H-67标准的问题探讨
2011-12-08宋冬宝中海油山东化学工程有限责任公司济南250013
宋冬宝 中海油山东化学工程有限责任公司 济南 250013
问题讨论
H-67标准的问题探讨
宋冬宝*中海油山东化学工程有限责任公司 济南 250013
论述合成氨高压管道设计中,H-67标准的问题,并提出H-67标准需修订的看法及建议。
H-67标准压力等级管道材质管道连接试验压力修订
1 概述
随着全球性的经济复苏以及国家刺激经济发展的一系列政策,许多合成氨厂以升级改造为契机,纷纷上马新的扩能改造项目,掀起了新一轮的建设高潮。笔者参与了多套合成氨、醇烃化、氨醇联产的设计,高压管道及附件的设计仍采用原化学工业部基本建设总局1967年颁布的《高压管、管件及紧固件通用设计》H-67。H-67标准虽然颁布年代已久,但并没有文件说明作废,也没有出修订版,在化肥行业中仍起着重要作用。
随着合成氨装置规模向大型化发展,H-67标准的局限性逐渐显现出来。首先,H-67标准是在参照前苏联TY8100-50标准基础上,从利用部分库存,节约成本的角度出发制定的,有一定的局限性;其次随着装置规模向大型化发展和新工艺的出现,H-67标准已远远满足不了现在工程的需要,因此H-67标准需修订。
2 压力等级
2.1 计量单位
H-67标准由于当时参考前苏联(公制),对管道的公称压力用Pg表示,单位是kgf/cm2。现行国家标准《管道元件公称压力》GB 1048-2005规定采用PN,单位是MPa,1MPa=10 kgf/cm2。《钢制管法兰、垫片、紧固件》HG 20592~20635-2009标准包括PN系列和Class系列两大系列19个标准,主要参照EN1092-1:2002、ANSI B16.5-2003等国外标准,并结合国内实际情况修订而成,PN系列采用单位是bar,1bar=0.1MPa。随着国内工程公司向国际工程公司迈进,与国际接轨越来越密切,笔者建议合成氨高压管道设计公称压力用PN表示,单位是bar。由于合成氨中低压工段管道设计采用《钢制管法兰、垫片、紧固件》HG 20592~20635-2009标准,设计公称压力用PN表示,单位是bar,这样整个设计成品文件单位就统一了。
2.2 压力等级的范围
随着合成氨工艺的发展,高压精制工段醇烃化采用不同工艺,压力等级有Pg160 kgf/cm2、Pg260 kgf/cm2、Pg320 kgf/cm2高压等级系列。H-67标准压力范围只有Pg220(H-67标准取消Pg160系列)和Pg320两个高压等级系列,新增加的Pg160高压等级建议做如下处理:在公称直径不大于DN150时,设计标准采用H-67标准里的Pg220压力等级;公称直径大于DN150时,设计标准暂执行某些企业标准。新增加的Pg260高压等级:在公称直径不大于DN150时,设计标准采用H-67标准里的Pg320压力等级;公称直径大于DN150时,设计标准暂执行某些企业标准。
3 高压无缝钢管材质
H-67中高压无缝钢管材质中,适于合成氨含氢管道的材质有20、15CrMo、18Cr3MoWVA。而根据《化肥设备用高压无缝钢管》GB 6479-2000规定,化肥用高压无缝钢管材质有20、16Mn、15CrMo、10MoWVNb等,当工作温度低于-20℃时,按GB 6479规定选用16Mn(H-67选用20钢);当工作温度高于等于-20℃低于200℃时,按GB 6479规定选用20钢(与H-67一致);当工作温度高于200℃而低于等于300℃时,按GB 6479规定选用15CrMo(与H-67一致);当工作温度高于300℃时,按GB 6479规定选用10MoWVNb(H-67选用18Cr3MoWVA)。但《固定式压力容器安全技术监察规程》GB 150-2010即新容规于2010年11月30日结束过渡期正式实施,其附件1中2.1.3对GB 6479中20钢管和16Mn钢管的使用温度下限规定分别为0℃和-20℃。因此化肥用高压无缝钢管当工作温度低于0℃时,应选用16Mn。建议合成氨高压无缝钢管不仅要严格按《化肥设备用高压无缝钢管》GB 6479-2000规定选用,而且有新的规程时还要执行新的规程。化肥用高压无缝钢管的外形尺寸仍执行H-67标准,而大口径(DN>150)的无缝钢管的外形尺寸暂执行企业标准。
4 不同压力等级管道连接
H-67标准对于不同压力等级管道的连接没有规定,但在合成氨高压管道设计中,这个问题普遍存在,而且是合成氨高压管道出事故的重点。
4.1 高压管道
某化肥厂合成氨原料气净化采用全自热非等压醇烷化工艺,气体经高压烷化(PN32.0MPa)后一部分去二级醇化系统(PN16.0MPa)升温还原用。高压烷化管道(PN32.0MPa,DN40)经过高压角式截止阀(PN32.0MPa,DN40),高压角式节流阀(PN32.0MPa,DN40),压力调节到PN16.0MPa,高压角式节流阀(PN32.0MPa,DN40)阀后配对法兰接PN16.0MPa,DN50。笔者借助PN32.0MPa和PN16.0MPa的法兰公称直径相差一个规格进行转换,若有其它的不同等级高压管道的连接方式,欢迎大家讨论、商榷。
