管子是壓力管道中應(yīng)用最普遍、用量最大的元件，它的重量占整個壓力管道的近2/3，而投資則占近3/5。因此，管子選用的好與壞、是否經(jīng)濟合理，直接影響著石油化工生產(chǎn)裝置的生產(chǎn)安全和基建投資費用。管子的應(yīng)用標準（是“大外徑系列”還是“小外徑系列“）又是決定壓力管道其它元件應(yīng)用標準的基礎(chǔ)。例如，如果選用“小外徑系列”管子的應(yīng)用標準，它只能與JB法蘭或HG法蘭相配，而閥門則必須用JB系列閥門，否則，各管道元件之間是無法連接的。前文已經(jīng)講到，SH標準體系中的管子應(yīng)用標準屬于“大外徑系列”，它與ANSI、ISO以及GB標準均能配套使用，同時又能與API閥門配套使用，因此代表著目前管子應(yīng)用標準的潮流。
需要說明的是，在我國的鋼管制造標準中，有結(jié)構(gòu)用鋼管和流體輸送用鋼管之分。結(jié)構(gòu)用鋼管主要用于一般金屬結(jié)構(gòu)如橋梁、鋼構(gòu)架等，它只要求保證強度與剛度，而對鋼管的嚴密性不作要求。流體輸送用鋼管主要用于帶有壓力的流體輸送，它除了要保證有符合相應(yīng)要求的強度與剛度外，還要求保證密閉性，即鋼管在出廠前要求逐根進行水壓試驗。對壓力管道來說，它輸送的介質(zhì)常常是易燃、易爆、有毒、有溫度、有壓力的介質(zhì)，故應(yīng)當采用流體輸送用鋼管。在實際的工程設(shè)計、采購和施工中，經(jīng)常發(fā)現(xiàn)用結(jié)構(gòu)用鋼管代替流體輸送用鋼管的現(xiàn)象，這是不允許的。
一、焊接鋼管
在目前的石油化工生產(chǎn)裝置中，大量使用的是無縫鋼管，而焊接管子僅在一些介質(zhì)條件比較低或者因管子直徑比較大而無無縫鋼管供貨的情況下才使用焊接鋼管，這是因為焊接鋼管質(zhì)量比較差的緣故。隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，焊接鋼管的生產(chǎn)技術(shù)水平和質(zhì)量在不斷提高，其應(yīng)用范圍也在不斷擴大。焊接鋼管與無縫鋼管相比，其價格便宜，材料利用率高，尺寸偏差小，設(shè)備投資也較少，尤其是在大直徑（DN≥600）鋼管生產(chǎn)上，無縫鋼管的生產(chǎn)已比較困難。因此，目前新建或改建的石油化工生產(chǎn)裝置中，焊接鋼管應(yīng)用的越來越多，尤其對一些不銹鋼鋼管應(yīng)用較多的生產(chǎn)裝置，采用焊接鋼管代替無縫鋼管，投資可以節(jié)省近1/4，這對工程建設(shè)者來說無疑是一個較大的吸引力。
目前，常用的焊接鋼管根據(jù)其生產(chǎn)時采用的焊接工藝不同可以分為連續(xù)爐焊（鍛焊）鋼管、電阻焊鋼管和電弧焊鋼管三種。
1、連續(xù)爐焊（鍛焊）鋼管
連續(xù)爐焊（鍛焊）鋼管是在加熱爐內(nèi)對鋼帶進行加熱，然后對已成型的邊緣采用機械加壓方法使其焊接在一起而形成的具有一條直縫的鋼管。其特點是生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低，但焊接接頭冶金結(jié)合不完全，焊縫質(zhì)量差，綜合機械性能差。目前爐焊管在壓力管道中僅用于水和壓縮空氣系統(tǒng)。
