
铸铁性能和应用
球墨铸铁 在浇筑前往铁水中加入少量球化剂（Mg、 Ca和稀土元素）和石墨化剂（硅铁或硅钙合 金），以促进碳以球状石墨结晶存在 球墨铸铁在强度、塑性和韧性方面大大超过 灰铸铁 球墨铸铁兼有普通铸铁及钢的优点 目前已成为一种很有前途的新型结构材料
物料管道 输送原料，半成品，成品或废 料的管道 生产中的主要管道
常用材料性能
工艺性能（制造）-材料制造中的特性 铸造、锻造、焊接和切削加工性能 材料制造性能的好坏直接影响制造成本
使用性能-使用过程中的特性 物理、化学和力学性 物理性能是材料所固有的属性，包括密度、 熔点、导电性、导热性、热膨胀性和磁性等 化学性能是指材料抵抗各种化学介质作用的 能力，包括高温抗氧化性、耐腐蚀性等。 力学性能：强度、塑性、硬度、冲击韧性、 疲劳
按化学成分 按质量分类
碳素钢
低碳钢（含碳量<0.25%） 中碳钢（含碳量0.25%~0.6%） 高碳钢（含碳量>0.6%）
合金钢
低合金钢（合金元素含量<5%） 中合金钢（合金元素含量5~10%） 高合金钢（合金元素含量>10%）
普通钢 优质钢 高级优质钢
按用途分类
建筑钢 碳素结构钢
结构钢 合金结构钢
LNG工厂除了多种设备之外，还有各种管道，输送各种介质 无论其数量，尺寸与形式如何，都由管子、管件，阀门、支吊架、 仪表及其它附件所组成 按生产工艺要求，把机械设备、工艺设备以及仪表等连接起来 管道的费用占全部装置投资的30%以上
2011年12月，斋-吉天然气管线设施投用
储罐及工艺管网
管道的分类-生产功能
MRC压缩机、BOG压缩机、冷箱（塔）、 低温泵及LNG贮罐的低温材料。 大部分设备、材料立足于国内供应 设计温度 -20 0C≤ T＜0 0C时采用16MnR， 当设计温度 -40 0C≤ T＜-20 0C时采用 16MnDR，当设计温度T＜-70 0C 时采用不锈钢。 浮阀材料采用0Cr18Ni9。
金属材料承受的交变应力σ小于σD时，应力循环到无数次也不会发 生疲劳断裂 当σ大于σD时，材料在经过一定循环次数后，将发生疲劳断裂。
金属材料
由金属元素或以金属元素为主形成的、具有金属特性 的物质称为金属材料
铁和以铁为基的合金（黑色金属），如钢、铸铁 和铁合金 非铁合金（有色金属），如铜及其合金、铝及其 合金、铅及其合金 钢分为非合金钢（碳钢）、低合金钢和合金钢 都是铁和碳为主的合金 含碳量＜2.11%的称为钢 大于2.11%的称为铸铁 根据钢中是否添加合金元素，把钢分为碳素钢和 合金钢两种。 碳钢占全部结构、零件和工具材料90%左右，合金 钢仅占10%
工厂材料应用条件
容器
国内订货
类型
台
金属质量（吨）
台
数 总质量
其中合金钢
数
净重
或有色金属
净重
材料
质量
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
塔器
3
147
不锈钢
7
管式换热器 7 81.2
不锈钢
51
板式换热器 1
2.6
不锈钢
0.3
容器
21 350.6
不锈钢
32
冷塔23Y01
3
分离器等
4 16 *2)
空冷器
8
661
不锈钢
LNG贮罐
1 1304
不锈钢
铸铁性能和应用
铸铁 含碳量一般在2%以上，含有硫、磷和锰等 杂质 铸铁是一种脆性材料，不能锻造，铸造性能 较好 有优良的减震性、耐磨性和切削加工性 生产工艺和熔化设备简单，生产成本低廉 分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁等。
铸铁性能和应用
灰铸铁 碳大部或全部以自由状态的片状石墨形式存 在，断口呈灰色
材料常用性能-力学性能
硬度-金属抵抗比它更硬物体压入其表面的能力 硬度试验指标-有布氏硬度和洛氏硬度
