1 等級(jí)的設(shè)置

鑒于GC1管道的特殊性，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將介質(zhì)性質(zhì)、設(shè)計(jì)條件、選材等相同的GC1 級(jí)類介質(zhì)管線單獨(dú)設(shè)置等級(jí)。避免將價(jià)格高的管道材料用于普通的介質(zhì)管線上造成不必要的浪費(fèi)

2  管材標(biāo)準(zhǔn)的選用

在TSG D0001 的表1 中規(guī)定了一些管材標(biāo)準(zhǔn)用于GC1 級(jí)介質(zhì)的要求，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)執(zhí)行該表中的各項(xiàng)要求。

表列的不銹鋼焊接鋼管標(biāo)準(zhǔn)，建議不要選HG/T20537，一是因?yàn)樵摌?biāo)準(zhǔn)年份比較久遠(yuǎn)，在冶金、焊接、檢測技術(shù)日新月異的今天，標(biāo)準(zhǔn)中一些要求從技術(shù)角度上來講已經(jīng)落后；另一原因是，對(duì)比GB/T12771-2008 標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)的使用范圍小， 可生產(chǎn)的鋼管材質(zhì)也較少。所以設(shè)計(jì)時(shí)多選用GB/T12771。

規(guī)定GB/T8163、GB3087、GB/T9711.1 不能被用于GC1 類介質(zhì)管線，但在其注釋7 中有補(bǔ)充說明：經(jīng)過逐根超聲檢測并達(dá)到合格要求的，允許用于設(shè)計(jì)壓力≤4.0Mpa 的本規(guī)程A1.1(1)規(guī)定的管道。

這條注釋有別于GB/T20 01.2 中的要求的，這與兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的生效年份有關(guān)。規(guī)范之所以對(duì)這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的管材使用有限制，主要因?yàn)檫@三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中的管材在生產(chǎn)制造、檢驗(yàn)、試驗(yàn)方面的要求較低，用于GC1 級(jí)管線，會(huì)存在一定的風(fēng)險(xiǎn)。設(shè)計(jì)時(shí)，需綜合考慮管材的經(jīng)濟(jì)性和安全性，做優(yōu)選用。

目前GB/T9711 系列標(biāo)準(zhǔn)已升版為GB/T9711-2017。新版中，鋼管等級(jí)PSL1 對(duì)應(yīng)的是原GB/T9711.1 中的管材，PSL2對(duì)應(yīng)的是原GB/T9711.2 中的管材。在《全國壓力管道設(shè)計(jì)審批人員培訓(xùn)教材》第三版中，對(duì)GB/T9711 的使用限制與附表1 中對(duì)GB/T9711.1 的規(guī)定是相同的。選用該標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，需注意其不允許使用的范圍。

GB/T9948-2013、GB/T6479-2013 和GB/T5310-2017 用于GC1 級(jí)無縫管線是可選的。從這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)各自的名稱可以看出它們的使用范圍的側(cè)重。另外還應(yīng)注意標(biāo)準(zhǔn)中的一些有的要求，

比如：只有GB6479 對(duì)優(yōu)質(zhì)碳素鋼的低溫沖擊試驗(yàn)有規(guī)定；而在GB9948-2013 中有晶間腐蝕試驗(yàn)的要求和鋼管用于含H2S 環(huán)境的補(bǔ)充技術(shù)要求。GB5310 是專門為鍋爐用鋼管而設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)，因此多用于蒸汽及其凝液管線上。

對(duì)于設(shè)計(jì)壓力大于等于10Mpa 的GC1 類介質(zhì)管線，在SH/T3059 中規(guī)定：無縫鋼管用于設(shè)計(jì)壓力≥10Mpa 時(shí)，制造及檢驗(yàn)應(yīng)符合GB5310、GB9948 或GB6479 的規(guī)定，不銹鋼管的檢驗(yàn)應(yīng)不低于GB/T14976 的規(guī)定[4]。

該要求有別于GB50316中的要求， 這兩個(gè)規(guī)范中之所以不同， 主要是因?yàn)樵?/span>GB50316-2000(2008 版)發(fā)布時(shí)，這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中管材的質(zhì)量等級(jí)由低到高的順序?yàn)椋?/span>GB9948＜GB5310＜GB6479 。