GB/T3091《低壓流體輸送用鍍鋅焊接鋼管》、GB/T3092《低壓流體輸送用焊接鋼管》標準的鋼管一般為爐焊鋼管（有時也用電阻焊制造），它們除了流體輸送用鋼管的必檢項目外，只附加了彎曲試驗要求，故此類管子的制造、檢驗要求是比較低的。它們的規(guī)格范圍為1/8”～6”，壁厚有普通級和加厚級兩種，材料牌號有Q195A、Q215A、Q235A三種，適用于設(shè)計溫度為0℃～100℃、設(shè)計壓力不超過0.6MPa的水和壓縮空氣系統(tǒng)。
當輸送介質(zhì)為儀表用凈化壓縮空氣時，因為儀表驅(qū)動芯子孔徑比較小，若有較小的固體雜質(zhì)進入就會引起操作故障，因此它采用的管子應(yīng)為符合GB/T3091標準的鍍鋅管，而且其管道組成件應(yīng)是螺紋連接而不是焊接。實際上這點是很難做到的，因為DN≥50的管子及其元件均采用螺紋連接是不合適的。通常，將儀表用凈化壓縮空氣輸送用的干管（一般DN≥50）采用無縫鋼管，連接為焊接，而支管（一般DN≤40）則采用鍍鋅管，且支管從干管的上部引出，這樣處理的結(jié)果基本上能保證儀表用凈化壓縮空氣的干凈度要求。
2電阻焊鋼管
電阻焊鋼管是通過電阻焊或電感應(yīng)焊焊接方法生產(chǎn)的、帶有一條直焊縫的鋼管，其特點是生產(chǎn)效率高，自動化程度高，焊接時不需要焊條和焊藥，對母材損傷小，焊后的變形和殘余應(yīng)力也較小。但它的生產(chǎn)設(shè)備較復雜，設(shè)備投資高，對焊接接頭的表面質(zhì)量要求也比較高。由于接頭處難免有雜質(zhì)存在，所以接頭處的塑性和沖擊韌性較低，不宜用于高溫情況下和重要的場合。一般規(guī)定電阻焊鋼管應(yīng)使用在不超過200℃的情況下。
常用的電阻焊鋼管標準有SY/T5038《普通流體輸送用螺旋縫高頻焊鋼管》等。SY/T5038標準的規(guī)格范圍為DN150～DN500，壁厚從4.0mm～10.0mm共9種規(guī)格，材料牌號有Q195、Q215、Q235三種，適用介質(zhì)為水、煤氣、空氣、采暖蒸汽等普通流體。
3、電弧焊鋼管
電弧焊鋼管是通過電弧焊焊接方法生產(chǎn)的鋼管，它的特點是焊接接頭達到完全的冶金結(jié)合，接頭的機械性能能夠完全達到或接近母材的機械性能。在經(jīng)過適當?shù)臒崽幚砗蜔o損檢查之后，電弧焊直縫鋼管的使用條件可以達到無縫鋼管的使用條件而取代無縫鋼管。
根據(jù)焊縫形狀的不同，電弧焊鋼管可分為直縫管和螺旋焊縫管兩種。根據(jù)焊接時采取的保護方法不同，電弧焊鋼管又可分為埋弧焊鋼管和熔化極氣體保護焊鋼管兩種。
螺旋縫焊接鋼管是在焊接過程中，焊槍與焊縫處于旋轉(zhuǎn)運動和直線運動組合的相對運動中，其焊縫呈螺旋形。與直縫鋼管相比，其焊縫線度長，而且焊縫的受力為二維拉應(yīng)力。故它一般適用于設(shè)計溫度為0℃～200℃、設(shè)計壓力不超過1.0MPa的無毒介質(zhì)管道。但螺旋焊縫管的生產(chǎn)可以連續(xù)作業(yè)，生產(chǎn)效率高，材料利用率高，便于大規(guī)模生產(chǎn)。目前常用的鋼管標準有SY/T5037《普通流體輸送用螺旋縫埋弧焊鋼管》等。SY/T5037標準的規(guī)格范圍為DN250～DN2500，壁厚從5.0mm～20.0mm共15種規(guī)格，材料牌號有Q195、Q215、Q235三種，適用介質(zhì)為水、煤氣、空氣、采暖蒸汽等普通流體。
