上海滬工閥門廠（集團(tuán)）有限公司

本書共分 7 章。主要介紹國(guó)內(nèi)外工業(yè)管道及閥門的現(xiàn)狀與發(fā)展；工業(yè)管道及閥門維修、安裝必備的基本知識(shí)；管道布置和常用竹材、管件及附件；介紹管通和閥門的修理及安裝；管道的試壓與防腐保溫；管道故障及維護(hù)。附錄還介紹管路系統(tǒng)圖形符號(hào)和圖例。

本書可供管道、閥門機(jī)械設(shè)備維修人員和廣大工程技術(shù)人員參考使用。

序言

由中國(guó)機(jī)被工程學(xué)會(huì)設(shè)備與維修工程分會(huì)主編，機(jī)械工業(yè)出版社 1964 年 12 月出版發(fā)行的 《機(jī)修手冊(cè)》（8 卷 10 本），深受設(shè)備工程技術(shù)人員和廣大讀者的歡迎，曾于 1978 年和 1993 年兩次再版和 6 次印刷，對(duì)我國(guó)設(shè)備管理和維修工作起到了積極的作用。

隨著科技發(fā)展和知識(shí)更新，設(shè)備的更新?lián)Q代，《機(jī)修手冊(cè)》的內(nèi)容已不能適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的要求，應(yīng)該重新編寫和修訂。但是，由于工程浩大，力不從心。為滿足廣大設(shè)備管理和維修工作者的需要，經(jīng)機(jī)械工業(yè)出版杜和中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)設(shè)備與維修工程分會(huì)共同商定，從《機(jī)修手冊(cè)》中選出部分常用的、有代表性的機(jī)型，充實(shí)新技術(shù)、新內(nèi)容，以叢書的形式重新編寫。

從 2000 年開始，中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)設(shè)備與維修工程分會(huì)組織四川省設(shè)備維修學(xué)會(huì)和中國(guó)第二重型機(jī)械集團(tuán)公司、中國(guó)航天工業(yè)總公司第一研究院、兵器工業(yè)集團(tuán)公司、沈陽(yáng)市機(jī)械工程學(xué)會(huì)、陜西省設(shè)備維修學(xué)會(huì)和陜西鼓風(fēng)機(jī)廠，上海市設(shè)備維修專業(yè)委員會(huì)和上海重型機(jī)器廠、天津塘沽設(shè)備維修學(xué)會(huì)和大沽化工廠、大連海事大學(xué)、武漢鋼鐵公司氧氣有限責(zé)任公司、廣東省機(jī)械工程學(xué)會(huì)和廣州工業(yè)大學(xué)、山西省設(shè)備維修學(xué)會(huì)和太原理工大學(xué)等單位進(jìn)行編寫。

從 2002 年開始．到現(xiàn)在已經(jīng)出版 19 種。其中，2002 年出版了《液壓與氣動(dòng)設(shè)備維修問(wèn)答》、《空調(diào)制冷設(shè)備維修問(wèn)答》、《數(shù)控機(jī)床故障檢測(cè)與維修問(wèn)答》、《工業(yè)鍋爐維修與改造問(wèn)答》4 種；2003 年出版了《電焊機(jī)維修問(wèn)答》、《機(jī)床電器設(shè)備維修問(wèn)答》、《電梯使用與維修問(wèn)答》3 種；2004 年出版了《風(fēng)機(jī)及系統(tǒng)運(yùn)行與維修問(wèn)答》、《發(fā)生爐煤氣生產(chǎn)設(shè)備運(yùn)行與維修問(wèn)答》、《起重設(shè)備維修問(wèn)答》、《輸送設(shè)備維修問(wèn)答》4 種；2005 年出版了《工廠電氣設(shè)備維修問(wèn)答》、《密封使用與維修問(wèn)答》、《設(shè)備潤(rùn)滑維修問(wèn)答》3 中。2006 年出版了《工程機(jī)械維修問(wèn)答》、《工業(yè)爐維修問(wèn)答》2 種。2007—2008 年出版了《泵類設(shè)備維修問(wèn)答》、《段壓設(shè)備維修問(wèn)答》、《鑄造設(shè)備維修問(wèn)答》3 種。2009 年已出版與將出版的有《空分設(shè)備維修問(wèn)答》、《壓力容器設(shè)備管理與維護(hù)問(wèn)答》、《工業(yè)管道及閥門維修問(wèn)答》。

正在編寫的有《礦山機(jī)械設(shè)備維護(hù)問(wèn)答》、《焦?fàn)t機(jī)械設(shè)備安裝與維護(hù)問(wèn)答》。

我們對(duì)積極參加組織、編寫和關(guān)心支持叢書編寫工作的同志表示感謝，也熱烈歡迎從事設(shè)備與維修工程的行家里手積極參加叢書的編寫工作，使這套叢書真正成為從事設(shè)備維修人員的良師益友。

編寫說(shuō)明

管道及閥門在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和人民生活中是不可缺少的設(shè)施。它涉及的領(lǐng)城較為廣泛，例如：熱能傳遞，給排水，各種氣體，液體和物料輸送。均要靠管道的輸送來(lái)完成。

從 20 世紀(jì) 50 年代開始，管道的接口采用焊接結(jié)構(gòu)代替螺紋聯(lián)接。管道的材質(zhì)從鑄鐵和碳鋼單一品種發(fā)展為多品種。僅從鋼的品種而言，就有碳鋼、合金鋼、耐熱鋼、耐酸鋼、不銹鋼等。有色金姚管材有鋁及鋁合金、銅及銅合金、鉛及鉛合金等。非金屬管材有硬質(zhì)聚氯乙烯管、水泥管、石棒水泥管、耐酸陶瓷管等許多品種。焊接工藝技術(shù)也隨著管材有了新的發(fā)展。因此，甘道及閥門維修、安裝也有了新的要求和國(guó)家新的標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)。為此，中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)設(shè)備與維修工程分會(huì)和機(jī)械工業(yè)出版社組織編寫了《工業(yè)管道及悶門維修問(wèn)答》。

《工業(yè)管道及閥門維修問(wèn)答》 是結(jié)合我們的實(shí)踐。對(duì)《機(jī)修手冊(cè)》第 5 卷第 6 篇工業(yè)管道的修理進(jìn)行了修訂。并增加了管道及閥門維修、安裝必備的基本知識(shí)，以及新檢修標(biāo)準(zhǔn)和先進(jìn)維修方法，對(duì)管道及閥門的使用、維護(hù)、檢修都有一定指導(dǎo)作用。這是管道及閥門的管理、選用、維修、安裝人員必備的一本新書。

本書第 1、3、7 章由王鳳喜編寫，第 2、4 章由黃進(jìn)旗編寫，第 5 章由朱佺編寫，第 6 章由楊曉濱編寫，附錄由徐游編寫，孫先強(qiáng)也參加了部分編寫。全書由蔣世忠，曾翰林審稿。本書在編寫過(guò)程中得到中國(guó)策二重型機(jī)械集團(tuán)公司總經(jīng)理石柯，副總經(jīng)理曾祥東。裝備部長(zhǎng)郭國(guó)英等的熱情幫助和支持，在此表示感謝。

第 1 章 國(guó)內(nèi)外工業(yè)管道及閥門的現(xiàn)狀與發(fā)展

1-1 管道完整性管理技術(shù)的最新發(fā)展如何？

答：近年來(lái)，國(guó)外在管道完整性管理方面開展了大量的研究和實(shí)踐。在 2006 年召開的國(guó)際管道會(huì)議上，介紹了美國(guó)管道完整性管理的最新進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)，包括管道完整性管理的進(jìn)展與實(shí)踐、直接評(píng)價(jià)技術(shù)、內(nèi)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)展等方面，并對(duì)我國(guó)開展管道完整性管理工作提出了建議。

（1）概述

國(guó)際管道會(huì)議（International Pipeline Conference）是由美國(guó)機(jī)械工程師學(xué)會(huì)（ASME）主辦的全球油氣管道工業(yè)界的盛會(huì)。2006 年 9 月 24~29 日，國(guó)際管道會(huì)議在加拿大卡爾加里市舉行。管道完整性管理 PIM（Pipeline Integrity Management），在此會(huì)議上依然是國(guó)際管道工業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)，論文多大 95 篇，內(nèi)容涉及管道完整性管理及技術(shù)的各個(gè)方面，體現(xiàn)了管道完整性管理的最新進(jìn)展。

根據(jù)此會(huì)議情況，對(duì)美國(guó)危險(xiǎn)液體管道完整性管理檢查工作、直接評(píng)價(jià)技術(shù)和內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的最新進(jìn)展和發(fā)展方向進(jìn)行了分析，并針對(duì)上述方面對(duì)我國(guó)開展管道完整性管理工作提出建議。

（2）對(duì)危險(xiǎn)液體管道完整性管理工作的檢查

2002 年 11 月，美國(guó)國(guó)會(huì)通過(guò)了專門的 H.R.3609 號(hào)法案—《管道安全增進(jìn)法》，并于 2002 年 12 月 27 日 經(jīng)總統(tǒng)簽署后生效。此法案要求管道運(yùn)營(yíng)商在出現(xiàn)安全后果嚴(yán)重地區(qū)實(shí)施管道完整性管理計(jì)劃，按照管道長(zhǎng)度對(duì)管道進(jìn)行了分類：長(zhǎng)度超過(guò) 804km（500mile）的為一類管道，長(zhǎng)度小于804km（500mile）的為二類管道。要求運(yùn)營(yíng)商在 2004 年 9 月 30 日前，完成一類管道 50% 的基線評(píng)價(jià)；在 2005 年 8 月 16 日前，完成二類管道 50% 的管道基線評(píng)價(jià)。

為檢查管道運(yùn)營(yíng)商對(duì)法案的執(zhí)行情況及進(jìn)一步推進(jìn)完整性管理，美國(guó)管道和危險(xiǎn)物質(zhì)管理局（PHMSA）從 2002 年 9 月開始，對(duì)危險(xiǎn)液體管道完整性管理的實(shí)施情況進(jìn)行了首輪檢查。在首輪檢查中，PHMSA 完成了所有一類管道以及部門二類管道的檢查。截止 2005 年 12 月，并完成了 175 個(gè)危險(xiǎn)液體管道的首輪檢查，管道合計(jì) 273104km（169841mile），其中以確定為出現(xiàn)安全后果嚴(yán)重地區(qū)的為 121534km（75581mile）。在總結(jié)首輪檢查經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，從 2005 年中期開始，PHMSA 及其州屬管道安全機(jī)構(gòu)開始對(duì)危險(xiǎn)液體管道進(jìn)行第二輪檢查，重點(diǎn)在于落實(shí)首輪檢查中發(fā)現(xiàn)的需要改進(jìn)的地方以及高風(fēng)險(xiǎn)因素。

1）檢查內(nèi)容：根據(jù)《風(fēng)險(xiǎn)管理示范綱要》、《系統(tǒng)完整性檢查指導(dǎo)綱要》，以及 APLI160《危險(xiǎn)液體管道完整性管理》標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)管道運(yùn)營(yíng)商建立完整性管理體系的要求。檢查內(nèi)容包括：①檢查完整性管理方案的程序、執(zhí)行情況和文檔編制；②檢查管道運(yùn)營(yíng)商完成的完整性評(píng)價(jià)；③檢查內(nèi)檢測(cè)結(jié)果及問(wèn)題識(shí)別；④檢查修復(fù)和減緩計(jì)劃；⑤確認(rèn)是否按法規(guī)要求的時(shí)間進(jìn)行修復(fù)；⑥檢查試壓記錄是否按聯(lián)邦法規(guī) 49CFR495 執(zhí)行，檢查運(yùn)營(yíng)商對(duì)所有實(shí)驗(yàn)失效的評(píng)估；⑦確認(rèn)預(yù)防和減緩措施是否得到執(zhí)行；⑧檢查組進(jìn)一步對(duì)資產(chǎn)、實(shí)際修復(fù)、直接評(píng)價(jià)及完整性管理方案相關(guān)的內(nèi)容進(jìn)行全面監(jiān)督。

2）檢查結(jié)果：絕大多數(shù)管道運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)建立并執(zhí)行了完整性管理體系，基本掌握了后果嚴(yán)重地區(qū)的管段，并按照規(guī)則要求，對(duì)這些地區(qū)進(jìn)行了完整性評(píng)價(jià)。截止 2005 年 12 月，已經(jīng)完成了 86% 的危險(xiǎn)液體管道的基線評(píng)價(jià)，只有極少數(shù)運(yùn)營(yíng)商未在最后時(shí)限前完成 50% 管段的完整性評(píng)價(jià)。在首輪檢查中，PHMSA 對(duì) 1200 個(gè)需要“立即修復(fù)”的缺陷處理情況進(jìn)行了核實(shí)。除需要立即修復(fù)或 60 天、180 天之內(nèi)必須修復(fù)的情況外，運(yùn)營(yíng)商也修復(fù)了大量的其他異常情況，運(yùn)營(yíng)商也修復(fù)了大量的其他異常情況。行業(yè)數(shù)據(jù)顯示，2004 年共有 11674 種情況被修復(fù)或減緩，包括影響后果嚴(yán)重地區(qū)和非影響區(qū)域。