4.2 高、低压管道
高压放空管道一般经过高压角式截止阀、高压角式节流阀后排到放空总管,高压放空管和放空总管连接,高压端公称直径不大于DN40,选用高低压异径管,选用标准仍按《化工管路手册》(1988)规定;高压端公称直径大于DN40,笔者采用在放空总管上开孔与高压放空管直接焊接,然后以补强的方式解决。
5 试验压力的选择
合成氨高压管道试验压力的选择确定,H-67标准根据工作压力下介质的温度选用试验压力。如合成工段二出管线操作温度328°C,操作压力22.3MPa,使用材料10MoWVNb,根据H-67标准II级温度确定试验压力应为75.0 MPa。而根据《工业金属管道工程施工及验收规范》(1997年版)7.5.3.5规定:承受内压的地上钢管道及有色金属管道试验压力应为设计压力的1.5倍; 7.5.3.7规定:当管道的设计温度高于试验温度时,试验压力应按下式计算:
式中,Ps为试验压力MPa(G);P为设计压力MPa(G);[σ]1为试验温度下,管材的许用应力,MPa;[σ]2为设计温度下,管材的许用应力,MPa。
如上例根据《工业金属管道工程施工及验收规范》确定合成工段二出管线试验压力:
设计温度:
设计压力P:
经查10MoWVNb材质343℃时[σ]2为152MPa;试验温度下[σ]1为160MPa,将以上数据代入式(1)得:
Ps=1.5×24.53×160/152=38.73 MPa
由于采用标准不同,试验压力相差接近一倍。H-67标准试验压力范围比较大,建议根据《工业金属管道工程施工及验收规范》(1997版)规定,确定合成氨高压管道试验压力。
6 高压螺纹法兰
合成氨高压管道大多是GC1级管道,采用H-67标准连接为螺纹法兰。而《压力管道安全技术监察规程-工业管道》TSG D0001-2009第五十三条(三)胀接法兰、螺纹法兰不得用于GC1级管道,《压力管道规范-工业管道》GB/T20801-2006第3部分5.1.8.9也有上述规定。上述标准既然没有把高压透镜垫密封的螺纹法兰排除在外,那么就明显与H-67标准相矛盾。合成氨高压管道大多是GC1级管道,其连接方式仍旧采用H-67标准的高压透镜垫密封的螺纹法兰。
7 结语
在合成氨高压管道设计中,H-67仍然是主要的设计标准,但随着我国合成氨工业规模的不断扩大和新工艺的出现,如何在H-67标准基础上,结合冶炼、机械行业的发展,编制出满足技术、安全、经济要求的高压管道、管件及紧固件的设计标准的重要性越来越大,要求越来越紧迫,在此急切盼望抓紧升级修订H-67标准,同时希望各位同仁就H-67标准在使用过程中发现的问题,积极讨论、建言献策。
1 TSG D0001-2009,压力管道安全技术监察规程-工业管道[S].
2 GB/T 20801-2006,压力管道规范工业管道[S].
3 GB 50316-2000,工业金属管道设计规范(2008年版)[S].
4 GB 50235-97,工业金属管道工程施工及验收规范[S].
5 GB 50236-98,现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范[S].
6 HG 20519-92,化工工艺设计施工图内容和深度统一规定[S].
7 HG/T 20592~20635-2009,钢制管法兰、垫片、紧固件[S].
8 GB 6479-2000,化肥设备用高压无缝钢管[S].
9 H-67,高压管、管件及紧固件通用设计[S].
10 GB 150-2009,固定式压力容器安全技术监察规程[S].
11 GB 1048-2005,管道元件公称压力[S].
(Translated by Xi Zhengtai)
Probe on Problem of H-67 Standard
Song Dongbao
(CNOOC Shandong Chemical Engineering Co.,Ltd.,Jinan 250013)
Discuss on the problems existing in the standard of H-16 for the design of the high pressure pipe in synthetic ammonia,put forward the opinion and suggestion that the standard of H-16 should be revised.
standard of H-16pressure ratingpipe materialpipe connectiontest pressurerevision
*宋冬宝:工程师。1993年毕业于华东理工大学化学工程系。从事合成氨、尿素设计、研究工作。联系电话:(0531)83197754。
(修改回稿2011-05-05)