直縫電弧焊鋼管常用標準有GB12771《流體輸送用不銹鋼焊接鋼管》、HG50237.1～4《奧氏體不銹鋼焊接鋼管》等。其中，GB12771標準的規(guī)格范圍為DN6～DN560，壁厚從0.3mm～14.0mm共29種規(guī)格，材料牌號有1Cr18Ni9、0Cr19Ni9、00Cr19Ni11、0Cr18Ni10Ti、0Cr17Ni12Mo2、00Cr17Ni14Mo2共12種。目前，我國尚無適用于石化裝置上的碳鋼和合金鋼直縫電弧焊焊接鋼管標準，當設(shè)計中用到這類焊接鋼管時，設(shè)計文件中往往不得不提出許多制造要求，這是很不方便的。因此，希望國家或行業(yè)盡快編制出一個這樣的標準，供設(shè)計人員和制造商使用。一般情況下，直縫焊接管不宜用于設(shè)計壓力大于5.0MPa的工況，當其焊縫系數(shù)小于1.0時，不宜用于極度或高度危害介質(zhì)的輸送。
二、無縫鋼管
無縫鋼管是采用穿孔熱軋等熱加工方法制造的不帶焊縫的鋼管。必要時，熱加工后的管子還可以進一步冷加工至所要求的形狀、尺寸和性能。
目前，無縫鋼管（規(guī)格為DN15～DN600）是石油化工生產(chǎn)裝置中應(yīng)用最多的管子，生產(chǎn)工藝也比較成熟。但對于大直徑（DN≥250）、大壁厚（大于SCH100）的管子，國內(nèi)尚缺乏生產(chǎn)能力，因此，這類管子目前尚需要進口。
1、碳素鋼無縫鋼管
石油化工生產(chǎn)裝置中，常用的碳素鋼無縫鋼管標準有GB8163、GB9948、GB6479、GB3087、GB5310五種標準。
GB8163《流體輸送用無縫鋼管》標準是應(yīng)用最多的一個鋼管制造標準，其制造方法有熱軋、冷拔、熱擴三種方式，規(guī)格范圍為DN6～DN600，壁厚包括從0.25mm～75.0mm共66種規(guī)格，材料牌號有10、20、09MnV、16Mn共4種，適用于一般流體的輸送。
GB9948《石油裂化用無縫鋼管》是一個包括碳素鋼、鉻鉬鋼、不銹鋼等多種材質(zhì)的鋼管制造標準，制造方法有熱軋、冷拔兩種方式。其規(guī)格范圍為DN6～DN250，壁厚包括從1.0mm～20.0mm共16個規(guī)格，它包含的碳素鋼材料牌號有10、20共2種。一般情況下，它常用于不宜采用GB8163鋼管的場合。
GB6479《化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管》也是一個包括碳素鋼、鉻鉬鋼、不銹鋼等多種材質(zhì)的鋼管制造標準，制造方法有熱軋、冷拔兩種方式。其規(guī)格范圍為DN8～DN250，壁厚包括從2.0mm～40.0mm等多種規(guī)格，包含的碳素鋼材料牌號有10、20G、16Mn共3種。一般情況下，它適用于設(shè)計溫度為－40℃～400℃、設(shè)計壓力為10.0MPa～32.0MPa的油品、油氣介質(zhì)。
GB3087《低中壓鍋爐用無縫鋼管》標準的鋼管制造方法有熱軋、冷拔兩種方式，規(guī)格范圍為DN6～DN400，壁厚包括從1.5mm～26.0mm等多種規(guī)格，材料牌號有10、20共兩種，適用于低中壓鍋爐的過熱蒸汽、沸水等介質(zhì)。
GB5310《高壓鍋爐用無縫鋼管》是一個包括碳素鋼、鉻鉬鋼、不銹鋼等多種材質(zhì)的鋼管制造標準，制造方法有熱軋、冷拔兩種方式。其規(guī)格范圍為DN15～DN500，壁厚包括從2.0mm～70.0mm等多種規(guī)格，包含的碳素鋼材料牌號只有20G一種，適用于高壓鍋爐過熱蒸汽介質(zhì)。