PHMSA 總結(jié)首輪檢查經(jīng)驗(yàn)，就以下方面提出了改進(jìn)意見：①數(shù)據(jù)整合。有效的數(shù)據(jù)整合是完整性管理的關(guān)鍵，目前已經(jīng)開發(fā)了一些工具和方法，對(duì)不同類型數(shù)據(jù)進(jìn)行組合分析，但這方面的工作還處于開始階段。②對(duì)內(nèi)檢測(cè)結(jié)果的響應(yīng)。部分運(yùn)營(yíng)商沒有利用內(nèi)檢測(cè)的結(jié)果進(jìn)行分析，未及時(shí)根據(jù)內(nèi)檢測(cè)結(jié)果制定并執(zhí)行修復(fù)或減緩計(jì)劃，從而影響了對(duì)內(nèi)檢測(cè)結(jié)果的有效利用。③風(fēng)險(xiǎn)分析。多數(shù)運(yùn)營(yíng)商已應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)分析技術(shù)，對(duì)進(jìn)行基數(shù)評(píng)價(jià)的管道進(jìn)行排序；但一些運(yùn)營(yíng)商所運(yùn)用的風(fēng)險(xiǎn)模型，還沒有覆蓋管道風(fēng)險(xiǎn)的全部范圍，仍然需要改進(jìn)分析方法以覆蓋所有風(fēng)險(xiǎn)，尤其是要整合所有數(shù)據(jù)來(lái)恰當(dāng)?shù)卦u(píng)價(jià)管道風(fēng)險(xiǎn)。④預(yù)防和減緩措施。首輪檢查中發(fā)現(xiàn)許多運(yùn)營(yíng)商缺乏預(yù)防和減緩措施的分析，包括對(duì)撿漏能力及緊急情況處理能力的評(píng)估。在已經(jīng)開始的第二輪檢查中，還未見到明顯的改進(jìn)。⑤持續(xù)的評(píng)估和評(píng)價(jià)。完成基線評(píng)價(jià)后，在如何合理確定周期評(píng)價(jià)的時(shí)間間隔方面，需要進(jìn)行進(jìn)一步研究，應(yīng)著重于分析運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行周期評(píng)價(jià)的實(shí)施效果。⑥完整性管理實(shí)施細(xì)則。APLI160 是完整性管理的通用標(biāo)準(zhǔn)，運(yùn)營(yíng)商還應(yīng)建立實(shí)施細(xì)則，以增強(qiáng)完整性管理的有效性。⑦完整性決策和分析的技術(shù)基礎(chǔ)。運(yùn)營(yíng)商仍然沒有充分的利用歷史數(shù)據(jù)，來(lái)決定風(fēng)險(xiǎn)因素和再評(píng)價(jià)；另外，對(duì)歷史數(shù)據(jù)不充分情況下的決策分析方法有待改進(jìn)。PHMSA 希望有更多的技術(shù)和方法，作為完整性決策和分析的基礎(chǔ)。⑧完整性程序文件。文件編制的完整性和質(zhì)量，是完整性程序的關(guān)鍵要素。許多運(yùn)營(yíng)商對(duì)評(píng)價(jià)記錄、修復(fù)記錄、文件的編制過(guò)程、技術(shù)驗(yàn)證、決策基礎(chǔ)缺乏足夠的重視。

（3）直接評(píng)價(jià)技術(shù)的進(jìn)展

內(nèi)檢測(cè)、試壓、直接評(píng)價(jià)是管道完整性評(píng)價(jià)的三種主要方法。盡管智能檢測(cè)器在不斷更新，但仍有許多管道不能使用內(nèi)檢測(cè)設(shè)備，試壓法是針對(duì)一些特定管道的評(píng)價(jià)方法，但要求管道在停輸狀態(tài)下使用。對(duì)無(wú)法進(jìn)行內(nèi)檢測(cè)和試壓的管道，可以選擇使用直接評(píng)價(jià)技術(shù)進(jìn)行完整性評(píng)價(jià)。與內(nèi)檢測(cè)、試壓等傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法相比，直接評(píng)價(jià)具有成本低、易實(shí)施等特點(diǎn)。近年來(lái)，許多管道運(yùn)營(yíng)商在完整性管理方案中，已經(jīng)列入了直接評(píng)價(jià)技術(shù)，例如：在 Gasunie 公司管轄的 12000km 的高壓管道中，僅有 50% 適合進(jìn)行管道內(nèi)檢測(cè)，該公司從 2005 年開始，對(duì)不適合內(nèi)檢測(cè)的管道進(jìn)行直接評(píng)價(jià)。

1）直接評(píng)價(jià)方法及相關(guān)技術(shù)：直接評(píng)價(jià)是一種把管道的物理特性、操作歷史與管道的檢測(cè)、檢查結(jié)果結(jié)合起來(lái)，采用不開挖檢測(cè)技術(shù)（一般為地上或間接檢測(cè)）、并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行開挖和檢查，來(lái)確定管道完整性的方法。一般分為預(yù)評(píng)價(jià)、間接檢測(cè)、直接檢查、后評(píng)價(jià)四個(gè)步驟：①預(yù)評(píng)價(jià)。通過(guò)數(shù)據(jù)收集和分析、確定直接評(píng)價(jià)是否可行，劃分評(píng)價(jià)區(qū)域和選擇間接檢測(cè)工具。②間接測(cè)評(píng)。主要為地面檢測(cè)，目的是確定涂層缺陷嚴(yán)重程度、其他異常及管道上已發(fā)生或可能發(fā)生腐蝕的區(qū)域。③直接檢查。根據(jù)間接檢查結(jié)果的分析，來(lái)選擇開挖點(diǎn)位置和數(shù)量，并在開挖后對(duì)管道表面直接檢查。④后評(píng)價(jià)。驗(yàn)證直接評(píng)價(jià)方法的有效性，并確定下一次評(píng)價(jià)的時(shí)間間隔。

直接評(píng)價(jià)按照管道的威脅因素，分為外腐蝕直接評(píng)價(jià)（ECDA）、內(nèi)腐蝕直接評(píng)價(jià)（ICDA）和應(yīng)力腐蝕開裂直接評(píng)價(jià)（SCCDA）。

ECDA 方法已較成熟。2002 年，美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)（NACE）提出了 ECDA 方法的推薦標(biāo)準(zhǔn) NACE RPO502-2002《管道外部腐蝕直接評(píng)價(jià)推薦作法》。

ICDA 方法分為三類，分別適用于干氣、濕氣和液體管道。目前針對(duì)干氣的 ICDA 方法，還有還有許多技術(shù)難題要克服。

SCCDA 方法步驟與 ECDA 相似，重點(diǎn)是識(shí)別容易發(fā)生 SCC 的情況和評(píng)估可疑的管道系統(tǒng)。此方法適用于高 pH 值的 SCC（傳統(tǒng)的）和接近中性 pH 值的 SCC（新型 SCC）。目前，北美已著手建立應(yīng)力腐蝕開裂的直接評(píng)價(jià)方法。針對(duì)應(yīng)力腐蝕開裂壓力試驗(yàn)間隔時(shí)間的方法的研究也有了新的進(jìn)展。

直接評(píng)價(jià)方法是實(shí)施，需要間接檢測(cè)方法作為技術(shù)支持。為提高檢測(cè)可靠性，NACE 要求運(yùn)營(yíng)商使用兩種或更多間接檢測(cè)工具，已對(duì)檢測(cè)結(jié)果相互驗(yàn)證。

常用的間接評(píng)價(jià)及時(shí)有直流電位梯度檢測(cè)技術(shù)（DCVG）、密間隔電位檢測(cè)技術(shù)（CIPS）、交流電流衰減技術(shù)、電壓差技術(shù)等。

直接點(diǎn)位梯度檢測(cè)技術(shù)用來(lái)探測(cè)和查明涂層缺陷。其原理是：在施加了陰極保護(hù)埋地管線上，電流經(jīng)過(guò)土壤介質(zhì)，流入管道防腐層破損而裸露的管道處，在管道防腐層破壞處地面上形成一個(gè)電壓梯度場(chǎng)。在接近破損裸露點(diǎn)部位，電流密度增大，電壓梯度增大。一般情況下、電壓梯度與裸露面積成正比例關(guān)系該技術(shù)能檢測(cè)出較小的防腐層破損點(diǎn)、并可以精確定位，誤差為 ±15cm。這是世界上比較先進(jìn)的埋地管道防腐層缺陷測(cè)試技術(shù)。

密間隔電位檢測(cè)技術(shù)是當(dāng)今尖端的檢測(cè)技術(shù)之一，是一種用來(lái)提供管道對(duì)地電位與距離關(guān)系的地面檢測(cè)技術(shù)，能指示管道沿線的陰極保護(hù)效果，指出缺陷的嚴(yán)重性，并自動(dòng)采集數(shù)據(jù)。其缺點(diǎn)是工作人員需攜檢測(cè)設(shè)備沿管道連續(xù)測(cè)量，其檢查結(jié)果不能指示圖層的剝離情況，還可能受到干擾電流的影響使用范圍受到一定的限制。

交流電流衰減技術(shù)采用等效電流原理，來(lái)評(píng)價(jià)防腐層絕緣電阻。當(dāng)外加交流電流流過(guò)管道時(shí)，在管道周圍產(chǎn)生相應(yīng)的磁場(chǎng)。當(dāng)管道外防腐層完好時(shí)，隨著管道的延伸，電流較平衡，無(wú)電流流失現(xiàn)象或流失較少，其管道周圍產(chǎn)生的磁場(chǎng)比較穩(wěn)定；當(dāng)管道外防腐涂層破損或老化時(shí)，在破損處就會(huì)有電流流失現(xiàn)象，隨著管道的延伸，其在管道周圍磁場(chǎng)的強(qiáng)度就會(huì)減弱，這是目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用比較成熟的一種檢測(cè)方法，可長(zhǎng)間距快速探測(cè)整條管線的防腐層狀況，也可縮短間距對(duì)損破點(diǎn)進(jìn)行定位。

電流差檢測(cè)技術(shù)原理是：在管道與大地之間施加的交變電壓信號(hào)，通過(guò)管道防腐層破損點(diǎn)處時(shí)，會(huì)流失在大地土壤中；因而電流密度隨著遠(yuǎn)離破損點(diǎn)的距離而減小，在破算點(diǎn)的上方地表面形成了一個(gè)交流電壓梯度，經(jīng)過(guò)濾波放大后，顯示檢測(cè)結(jié)果。

根據(jù) 2006 年國(guó)際管道會(huì)議上戰(zhàn)士的最新研究結(jié)果，美國(guó)西南研究院和 CC 技術(shù)公司，開發(fā)了應(yīng)用薄膜腐蝕傳感器與移動(dòng)無(wú)線技術(shù)相結(jié)合的檢測(cè)管道內(nèi)腐蝕的技術(shù)；中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司，開發(fā)了應(yīng)用超聲導(dǎo)波測(cè)量管道涂層內(nèi)腐蝕技術(shù)；PETROBRAS 公司開發(fā)了應(yīng)用聲學(xué)發(fā)射技術(shù)的直接評(píng)價(jià)方法；Trans Canada 公司開發(fā)出了應(yīng)用磁學(xué)的金屬損失檢測(cè)工具等。目前，結(jié)合 DCVC、CIPS、后處理差分全球定位系統(tǒng)（dGPS）三種技術(shù)的新型檢測(cè)設(shè)備正在研發(fā)之中。

2）直接評(píng)價(jià)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)（NACE）正在或已經(jīng)編制了ECDA、DG-ICDA（干氣）、WG-ICDA（濕氣）和 SCCDA 標(biāo)準(zhǔn)。ECDA 標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)完成，也會(huì)并入該項(xiàng)規(guī)則。NACE 關(guān)于 DG-ICDA 的標(biāo)準(zhǔn)有望在近期出臺(tái)；WG-ICDA 和液體管道 ICDA 的初稿還處于編制的前期階段，有望在 NACE 2007年國(guó)際腐蝕會(huì)議上進(jìn)行討論。

3）專題研究工作：為加強(qiáng)完整性相關(guān)技術(shù)的研究，美國(guó)國(guó)會(huì)加大了對(duì) PHMSA 管道安全研發(fā)項(xiàng)目的支持力度。經(jīng)過(guò)過(guò)會(huì)的授權(quán)，PHMSA 重點(diǎn)資助了一些研發(fā)項(xiàng)目，以加強(qiáng)美國(guó)能源運(yùn)輸和配送管道的安全性、可靠性和合乎環(huán)境要求的操作工藝的解決方案。從 2002 年開始，PHMSA 一共支持了 25 個(gè)與直接評(píng)價(jià)技術(shù)相關(guān)的研發(fā)項(xiàng)目，一些工業(yè)組織、管道運(yùn)營(yíng)商、管理者和研究機(jī)構(gòu)共同為這些項(xiàng)目提供了近 1400 萬(wàn)美元的資助。這些項(xiàng)目由美國(guó)、加拿大和歐洲的研究機(jī)構(gòu)分別承擔(dān)，重點(diǎn)在于擴(kuò)大直接評(píng)價(jià)的應(yīng)用范圍，以及在直接評(píng)價(jià)過(guò)程中各項(xiàng)完整性技術(shù)的整合。國(guó)際管道研究會(huì)（PRCI）、美國(guó)天然氣協(xié)會(huì)（AGA）和美國(guó)能源部州際天然氣協(xié)會(huì)（INGAA）等組織，也對(duì)許多企業(yè)和項(xiàng)目進(jìn)行了贊助。

這些專題研究包括了實(shí)際效果研究、間接檢測(cè)設(shè)備應(yīng)用效果、流體力學(xué)模型、直接評(píng)價(jià)的不正確性和可靠性、對(duì)實(shí)踐的總結(jié)等，具體有以下幾個(gè)方面：①對(duì) ECDA 和內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，以對(duì) ECDA 方法進(jìn)行驗(yàn)證；通過(guò)實(shí)例論證 NACE 發(fā)布推薦的有效性；對(duì)復(fù)合管、光管、巖石區(qū)和其他難以進(jìn)行 ECDA 評(píng)價(jià)的情況進(jìn)行試驗(yàn)；對(duì)不合適進(jìn)行 ECDA 評(píng)價(jià)的條件進(jìn)行研究；針對(duì)難以進(jìn)行 ECDA 的區(qū)域開發(fā)機(jī)器人系統(tǒng)。②檢查驗(yàn)證 DG-ICDA 作為預(yù)測(cè)內(nèi)腐蝕位置的方法，開展對(duì) WG-ICDA 的初步研究。③評(píng)估導(dǎo)波技術(shù)的有效性，研究對(duì)遠(yuǎn)距離超聲導(dǎo)波信號(hào)的增強(qiáng)及區(qū)域擴(kuò)大可能性的評(píng)估；遠(yuǎn)距離超聲導(dǎo)波與計(jì)算機(jī)終端的數(shù)據(jù)處理和通信系統(tǒng)結(jié)合技術(shù)；加大地面檢測(cè)管壁金屬損失工具的研發(fā)力度，使之能與智能檢測(cè)器技術(shù)抗衡。

PHMSA 和美國(guó)管道安全代表協(xié)會(huì)（NAPSR），聯(lián)合組織美國(guó)能源部州際天然氣協(xié)會(huì)（INGAA）、美國(guó)天然氣協(xié)會(huì)（AGA）、美國(guó)腐蝕工程師協(xié)會(huì)（NACE）、美國(guó)民用天然氣協(xié)會(huì)（APGA）舉辦了論壇，專題討論與天然氣完整性相關(guān)的直接評(píng)價(jià)技術(shù)。PHMSA 向管理者和行業(yè)推介直接評(píng)價(jià)研發(fā)的現(xiàn)狀，提供直接評(píng)價(jià)實(shí)施的典型案例。并討論 NACE 有關(guān) ECDA、ICDA、SCCDA 標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)展情況。