布氏硬度用HB表示，当压头为钢球时表示为HBS，当压头 为硬质合金球时表示为HBW； 洛氏硬度用HRA、HRB或HRC表示，常用HRC。
冲击韧性-以很快的速度作用于工件上的载荷称为冲击载荷 材料抵抗冲击载荷而不破坏的能力称为冲击韧性 冲击韧性指标-冲击韧性值σk
σk越大，材料的冲击韧性越好，材料越抗冲击 冲击韧性随温度的降低而减小，低于某一温度冲击韧性发生剧 降，材料呈现脆性，该温度称为脆性转变温度
对于低温工作的设备来说，其选材应注意韧性是否足够。
材料常用性能-力学性能
疲劳-许多机械零件，如轴、齿轮、弹簧受到大小不同和方向变化的交变 载荷作用，材料在应力小于其强度极限下，经一定循环次数后，无显著外 观变形却会发生断裂 疲劳断裂不产生明显的塑性变形，突然发生，具有很大的危险性，造成 严重事故 材料抵抗疲劳能力的指标-疲劳极限σD
普通碳钢牌号
牌号的最后面可用符号标志其冶炼时的脱氧程 度，如对未完全脱氧的沸腾钢标以符号“F”
沸腾钢指钢在冶炼末期，仅用脱氧剂脱氧， 钢液中留有FeO,在浇筑和凝固时，钢液中不 断析出CO，产生类似沸腾的现象
FeO+C=Fe+CO 对完全脱氧的镇静钢标以符号“Z”或不标符号 半镇静钢标以“b” 特别镇静钢符号“TZ” 如Q235-B表示最低屈服点235MPa的B级碳素 钢（镇静钢）；Q215-A.F表示最低屈服点 215MPa的普通等级碳素结构钢（沸腾钢） 沸腾钢成本很低，机械性能比镇静钢差
优质碳钢性能和应用
中碳钢 含碳量在0.30%~0.55%之间，钢号有30、 35、40、45、50、55。 强度较高，韧性较好，但焊接性能较差，不 适合做设备的壳体 圆钢、锻件产品 35钢在化工设备上常用作管板，强度要求 较高的螺栓、螺母等 45钢常用做传动轴
优质碳钢性能和应用
高碳钢 含碳量在0.6%以上，钢号有60、 65、70、80。 强度与硬度较高，60、65钢主要用 来制造弹簧。70、80钢用来制造钢丝 绳等
金属材料-合金钢
合金钢-钢中加入的合金元素最有：铬(Cr）、镍(Ni）、钼 (Mo）、硅(Si）、锰(Mn）、钨(W）、铝(Al）
铬 提高钢的耐腐蚀性和抗氧化性，含量超过13％时，钢 的耐腐蚀能力显著提高 镍 耐腐蚀性和低温冲击韧性，良好的塑性和韧性。 锰 提高钢的强度以及低温冲击韧性 铝 细化晶粒、提高钢的冲击韧性、抗氧化性、耐热性、抗 H2S腐蚀性，降低冷脆性。价格便宜 钼 提高钢的高温强度、硬度等 钛 提高强度、细化晶粒，提高韧性，在不锈钢中起稳定碳 的作用，减少铬与碳化合的机会，防止晶间腐蚀，还可提高 耐热性。
弹簧钢 轴承钢 工具钢 特殊性能钢（如不锈钢、耐热钢等）
有色金属 ： 按合金成分
纯铜（紫铜）
铜及其合金
铜锌合金（黄铜） 铜锡合金（锡青铜）
无锡青铜（铝青铜）
铝及铝合金
轻金属及合金
钛及钛合金
镁及镁合金
铅、锡及合金
其他有色金属及合金
锌及合金
镍、钴及合金
金属材料-碳钢
碳素钢-碳钢，牌号用二位数字表示，数字表示钢中 的平均含碳量的万分之几。如含碳量0.20%的优质碳 素钢表示为20＃钢。根据钢中含锰量的不同，分为普 通含锰钢和高锰钢，如16Mn(或16锰） 钢的碳含量相对较低，性质是强而韧，铸铁碳含量 高，性质是硬而脆
常用材料性能-力学性能
强度：材料在外力作用下抵抗破坏的能力，破坏对应有两种情况 发生较大的塑性变形，在外力去除后不能恢复到原来的形状和尺寸 发生断裂
强度指标： 屈服点（σs）-抵抗发生塑性变形的能力，σs越高则越不易发生塑性 变形； 抗拉强度（σb）-抵抗发生断裂的能力，σb越高则越不易发生断裂
塑性：材料在外力作用下发生塑性变形而不破坏的能力 发生较大的塑性变形而不破坏则称材料的塑性好 塑性指标有伸长率δ和断面收缩率ψ，值越大，塑性越好 对加工和使用意义重要 低碳钢塑性较好，可进行压力加工 普通铸铁塑性差，不能进行压力加工，能进行铸造 材料具有一定的塑性，不致因超载而突然破断，增加使用安全可靠性。