從檢查試驗角度來講，一般流體輸送用鋼管必須進行化學成分分析、拉力試驗、壓扁試驗和水壓試驗。GB5310、GB6479、GB9948三種標準的鋼管，除了流體輸送用鋼管必須進行的試驗外，還要求進行擴口試驗和沖擊試驗。其中，GB6479標準還對材料的低溫沖擊韌性做出了特殊要求。應(yīng)當說這幾種鋼管的制造、檢驗要求是比較嚴格的。對于GB3087標準的鋼管，除了流體輸送用鋼管的一般試驗要求外，還要求進行冷彎試驗。對于GB8163標準的鋼管，除了流體輸送用鋼管的一般試驗要求外，可根據(jù)協(xié)議要求進行擴口試驗和冷彎試驗。這兩種管子的制造、檢驗要求不如前三種嚴格。
從制造質(zhì)量角度來講，GB8163和GB3087標準的鋼管多采用平爐或轉(zhuǎn)爐冶煉，其雜質(zhì)成分和內(nèi)部缺陷相對較多。GB9948標準的鋼管多采用電爐冶煉。在一些無縫鋼管生產(chǎn)大廠，GB9948標準中雖然沒有要求必須進行爐外精煉，但為了保證它在苛刻條件下的使用質(zhì)量，均超標準加入了爐外精煉工藝，因此其雜質(zhì)成分和內(nèi)部缺陷相對較少。GB6479和GB5310標準本身就規(guī)定了應(yīng)進行爐外精煉的要求，故其雜質(zhì)成分和內(nèi)部缺陷最少，材料質(zhì)量最高。上述幾個鋼管標準的制造質(zhì)量等級從低到高的順序依次應(yīng)是GB8163<GB3087<GB9948< GB5310<GB6479。
從使用角度來講，一般情況下，GB8163標準的鋼管適用于設(shè)計溫度小于350℃、壓力低于10.0MPa的油品、油氣和公用介質(zhì)條件下。對于油品、油氣介質(zhì)，當其設(shè)計溫度超過350℃或設(shè)計壓力大于10.0 MPa時，宜選用GB9948或GB6479標準的鋼管。對于臨氫操作的管道，或者在有應(yīng)力腐蝕傾向環(huán)境中工作的管道，也宜使用GB9948或GB6479標準。這是因為，臨氫操作或者有應(yīng)力腐蝕環(huán)境存在時，會因它的內(nèi)部缺陷對介質(zhì)有破壞敏感作用而導致管子使用壽命下降，甚至過早的產(chǎn)生破壞。凡是低溫下（小于-20℃）使用的碳素鋼鋼管應(yīng)采用GB6479標準，這是因為只有它規(guī)定了能滿足對材料低溫沖擊韌性的要求。
GB3087和GB5310標準是專門為鍋爐用鋼管而設(shè)置的標準。《鍋爐安全監(jiān)察規(guī)程》強調(diào)指出，凡與鍋爐相連的管子都屬監(jiān)察范圍，其材料與標準的應(yīng)用都應(yīng)符合《鍋爐安全監(jiān)察規(guī)程》的要求，故鍋爐、電站、供暖以及石化生產(chǎn)裝置中用到的公用蒸汽管道（由系統(tǒng)供給）等都應(yīng)采用GB3087或GB5310標準。
值得注意的是，質(zhì)量好的鋼管標準，鋼管的價格也比較高，如GB9948比GB8163同材料的價格高近1/5，因此，在選用鋼管材料標準時，應(yīng)依據(jù)使用條件綜合考慮，既要可靠又要經(jīng)濟。
2、鉻鉬鋼和鉻鉬釩鋼無縫鋼管
石油化工生產(chǎn)裝置中，常用的鉻鉬鋼和鉻鉬釩鋼無縫鋼管標準有GB9948、GB6479、GB5310共三個標準。
GB9948標準包含的鉻鉬鋼材料牌號有12CrMo、15CrMo、1Cr2Mo、1Cr5Mo共4種。