直接評(píng)價(jià)技術(shù)將不斷為現(xiàn)在難以評(píng)價(jià)的區(qū)域，提供改進(jìn)了的解決方案。直接評(píng)價(jià)不僅作為一種制藥的評(píng)價(jià)工具，同時(shí)作為智能檢測(cè)器和試壓的輔助工具，將具有更加廣泛的應(yīng)用前景。

（4）內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)展以及存在的問(wèn)題

隨著完整性管理的發(fā)展，需要精確可靠的數(shù)據(jù)，來(lái)執(zhí)行先進(jìn)的完整性評(píng)價(jià)計(jì)劃和優(yōu)化方法；對(duì)內(nèi)檢測(cè)器的精確性、可靠性、可重復(fù)性、可對(duì)比性以及高分辨率等方面，提出了更高的要求。各種檢測(cè)技術(shù)不斷發(fā)展，應(yīng)用各種原理的管道智能內(nèi)檢測(cè)不斷更新，內(nèi)檢測(cè)技術(shù)取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，但仍然存在一些問(wèn)題。

1）裂紋內(nèi)檢測(cè)技術(shù)：目前最適合于檢測(cè)裂紋的技術(shù)是超聲波方法，脈沖波在管道內(nèi)表面和表面反向產(chǎn)生周向橫波；如果脈沖遇到裂紋，他就會(huì)原路返回并被變換器接收，由此檢測(cè)到該裂紋的存在。其主要優(yōu)點(diǎn)是能夠提供對(duì)管壁的定量檢測(cè)，具有較高的數(shù)據(jù)精度和置信度；缺點(diǎn)是需要耦合劑，應(yīng)用于輸氣管道時(shí)較復(fù)雜。

德國(guó) ROSEN 公司研發(fā)出一種新型高分辨率超聲波檢測(cè)器。該探測(cè)器使用電磁聲波傳感檢測(cè)技術(shù)（EMAT）,提供了能有效和精確地檢測(cè)裂紋的新方法。研究人員花費(fèi) 2 年的時(shí)間，驗(yàn)證 EMAT 傳感器的技術(shù)和設(shè)計(jì)，從實(shí)驗(yàn)室獲得的大量數(shù)據(jù)，證明了 EMAT 作為探測(cè)管道應(yīng)力腐蝕開裂和其他結(jié)構(gòu)缺陷的可行性。這一新型檢測(cè)器已經(jīng)通過(guò)了工業(yè)試驗(yàn)，可以判斷 SCC、涂層剝落、其他裂紋缺陷、異常溝槽、人為缺陷等。該技術(shù)最大優(yōu)點(diǎn)是借助電子聲波傳感器，代替了傳統(tǒng)的壓電傳感器，使超聲波能在一種彈性導(dǎo)電介質(zhì)中得到激勵(lì)，不需要機(jī)械接觸或液體耦合，是適用于天然氣管道的超聲裂紋檢測(cè)器，其檢測(cè)指標(biāo)見表 1-1。

注：D 為管徑

傳統(tǒng)的裂紋探測(cè)器可檢測(cè)的裂紋長(zhǎng)度最小臨界值為 30mm。由表 1-1 可見，新型檢測(cè)器的裂紋長(zhǎng)度最小臨界值達(dá)到 20mm。

2）同時(shí)進(jìn)行金屬損失和裂紋的內(nèi)檢測(cè)技術(shù)；金屬損失及裂紋是管道的兩大主要缺陷，存在于管道的整個(gè)生命周期內(nèi)。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，管道運(yùn)營(yíng)商必須分別使用裂紋探測(cè)儀和金屬損失檢測(cè)儀，對(duì)管道的金屬損失和裂紋進(jìn)行檢測(cè)，這會(huì)花費(fèi)巨大的精力和財(cái)力。

2006 年的國(guó)際管道會(huì)議上，美國(guó) GE-P Ⅱ 和德國(guó) NDP 公司分別推出了一種先進(jìn)的內(nèi)檢測(cè)器。應(yīng)用新一代超聲、電子技術(shù)與相控陣技術(shù)相結(jié)合，對(duì)超聲波傳感器進(jìn)行了全新的設(shè)計(jì)，把金屬損失、壁厚及裂紋檢測(cè)功能融為一體，實(shí)現(xiàn)了一次通過(guò)可以同時(shí)檢測(cè)出管道的腐蝕和裂紋。

該技術(shù)的特點(diǎn)是：電子設(shè)施控制的超聲波束允許一次通過(guò)檢測(cè)金屬損失和裂紋；優(yōu)化的傳感器、超聲波束及大量的測(cè)量通道，實(shí)現(xiàn)了覆蓋整個(gè)管壁圓周的高分辨率；可敏感地探測(cè)小的凹陷和腐蝕造成的裂紋。

相控陣技術(shù)與傳統(tǒng)超聲技術(shù)相比，報(bào)本改進(jìn)在于：傳統(tǒng)無(wú)損檢測(cè)技術(shù)使用的超聲波束的形狀及傳播方向．被每個(gè)傳感器所固定，每個(gè)獨(dú)立的傳感器被固定排列，如果測(cè)量條件改變，則必須改變傳感器的排列類型；相控陣技術(shù)所使用的傳感器的排列和發(fā)射模式是程序化的，每個(gè)獨(dú)立的傳感器具有可以發(fā)射不同方向及不同聲束特性的功能，當(dāng)測(cè)量條件發(fā)生變化時(shí)，超聲波束的設(shè)置全部由計(jì)算機(jī)界面執(zhí)行操作，不需要再對(duì)傳感器進(jìn)行人工校準(zhǔn)。

GE-P Ⅱ 公司的一次通過(guò)可同時(shí)檢測(cè)金屬損失及裂紋的新一代超聲波檢測(cè)器，已經(jīng)在 2005 年 3 月應(yīng)用于歐洲一條管徑為 609.6mm（24in）的成品油管道，并于 2005 年 9月，對(duì)北美一條管徑為 863.6mm（34in）的原油管道進(jìn)行了檢測(cè)。這兩條管道以前均使用過(guò)金屬損失檢測(cè)器和裂紋檢測(cè)器，與以往的檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比表明，可以是圓周分辨率從 8mm 提高到 3.3mm。相控超聲技術(shù)內(nèi)檢測(cè)器不僅分辨率高，節(jié)約時(shí)間和費(fèi)用，同時(shí)檢測(cè)數(shù)據(jù)具有高效的精確度和可靠度。

3）機(jī)械損傷檢測(cè)技術(shù)：機(jī)械損傷來(lái)自對(duì)管道表面的直接沖擊，包括巖石與管道的直接接觸、不適當(dāng)?shù)慕ㄔO(shè)行為以及第三方挖掘等。有些損傷在未被發(fā)現(xiàn)情況下會(huì)維持相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間，從而進(jìn)一步形成腐蝕或裂紋，有可能導(dǎo)致管道以后的失效。目前，機(jī)械損傷已經(jīng)成為導(dǎo)致管道失效的主要原因之一。管道運(yùn)營(yíng)商希望通過(guò)使用適當(dāng)?shù)膬?nèi)檢測(cè)工具，可以檢測(cè)各種原因造成的、影響管道有效內(nèi)徑的幾何異�，F(xiàn)象，并確定其程度和位置。

最近兩年，幾何檢測(cè)要求提高了，其中對(duì)凹陷尺寸的最小要求是：高分辨率的幾何工具應(yīng)該能夠探測(cè)和定位深度大于等于 6.35mm（0.25in）的凹陷，而再用的幾何檢測(cè)器現(xiàn)狀是：對(duì)橢圓變形和大的變形難以提供凹陷評(píng)價(jià)的有效信息，基于 78 例現(xiàn)場(chǎng)挖掘證實(shí)，其探測(cè)率僅為 32%，無(wú)法滿足要求；對(duì)凹陷和橢圓變形的特征仍然沒有一個(gè)適當(dāng)?shù)娜毕菰u(píng)價(jià)技術(shù)。對(duì)凹陷和機(jī)械損傷的高質(zhì)量?jī)?nèi)檢測(cè)過(guò)程，應(yīng)能提供要求的信息，如凹陷的幾何形狀和數(shù)據(jù)，這些都對(duì)探測(cè)器機(jī)械損傷的內(nèi)檢測(cè)提出了更高的要求。

漏磁（MFL）技術(shù)應(yīng)用于管道內(nèi)檢測(cè)，已有超過(guò) 40 年的時(shí)間，一般用來(lái)探測(cè)腐蝕造成的金屬損失，是目前最適宜的腐蝕檢測(cè)技術(shù)；但由于機(jī)械損傷產(chǎn)生的漏磁信號(hào)，不能很好地判斷的 MFL 技術(shù)很少用于檢測(cè)機(jī)械損傷帶來(lái)的缺陷，在識(shí)別第三方破壞方面效果不佳。來(lái)自凹陷的漏磁信號(hào)的解釋困難由以下原因造成：機(jī)械損傷的漏磁信號(hào)在幾何和應(yīng)力的作用下是重疊的；機(jī)械損傷區(qū)域的應(yīng)力分布十分復(fù)雜，包括塑性變形和殘余應(yīng)力。

由于樓此技術(shù)被認(rèn)為是最具有成本效率的內(nèi)檢測(cè)方法。管道運(yùn)營(yíng)商、管理者和研發(fā)人員都希望提高漏磁技術(shù)檢測(cè)機(jī)械損傷的靈敏度，從而使漏磁探測(cè)技術(shù)有效應(yīng)用于機(jī)械損傷缺陷的識(shí)別。目前該項(xiàng)工作有了以下新的發(fā)展：①德國(guó) ROSEN 公司開發(fā)出用于內(nèi)檢測(cè)器的新一代幾何傳感器，可以提供高精度的管道內(nèi)部輪廓的幾何數(shù)據(jù)，如能探測(cè)到的最小凹陷是 4.47mm（0.176in）。這種傳感器結(jié)合了非接觸遠(yuǎn)距離測(cè)量法與測(cè)徑器手臂的優(yōu)勢(shì)，允許傳感器在高動(dòng)態(tài)運(yùn)行載荷作用下工作；該傳感器與導(dǎo)航器、高分辨率漏磁檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，推進(jìn)了機(jī)械損傷檢測(cè)工具的發(fā)展。②加拿大 BJ 公司開展了基于三軸漏磁信號(hào)是識(shí)別凹陷特性的研究。應(yīng)用三軸樓此工具檢測(cè)小凹陷（深度少于直徑 1%）的技術(shù)已經(jīng)有了重大進(jìn)展，其檢測(cè)能力已在現(xiàn)場(chǎng)挖掘中得到了驗(yàn)證。該項(xiàng)技術(shù)目前具有國(guó)際領(lǐng)先水平。

4）金屬損失檢測(cè)技術(shù)：過(guò)去幾年里，人們重點(diǎn)關(guān)注了金屬腐蝕的最小檢測(cè)深度；而現(xiàn)在對(duì)于金屬損失普遍關(guān)注的，是對(duì)腐蝕引起的金屬損失的探測(cè)、定位和尺寸測(cè)定。早期的漏磁檢測(cè)工具僅能探測(cè)大面積的腐蝕或腐蝕群。由于檢測(cè)其設(shè)計(jì)、傳感器、電子學(xué)和其他要素的改進(jìn)，新型檢測(cè)工具已經(jīng)具有探測(cè)小缺陷能力，預(yù)測(cè)的缺陷尺寸也更加精確，并通過(guò)多種途徑進(jìn)行了很大的改進(jìn)，如大多數(shù)低分辨率檢測(cè)器，測(cè)量漏磁場(chǎng)僅在一個(gè)單一方向，現(xiàn)在高分辨率檢測(cè)器的檢測(cè)范圍是兩個(gè)或是三個(gè)相互垂直的方向，取樣率、特定距離收集的數(shù)據(jù)樣本和時(shí)間間隔也大大增大。

加拿大 BJ 公司應(yīng)用三軸漏磁技術(shù)的軸向磁場(chǎng) MFL 檢測(cè)器研究，有了一定的進(jìn)展。在三軸傳感器中，有三個(gè)單獨(dú)的、互相垂直的傳感方向；軸向傳感器記錄沿管道的平行方向；徑向傳感器記錄管道垂直方向；環(huán)向傳感器記錄圓周方向。第四個(gè)傳感器稱為旋轉(zhuǎn)傳感器，被用來(lái)識(shí)別內(nèi)外部的區(qū)別，也幫助識(shí)別和進(jìn)行特征分類。這類高分辨率漏磁檢測(cè)器，可識(shí)別的金屬損失特征有金屬增長(zhǎng)和金屬損失、復(fù)雜腐蝕情況、延長(zhǎng)的軸向缺陷、制造缺陷、建設(shè)缺陷、焊縫裂紋、凹陷、折皺、圓鑿、圓周裂紋等。一般認(rèn)為凹陷、折皺等管道凹陷無(wú)法被 MFL 識(shí)別，因此漏磁技術(shù)中關(guān)于非腐蝕特征的進(jìn)一步研究變得更加重要，這仍是目前漏磁技術(shù)研究的方向

5）內(nèi)檢測(cè)技術(shù)存在的問(wèn)題及發(fā)展方向：經(jīng)過(guò)多年應(yīng)用，內(nèi)檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為評(píng)價(jià)管道缺陷和確保管道完整性的首選技術(shù)。高分辨率的內(nèi)檢測(cè)器（幾何、腐蝕、裂紋）可探測(cè)、定位、測(cè)量并顯示管壁上的異常。這些異常可以表示為幾何變形（凹陷、圓鑿、橢圓變形、折皺、彎曲）、腐蝕、裂紋和其他缺陷。但是、研究世界上最近發(fā)生的危險(xiǎn)液體和天然氣管道事故，卻發(fā)現(xiàn)一些內(nèi)檢測(cè)結(jié)論為可繼續(xù)運(yùn)行的管道，在內(nèi)檢測(cè)后的 6~12 個(gè)月內(nèi)就發(fā)生了失效事故。

2005 年，美國(guó)管道安全辦公室發(fā)布的數(shù)據(jù)表明，這些經(jīng)過(guò)檢測(cè)卻很快出現(xiàn)故障的管道，失效原因中，缺陷未被探測(cè)到的占 51%；對(duì)缺陷特征低估的占 32.3%；錯(cuò)誤辨識(shí)的占 16.7%。這種現(xiàn)象對(duì)內(nèi)檢測(cè)器及相應(yīng)的內(nèi)檢測(cè)器技術(shù)提出了質(zhì)疑，文獻(xiàn)指出了內(nèi)檢測(cè)器面臨的問(wèn)題和發(fā)展的問(wèn)題。