但目前這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，無論從加工制造還是檢驗(yàn)、試驗(yàn)方面的要求已基本相同。從這三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)各自的使用情況來講，SH/T3059 的要求更合理。比如超過10Mpa 的蒸汽介質(zhì)，選用GB5310 比選用GB6479 更適合。

對(duì)于選用國外管材標(biāo)準(zhǔn)的等級(jí)，TSG D0001[1]中規(guī)定：直接采用國際標(biāo)準(zhǔn)或者國外標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)先將其轉(zhuǎn)化為企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或者工程規(guī)定。對(duì)于GC1 級(jí)管道還應(yīng)當(dāng)報(bào)國家質(zhì)檢總局備案。

必要時(shí)，由國家質(zhì)檢總局委托有關(guān)技術(shù)組織或技術(shù)機(jī)構(gòu)進(jìn)行評(píng)審。目前國內(nèi)所用到的國外標(biāo)準(zhǔn)中，美標(biāo)的選用最多，對(duì)美標(biāo)管材應(yīng)用的技術(shù)也很成熟，使用時(shí)需按照ASMEB31.3中對(duì)管材的相應(yīng)要求執(zhí)行。

3 管件

（1）標(biāo)準(zhǔn)管件。管件標(biāo)準(zhǔn)的選用可有項(xiàng)目規(guī)定或自行選用。對(duì)于無縫管件，因其可由不同標(biāo)準(zhǔn)的鋼管制造，因此選定管件標(biāo)準(zhǔn)后，需注明原材料的管材標(biāo)準(zhǔn)號(hào)，以便使管件達(dá)到與管材相同的使用要求。對(duì)于鍛制的管件，有的設(shè)計(jì)將鍛件等級(jí)也做了限定。這是有很必要的。

（2）非標(biāo)管件。最常見的非標(biāo)管件有彎管、斜接彎頭、異徑管、斜接三通這幾類。彎管的使用范圍在相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)中未做限制，鑒于現(xiàn)場加工制造質(zhì)量難以保證，GC1 級(jí)管道用彎管最好購買制造廠加工的成品件。

購買時(shí)將加工制造要求在請(qǐng)購文件中注明，以確保彎管安全使用。除非受到管道布置的制約及工要求，不建議在材料等級(jí)中做特殊管件的設(shè)計(jì)。

4 閥門

目前只有GB/T20801.3 中對(duì)GC1 級(jí)管道用閥門的要求比較詳盡，下面將對(duì)其選用的要求逐條進(jìn)行分析：應(yīng)選用專用的石油化工閥門；

（1）這類標(biāo)準(zhǔn)下的閥門經(jīng)過了多年的實(shí)踐與檢驗(yàn)，質(zhì)量及驗(yàn)收等方面的要求也較高。GB/T20801.3 的中列舉的閥門標(biāo)準(zhǔn)目前大多數(shù)已升版，在設(shè)計(jì)時(shí)，按照SH/T3059 中的表列標(biāo)準(zhǔn)選用更符合本條規(guī)定要求。

（2）應(yīng)防止閥桿填料處流體介質(zhì)的泄露；該要求主要考慮GC1 類介質(zhì)其毒性、可燃性、均高于其他類流體介質(zhì)。閥門的外漏將造成環(huán)境污染和安全隱患。

防閥桿處泄漏效果好的是波紋管密封閥門，但因其加工難度大、技術(shù)要求高、波紋管材料還不能實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化，成本過高，從而制約了其在石油化工行業(yè)中大量的推廣使用。對(duì)于極度危害和高度危害的介質(zhì)，從人身安全的角度出發(fā)，可考慮選用該類閥門。

在閥門的標(biāo)準(zhǔn)中上密封試驗(yàn)就是針對(duì)閥桿處填料泄露做出的要求；另在ISO15848中閥桿處的泄露按閥桿的直徑計(jì)算，并對(duì)泄露進(jìn)行了分級(jí)，在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，可結(jié)合介質(zhì)的特性，選擇合適的閥門結(jié)構(gòu)及適當(dāng)?shù)男孤兜燃?jí)，從根本上杜絕閥門閥桿處的外漏。