合金钢性能和应用
铬镍不锈钢也是一种超低温材料，对含Cr18％、 镍（Ni）8％的不锈钢，其屈服强度和抗拉强度都 随温度的下降而上升 不会因温度下降而由塑性向脆性转变，即使在 绝对零度附近也不失其延伸性和韧性 低温下具有良好的塑性和韧性，完全能满足 LNG工厂低温区设备、管道、阀门制造需求 价格过于昂贵 在ASME规范中，推荐使用的低温钢主要是无镍、 有镍（5% Ni, 8% Ni, 9% Ni）、不锈钢及铝合 金 无镍低温钢的使用温度在－60℃以上，有镍低 温钢、不锈钢和铝合金的使用温度可达到－ 196℃以下。
合金钢牌号
采用“数字＋元素符号＋数字”表示 前面的数字表示钢中的含碳量，后面的数字表 示合金元素含量的百分之几
凡合金元素少于1.5％时，钢号中仅标明元 素符号，含量不予标注
合金钢性能和应用
常用铬不锈钢和铬镍不锈钢 铬不锈钢
1Cr13 用于制作含硫石油及加氢设备的内 件、离心泵叶轮、壳体； 2Cr13 用于制作承受高应力的零件，如高 压透平零件、阀件、离心泵主轴和高压阀等
普通碳钢性能和应用
Q235属于低碳钢，用途最广 其塑性、韧性优良，通常热轧成钢 板、型钢、钢管、钢筋 Q235-A钢有良好的加工工艺性能， 板材常用来焊制常温低压容器外壳， 棒料常用来制作螺栓、螺母和支架等
优质碳钢牌号
仅用两位数字来表示，钢中平均含碳量的万分 之几
如20钢的平均含碳量为0.20%，即万分之 20。 对每一个钢号，国家标准都规定了化学成分范 围和应达到的机械性能指标 钢号按顺序有：08、10、15、20、25、30、 35、40、45、50等 专门用途的钢材 锅炉用钢和压力容器用钢在钢号末尾分别表 上“g”或“R”字样 需进行机械性能特殊项目的检验 制造锅炉用的碳钢，牌号有20g、22g 制造压力容器用的碳钢有20R等。
普通碳钢牌号
以“Q”加三位数字表示，如Q215、Q235 “Q”代表结构钢屈服点“屈”字的汉语拼音的 首位字母，后面的三位数字表示该钢种在厚度小 于16mm时的最低屈服点 钢的牌号尾部可用A、B、C、D表示钢的质量等 级 A级为普通级，B、C、D表示硫、磷含量较低的 优等级别。D级质量最高，A级质量最低。
工厂材料应用条件
配管、钢结构、钢平台、梯子等材料， 除工艺操作条件外，尚需按构件应力考虑 环境温度的影响 极端最低气温 -38.8℃，低于鄯善工厂28.7℃，在结构件材料选材上比鄯善工厂 苛刻，投资费用增加，采购困难增加 原料气组分含0.57mole%的氧气，如在 工厂进行脱，将提高设备材料的要求、增 加工艺附加措施。
吉木乃广汇液化天然气工厂培训课件-9
工艺管道、阀门 基础知识培训
二○一一年十月三十一日
课程内容
一、常用材料基础知识 二、工艺管道基础知识 三、阀门基础知识
一、常用材料基础知识
材料是构成LNG工厂工艺管道、设备的物质基础，正确使用材料极其重要 高温、高压、低温、易燃、易爆、腐蚀性操作条件，要求设备、管道、 阀门：①连续运转的安全可靠性②足够的机械强度③优良的耐腐蚀性能④ 密封性好⑤高效率和低能耗 合理选用材料，可保证设备正常安全运行，完成生产计划，节约材料和 投资，延长设备使用寿命与检修周期。
33.2
合计
48 2578.4
不锈钢
77.5
国外订货
金属质量（吨）
总质量 净重
其中合金钢 或有色金属
净重
材料 质量
100
铝合金
9%Ni *3)
课程内容
一、常用材料基础知识 二、工艺管道基础知识 三、阀门基础知识
二、工艺管道
150万方/天的吉木乃广汇LNG工厂工艺管道总长60000m。
石油化工管工道艺管道-概述