內(nèi)檢測(cè)其已經(jīng)從純粹的檢測(cè)工具，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋�(gè)精確地測(cè)量手段，目前面臨的問(wèn)題如下：①管道測(cè)量的目標(biāo)處在一個(gè)復(fù)雜、連續(xù)、變化的內(nèi)部環(huán)境（壓力、溫度、腐蝕等）和外部環(huán)境（周圍土壤、腐蝕、第三方干擾等）。②內(nèi)檢測(cè)器運(yùn)行過(guò)程中，其關(guān)鍵部件可能會(huì)失效，但無(wú)法及時(shí)更換。③智能檢測(cè)器的運(yùn)行參數(shù)不穩(wěn)定，如速率、磁場(chǎng)、檢測(cè)期間傳感器故障。④實(shí)際存在的缺陷數(shù)量大于被內(nèi)檢測(cè)器檢測(cè)到的數(shù)量，缺陷的實(shí)際大小一般大于內(nèi)檢測(cè)器給出的數(shù)據(jù)。⑤創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)檢測(cè)方法與對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)非常困難。

分析以上情況，內(nèi)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)該在以下方面進(jìn)行改進(jìn)：①需要進(jìn)一步改進(jìn)內(nèi)檢測(cè)器的基本原理和技術(shù)，以改進(jìn)現(xiàn)有內(nèi)檢測(cè)技術(shù)存在的未探測(cè)到、低估危險(xiǎn)及錯(cuò)誤辨識(shí)等方面的性能。②對(duì)內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整體的統(tǒng)計(jì)分析，確定內(nèi)檢測(cè)遺漏和錯(cuò)誤辨識(shí)的缺陷的數(shù)量、尺寸和位置，評(píng)價(jià)內(nèi)檢測(cè)器檢測(cè)到的缺陷的實(shí)際數(shù)量和尺寸。③對(duì)各種內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)的差異進(jìn)行對(duì)比分析，以對(duì)測(cè)量錯(cuò)誤進(jìn)行歸納、驗(yàn)證檢測(cè)器、現(xiàn)場(chǎng)和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)。

（5）工作建議

完整性管理是保證管道安全運(yùn)行的有效手段。中國(guó)管道行業(yè)已經(jīng)初步建立起完整性管理的理念，開始制定完整性實(shí)施計(jì)劃及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并已經(jīng)對(duì)陜京管道、廣東 LNG 管道等進(jìn)行了內(nèi)檢測(cè)實(shí)踐，取得了良好的效果。為了更好地開展完整性管理，現(xiàn)結(jié)合國(guó)際上完整性管理的最新進(jìn)展，提出以下建議。

1）提高對(duì)直接評(píng)價(jià)的重視程度。由于內(nèi)檢測(cè)技術(shù)適用范圍的局限性，相當(dāng)數(shù)量的管道需要通過(guò)直接評(píng)價(jià)技術(shù)進(jìn)行完整性評(píng)價(jià)。應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)直接評(píng)價(jià)技術(shù)的研究，適當(dāng)引進(jìn)直接評(píng)價(jià)技術(shù)，對(duì)不適合內(nèi)檢測(cè)評(píng)價(jià)的管道進(jìn)行完整性評(píng)價(jià)，提高完整性管理技術(shù)水平。

2）制定并監(jiān)督實(shí)施強(qiáng)制性的完整性評(píng)價(jià)計(jì)劃。在國(guó)內(nèi)缺乏強(qiáng)制性法律的情況下，各大石油公司應(yīng)該制定包括直接評(píng)價(jià)和內(nèi)檢測(cè)等評(píng)價(jià)方法在內(nèi)的完整性評(píng)價(jià)計(jì)劃，提出強(qiáng)制性要求，使管道完整性管理從試點(diǎn)逐步納入規(guī)范化管理的軌道。

3）加強(qiáng)行業(yè)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)。注重整個(gè)管道行業(yè)的管道失效等數(shù)據(jù)收集和分析，為完整性管理提供參考；在開展內(nèi)檢測(cè)實(shí)踐的基礎(chǔ)上、加強(qiáng)對(duì)內(nèi)檢測(cè)數(shù)據(jù)和結(jié)果的對(duì)比研究，提高對(duì)內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的認(rèn)識(shí)。

4）加大對(duì)完整性管理技術(shù)的研究力度。密切跟蹤國(guó)外最新技術(shù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，有計(jì)劃地開展直接評(píng)價(jià)技術(shù)和內(nèi)檢測(cè)技術(shù)的研究，加大研究投入，培育具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的評(píng)價(jià)技術(shù)。

1-2 十一五期間中國(guó)鋼管市場(chǎng)有哪些需求？

答：十五期間中國(guó)鋼管市場(chǎng)消費(fèi)結(jié)構(gòu)的變化，反映了十一五期間中國(guó)鋼管發(fā)展的經(jīng)濟(jì)背景，分析了中國(guó)鋼管市場(chǎng)主要用戶的要求，從宏觀層面對(duì)鋼管和鋼材市場(chǎng)的動(dòng)態(tài)比例關(guān)系進(jìn)行了評(píng)估，對(duì)十一五期間中國(guó)鋼管市場(chǎng)需求驚醒了預(yù)測(cè)。

（1）十五期間中國(guó)鋼管頁(yè)的發(fā)展情況

十五期間，中國(guó)鋼管產(chǎn)量由 1153.10×10⁴t/a 上升到 2614.11×10⁴t/a，五年間上升 1461.10×10⁴t/a，年均增加 292.2×10⁴t/a。由于產(chǎn)能不斷增加，從十五初期的生產(chǎn)能力不足，已轉(zhuǎn)為生產(chǎn)能力過(guò)剩。中國(guó)鋼管十五時(shí)期的產(chǎn)量和構(gòu)成比例見表 1-2。

由表 1-2 可知，五年來(lái)，鋼管產(chǎn)量和表觀消費(fèi)量平均以 22.46% 和 19.77% 的幅度高速增長(zhǎng)。2003 年以后，鋼管自給率逐漸呈供大于求的局面，即自給率大于百分之百進(jìn)口管。中國(guó)鋼鐵工業(yè)協(xié)會(huì)指出：管材在鋼材表觀消費(fèi)總量中的比例，2000 年為 6.61%，2005 年為 6.42%，變化不大。其中，無(wú)縫鋼管由 2000 年的凈出口 3×10⁴t，轉(zhuǎn)為 2005 年凈出口 71.4×10⁴t；焊接鋼管由 2000 年的凈出口 3×10⁴t，轉(zhuǎn)為 2005 年凈出口 124.5×10⁴t。管材在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的國(guó)產(chǎn)化率已達(dá) 95.5%。

十五期間中國(guó)鋼管業(yè)的發(fā)展情況表明，中國(guó)鋼管業(yè)已進(jìn)入供大于求的新階段。這給十一五期間中國(guó)鋼管業(yè)的發(fā)展以新的啟示。

（2）十一五期間鋼管市場(chǎng)需求分析和評(píng)估

1）十一五期間中國(guó)鋼管業(yè)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)背景：處于中國(guó)工業(yè)化由中期階段向后期階段的過(guò)渡時(shí)期，是中國(guó)鋼管業(yè)發(fā)展的拐點(diǎn)。這意味著鋼管產(chǎn)量和消費(fèi)量由高速增長(zhǎng)，過(guò)渡到持續(xù)、快速增長(zhǎng)，鋼管業(yè)發(fā)展的增速放慢。當(dāng)我國(guó)工業(yè)化基本實(shí)現(xiàn)時(shí)，鋼管產(chǎn)量和消費(fèi)產(chǎn)量將到達(dá)歷史峰值。這個(gè)時(shí)期，中國(guó)經(jīng)濟(jì)仍然只要是靠投資和外貿(mào)拉動(dòng)，由粗放型增長(zhǎng)方式向集約型增長(zhǎng)方式過(guò)渡。十一五期間中國(guó)鋼管業(yè)就處在這樣兩個(gè)過(guò)渡時(shí)期的發(fā)展階段。

十一五期間規(guī)劃經(jīng)濟(jì)發(fā)展的態(tài)勢(shì)是又好又快，其著力點(diǎn)是創(chuàng)新、節(jié)能和環(huán)保。至于 GDP 增長(zhǎng)率，十一五前兩年（2006 年和 2007年）預(yù)計(jì)分別是 10.7% 和 8%。平均為 9% 左右。預(yù)計(jì)后三年可能是 7.5%~8%。十一五期間 GDP 增長(zhǎng)率平均約為 8%。中國(guó)鋼鐵協(xié)會(huì)預(yù)測(cè) 2010 年我國(guó)粗鋼消費(fèi)達(dá)到 4.9×10⁸t，鋼材消費(fèi)達(dá)到 4.7×10⁸t。這個(gè)預(yù)測(cè)是在總結(jié)十五期間預(yù)測(cè)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)基礎(chǔ)上得出的。

2）十一五期間鋼管市場(chǎng)的需求評(píng)價(jià)：十一五期間，中國(guó)能源需求強(qiáng)勁是中國(guó)鋼管行業(yè)發(fā)展的直接動(dòng)力。預(yù)測(cè) 2010 年將消費(fèi)（25~33）×10⁸t 標(biāo)煤，十一五期間能源建設(shè)將投資 3.5 萬(wàn)億元。到 2020 年，我國(guó)能源工業(yè)累計(jì)投資將達(dá)到 10 萬(wàn)億元，從 2005 年起，每年投資 7000 多億元。其中 2020 年煤炭生產(chǎn)能力將達(dá)到 28×10⁸t，年均投資 700 億元；2010年石油產(chǎn)量將達(dá)到 1.8×10⁸t，年均投資 500 億元；2010 年天然氣產(chǎn)量達(dá)到 1100×10⁸m³，年均投資 300 億元；2010 年電力裝機(jī)，包括火電、水電、喝點(diǎn)、天然氣發(fā)電、風(fēng)電等新能源發(fā)電達(dá)到 7×10⁸Kw，年均投資 5000 多億元。

①煤炭用鋼管。煤炭用鋼管的數(shù)量比較大，用途也比較廣。按鋼管占 20% 來(lái)估計(jì)，支護(hù)用鋼管 2006~2010 年共用 990×10⁴t；礦用帶式輸送機(jī)拖輥等設(shè)備和排水、通風(fēng)用鋼管 130×10⁴t。由此可見，煤炭用鋼管共計(jì)約 1120×10⁴t。

②石油天然氣鋼管。石油天然氣用鋼管的主題市場(chǎng)是中石油、中石化和中海油三家石油巨頭，其用途主要是油井管、油氣長(zhǎng)輸管線鋼管。

2006~2010 年共計(jì)需油井管 1800×10⁴t。石油行業(yè)十一五期間油井管和管線鋼管用量之和約 3800×10⁴t。

③化工用鋼管。十一五期間無(wú)縫鋼管、焊管等共計(jì) 900×10⁴t。

④電力用鋼管，包括火電用鋼管（蒸汽管、高壓給水管等）、核電用管（傳熱管）、水電用鋼管（焊接鋼管、壓力管）、風(fēng)電用鋼管（焊管）、電網(wǎng)用鋼管（輸電塔一般用角鋼改為用焊管）。以上電力用鋼管 2006~2010 年總計(jì)需求量 575×10⁴t。

⑤鋼結(jié)構(gòu)用鋼管。鋼結(jié)構(gòu)的發(fā)展同城市化有密切的關(guān)系。華東、中南仍是我國(guó)鋼結(jié)構(gòu)消費(fèi)的主要區(qū)域，西北、西南地區(qū)的消費(fèi)比重呈增長(zhǎng)勢(shì)頭。十一五期間，中國(guó)城鎮(zhèn)化率將由 2005 年的 43%，上升到 2010 年的 47%，農(nóng)村人口轉(zhuǎn)移到城鎮(zhèn)約 8545×10⁴ 人，年需建筑用鋼約 2655×10⁴t。其中，東南部 844×10⁴t，中部 1046×10⁴t，西部 765×10⁴t。五年共需建筑用鋼材約 1.3275×10⁸t。

國(guó)內(nèi)一般以上的鋼材用于建筑行業(yè)，推算出 2006~2010 年，鋼結(jié)構(gòu)用鋼管需要 600~700×10⁴t。

⑥房地產(chǎn)用鋼管。房地產(chǎn)用鋼管包括三個(gè)方面：一是鋼結(jié)構(gòu)，見⑤中分析；二是城市地下給排水、熱力、通風(fēng)管道；三是住宅用來(lái)水鍍鋅鋼管。十一五期間城市地下水及熱力管網(wǎng)，年需鋼管平均約為 50×10⁴t；地面房屋用鍍鋅鋼管平均約需 800×10⁴t；十一五期間房地產(chǎn)用鋼管量約 4250×10⁴t。

⑦汽車工業(yè)用鋼管。2005 年我國(guó)汽車產(chǎn)量為 500×10⁴ 輛，2006 年達(dá)到 650×10⁴ 輛，2007 年可達(dá) 850×10⁴ 輛，2010 年將超過(guò) 900×10⁴ 輛。關(guān)于汽車用剛量的評(píng)估，按 2005 年汽車用鋼管 24×10⁴t（其中無(wú)縫管 16.91×10⁴t，焊管 7.09×10⁴t）來(lái)推算，十一五期間汽車用鋼管量約 160×10⁴t。

⑧造船工業(yè)用鋼管。目前世界造船市場(chǎng)處于發(fā)展的高峰期。在世界海運(yùn)貿(mào)易增長(zhǎng)的推動(dòng)下，尤其是在中國(guó)，石油、礦石進(jìn)口持續(xù)快速增長(zhǎng)和集裝箱貨運(yùn)增速上升的推動(dòng)下，2005 年我國(guó)制船行業(yè)產(chǎn)量突破 1222×10⁴t 載重噸，同比增長(zhǎng) 41.86%,占世界產(chǎn)量的 18.2%，2006 年造船產(chǎn)量為 1500×10⁴t 載重噸，用鋼材 600×10⁴t，其中管材占 7%，約為 42×10⁴t。2006~2010 年我國(guó)造船達(dá)到每年平均 830×10⁴t 載重噸，總計(jì)為 4152×10⁴t 載重噸。按 2006 年船用鋼管量為基數(shù)，推算十一五期間我國(guó)造船工業(yè)用鋼管量為 250×10⁴t。

⑨集裝箱行業(yè)用鋼管。我國(guó)集裝箱行業(yè)在產(chǎn)銷上已連續(xù) 14 年居世界第 1 位，生產(chǎn)集裝箱所用鋼材為耐候鋼，主要有熱軋薄板（1.6~6.0mm）、型鋼和焊管。預(yù)計(jì) 十一五期間集裝箱需求焊管將達(dá) 105×10⁴t。