GB6479標準包含的鉻鉬鋼材料牌號有12CrMo、15CrMo、1Cr5Mo共3種。
GB5310標準包含的鉻鉬鋼和鉻鉬釩鋼材料牌號有15MoG、20MoG、12CrMoG、15CrMoG、12Cr2MoG、12Cr1MoVG共6種。
上述三個標準的質(zhì)量和使用范圍在前面已經(jīng)談到。值得注意的是，同是15CrMo材料，按GB5310標準生產(chǎn)的鋼管和按GB9948生產(chǎn)的鋼管相比，它們的許用應(yīng)力值注相差近1/3（前者較高），這實際上是沒有道理的，純粹是兩個標準在制定過程中的溝通和協(xié)調(diào)不夠，因為從制造質(zhì)量控制上是不應(yīng)有這么大的差別的。實踐證明這兩個標準的許用應(yīng)力都是可靠的。
注：GB5310標準的許用應(yīng)力值是按鍋爐規(guī)范確定的，而GB9948標準的許用應(yīng)力值是按壓力容器規(guī)范確定的。
3、不銹鋼無縫鋼管
石油化工生產(chǎn)裝置中，常用的不銹鋼無縫鋼管標準有GB/T14976、GB13296、GB9948、GB6479、GB5310共五個標準。其中，后三個標準中僅列出了兩三個不銹鋼材料牌號，而且是不常用的材料牌號。因此，當工程上選用不銹鋼無縫鋼管標準時，基本上都選用GB/T14976和GB13296標準。
GB/T14976《流體輸送用不銹鋼無縫鋼管》標準是一個通用的不銹鋼鋼管制造標準，其制造方法有熱軋、冷拔兩種方式，規(guī)格范圍為DN6～DN400，壁厚包括從0.5mm～15.0mm共33種規(guī)格，材料牌號有0Cr18Ni9（TP304注）、00Cr19Ni10（TP304L）、0Cr17Ni12Mo2（TP316）、00Cr17Ni14Mo2（TP316L）、0Cr18Ni10Ti（TP321）、0Cr18Ni11Nb（TP347）、1Cr18Ni9Ti（不推薦使用）、OCr25Ni20（TP310）共19種，適用于一般流體的輸送。
GB13296《鍋爐、熱交換器用不銹鋼無縫鋼管》是一個鍋爐和熱交換器專用的不銹鋼鋼管制造標準，制造方法有熱軋、冷拔兩種方式。其規(guī)格范圍為DN6～DN100，壁厚包括從1.2mm～13.0mm等多種規(guī)格，包含的不銹鋼材料牌號有0Cr18Ni9（TP304）、00Cr19Ni10（TP304L）、0Cr17Ni12Mo2（TP316）、00Cr17Ni14Mo2（TP316L）、0Cr18Ni10Ti（TP321）、0Cr18Ni11Nb（TP347）、1Cr18Ni9Ti（不推薦使用）、OCr25Ni20（TP310）共25種。
注：括號中的代號為ASTM標準中的對應(yīng)材料牌號，其它同。
上述不銹鋼材料牌號中，超低碳不銹鋼（00Cr19Ni10、00Cr17Ni14Mo2）具有優(yōu)良的抗腐蝕性能，在一定條件下，可代替穩(wěn)定型不銹鋼（0Cr18Ni10Ti、0Cr18Ni11Nb）用于抗介質(zhì)的腐蝕。但超低碳不銹鋼高溫機械性能較低，一般僅用于溫度低于525℃的條件下。穩(wěn)定型奧氏體不銹鋼既具有較好的抗腐蝕性能，又有較高的高溫機械性能，但0Cr18Ni10Ti中的Ti在焊接過程中易被氧化而失掉，從而降低了其抗腐蝕性能，而0Cr18Ni11Nb價格較高，因此這類材料一般用在較重要的場合。0Cr18Ni9和0Cr17Ni12Mo2具有一般的抗腐蝕性能，價格便宜，因此廣泛用在腐蝕環(huán)境不太惡劣尤其是沒有晶間腐蝕的環(huán)境中。
