石油化工装置管道用材的代用探讨

石油化工装置管道用材的代用探讨

陈艳辉

中科合成油工程股份有限公司北京100028

摘要：无论是管道材料的选用还是代用都应满足工艺条件及标准规范的要求，尤其是材料的代用更应注意代用的安全适用性。本文探讨了材料代用的原则、类型及各类代用的可行性，以期为确保代用的安全可靠性提供可参考的资料。

关键词：材料代用；管道材料；管道组成件

石油化工新建、改扩建项目的工程设计及施工过程中，因采购困难、库存情况或其他原因，管道用材料的代用是不可避免的。管道材料代用的正确与否直接影响到压力管道的安全性、可靠性。为确保代用的安全性，文中就代用需明确的原则及事项进行了探讨，以期提供可借鉴的代用思路及专业知识。

1代用原则

材料的代用关系到管线的安全性，以下三类代用是不允许的。

1)大批代用

如无竣工图，大批量的代用会使设计图纸与实际不符，不利于后期工厂的维护。代用量多少属于大批量，并无强制界定。这就需要根据管道材料代用所占的比例、费用增加等因素综合考虑，将其控制在合理的范围内。

2)原材料不明确的代用

按照标准的要求，压力管道材料应符合现行国家、行业或者国外有关的国家标准的规定以及设计提出的要求，并有制造厂的质量证明[1]。来源不明及无制造标准的管材，不能用来代用。以免以次代好埋下安全隐患。

3)低性能代高性能

管材的性能要求，与工艺介质条件密切相关。如用低性能代用高性能的管道组件，明显与等级设计的初衷相违背，这种类型的代用是不能允许的。

2代用的类型及分析

在较大型的项目中，尽管代用单出现的各类代用很多，但无外乎以下几种类型：

1)标准不同

标准不同涉及到的问题有分尺寸差别、产品最终质量的差别两类。比如管子外径系列工程中常用的有HG/T20553、SH/T3405，前者包括Ia、Ib和II三个系列[3]，其中II系列多用于改造项目；Ia除极个别口径与SH/T3405的外径尺寸相同，其他直径间可相互代用，而II与后者相差较大，两者之间不可代用。另外还有法兰的标准以欧标与美标体系为主；这两个标准下的法兰不仅额定值存在差别，外形尺寸也相差较大，相互间不可代用；

不同的标准，对加工制造及检验试验的要求是不同，最终产品的质量也有差别。以管材标准为例同为20#，GB/T8163与GB9948的管材使用范围是有区别的，TSGD0001中规定：GB/T8163不允许用于GC1级管线。即便GB/T8163的管材逐根超声合格，也仅允许用于设计压力≤4.0Mpa的A1.1（1）规定的管道[1]。对于此类代用，需对各自标准有深入的了解，结合介质具体情况，判断代用的可行性。

2)壁厚不同

由壁厚计算公式[2]：

可知壁厚值决定了钢管的承压能力，出现较多是厚代薄的代用，这类情况只考虑仅承压是不够的，还需结合介质情况考虑以下几点：

a)是否为应力管线

厚度增加不仅使管系自身重量增大，还会使管材的刚度增大，对整个管系的柔性和支吊架的选型均有影响，尤其是代用量较大时，需提交应力专业重新进行应力核算。

b)特殊工艺介质管线的要求

壁厚变厚，流体通道变小，当流速不变时，流体阻力变大，对一些要求较小压力降的管道是不利的。如浆料管线，不仅是流通面积变小，流阻增加，还会在对接焊缝处形成积料，不利于介质的输送。针对这类情况，需征得工艺专业的同意。

c)二次加工的残余应力

尤其是管件的代用时，端部坡口的二次加工造成的冷变形会使材料的耐蚀性变差、力学性能下降，因此一般是不允许对成品管件在现场进行二次加工的。另外管道安装时的一次应力易在弯头、三通处集中，二次加工造成的韧性下降和残余应力的共同作用，一定条件下会发生应力腐蚀破坏。当被代用到对应力腐蚀比较敏感的介质、或对材料冷加工残余应力要求比较严格的场合，应尽量避免。

3)材质不同的代用

选材作为管道材料等级设计时的重点及难点，相比与前两类，该类代用需慎重考虑。首先应比较两种材质的化学性能，如耐温性、耐蚀性等，只有化学性能满足介质的使用要求，才可考虑其他的因素；其次是力学性能，该性能关系到管道组件的耐压能力，如管子壁厚及法兰温-压等，当代用材料的力学性能低于原材料，但却能满足介质的设计条件，也是可以代用的。如304L代替304，因较低的碳含量，304L的耐蚀性要优于304，尤其是耐晶间腐蚀性。但其耐温性却要远低于304，力学性能的参数也叫304低。但如介质温度在304L的使用范围内，强度计算结果、法兰温压值均满足介质的设计条件，代用也是可以的。但仅限于指定的介质管线，不能超出核对强度及温压的设计条件，否则需重新核算。

不同材质间的代用还涉及到异种钢材的焊接问题，对接焊缝需严格按照异种钢材焊接的章程执行。另外应避免碳钢、合金钢、不锈钢之间的越级代用，主要因为异种钢材在焊接时，焊缝处的化学成分与金相组织不均匀、性能不连续，在此处形成一个薄弱焊接，易出现电位腐蚀，应力腐蚀破坏等现象。

4结论

管道材料的代用需要注意的事项很多，最重要是安全适用性和经济性。从工艺介质的选材及等级设计的原则来讲，脱离工艺介质讨论诸如不同材质、性能、类型的管道材料的代用是不切实际的，满足不了工艺介质使用条件的各类代用是不允许的。另外代用材料应符合现行国家、行业或者国外有关的国家标准的规定以及设计提出的要求，并有制造厂的质量证明。必要时，应通过检验、试验来验证其符合性。代用的管道器材应满足管道的设计条件（如设计压力、设计温度、结构要求）以及工艺介质对管道的耐蚀性的要求，代用材料的化学成分、机械性能、焊接性能、热处理工艺等方面应与管道材料等级表中规定的使用条件相适应。总之，代用要以工艺介质条件为依据，材料性能为辅助，标准规范为基础来进行。

参考文献

[1]TSGD0001-2009，压力管道安全技术监察规程工业管道[S]；

[2]GB/T20801.3-2006，压力管道规范工业管道第3部分：设计和计算[S]；

[3]HG/T20553-2011，化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系列[S]；