⑩機(jī)械工業(yè)用鋼管。中國(guó)機(jī)械工業(yè)有龐大的內(nèi)需支持，同時(shí)其有明顯的國(guó)際比較優(yōu)勢(shì)，是今后國(guó)際重點(diǎn)振興的產(chǎn)業(yè)。到 2010 年將投資 3555 億元，占國(guó)民經(jīng)濟(jì)總投資的 4%，增長(zhǎng)速度為 47%，產(chǎn)銷總體呈平穩(wěn)發(fā)展趨勢(shì)。

機(jī)械工業(yè)的機(jī)床工業(yè)，歐、亞、美三足鼎立，歐洲勢(shì)強(qiáng)，德、日、美爭(zhēng)雄。機(jī)械工業(yè)發(fā)展如何，標(biāo)志著一個(gè)國(guó)家技術(shù)水平的高低。

機(jī)械工業(yè)鋼材用量的主要行業(yè)有：重型礦山機(jī)械、工程機(jī)械、通用機(jī)械、農(nóng)業(yè)機(jī)械、石油及化工機(jī)械。此外，還有零部件制造業(yè)，增速為 20%；制冷及空調(diào)機(jī)械制造業(yè)，增速為 15%~20%；環(huán)保機(jī)械制造業(yè)增速為 17%；文化辦公機(jī)械制造業(yè)增速為 15%；食品及包裝機(jī)械制造業(yè)增速為 10%~15%；液壓、氣動(dòng)、密封件制造業(yè)增速為 10%~15%；印刷機(jī)械制造業(yè)增速為 10%；軸承制造業(yè)增速為 8%~10%；內(nèi)燃機(jī)制造業(yè)增速為 5%~8%；工程機(jī)械制造業(yè)增速為 5%。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，機(jī)械行業(yè) 2004 年消耗鋼材 4500×10⁴t，2005 年消耗鋼材 5200×10⁴t。2006 年機(jī)械工業(yè)產(chǎn)銷同比增長(zhǎng) 15%，由此，預(yù)測(cè)十一五期間機(jī)械工業(yè)用鋼量為 2200×10⁴t 左右。

機(jī)械制造業(yè)用管以大中直徑、中厚壁碳結(jié)鋼和低合金鋼管、無(wú)縫鋼管為主。用無(wú)縫鋼管代替實(shí)心段坯制造缸、筒、軸、輥、滾筒、軸承、管模等中空體和結(jié)構(gòu)體，可節(jié)約鋼材 20%~30%。又如壓力容器、高壓氣瓶年需無(wú)縫鋼管約 10×10⁴t。機(jī)械用管中，大中直徑無(wú)縫鋼管約占 30%。近幾年，年消耗無(wú)縫鋼管（150~160）×10⁴t，約占無(wú)縫鋼管消費(fèi)的 15%。美國(guó)的機(jī)械結(jié)構(gòu)管消費(fèi)比例，1997 年為 29.4%，2002 年保持在 24%。隨著我國(guó)機(jī)械裝備業(yè)的發(fā)展，我國(guó)鋼管用于機(jī)械結(jié)構(gòu)管的比例還會(huì)增加，將達(dá)到 20% 左右。

⑪輕工業(yè)用鋼管。輕工業(yè)是我國(guó)凈出口量較大的行業(yè)，2005 年出口順差為 1400~1500 億元，增長(zhǎng)幅度較大。由于國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)激烈，需要鋼材品種升級(jí)換代。

輕工業(yè)用鋼管涉及自行車、影劇院、體育場(chǎng)館、會(huì)議廳設(shè)備（座椅等）、健身器材、家電、家具、醫(yī)療機(jī)械、小五金、旅游用品等。2005 年自行車用鋼材 185×10⁴t，其中焊管約 110×10⁴t，由此，預(yù)測(cè)十一五期間輕工業(yè)用鋼管約 880×10⁴t。

⑫鐵路（車輛）用鋼管。十一五期間將加大綜合交通運(yùn)輸體系投資力度投資總額 65219 億元增長(zhǎng) 18.6%。盡管如此，與國(guó)際交通運(yùn)輸發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍由較大差距。從路網(wǎng)密度來(lái)看，美國(guó)每萬(wàn)平方千米國(guó)土面積就有鐵路 200km，印度有 211km。我國(guó) 2005 年年底全國(guó)鐵路總營(yíng)業(yè)里程為 7.5×10⁴km，每萬(wàn)平方千米地面積鐵路僅為 78.11km。

十一五期間國(guó)家將繼續(xù)加大鐵路網(wǎng)建設(shè)，將重新線 1.7×10⁴km，相當(dāng)于八五、九五和十五總和的 1.3 倍。鐵路車輛由于主要干線提速，需要新購(gòu)機(jī)車 7300 臺(tái)，到 2010 年需新購(gòu)貨車 22×10⁴ 輛，新購(gòu)客車 2.6×10⁴ 輛。因此，未來(lái)幾年的鐵路車輛用鋼市場(chǎng)潛力巨大。

火車車廂用鋼管主要包括三個(gè)方面：一是車廂鋼結(jié)構(gòu)件，例如用方矩形鋼管制作箱梁；二是配管；三是為了提速、減重和安全，用鍛軋的空心軸代替實(shí)心軸。目前年需低和金鋼車軸（15~20）×10⁴t。

綜上所述，十一五期間鐵路（車輛）用鋼管約 200×10⁴t。

⑬港口建設(shè)用鋼管。我國(guó)鋼鐵工業(yè)正在向沿海地區(qū)發(fā)展，如鞍鋼、首鋼、唐鋼在沿海地區(qū)建設(shè)鋼鐵鋼鐵大廠，配套的港口建設(shè)正在發(fā)展之中。港口建設(shè)和跨海大橋都需要大量打樁用鋼管。例如，杭州灣跨海大橋用的打樁規(guī)格為 ø1016mm×16mm，管長(zhǎng) 72m，鋼管用量很客觀。螺旋焊管用于樁管較合適，一部分直縫埋弧焊管也可用于樁管。同時(shí)，鐵路建設(shè)中橋梁也很多，以京滬高速鐵路為例，就有 11 座特大橋需要大量打樁用管。預(yù)計(jì)十一五期間港頭、碼頭、橋梁需要用作樁管的鋼管月 250×10⁴t。

十一五期間我國(guó)鋼管出口量預(yù)計(jì)約 3000×10⁴t。

1-3 俄羅斯 ø1420mm 直縫焊管生產(chǎn)線如何？

答：俄羅斯聯(lián)合鋼鐵股份有限公司韋克松鋼鐵廠建成的 ø1420mm 直縫埋弧焊管生產(chǎn)線，主要設(shè)備有德國(guó) SMS MEER 公司提供，采用 JCO 成形工藝，可生產(chǎn)單焊縫和雙焊縫鋼管。由銑邊機(jī)、預(yù)彎?rùn)C(jī)、步進(jìn)成型機(jī)、預(yù)焊機(jī)、水壓試驗(yàn)機(jī)、無(wú)損檢測(cè)等設(shè)備組成。生產(chǎn)的 ø1420mm 焊管力學(xué)性能檢測(cè)試驗(yàn)表明，完全滿足油氣輸送管線要求。

ø1420mm 焊管生產(chǎn)線大口徑焊管的生產(chǎn)能力為 40×10⁴t/a，其主要生產(chǎn)設(shè)備如下：

1）銑邊機(jī)。為后續(xù)焊接保證最精確的板邊幾何參數(shù)。

2）預(yù)彎?rùn)C(jī)。彎力 24MN，可同時(shí)從全長(zhǎng)鋼板兩側(cè)逐段彎曲板邊。

3）步進(jìn)成型機(jī)（JCO）。彎力 65MN，可同時(shí)在管坯全廠范圍內(nèi)的多個(gè)彎曲點(diǎn)上，將各坯段預(yù)彎向管坯中央，最終形成斷面。

4）預(yù)焊機(jī)。在正式焊接前進(jìn)行保護(hù)氣體定位焊接。

5）自動(dòng)焊機(jī)。采用埋弧多弧焊接工藝焊接工藝（3~5個(gè)電�。�，進(jìn)行內(nèi)外焊縫的自動(dòng)焊接。液壓擴(kuò)徑機(jī)（擴(kuò)徑頭擴(kuò)張力為 21GN），可在全管長(zhǎng)范圍內(nèi)逐漸進(jìn)行鋼管擴(kuò)徑、定徑，保證鋼管的幾何尺寸精度并消除內(nèi)應(yīng)力。

6）水壓試驗(yàn)機(jī)。最大試驗(yàn)壓力為 55MPa。

7）無(wú)損檢測(cè)設(shè)備。用于焊縫和罐體自動(dòng)超聲波檢測(cè)、手動(dòng)超聲波檢測(cè)、X 射線檢測(cè)、磁粉檢測(cè)等。

2005 年 4 月，韋克松鋼鐵廠第四鋼管廠這套新生產(chǎn)線投產(chǎn)。再制造大口徑厚壁管時(shí)，采用了謝維爾（北方鋼公司）、Dillinger（德國(guó)）、Posco（韓國(guó)）等公司生產(chǎn)的寬厚熱軋板，并與這些公司簽訂了長(zhǎng)期供貨合同。ø1420mm 鋼管的力學(xué)性能見表 1-4.測(cè)試鋼管的壁厚為 18.7mm 和 15.7mm，其熱軋板分別有俄羅斯謝維爾公司和德國(guó) Dillinger 鋼廠供貨。

2006 年 4~5 月，俄羅斯天然氣科學(xué)技術(shù)研究院，對(duì)該廠 1420 機(jī)組生產(chǎn)的 X70 級(jí)管線鋼管 ø1420mm×26.7mm 和 K60 級(jí) ø1020mm×17mm 單焊縫鋼管分別進(jìn)行了試驗(yàn)。

試驗(yàn)中，在鋼管試樣表面制造了人工缺陷，然后在液壓試驗(yàn)機(jī)上按要求進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)鋼管的韌性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

試驗(yàn)結(jié)果表明，所生產(chǎn)的鋼管可用于施工溫度 -60℃，運(yùn)行溫度 -20℃，工作壓力為 9.8MPa 的油氣輸送管道的敷設(shè)和大修。這一結(jié)論已得到全俄天然氣科學(xué)技術(shù)研究院和全俄鋼鐵科學(xué)技術(shù)研究院的正式認(rèn)可。此外，天然氣工業(yè)公司驗(yàn)收委員會(huì)在 2005 年 7 月 14 日 1 號(hào)會(huì)議記錄中，也對(duì)該廠 ø1420mm×26.7mm 鋼管的優(yōu)良性能給予了肯定。

現(xiàn)已制定出天然氣工業(yè)及石油輸送管道用“大口徑直縫焊管生產(chǎn)技術(shù)條件”。韋克松鋼鐵廠已開始對(duì)石油天然氣公司供應(yīng)這種鋼管，并對(duì)試驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行了更新，以便對(duì)鋼級(jí) K70(X70)，壁厚 50mm 的大口徑直縫焊管的力學(xué)性能進(jìn)行可靠的檢驗(yàn)。新添的檢驗(yàn)設(shè)備由 Zwick 公司提供，包括拉伸試驗(yàn)機(jī)、落錘撕裂試驗(yàn)機(jī)和沖擊試驗(yàn)機(jī)。

除了 ø1420mm 大口徑直縫焊管上產(chǎn)線外，韋克松鋼廠還建立了鋼管外防腐生產(chǎn)線，內(nèi)防腐生產(chǎn)線于 2006 年 10月 投產(chǎn)。這兩條鋼管內(nèi)、外防腐生產(chǎn)線的設(shè)備均由荷蘭 Bauhuis 公司提供。

聯(lián)合鋼鐵公司韋克松鋼鐵廠，是第一個(gè)批量生產(chǎn)出 ø1420mm 大口徑直縫焊管的俄羅斯制管企業(yè)。俄羅斯巴頓焊接研究所，礦山技術(shù)監(jiān)督局、重型機(jī)械廠、烏克蘭國(guó)立黑色冶金設(shè)計(jì)院等單位的專家和一些外國(guó)專家，參與了 ø1420mm 大口徑單直縫焊管的工藝設(shè)計(jì)、設(shè)備開發(fā)及投產(chǎn)調(diào)試。

目前該廠發(fā)展趨勢(shì)良好，經(jīng)營(yíng)狀況穩(wěn)定，投資重點(diǎn)向著提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量方面發(fā)展。這些將使人們堅(jiān)信，韋克松鋼鐵廠在互利合作的基礎(chǔ)上，能夠?yàn)槭�油天然氣行業(yè)提供大量?jī)?yōu)質(zhì)的管線鋼管，并已準(zhǔn)備參與“俄北—歐洲天然氣管道”和“東西伯利亞—太平洋天然氣管道”的建設(shè)。

1-4 閥門用金屬波紋管的選型與應(yīng)用如何？

答：介紹金屬波紋管在截止閥、閘閥、調(diào)節(jié)閥、安全閥和球閥等閥門中的應(yīng)用、設(shè)計(jì)和選型。對(duì)閥門用金屬波紋管在使用中出現(xiàn)的出現(xiàn)的問(wèn)題給出了解決辦法。

（1）概念：隨著世界范圍內(nèi)環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，人們對(duì)閥門的密封要求越來(lái)越高，特別是該裝置以及石油和化工等特殊場(chǎng)合，要求閥門必須實(shí)現(xiàn)“零泄漏”。因此，蘇聯(lián)、德國(guó)、美國(guó)和日本等國(guó)家率先將金屬波紋管應(yīng)用于閥門領(lǐng)域，使波紋管閥門作為一個(gè)新產(chǎn)品首先在航空、航天、艦船和核工業(yè)等軍工領(lǐng)域得到應(yīng)用，并迅速在石油和化工等行業(yè)得以推廣。

金屬波紋管的作用主要是實(shí)現(xiàn)測(cè)量、連接、轉(zhuǎn)換、補(bǔ)償、隔離、密封和減震等功能。在波紋管截止閥和閘閥中的作用只要是隔離、密封和補(bǔ)償功能，在自力式調(diào)節(jié)閥中，還與彈簧配套起到輸出力和開區(qū)關(guān)閉閥門的作用。