（3）閥帽或閥蓋的密封結(jié)構(gòu)應(yīng)采用下列形式之一：①法蘭連接，螺栓數(shù)量≥4，且墊片符合GB/T20801.3中5.1.9 規(guī)定；在GB50316、ASME B31.3 中也要求：閥蓋用少于4 個(gè)螺栓或用U 形螺栓固定在閥體上的螺栓連接閥蓋的閥，僅可用于D 類流體工況。

表列的閥門標(biāo)準(zhǔn)中均規(guī)定法蘭連接閥蓋的螺栓不得少于4 個(gè)。這條及下面幾條的要求是為了防止閥蓋處介質(zhì)的泄露。

墊片的類型及材質(zhì)也是閥門規(guī)格書中的一項(xiàng)內(nèi)容，在API 600 中列舉了閥體和閥蓋連接處可選用的密封面形式，確定了密封面形式后，可按照本條款并結(jié)合HG/T20592～20635 中的要求，根據(jù)介質(zhì)的實(shí)際情況，選擇適合的墊片類型。

②自緊式結(jié)構(gòu)；該結(jié)構(gòu)能有效防止閥蓋處的介質(zhì)泄露。這種結(jié)構(gòu)形式在API 6D、NB/T47044 中有提及，但均無較詳細(xì)的規(guī)定。從密封的原理來講，閥蓋處的密封分為強(qiáng)制密封和自緊密封，強(qiáng)制密封的典型結(jié)構(gòu)是墊片密封，通常用于低壓、中壓和中小口徑的閥門；

相比于強(qiáng)制密封，自緊密封結(jié)構(gòu)當(dāng)閥蓋受介質(zhì)壓力作用向上移動(dòng)，閥蓋與楔式密封墊以及閥體與楔形密封墊之間的密封比壓，隨壓力的增加而逐漸增大。自密封中介質(zhì)壓力總是趨于增加預(yù)緊密封比壓，增加密封性能。

介質(zhì)壓力愈高，工作密封的比壓就愈大，密封性能越好。根據(jù)這一特點(diǎn)，自緊密封作為高壓密封技術(shù)，常用與高溫或高壓大口徑閥門。

③全焊透焊接結(jié)構(gòu)；這種結(jié)構(gòu)是防止閥蓋處泄漏有效的辦法，不受閥門尺寸、使用壓力和溫度的限制。但對(duì)于可在線維修的閥門來說，維修時(shí)，需要去掉焊接部位，因而常用在可長期使用無需維修的閥門上；或者這種閥門要獲得閥蓋連接部位密封的可靠性比克服對(duì)閥門內(nèi)部進(jìn)行檢修時(shí)的困難更重要的場合。

④圓柱螺紋連接，強(qiáng)度校核合格并采用金屬密封焊；鑒于圓柱螺紋的使用限制，且需要金屬密封焊，不利之處同上c)所列，該種結(jié)構(gòu)的閥蓋連接在工程設(shè)計(jì)中很少選用。

⑤不得采用螺紋連接的閥蓋密封結(jié)構(gòu)；該結(jié)構(gòu)不僅是GC1 類介質(zhì)管線，其他類工藝介質(zhì)管線上的閥門也很少選用，一般用在使用中振動(dòng)小，不需要經(jīng)常拆卸的小閥上。

⑥采用非金屬密封材料用于可燃性流體的閥門，應(yīng)符合防火試驗(yàn)要求，并應(yīng)根據(jù)非金屬材料所能承受的壓力-溫度額定值確定閥門的壓力-溫度額定值。

這一要求主要是為了確保在火災(zāi)危險(xiǎn)情況下，閥門仍然具備關(guān)斷能力，避免次生災(zāi)害的發(fā)生。非金屬材料因其自身的性質(zhì)，所承受的溫-壓能力有限，選用時(shí)，需嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)中的要求，核對(duì)溫-壓值。

如選用標(biāo)準(zhǔn)中未列的材質(zhì)需謹(jǐn)慎，不同的廠家，給出的溫-壓值可能不同。不是可選時(shí)，不建議選用超出標(biāo)準(zhǔn)的非金屬作為密封面材料。

5 法蘭

法蘭選用的重點(diǎn)在法蘭型式及密封面上，GB/T20801.3中規(guī)定：脹接法蘭和螺紋法蘭不得用于GC1 級(jí)管道；劇烈循環(huán)工況或GC1 級(jí)管道的場合，且承插焊接接頭的公稱直徑大于DN50 時(shí)不得采用承插焊焊接的連接。

