國際上較為常見的管道應用標準體系有:美國應用標準體系(ANSI/ASME)、日本應用標準體系(JIS)、國際標準化組織的應用標準體系(ISO)、德國應用標準體系(DIN)、前蘇聯應用標準體系(TOTC)、英國應用標準體系(BS)和法國應用標準體系(NF)等。其中美國國家應用標準體系(ANSI/ASME)是一個比較完整、比較成熟同時也是國際上比較流行、比較通用的先進標準,廣泛為各個國家所接受,我國的石化行業應用標準體系基本上等效采用了該標準體系的應用標準。
我國國內常用的管道應用標準體系包括:石化行業應用標準體系、化工行業應用標準體系、機械行業應用標準體系和中國國家應用標準體系等。
下面將最為常用的美國國家應用標準體系和我國各行業應用標準體系作以簡單介紹。
1. 美國應用標準體系(ANSI)
美國國家標準ANSI B16.5《管法蘭與法蘭連接件》是一個比較完整、比較成熟同時也是國際上比較流行、比較通用的先進標準。該標準與其他相關的ANSI、API、ASTM、MSS組成的壓力管道應用標準體系是一個比較科學、先進的標準,廣泛為各個國家所接受。
①. 管子系列標準
美國的管子系列(ANSI B36.10和ANSI B36.19)為典型的“大外徑系列”,公稱尺寸范圍為DN6~DN2000mm.其壁厚表示方法有以下兩種。
一是以管子標號“SCH”表示壁厚。管子標號是管子設計壓力與設計溫度下材料許用應力的比值乘以1000,并經過圓整后的數值。即:
SCH=1000p/[σ]t
式中 p--設計壓力,MPa;
[σ]t--設計溫度下材料許用應力,MPa..
ANSI B36.10標準中包括了SCH10、SCH20、SCH30、SCH40、SCH60、SCH80、SCH100、SCH120、SCH140、SCH160十個等級;ANSI B36.19標準中包括了SCH5s、SCH10s、SCH40s、SCH80s四個等級。
二是以管子重量表示管壁厚度,它將管子壁厚分為三種:
標準重量管,以STD表示;
加厚管,以XS表示;
特厚管,以XXS表示。
②. 法蘭標準
美國的法蘭標準為典型的“美式法蘭”,其公稱尺寸范圍為DN15~DN600mm。該標準包括的公稱壓力等級有150psi(1psi-6.89x103Pa)(常標記為CL150)、300psi(CL300)、400psi(CL400)、600psi(CL.600)、900psi(CL900)、1500psi(CL1500)、2500psi(CL2500)共七個等級。法蘭形式有平焊式、承插焊式、對焊式、螺紋連接式、松套式及法蘭蓋共六種。法蘭密封面形式有凸臺面、(大小)凹凸面、(大小)榫槽面、金屬環連接面共四種。
2. 石化行業應用標準體系(SH)
①. 管子尺寸系列標準(SH 3405)
石化行業應用標準體系的管子尺寸系列標準(SH3405),基本上屬于“大外徑系列”,當DN≤1100mm時,它能與ANSI B36.10/36.19管子標準配套使用。
SH 3405標準的直徑范圍和壁厚分級共包括四部分,如表1-11所示。
②. 法蘭標準(SH 3406)
石化行業應用標準體系的法蘭標準(SH 3406)等效采用了ANSI B16.5和API605標準,屬于“美式法蘭”。SH 3406在結構尺寸和密封面形式上與ANSI B16.5/API605有著很好的互換性,因此,它能與ANSI、API、MSS等標準管道元件配套使用。但因為SH3406采用了我國的材料標準而不是美國的材料標準(ASTM),故兩者的溫度-壓力表有少許偏差,在考慮兩者互換時,應注意并核對它們的溫度-壓力對應允許值。
SH 3406 標準的公稱壓力等級共包括PN1.0、PN2.0(CL150)、PN5.0(CL300)、PN6.8(CL400)、PN10.0(CL600)、PN15.0(CL900)、PN25.0(CL1500)、PN42.0(CL2500)八個等級,公稱尺寸范圍DN15~DN1500mm。
法蘭連接形式:當DN≤600mm時,有對焊、平焊、承插焊、松套、螺紋五種;當DN≥650mm時,僅有對焊形式一種。
法蘭密封面形式:當DN≤600mm時,有凸臺面、榫槽面、環槽面、凹凸面和全平面五種;當DN≥650mm時,僅有凸臺面一種。
石化行業應用標準體系中共包含了十項基本標準,除管子尺寸系列和法蘭標準外,還包括對焊無縫管件、鋼板制對焊管件、鍛制承插焊管件、非金屬墊片、纏繞式墊片、金屬環墊片、螺栓/螺母等標準,這些標準都等效采用ANSI標準,它能與API閥門匹配使用,代表著國內管道標準體系的先進性和發展方向。實踐證明,這套應用標準體系是一個科學、先進、操作性好的標準體系。