用于波紋管閥門的金屬筆文官只要有液壓成形和焊接成形兩種，是根據(jù)實(shí)際使用的閥門閥體高度、位移量、耐壓能力以及剛度要求綜合考慮選擇何種形式的金屬波紋。金屬波紋管的材料主要是奧氏體不銹鋼以及高溫合金鋼等，材料的選擇主要是根據(jù)閥門實(shí)際使用介質(zhì)腐蝕性和使用溫度決定的。

由于近年來(lái)國(guó)內(nèi)閥門行業(yè)發(fā)展非常迅速，如何在波紋管閥門設(shè)計(jì)時(shí)選擇合適的金屬波紋管成為行業(yè)上迫切需要解決的問(wèn)題。

（2）術(shù)語(yǔ)：在對(duì)金屬波紋管設(shè)計(jì)選型時(shí)，首先要明確金屬波紋管的行業(yè)術(shù)語(yǔ)。

1）波紋管：一種彈性、薄壁、有多個(gè)橫向波紋的管殼零件。

2）波紋管組件：由兩個(gè)或兩個(gè)以上零件組成，其中之一是波紋管，波紋管是一個(gè)或多個(gè)串聯(lián)，其他是法蘭等配件。

3）壁厚：成形波紋管的原始金屬管的管壁厚度，對(duì)多層波紋管則是各層壁厚的總和。

4）形程：已原始長(zhǎng)度為基點(diǎn)，波紋管壓縮位移與拉伸位移之和。

5）扭曲：長(zhǎng)波紋管進(jìn)行軸向壓縮時(shí)產(chǎn)生的柱失穩(wěn)。

6）公稱壓力：與波紋管機(jī)械強(qiáng)度有關(guān)的設(shè)計(jì)給定壓力。

7）公稱載荷：正常工作條件下允許的最大載荷或滿量程值。通常是預(yù)期設(shè)計(jì)值。超載載荷一般限定在額定載荷的 125%~150%。

8）額定位移：額定載荷下引起的位移，是正常使用條件下允許產(chǎn)生的工作位移。

9）波紋管剛度：使波紋管產(chǎn)生單位位移所需要的力，設(shè)計(jì)計(jì)算得出的剛度稱為公稱剛度或額定剛度。一般情況，公稱剛度不直接受用實(shí)際值，而是產(chǎn)品原型經(jīng)過(guò)測(cè)試后的修正值。

10)一次循環(huán)：波紋管隨閥桿從全開到全閉再到全開的運(yùn)動(dòng)過(guò)程。

11）循環(huán)壽命：波紋管在規(guī)定壓力、溫度和軸向行程下往復(fù)運(yùn)動(dòng)而不破換的最大循環(huán)次數(shù)。相同產(chǎn)品的壽命與波紋管工作狀態(tài)、循環(huán)次數(shù)、頻率、壓力和溫度等有關(guān)。

12）有效面積：彈性元件在單位壓力作用下，位移為零時(shí)轉(zhuǎn)換的集中力的大小。但有效面積隨壓力增加而變化，因此具有不恒定性，在力平衡式儀表中，要配對(duì)篩選，做到有效面積盡量一致。

（3）結(jié)構(gòu)

1）U 形波紋管：常用 U 形波紋管結(jié)構(gòu)如圖 1-1 所示。波紋管端部接口形式如圖 1-2 所示。接口表示方法為外配合用 W（圖 1-1a 中的 d₁ 尺寸）、沿波切邊用 Q_D（圖 1-1a 中 D₂ 尺寸）、內(nèi)配合用 N（圖 1-1b 中 D₁ 尺寸）。推薦采用圖 1-2a、b、c 端部接口形式。

圖 1-1 常用波紋管結(jié)構(gòu)要素

圖 1-2 波紋管端部接口形式

2）波紋管組件典型結(jié)構(gòu)：保溫管組件典型結(jié)構(gòu)如圖 1-3 所示。

圖 1-3 波紋管組件典型結(jié)構(gòu)

（4）選型

1）波紋管閥門典型結(jié)構(gòu)：應(yīng)用波紋管組件是為閥桿和閥體工藝流體之間提供一個(gè)可軸向變形的金屬隔套，形成動(dòng)密封，以消除閥桿處的泄漏。裝有波紋管組件的閥門典型結(jié)構(gòu)如圖 1-4 所示。

圖 1-4 裝有波紋管組件的閥門典型閥桿密封結(jié)構(gòu)

選型要求：①根據(jù)閥桿的直徑選擇波紋管內(nèi)徑，波紋管的內(nèi)徑應(yīng)大于閥桿直徑 1.5mm。波紋管的外徑根據(jù)波紋管內(nèi)徑來(lái)選擇。外徑和內(nèi)徑通過(guò)外徑與內(nèi)徑的比值相聯(lián)系，一般情況下，外徑與內(nèi)徑的比值為 1.3~1.5。②波紋管的壁厚、層數(shù)、波紋數(shù)及長(zhǎng)度等應(yīng)能滿足波紋管的耐壓、行程、循環(huán)壽命等要求。一般情況下，壓力越大，波紋管的壁厚越厚，為了增大位移或者降低波紋管剛度，提高壽命，可以采用降低單層壁厚、增加波紋管層數(shù)的辦法實(shí)現(xiàn)。③應(yīng)設(shè)計(jì)導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，以防止波紋管的扭曲。同時(shí)還應(yīng)避免波紋管與閥桿或閥體之間的局部接觸，以防止磨損和過(guò)早失效。應(yīng)設(shè)計(jì)防扭轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，防止波紋管扭轉(zhuǎn)變形。④設(shè)計(jì)閥門時(shí)，應(yīng)限制波紋管壓縮和拉伸的行程，以防止波紋管承受超出循環(huán)壽命試驗(yàn)限定的壓縮位移和拉伸位移。一般情況下，波紋管的行程不應(yīng)超過(guò)自由長(zhǎng)度的 25%，否則會(huì)影響波紋管的循環(huán)壽命。特別是高溫高壓環(huán)境下的波紋管閥門。⑤波紋管采用與閥門相同的壓力和溫度等級(jí)。波紋管應(yīng)能承受主體閥門 38℃ 條件下 1.5 倍的公稱壓力的壓力試驗(yàn)。進(jìn)行壓力試驗(yàn)時(shí)，焊縫不能開裂、泄漏，波紋管不應(yīng)發(fā)生扭曲。⑥波紋管組件材料應(yīng)在允許的使用溫度范圍內(nèi)選擇，同時(shí)波紋管用材料具有良好的成形性能、焊接性能與介質(zhì)的相容性。

3）閥門用波紋管選型標(biāo)記：按照波紋管應(yīng)用閥門公稱尺寸不同分類，根據(jù) GB/T 1047-2005 中的公稱尺寸系列規(guī)定，波紋管應(yīng)用閥門的工程尺寸可分為：15mm、20mm、25mm、32mm、40mm、50mm、65mm、80mm、100mm、125mm、150mm、200mm、250mm 等。

圖 1-5 波紋管標(biāo)識(shí)

（5）閥門用波紋管的檢驗(yàn)：閥門用金屬波紋管的檢驗(yàn)項(xiàng)目主要有表面質(zhì)量、幾何尺寸、密封性、壓力機(jī)循環(huán)壽命等。

1）表面質(zhì)量：在標(biāo)準(zhǔn)照明條件下，目測(cè)觀察波紋管表面及外形、其質(zhì)量應(yīng)滿足 JB/T 6169-2006 的規(guī)定。

2）幾何尺寸：用分度值為 0.02mm 的卡尺或其精確度相當(dāng)?shù)钠渌�量具和儀器，檢驗(yàn)波紋管的幾何尺寸和公差應(yīng)符合圖樣要求。圖樣未要求的公差應(yīng)符合表 1-5 的要求。

3）密封性檢驗(yàn)：由承制方組焊的波紋管組件應(yīng)進(jìn)行密封性檢驗(yàn)，檢驗(yàn)可用氣泡檢漏法。波紋管及其組件內(nèi)沖入 0.6MPa 的壓縮空氣或其他無(wú)腐蝕性非可燃潔凈的氣體，保壓 3min，在水槽中檢查不應(yīng)有泄漏現(xiàn)象。也可根據(jù)用戶要求用氦質(zhì)譜檢漏儀檢漏，不應(yīng)呈現(xiàn)可探測(cè)出的滲漏。

4）壓力試驗(yàn)：壓力試驗(yàn)可在專用設(shè)備或閥門上進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)用水的氯離子含量不超過(guò) 25×10^-7。按 JB/T 9092-1999 的規(guī)定，波紋管組件在室溫或 38℃ 條件下，以 1.5 倍公稱壓力進(jìn)行水壓試驗(yàn)。

每個(gè)波紋管組件應(yīng)固定在某一長(zhǎng)度，此長(zhǎng)度為常規(guī)閥門殼體試驗(yàn)時(shí)閥門開啟位置的長(zhǎng)度。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)防止波紋管拉伸和壓縮。壓力施加應(yīng)與波紋管工作時(shí)受壓方式一致。進(jìn)行壓力試驗(yàn)時(shí)，焊縫不能開裂或泄露，波紋管不應(yīng)發(fā)生扭曲。

5）循環(huán)壽命試驗(yàn)：可在專用設(shè)備或閥門上進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)主題閥門需要時(shí)，應(yīng)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行高溫循環(huán)壽命試驗(yàn)。

循環(huán)的頻率應(yīng)考慮不正常的快速循環(huán)可能產(chǎn)生的過(guò)熱。循環(huán)頻率不應(yīng)超過(guò)每秒一次。

循環(huán)試驗(yàn)應(yīng)在室溫或 38℃ 時(shí)的公稱壓力下進(jìn)行。加壓方式同壓力試驗(yàn)一樣。

每個(gè)波紋管組件咋循環(huán)試驗(yàn)之后應(yīng)進(jìn)行密封性試驗(yàn)，不應(yīng)呈現(xiàn)可探測(cè)的滲漏。

除合同另有規(guī)定，波紋管的循環(huán)壽命應(yīng)符合表 1-6 的規(guī)定。

6）出廠檢驗(yàn)：出廠檢驗(yàn)的項(xiàng)目和順序按表 1-7 規(guī)定執(zhí)行。出廠檢驗(yàn)中有不合格項(xiàng)的波紋管，為不合格品。

注：● 為必檢項(xiàng)目；— 為不檢項(xiàng)目。

（6）結(jié)語(yǔ)：閥門是金屬波紋管是波紋管閥門的核心器件，波紋管的設(shè)計(jì)及選用，關(guān)系到閥門使用安全，特別是波紋管閥門的應(yīng)用領(lǐng)域都是重點(diǎn)工業(yè)領(lǐng)域和軍工領(lǐng)域，在新產(chǎn)品試制是應(yīng)進(jìn)行型式試驗(yàn)，在選用時(shí)應(yīng)適用于閥門使用系統(tǒng)的空況條件及金屬波紋管的結(jié)構(gòu)特性。

1-5 API 標(biāo)準(zhǔn)安全閥的開發(fā)與應(yīng)用如何？

答：介紹 API （American Petroleum Institute 美國(guó)石油學(xué)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)安全閥的規(guī)范和特點(diǎn)，論述了在開發(fā)該產(chǎn)品中所進(jìn)行的性能試驗(yàn)和流場(chǎng)仿真方面的研究工作。提出了推廣應(yīng)用的建議。

1）概念：我國(guó)的安全閥基本上是按照機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)制造。20 世紀(jì) 70 年代以后，隨著我國(guó)改革開放和國(guó)名經(jīng)濟(jì)迅速發(fā)展，從國(guó)外引進(jìn)了大量石油、化工、能源、冶金和紡織等裝置及設(shè)備，同時(shí)隨機(jī)進(jìn)口了大量國(guó)外安全閥。這些安全閥大部分是按照 API 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)和驗(yàn)收。由于 API 標(biāo)準(zhǔn)安全閥與 JB 安全閥相比，具有顯著的特點(diǎn)和先進(jìn)性，因而近幾年來(lái)，一些企業(yè)要求，安裝在易燃、易爆、有害或有毒介質(zhì)的設(shè)備及管道上的安全閥，宜選用 API 標(biāo)準(zhǔn)安全閥。為了適應(yīng)各類裝置對(duì)安全閥的需求，對(duì) API 標(biāo)準(zhǔn)安全閥進(jìn)行了探討和研究。

（2）特性

1）相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)：與 API 標(biāo)準(zhǔn)安全閥相關(guān)的常用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范如下。

API RP 520 煉油廠泄壓裝置的定徑、選擇和安裝

第Ⅰ部分 定徑和選擇

第Ⅱ部分 安裝

API Std526 鋼制法蘭泄壓閥

API Std527 泄壓閥閥座的密封性

API RP 576 泄壓裝置的檢查

ASME 鍋爐與壓力容器規(guī)范第 Ⅷ 卷

第一冊(cè) 壓力容器泄壓裝置

ASME PTC25 泄壓裝置—性能試驗(yàn)規(guī)范

2）名詞術(shù)語(yǔ)：API 標(biāo)準(zhǔn)的某些名詞術(shù)語(yǔ)與我國(guó)國(guó)內(nèi)習(xí)慣用語(yǔ)不一致，故予以說(shuō)明。

①泄壓裝置（Pressure Velief Device）。泄壓裝置是防止工藝系統(tǒng)或承壓容器由于事故或不正常工況期間流體壓力升高而超過(guò)預(yù)定壓力值。常有的有彈簧直接載荷式泄壓閥、先導(dǎo)式泄壓閥和爆破片等。

②泄壓閥（Pressure Relief Valve）。泄壓閥是一種泄壓裝置，在系統(tǒng)超壓時(shí)閥門開啟，而當(dāng)系統(tǒng)壓力恢復(fù)到正常后閥門關(guān)閉，從而防止介質(zhì)繼續(xù)外流。常見有的安全閥、泄放閥、先導(dǎo)式泄壓閥等。

③安全閥（Safety Valve）。安全閥是一種由入口靜壓力驅(qū)動(dòng)，并以快速開啟或突跳動(dòng)作為特征的泄壓閥。其應(yīng)用與可壓縮流體。

④泄放閥（Relief Valve）。泄放閥是一種由入口靜壓力驅(qū)動(dòng)的泄壓閥，其開啟通常與超過(guò)壓力的壓力升高成比例。其應(yīng)用于不可壓縮流體。

⑤安全泄放閥（Safety Relief Valve）。安全泄壓閥是一種依應(yīng)用情況而作為安全閥或泄放閥的泄壓閥。

3）基本要求：

①安全閥的流道面積（代號(hào)）、進(jìn)出口通徑、壓力級(jí)（磅級(jí)）、基本材料、壓力-溫度范圍和進(jìn)出口安裝尺寸按 API Std 526 規(guī)定。