三、復合管和襯里管
復合管和襯里管都是通過兩種材料復合而成的管子，其接觸介質(zhì)的材料（通常稱為復層）為耐腐蝕的不銹鋼材料或非金屬材料，而承壓部分（通常稱為基層）為較便宜的碳素鋼材料，常用于特定環(huán)境下的耐熱、耐磨和抗腐蝕。對于一些腐蝕性介質(zhì)，或者對一般管道材料磨損嚴重的介質(zhì)，有時用一般金屬管滿足不了介質(zhì)環(huán)境的要求，有時則是用一般金屬材料或者高級金屬材料價格太貴，此時應(yīng)考慮用復合管或襯里管。常用的復合管主要有以碳素鋼為基體內(nèi)復不銹鋼材料、以鉻鉬鋼為基體內(nèi)復不銹鋼材料兩種。而襯里管則根據(jù)用途不同有襯塑、襯膠、襯玻璃鋼、襯隔熱耐磨材料等多種型式。
1、復合管
對于小直徑管子，常采用無縫鋼管內(nèi)復不銹鋼材料，對于大口徑管子，則采用復合鋼板卷制。目前，對于前者我國尚沒有相應(yīng)的制造標準，市場上出現(xiàn)的產(chǎn)品的質(zhì)量也令人擔擾，因基體和復層在使用過程中發(fā)生剝離而造成的事故時有報道，因此這類復合管應(yīng)不應(yīng)用在高溫環(huán)境。后者則有相應(yīng)的國家標準，設(shè)備上已大量采用，有成熟的使用經(jīng)驗。衡量復合管能否使用的一個很重要指標是看其基層和復層之間的抗剪力值有多少，一般其抗剪力超過200MPa時表示復合良好。
2、襯塑管
襯塑管一般常用于設(shè)計壓力比較低（PN≤2.0MPa）、設(shè)計溫度也比較低（受襯里材料的限制，一般在200℃以下）但介質(zhì)對金屬材料腐蝕嚴重、或者用金屬材料不能滿足介質(zhì)要求的工況下。襯塑管在化工生產(chǎn)裝置上用的較多，而煉油裝置上用的較少。常用的標準有HG21501、HG/T21502等。根據(jù)不同的介質(zhì)情況，一般要求襯不同的非金屬材料，詳見第三章第五節(jié)的介紹。
3、隔熱耐磨襯里管
隔熱耐磨襯里管常用在高溫和有固體顆粒的介質(zhì)工況下，如催化裂化裝置的煙氣管道。隔熱耐磨襯里管的襯里一般在現(xiàn)場施工。目前，這類管道的設(shè)計和施工尚無國家標準，許多工程公司或設(shè)計院都制定了自己的標準，這些企業(yè)標準已應(yīng)用多年，有成熟的設(shè)計和使用經(jīng)驗。
四、其它類管子
工程上有時還會用到諸如鑄鐵管、非金屬管等一類的管子，這些管子一般應(yīng)用于操作工況比較低或者特定腐蝕環(huán)境中。對于鑄鐵管，它使用的工況條件常使得它已不屬于壓力管道的范疇，故在此不再展開論述。對于非金屬管，詳見第三章第五節(jié)的介紹。。
值得一提的是，為適應(yīng)一些特殊介質(zhì)環(huán)境或用來代替純金屬管道抗腐蝕以期降低投資而最近開發(fā)出來的滲鋁管等鋼管，在一定環(huán)境下具有良好的使用性，而且價格較低，具有很大的發(fā)展前途。
思考題：
1、常用焊接鋼管的焊接方法有幾種？各有什么特點？
2、常用的焊接鋼管標準有哪些？適用范圍如何？
3、常用的碳素鋼無縫鋼管標準有那些？各適宜的使用環(huán)境如何？
4、常用的鉻鉬鋼和鉻鉬釩鋼無縫鋼管標準有那些？適用范圍如何？
5、常用的不銹鋼無縫鋼管標準有那些？適用范圍如何？
6、常用的不銹鋼無縫鋼管材料牌號有哪些？各有什么特點？