在SH/T3059 中規(guī)定：有毒、可燃介質(zhì)管道，不得使用板式平焊法蘭。GB50316針對(duì)A1 類流體規(guī)定：(1)不應(yīng)采用平焊（平板式）法蘭；(2)除了采用焊唇墊片外，法蘭公稱壓力的選用宜留有≥25%的裕量，且不應(yīng)低于公稱壓力2.0Mpa；(3)采用軟墊片時(shí)，應(yīng)選用凹凸面或榫槽面的法蘭[3]。

以上均是需要嚴(yán)格按照規(guī)范

6 墊片、螺栓、螺母

墊片的選用應(yīng)根據(jù)流體性質(zhì)、使用溫度、壓力以及法蘭密封面等因素綜合考慮。

HG/T20592～20635 中對(duì)各類墊片的使用溫度及與各類型法蘭的配套使用情況有詳細(xì)的說明，設(shè)計(jì)時(shí)可結(jié)合該標(biāo)準(zhǔn)及GB/T20801.3、SH/T3059 中的要求選擇合適的墊片材質(zhì)和類型。

另外，應(yīng)特別注意一些墊片的使用限制，比如：可燃材料（如橡膠）制成的墊片，不得用于輸送強(qiáng)氧化性介質(zhì)的管道等。

值得注意的是HG/T20592～20635 的緊固件，歐標(biāo)系列中有六角頭螺栓、等長雙頭螺柱和全螺紋螺柱；美標(biāo)系列只有六角頭螺栓和全螺紋螺柱，選用標(biāo)準(zhǔn)不同，對(duì)應(yīng)的緊固件形式也不相同。

在HG/T20634 中規(guī)定了六角頭螺栓及Ⅰ型六角螺母的使用應(yīng)符合下列要求：公稱壓力等級(jí)≤Class150；非有毒、非可燃介質(zhì)以及非劇烈循環(huán)場合；配有非金屬平墊片。除這種情況外，應(yīng)選用專用級(jí)全螺紋螺柱和專用螺母。

根據(jù)GC1 級(jí)管道介質(zhì)的性質(zhì)，可知用于GC1 級(jí)管道等級(jí)的緊固件只能選用專用級(jí)全螺紋螺柱和專用螺母。SH/T3404 與HG/T20634 中的緊固件類型是一致的，該標(biāo)準(zhǔn)中緊固件的使用要求同HG/T20634。

7 分支連接

分支表是管道等級(jí)的一個(gè)重要組成部分，在GB/T20801.3 中規(guī)定：GC1 級(jí)管道用支管連接管件應(yīng)采用整體補(bǔ)強(qiáng)的支管連接管件或三通[6]；GB50316 中定義的A1 類流體與A2 類中的Ⅱ級(jí)流體同樣要求支管連接應(yīng)優(yōu)先選用標(biāo)準(zhǔn)三通，其次是支管臺(tái)或嵌入式支管[3]。

按照規(guī)范的這些要求，GC1 級(jí)管道等級(jí)的分支連接，有標(biāo)準(zhǔn)連接管件的應(yīng)采用標(biāo)準(zhǔn)支管連接件。不能選用支管連接管件的，按照GB/T20801.3、SH/T3059中補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算部分規(guī)定：對(duì)于GC1 級(jí)壓力管道不宜采用補(bǔ)強(qiáng)板進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

對(duì)于該要求主要是考慮了補(bǔ)強(qiáng)板結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)金屬分布過于分散，補(bǔ)強(qiáng)效率不高；補(bǔ)強(qiáng)圈與殼體金屬之間不能貼合，傳熱效果差，在中溫及以上使用時(shí)，二者存在較大的熱膨脹差，因而使補(bǔ)強(qiáng)局部區(qū)域產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力；

另外補(bǔ)強(qiáng)圈與殼體采用搭接焊連接，難以與殼體形成整體，抗疲勞性能差；補(bǔ)強(qiáng)焊接結(jié)構(gòu)與其它補(bǔ)強(qiáng)形式相比，焊接應(yīng)力也較大[11]。鑒于補(bǔ)強(qiáng)圈補(bǔ)強(qiáng)的這些缺陷，可采用整體補(bǔ)強(qiáng)的方式來進(jìn)行分支的設(shè)計(jì)。