3. 化工行業應用標準體系(HG)
①. 化工行業管子尺寸系列
化工行業應用標準體系的管子尺寸系列標準HG20553同時包含了A、B兩個系列,其中A系列基本上等同ANSI B36.10/36.19標準,屬于“大外徑系列”。B系列則為“小外徑系列”。
②. 法蘭標準
HG 20592~HG 20605和HG 20615~HG 20626 化工行業應用標準體系的管法蘭標準同時包含了“歐式法蘭”和“美式法蘭”兩個體系。
歐式法蘭標準HG 20592~HG 20605的公稱壓力等級共包括PN 0.25、PN0.6、PN1.0、PN1.6、PN2.5、PN4.0、PN6.3、PN10.0、PN16.0、PN25.0十個等級,公稱尺寸范圍為DN10~DN2000mm,法蘭形式有板式平焊、帶頸平焊、帶頸對焊、整體式、承插焊、螺紋、對焊環、松套、法蘭蓋、襯里法蘭十種,密封面形式有凸面、凹凸面、榫槽面、環連接面、全平面五種形式,它可以與JB閥門配套使用。
美式法蘭標準 HG 20615~HG 20626 基本上采用了ANSI標準。其中,對于DN≤600mm的法蘭,等效采用了ANSI B16.5標準,而對DN≥650mm的法蘭,則等效采用API605標準。法蘭的公稱壓力等級共包括PN2.0、PN5.0、PN11.0、PN15.0、PN26.0和PN42.0.六個等級,公稱尺寸范圍為DN15~DN1500mm,法蘭形式有帶頸平焊、帶頸對焊、整體法蘭、承插焊、螺紋、松套六種,密封面形式有凸面、凹凸面、榫槽面、環連接面、全平面五種形式。
化工行業壓力管道的應用標準體系也是一個相對比較完整的標準體系,具有成熟的使用經驗。由于它同時具有“大外徑系列”和“小外徑系列”、“歐式法蘭”和“美式法蘭”兩種系列,故其使用面較廣,它既可與國外的ANSI、DIN、ISO等標準配套使用,又可與國內的GB、SH、JB等標準配合使用。
4. 機械行業應用標準體系
機械行業應用標準體系JB沒有相應的管子尺寸系列標準,其接管尺寸由管法蘭的接管外徑進行定義,屬于典型的“小外徑系列”。
機械行業應用標準體系中的法蘭標準JB/T 74~JB/T90屬于歐洲標準體系,其公稱壓力等級共包括PN0.25、PN0.6、PN1.0、PN1.6、PN2.5、PN4.0、PN6.3、PN10.0、PN16.0、PN20.0十個壓力等級,公稱尺寸范圍為DN15~DN1600mm.法蘭形式有整體、板式平焊、對焊、平焊環板式松套、對焊環板式松套、翻邊板式松套和法蘭蓋七種形式,密封面形式有平面、凸面、凹凸面、榫槽面、環連接面五種形式。JB法蘭標準是我國應用多年的主要標準,以前建設的大多數石油化工裝置都采用了該標準,現在有許多標準設備或定型設備如機泵、換熱器、閥門等仍采用它。
機械行業應用標準體系中沒有相應的管件標準,體系很不完善,需要中國國家標準(GB)體系的一些標準作支持,而且實際中經常碰到一些不能很好匹配的問題,因此,設計人員一般不再使用該標準體系。
5. 中國國家應用標準體系
①. 管子尺寸系列標準
多年來,中國國家應用標準體系中一直沒有相應的管子尺寸系列標準,它的接管尺寸由法蘭的接管外徑尺寸進行定義。直到1998年GB 17395的出現,國家應用標準體系中才給出了管子尺寸系列標準。GB 17395屬于“大外徑系列”。其接管外徑尺寸與ANSI標準在DN>1100mm的情況下是不一致的,在應用時應注意。
②. 法蘭標準
中國國家應用標準體系的法蘭標準GB 9112~GB 9119-2000和GB9120~9124-2000等效采用了ISO7005-1標準。因此,它同時包括了“歐式法蘭”和“美式法蘭”兩個體系。其公稱尺寸范圍、法蘭結構及密封面形式與ISO標準基本相同。其中公稱壓力有兩個系列:一是以PN0.25、PN0.6、PN1.0、PN1.6、PN2.5、PN4.0共六個等級組成的I系列,屬于“歐式法蘭”;二是以PN2.0、PN5.0、PN10.0、PN15.0、PN25.0、PN42.0共六個等級組成的II系列,屬于“美式法蘭”。法蘭的公稱尺寸范圍因公稱壓力不同而異,當PN=0.25MPa時,DNmax=4000mm,當PN=42.0MPa時,DNmax=300mm,法蘭結構形式有整體式、螺紋、對焊、帶頸平焊、帶頸承插焊、對焊環松套板式、平焊環松套板式、板式翻邊松套、法蘭蓋共九種。密封面形式有凸臺面、榫槽面、環槽面、凹凸面和全平面五種。
壓力管道國家標準體系是一個比較完整的標準體系。它的管件分為A、B兩個系列,其中A系列為“大外徑系列”,以期能與SH標準等匹配使用;B系列為“小外徑系列”,以期能與JB標準等配套使用。