②安全閥的整定壓力（Pa）允許偏差與整定壓力有關(guān)。當(dāng) Pa≤0.5MPa 時(shí)，允許偏差為 ±0.015MPa。當(dāng) Pa＞0.5時(shí)，允許偏差為 ±3%Pa。

③安全閥的設(shè)計(jì)和制造按 ASME《鍋爐與壓力容器規(guī)范》第 Ⅷ 卷規(guī)定。其基本條件包括機(jī)械動(dòng)作，材料選擇、制造及裝配的檢查制造廠及裝配廠的產(chǎn)品試驗(yàn)、設(shè)計(jì)、焊接及其他等七個(gè)方面。

如對(duì)閥瓣、閥座、彈簧、導(dǎo)套、提升裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇要求，對(duì)制造廠及裝配廠的制造、實(shí)驗(yàn)設(shè)備和質(zhì)量控制程序的要求，如受壓件的強(qiáng)度和氣密試驗(yàn)要求、對(duì)實(shí)驗(yàn)裝置、容器和試驗(yàn)方法的要求等。

④標(biāo)以 ASME《鍋爐與壓力容器規(guī)范》第 Ⅷ 卷標(biāo)志的泄壓閥的排量驗(yàn)證試驗(yàn)應(yīng)在不超過(guò)開啟壓力的 10% 或 0.02MPa 壓力下進(jìn)行。

4）標(biāo)準(zhǔn)比較：JB、GB 和 API 標(biāo)準(zhǔn)安全閥的比較見表 1-8。

5）條款特點(diǎn)：

①規(guī)則。API 標(biāo)準(zhǔn)對(duì)安全閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、排量計(jì)算、規(guī)格、壓力級(jí)、材料、制造、試驗(yàn)、運(yùn)輸、安裝、使用、檢查及維修，均有完整和全面的基本要求。

API RP 520、576 介紹了各種類型安全閥的機(jī)構(gòu)及其特點(diǎn)。

API RP 520 第Ⅰ部分列出各種流體介質(zhì)（氣體、水蒸氣、液體及兩相流）排量下所需流道面積的計(jì)算方法，并給出相關(guān)修正系數(shù)。

API Std 526 規(guī)定了 14 種流道直徑（喉徑）再不用溫度和壓力下的各種規(guī)格、壓力級(jí)及基本材料要求，并規(guī)定必須執(zhí)行 AMSE 規(guī)范的相應(yīng)制造和試驗(yàn)要求。

API Std 527 規(guī)定了泄壓閥的密封性試驗(yàn)方法和要求。

API RP 520 第Ⅱ部分列出有關(guān)安裝發(fā)面的一些要求。

API RP 576 列出泄壓裝置的檢查和維修要求。

ASME PTC 25 為泄壓裝置的試驗(yàn)裝置、試驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)報(bào)告提供了標(biāo)準(zhǔn)。

②規(guī)格和品種。API 標(biāo)準(zhǔn)安全閥規(guī)格和品種較多。

彈簧載荷式安全閥的公稱尺寸為 1~8in.（25~200mm），有 14 種（D~T）流道直徑（d₀=9.5~146mm），21 種規(guī)格，6 種壓力級(jí)（150~2500lb），-268~260℃ 的溫度范圍。

API 標(biāo)準(zhǔn)范圍閥規(guī)格、品種多，便于選擇合理規(guī)格的安全閥。

③溫度—壓力級(jí)。API 標(biāo)準(zhǔn)安全閥根據(jù)所需排量計(jì)算確定留到面積后，按照該流道面積表中的溫度范圍和允許的最高整定壓力，確定適合的壓力等級(jí)。

④材料。閥瓣、閥座及導(dǎo)向零件應(yīng)是耐蝕材料制成，應(yīng)能滿足溫度和使用條件。依照使用的溫度，選用適合的閥體、閥蓋及彈簧材料。閥體和閥蓋的材料可以不同，但必須滿足最低的壓力—溫度要求，標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了閥體、閥蓋和彈簧材料的最低等級(jí)牌號(hào)。

⑤制造廠和實(shí)驗(yàn)裝置要求。制造廠的工藝裝備、試驗(yàn)裝備以及質(zhì)量控制程序能夠保證所生產(chǎn)安全法的性能一致性。安全閥性能試驗(yàn)裝置和容器應(yīng)有足夠尺寸和容量。

⑥運(yùn)輸和安裝。安全閥運(yùn)輸中應(yīng)有保護(hù)堵蓋（塞）。安全閥人口管道的壓力損失 Δp≤3%p_a。

（3）研制

由于按照 API 標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)安全閥與按照 JB 生產(chǎn)安全閥存在差異，因而產(chǎn)品制造過(guò)程中常出現(xiàn)許多問(wèn)題。如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，材料選用不當(dāng)，整定壓力過(guò)高或?qū)嶋H排放量不滿足要求等。

為了完整全面的了解、熟悉和掌握 API 標(biāo)準(zhǔn)（AMSE 規(guī)范）相關(guān)內(nèi)容和要求，有必要對(duì) API 標(biāo)準(zhǔn)安全閥進(jìn)行深入研究，以顯示其特點(diǎn)和先進(jìn)性。對(duì) API 標(biāo)準(zhǔn)安全閥主要研究包括試驗(yàn)研究和建模研究。

1）性能試驗(yàn)研究：

①試驗(yàn)裝置。為了進(jìn)行安全閥的性能及排量試驗(yàn)研究，按照 ASME PTC 25《泄壓裝置—性能試驗(yàn)規(guī)范》的要求建設(shè)了安全閥全性能試驗(yàn)裝置。改試驗(yàn)裝置主要由大量空氣壓縮機(jī)、儲(chǔ)氣罐、流量調(diào)節(jié)閥、控制閥、試驗(yàn)容器及工位、流量計(jì)、壓力傳感器、溫度傳感器、位移傳感器、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)等組成。

試驗(yàn)裝置共設(shè)三個(gè)試驗(yàn)工位。最大試驗(yàn)閥通徑 8in.（200mm），最高試驗(yàn)壓力 23MPa，最高試驗(yàn)流量 100t/h（空氣）。試驗(yàn)工位的試驗(yàn)容器的容積分別為 4.5m³、1.5m³、0.014m³。

為了更好地比較試驗(yàn)裝置能力對(duì)安全閥性能的影響，隨后又建造了容積為 0.5m³的試驗(yàn)裝置。典型安全閥的試驗(yàn)結(jié)果曲線如圖 1-6~1-8。

圖 1-6 入口壓力與開啟高度曲線

圖 1-7 開啟高度與流量曲線

圖 1-8 安全閥發(fā)證顫振時(shí)的開啟高度曲線

②性能及排量試驗(yàn)。安全閥的流道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)其性能及排量有重量影響。API Std 526 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了安全閥的凈出口及流道尺寸，其出口面積與流道面積的比例為 64.26~3.02，與 JB 規(guī)定的 4.13~3.06 相比范圍及比例均較大，特別對(duì)于通徑較小者有顯著差別，進(jìn)行了性能和排量試驗(yàn)。大量試驗(yàn)表明：a.試驗(yàn)裝置性能對(duì)安全閥的性能有重要影響。通過(guò)對(duì)五種規(guī)格（II/2h4、2J3、3K4、3L4、4M6）的安全閥在不同試驗(yàn)裝置上對(duì)比試驗(yàn)結(jié)構(gòu)可以得出，試驗(yàn)裝置的容量對(duì)安全閥整定壓力和啟跳壓力基本無(wú)影響。只有試驗(yàn)裝置容量足夠大時(shí)，才能判定安全閥的回座壓力及機(jī)械特性是否符合要求。b.與 API Std 526 標(biāo)準(zhǔn)安全閥相比，出口面積較小的 JB 安全閥其排量系數(shù)較小。在試驗(yàn)裝置上對(duì) API 和 JB 兩種標(biāo)準(zhǔn)的安全閥進(jìn)行了排量試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，JB 安全閥的出口面積較小者，影響到其排量系數(shù)減小。一般 JB 安全閥的排量系數(shù)為 0.8~0.9。而按 API 標(biāo)準(zhǔn)的安全閥其排量系數(shù)可達(dá) 0.98。

③ 背壓試驗(yàn)。安全閥的出口背壓時(shí)其性能有較大影響。較高的被壓會(huì)影響到安全閥的動(dòng)作性能及其排量。安全閥背壓試驗(yàn)系統(tǒng)如圖 1-9 所示。

圖 1-9 安全閥背壓試驗(yàn)系統(tǒng)

背壓通過(guò)背壓發(fā)生器產(chǎn)生，調(diào)節(jié)背壓主要是通過(guò)改變背壓器中背壓調(diào)節(jié)器孔板尺寸來(lái)調(diào)節(jié)發(fā)生閥出口排放背壓。通過(guò)背壓試驗(yàn)，得出兩點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)：a.排放背壓存在臨界值，超過(guò)允許值后，會(huì)導(dǎo)致安全閥機(jī)械性能遭到破壞，引起安全閥顫振等現(xiàn)象，排放過(guò)程不穩(wěn)定。b.安全閥開啟高度隨排放背壓的升高而減少，排放背壓的存在，引起開啟高度的降低，導(dǎo)致安全閥的實(shí)際排量降低。

2）流場(chǎng)仿真：雖然借助于先進(jìn)的性能試驗(yàn)裝置，在安全閥動(dòng)作特性和排量等方面上獲得了許多成果，然而試驗(yàn)研究卻存在著投入大、周期長(zhǎng)、方法有局限的問(wèn)題。所以將計(jì)算流體力學(xué)（CFD）應(yīng)用到安全閥的基礎(chǔ)理論研究中。利用計(jì)算流體力學(xué)軟件，建立了一些安全閥內(nèi)部流場(chǎng)的三維模型。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，這些模型具有足夠的精度和可靠性，完全可以用于工程研究，其中兩個(gè)算例所得到的排量數(shù)值與試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比見表 1-9。

通過(guò)對(duì)安全閥內(nèi)部流場(chǎng)研究，對(duì)安全閥的內(nèi)部流動(dòng)有了全新的認(rèn)識(shí)。在安全閥整個(gè)流道中，發(fā)作的喉部是最小的幾何流通截面。所以在安全閥的工程計(jì)算和設(shè)計(jì)過(guò)程中，這個(gè)流道面積就被假設(shè)為整個(gè)流道中的實(shí)際最小氣動(dòng)流通面積，如果該流場(chǎng)處于臨界或超臨界流動(dòng)狀態(tài)，則在閥座喉部處達(dá)到音速。

以往通過(guò)試驗(yàn)方法，已經(jīng)證實(shí)這個(gè)假設(shè)存在問(wèn)題，安全閥的臨界界面不在閥座喉部，而是在其下游。但是究竟是什么樣的流場(chǎng)形態(tài)，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的機(jī)理是什么，這些試驗(yàn)很難解答的問(wèn)題若通過(guò)流場(chǎng)仿真就可以很容易地解答。

圖 1-10 為某規(guī)格安全閥內(nèi)部流場(chǎng)中音速和超音速區(qū)域的馬赫數(shù)等值線圖。從圖中可以看出，介質(zhì)在閥座喉部的流動(dòng)是亞聲速的，實(shí)際的氣動(dòng)臨界截面位于閥座與閥瓣之間形成的圓柱側(cè)面上。

圖 1-10 安全閥內(nèi)部流場(chǎng)中的馬赫數(shù)等值線圖

（4）結(jié)語(yǔ)

由于 API 標(biāo)準(zhǔn)安全閥與 JB 安全法相比，具有顯著的特點(diǎn)和先進(jìn)性。因而近年來(lái)，API 標(biāo)準(zhǔn)安全閥在我國(guó)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。從目前現(xiàn)狀分析，提出幾點(diǎn)建議：

1）安全法制造廠、檢驗(yàn)單位以及使用部門需全面、完整地了解、熟悉和掌握 API 標(biāo)準(zhǔn)（ASME 規(guī)范）相關(guān)內(nèi)容和要求。

2）設(shè)計(jì)單位與制造廠商嚴(yán)格遵循 API 標(biāo)準(zhǔn)（ASME 規(guī)范）要求進(jìn)行安全法的設(shè)計(jì)選型、選材和制造。

3）各制造廠對(duì)生產(chǎn)的 API 標(biāo)準(zhǔn)安全閥應(yīng)開展充分的性能研究工作，以顯示 API 標(biāo)準(zhǔn)安全閥的特點(diǎn)。各制造廠應(yīng)通過(guò)具有資質(zhì)的檢測(cè)部門確定安全閥的排量系數(shù)以供用戶選型時(shí)使用。

4）目前國(guó)內(nèi)安全閥制造廠的生產(chǎn)手段和試驗(yàn)條件較國(guó)外廠家有較大差距，特別在實(shí)驗(yàn)條件方面。因而，建議安全法制造廠和檢驗(yàn)單位應(yīng)創(chuàng)造條件滿足安全閥性能試驗(yàn)的要求。例如，關(guān)于實(shí)驗(yàn)裝置和容器應(yīng)有足夠尺寸和容量。這涉及回座壓力的準(zhǔn)確性以及力學(xué)性能的判斷。

5）安全閥使用單位應(yīng)向供貨單位（制造廠）提出安全閥的明確訂貨要求，并在收貨時(shí)索要相關(guān)文件（例如合格證、質(zhì)量證明書、試驗(yàn)報(bào)告等）以及進(jìn)行必要項(xiàng)目的驗(yàn)收。

第 2 章 工業(yè)管道及閥門維修、安裝必備的基礎(chǔ)知識(shí)

2-1 管道有哪些分類方法？管道有什么用途？

答：管道分類方法通常按介質(zhì)的壓力、溫度、性質(zhì)分類，也可按管道材質(zhì)、溫度和壓力分類，以及材質(zhì)情況等分類方法。

這里管道按其材質(zhì)可分為鋼管、有色金屬管、鑄鐵管、非金屬管四種。他們的主要用途例舉如下：

（1）鋼管

1）一般無(wú)縫鋼管、用于制作流體介質(zhì)管道或制作結(jié)構(gòu)管件等。標(biāo)準(zhǔn)為 GB/T 8163—1999《輸送流體用無(wú)縫鋼管》。常用規(guī)格：結(jié)構(gòu)用無(wú)縫鋼管外徑 5~200，壁厚 0.25~14mm，見表 2-1；輸送流體用無(wú)縫鋼管外徑 32~630mm。壁厚 2.5~75mm，見表 2-2。

常用無(wú)縫鋼管規(guī)格尺寸及單位長(zhǎng)度理論質(zhì)量（kg/m）見表 2-3。

注：1.本表乃參考 GB/T 8163—1999。

2.壁厚 ≤1mm，鋼管長(zhǎng) 1.5—7mm；壁厚 ＞1mm，鋼管長(zhǎng) 1.5~9mm。

注:鋼管長(zhǎng)為 3~12.5m。

注：壁厚中括號(hào)內(nèi)的數(shù)據(jù)是選用。

2）化肥用高壓無(wú)縫鋼管：主要用于輸送介質(zhì)為合成按氨料氣（氫與氮）及氨、甲醇、尿素等；壓力為 22MPa、32MPa，溫度為 -40~400℃ 的化工原料介質(zhì)的管理，標(biāo)準(zhǔn)為 GB6479—2000《高壓化肥設(shè)備用無(wú)縫鋼管》。

3）石油裂化用無(wú)縫鋼管：主要用于石油精煉廠的爐管、熱交換器及其管道，標(biāo)準(zhǔn)為 GB9948—2006《石油裂化用無(wú)縫鋼管》。

4）不銹耐酸無(wú)縫鋼管：主要用于化工、石油、機(jī)械用管道，尤其適用于輸送強(qiáng)腐蝕性介質(zhì)、體溫或高溫介質(zhì)、標(biāo)準(zhǔn)為 GB/T 14976-2002《流體輸送用不銹鋼無(wú)縫鋼管》。

無(wú)縫鋼管也可分為一般無(wú)縫鋼管與專業(yè)無(wú)縫鋼管兩種，見表 2-4。

5）焊接鋼管：主要用于公稱壓力 ≤1.6MPa 的官道上，因其管壁縱向有一條焊縫，故稱之為焊接鋼管。它可分為低壓流體輸送用焊接鋼管（GB/T 3091—2008，見表 2-5）和螺旋縫焊接鋼管、鋼板卷制直縫焊接鋼管。螺旋縫焊接鋼管適用于水、污水、空氣、采暖蒸汽等常溫低壓流體的輸送，螺旋縫埋弧焊鋼管的常用規(guī)格（SY/T 5037-2000）見表 2-6。

注：外徑中括號(hào)內(nèi)的數(shù)據(jù)是選用。

焊接鋼管用于石油和天然氣長(zhǎng)距離輸送管道較多。我國(guó)出口的鋼管中焊接鋼管比無(wú)縫鋼管多，近年來(lái)，美國(guó)進(jìn)口焊接鋼管 1/3 是中國(guó)產(chǎn)品。

（2）有色金屬管

1）銅及銅合金管：管道工程用銅管管材有純銅管（工業(yè)純銅）、黃銅管（銅鋅合金與特殊黃銅）和青銅管（鋁青銅和錫青銅等）。按制造方法，銅管又可分為拉制管、軋制管和擠制管等，一般中、低壓管道采用拉制管。純銅管和黃銅管大多用于制造換熱設(shè)備、制冷系統(tǒng)、化工管路、以及儀表的測(cè)壓管線或傳送液體的管線上。

純銅管適用于工作壓力在 4MPa 一下、溫度為 -196~250℃ 的管路、黃銅管適用于工作壓力在 22MPa 以下、溫度為 -158~120℃ 的管路。在制冷系統(tǒng)中，銅管適用于工作壓力低于 2MPa、溫度為 -20~150℃，輸送制冷劑與潤(rùn)滑油的管路上，近年來(lái)已用在室內(nèi)燃?xì)夤苈芳案呒?jí)賓館的冷熱水系統(tǒng)上。

2）鋁及鋁合金管：鋁及鋁合金管只要用于輸送脂肪酸、硫化氫、二氧化碳和硝酸、醋酸等管道。它一般采用拉制和擠壓等方法生產(chǎn)；其有質(zhì)量輕、不銹蝕等特點(diǎn)，但其機(jī)械強(qiáng)度較差，不能承受較高壓力。

3）鈦管：鈦管常用于其他管材無(wú)法勝任的工藝部位，其主要特點(diǎn)是質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、耐腐蝕、耐低溫，適用溫度范圍為 -140~250℃，當(dāng)溫度高于 250℃ 時(shí)，其力學(xué)性能下降。

（3）鑄鐵管

1）高硅鑄鐵管:高硅管道是由含碳量在 0.5%~1.2%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同），含硅量在 10%~17% 的鐵硅合金組成，具有很高的耐腐蝕性能。常用的高硅鑄鐵含硅量為 14.5%，隨著硅含量的增加，耐腐蝕性能增大，但脆性也變大。一般使用壓力為 0.25MPa 以下。

2）普通鑄鐵管：普通承插鑄鐵管用于給排水管道，按壓力不同分為低壓管（＜0.45MPa）、中壓管（0.45~0.75MPa）和高壓管（0.75~1.0MPa），將管與法蘭鑄成一體的普通法蘭鑄鐵管拆卸方便，應(yīng)用較廣泛。

（4）非金屬管

1）耐酸酚醛塑料管：耐酸酚醛塑料管具有良好的耐腐蝕性能，能抗大部分酸性、有機(jī)溶劑等腐蝕，但不耐堿性及強(qiáng)氧化性的酸腐蝕。由于其沖擊韌性差，較脆，故不宜在有機(jī)械振動(dòng)、溫度變化大的情況下使用，一般用于溫度為 -30~130℃、壓力 ＜0.6MPa 的工況。

2）硬聚氯乙烯管：硬聚氯乙烯管對(duì)不同濃度的大部分酸堿鹽類的溶液有較好的耐腐蝕性，但在 50%以上的硝酸及發(fā)煙硫酸中則不穩(wěn)定。其傳熱系數(shù)低、塑性好，不過(guò)其強(qiáng)度差，且只有在 60℃ 以下時(shí)才能保持適當(dāng)強(qiáng)度，用于壓力 ＜0.6MPa 的工況。

3）石墨管：石墨管具有良好的耐腐蝕性，且熱脹系數(shù)小，不污染介質(zhì)，但其較脆，強(qiáng)度低，適用于溫度 ＜150℃、壓力 ＜0.3MPa 的工況。

4）耐酸陶瓷管：耐酸陶瓷管具有良好的耐腐蝕性、不滲透性。但它耐溫度驟變性差、強(qiáng)度差、強(qiáng)度低、不宜用于劇毒或易燃易爆介質(zhì)，一般用于溫度 ＜120℃、壓力為常壓的工況。

5）玻璃管：玻璃管對(duì)除氫氟酸外的酸類、稀堿及有機(jī)溶劑等具有良好的耐蝕性，但其抗拉強(qiáng)度低、常用于溫度 ＜120℃、壓力 ＜2.0MPa 的工況。

6）混凝土管：混凝土管分為預(yù)應(yīng)力和自應(yīng)力鋼筋混凝土管兩種。管口連接采用承插接口，用圓形截面的橡膠圈密封，適用于長(zhǎng)距離輸送低壓水、氣等，一般用于壓力 ＜1.0MPa 的工況。

一般無(wú)縫鋼管由 10、20、Q295、Q345 牌號(hào)的鋼制造。按制造方法分為熱軋無(wú)縫鋼管和冷拔（軋）無(wú)縫管，熱軋鋼管的長(zhǎng)度為 3000~12000mm。冷拔鋼管的長(zhǎng)度為 3000~10500mm。輸送流體用無(wú)縫鋼管，常用規(guī)格見表 2-3。

2-2 管道管理的技術(shù)要求有哪些？

答：管道管理的技術(shù)要求是：

（1）建立管道的技術(shù)檔案與臺(tái)賬。管道檔案應(yīng)包括圖樣、安裝驗(yàn)收技術(shù)資料、維修記錄、運(yùn)行時(shí)間統(tǒng)計(jì)表等。

（2）建立管道管理的規(guī)章制度。對(duì)壓力管道、使用單位應(yīng)根據(jù)壓力管道技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)建立安全管理制度、操作者安全被訓(xùn)制度、工藝生產(chǎn)造作制度、檢驗(yàn)維護(hù)制度、事故管理制度及報(bào)廢更新制度等。

對(duì)于從事壓力管道、管件的設(shè)計(jì)、制造、安裝、維修、全面檢驗(yàn)的單位，均須獲得有關(guān)部門頒發(fā)的許可證，方可從事相應(yīng)的工作。

（3）生產(chǎn)管理。操作者應(yīng)對(duì)使用的管道進(jìn)行巡回檢查。內(nèi)容包括：管道的零部件是否完整齊全；儀表、計(jì)量器具、信號(hào)聯(lián)鎖、各種安全裝置、自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置是否靈敏可靠；管道是否有泄漏、超溫、超壓、過(guò)冷、異常震動(dòng)現(xiàn)象；管道支架是否牢固；各種螺栓是否緊固；防腐防凍設(shè)施是否完整有效；閥門操作機(jī)構(gòu)的潤(rùn)滑和防護(hù)是否符合要求等。

（4）維修管理。管道的維修管理應(yīng)按 GB 50235—1997《工業(yè)金屬管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》的規(guī)定進(jìn)行管理與驗(yàn)收。

2-3 管道工程常用文字符號(hào)有哪些？

答：管道工程常用文字符號(hào)見表 2-7。

2-4 管道代號(hào)有哪些？

答：管道代號(hào)見表 2-8。

2-5 管道的公稱直徑是什么？

答：管道工程中，管子種類繁多，管子的大小通常用管外徑 D 和管內(nèi)徑 d 表示，量度使用過(guò)程中，由于用途不一，需要多種直徑相應(yīng)的管路附件（包括管件、閥門、法蘭等），這樣，管材和附件的直徑尺寸就相當(dāng)多，就給制造、設(shè)計(jì)和施工造成了不便，為了能批量生產(chǎn)、降低成本、提高效益，使管子和管理附件具有通用性和互換性，必須對(duì)管子和管理附件實(shí)行標(biāo)準(zhǔn)化，而公稱直徑又是管道工程標(biāo)準(zhǔn)化重要內(nèi)容。所謂公稱直徑就是各種管道元件的通用口徑，又稱公稱通徑、公稱口徑、公稱尺寸（現(xiàn)在國(guó)際上普遍使用公稱尺寸這一稱謂），用符號(hào) DN 表示，DN 是用于管道系統(tǒng)元件的字母和數(shù)字組合的尺寸標(biāo)識(shí)。它由字母 DN 和后跟無(wú)因次的整數(shù)數(shù)字組成�，F(xiàn)行管道元件的公稱直徑按 GB/T 1047-2005 之規(guī)定，見表 2-9。

2-6 管道的公稱壓力、試驗(yàn)壓力、工作壓力是什么？

答：公稱壓力、試驗(yàn)壓力、工作壓力是：

（1）公稱壓力：制品在基準(zhǔn)溫度下的耐壓強(qiáng)度稱為公稱壓力，用符號(hào) PN 表示，PN 是與管道系統(tǒng)元件的力學(xué)性能和尺寸特性相關(guān)、用于參考的字母和數(shù)字組合的標(biāo)識(shí)。它由字母 PN 和后跟無(wú)因次的數(shù)字組成。入公稱壓力為 1.0MPa，記為 PN10。由于制品的材料不同，其基準(zhǔn)溫度也不同，鑄鐵和銅的基準(zhǔn)溫度為 120℃，鋼的基準(zhǔn)溫度為 200℃，合金鋼的基準(zhǔn)溫度為 250℃。塑料制品的基準(zhǔn)溫度為 20℃，制品在基準(zhǔn)溫度下的耐壓強(qiáng)度接近常溫時(shí)的耐壓強(qiáng)度，故公稱壓力也接近常溫下材料的耐壓強(qiáng)度。管道的公稱壓力見表 2-10。

注：必要時(shí)允許選用其他的 PN 值。

（2）工作壓力：管子和管路附近在正常運(yùn)行條件下所承受的壓力用符號(hào) p 表 示，這個(gè)運(yùn)行條件必須是指某一操作溫度，因而說(shuō)明某制品的壓力工作應(yīng)注明其工作溫度，通常是在 p 的下角附加數(shù)字，該數(shù)字是最高工作溫度除 10 所得的正式整數(shù)值，如介質(zhì)的最高強(qiáng)度為 300℃，工作壓力為 10MPa，則記為 p₃₀10MPa。

（3）試驗(yàn)壓力：管道與管路附件在出廠前，必須進(jìn)行壓力試驗(yàn)，檢查其強(qiáng)度和密封性，對(duì)制品進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)的壓力稱為強(qiáng)度試驗(yàn)壓力，用符號(hào) p_s 表示，如試驗(yàn)壓力為 4MPa，記為 p_s4MPa。從安全角度考慮，試驗(yàn)壓力必須大于公稱壓力。

制品的公稱壓力按照他的定義是指基準(zhǔn)溫度下的耐壓強(qiáng)度，但在很多情況下，制品并非在基準(zhǔn)溫度下工作，隨著溫度的變化，制品的耐壓強(qiáng)度也跟著發(fā)生變化，所以隸屬于某一公稱壓力的制品，究竟能承受多大的工作壓力，要由介質(zhì)的工作溫度決定，因此就需要知道制品在不同的工作溫度下公稱壓力和工作壓力的關(guān)系。為此，必須通過(guò)強(qiáng)度計(jì)算找出制品的耐壓強(qiáng)度與溫度之間的變化規(guī)律。在工程實(shí)踐中，通常是按照制品的最高耐溫界限，把工作溫度分為若干等級(jí)，并計(jì)算每個(gè)溫度等級(jí)下制品的允許的工作壓力。例如：用優(yōu)質(zhì)碳素鋼制造的制品，工作溫度分為 11 個(gè)等級(jí)，在每一個(gè)工作溫度等級(jí)下，列出在該溫度等級(jí)下的工作壓力，見表 2-11。

其他材料的制品，同樣可以分成不同的溫度等級(jí)并計(jì)算出在每一個(gè)工作溫度下所承受的最大工作壓力。這樣我們可以制定出各種制品的公稱壓力、工作溫度和最大工作壓力的換算關(guān)系。編織成便于應(yīng)用的表格，以便按照制品的公稱壓力和介質(zhì)的工作溫度來(lái)確定所允許承受的最大工作壓力，或者按照介質(zhì)的工作壓力來(lái)選擇管材和管路附件。表 2-12、表 2-13、表 2-14分別列出了碳鋼及合金鋼制件、鑄鐵制件、銅制件的公稱壓力、工作壓力、工作溫度和最大工作壓力的關(guān)系。這些表稱為制件的溫壓表。在選擇管材、管路附件是經(jīng)常用到。