H－67標(biāo)準(zhǔn)的問題探討

宋冬寶 中海油山東化學(xué)工程有限責(zé)任公司 濟(jì)南 250013

問題討論

H－67標(biāo)準(zhǔn)的問題探討

宋冬寶*中海油山東化學(xué)工程有限責(zé)任公司 濟(jì)南 250013

論述合成氨高壓管道設(shè)計中，H－67標(biāo)準(zhǔn)的問題，并提出H－67標(biāo)準(zhǔn)需修訂的看法及建議。

H－67標(biāo)準(zhǔn)壓力等級管道材質(zhì)管道連接試驗壓力修訂

1 概述

隨著全球性的經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇以及國家刺激經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一系列政策，許多合成氨廠以升級改造為契機，紛紛上馬新的擴能改造項目，掀起了新一輪的建設(shè)高潮。筆者參與了多套合成氨、醇烴化、氨醇聯(lián)產(chǎn)的設(shè)計，高壓管道及附件的設(shè)計仍采用原化學(xué)工業(yè)部基本建設(shè)總局1967年頒布的《高壓管、管件及緊固件通用設(shè)計》H－67。H－67標(biāo)準(zhǔn)雖然頒布年代已久，但并沒有文件說明作廢，也沒有出修訂版，在化肥行業(yè)中仍起著重要作用。

隨著合成氨裝置規(guī)模向大型化發(fā)展，H－67標(biāo)準(zhǔn)的局限性逐漸顯現(xiàn)出來。首先，H－67標(biāo)準(zhǔn)是在參照前蘇聯(lián)TY8100－50標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，從利用部分庫存，節(jié)約成本的角度出發(fā)制定的，有一定的局限性;其次隨著裝置規(guī)模向大型化發(fā)展和新工藝的出現(xiàn)，H－67標(biāo)準(zhǔn)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了現(xiàn)在工程的需要，因此H－67標(biāo)準(zhǔn)需修訂。

2 壓力等級

2.1 計量單位

H－67標(biāo)準(zhǔn)由于當(dāng)時參考前蘇聯(lián)(公制)，對管道的公稱壓力用Pg表示，單位是kgf/cm2?，F(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《管道元件公稱壓力》GB 1048－2005規(guī)定采用PN，單位是MPa，1MPa=10 kgf/cm2?！朵撝乒芊ㄌm、墊片、緊固件》HG 20592～20635－2009標(biāo)準(zhǔn)包括PN系列和Class系列兩大系列19個標(biāo)準(zhǔn)，主要參照EN1092－1:2002、ANSI B16.5－2003等國外標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合國內(nèi)實際情況修訂而成，PN系列采用單位是bar，1bar=0.1MPa。隨著國內(nèi)工程公司向國際工程公司邁進(jìn)，與國際接軌越來越密切，筆者建議合成氨高壓管道設(shè)計公稱壓力用PN表示，單位是bar。由于合成氨中低壓工段管道設(shè)計采用《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》HG 20592～20635－2009標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計公稱壓力用PN表示，單位是bar，這樣整個設(shè)計成品文件單位就統(tǒng)一了。

2.2 壓力等級的范圍

隨著合成氨工藝的發(fā)展，高壓精制工段醇烴化采用不同工藝，壓力等級有Pg160 kgf/cm2、Pg260 kgf/cm2、Pg320 kgf/cm2高壓等級系列。H－67標(biāo)準(zhǔn)壓力范圍只有Pg220(H－67標(biāo)準(zhǔn)取消Pg160系列)和Pg320兩個高壓等級系列，新增加的Pg160高壓等級建議做如下處理:在公稱直徑不大于DN150時，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)采用H－67標(biāo)準(zhǔn)里的Pg220壓力等級;公稱直徑大于DN150時，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)暫執(zhí)行某些企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。新增加的Pg260高壓等級:在公稱直徑不大于DN150時，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)采用H－67標(biāo)準(zhǔn)里的Pg320壓力等級;公稱直徑大于DN150時，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)暫執(zhí)行某些企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

3 高壓無縫鋼管材質(zhì)

H－67中高壓無縫鋼管材質(zhì)中，適于合成氨含氫管道的材質(zhì)有20、15CrMo、18Cr3MoWVA。而根據(jù)《化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管》GB 6479－2000規(guī)定，化肥用高壓無縫鋼管材質(zhì)有20、16Mn、15CrMo、10MoWVNb等，當(dāng)工作溫度低于－20℃時，按GB 6479規(guī)定選用16Mn(H－67選用20鋼);當(dāng)工作溫度高于等于－20℃低于200℃時，按GB 6479規(guī)定選用20鋼(與H－67一致);當(dāng)工作溫度高于200℃而低于等于300℃時，按GB 6479規(guī)定選用15CrMo(與H－67一致);當(dāng)工作溫度高于300℃時，按GB 6479規(guī)定選用10MoWVNb(H－67選用18Cr3MoWVA)。但《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》GB 150－2010即新容規(guī)于2010年11月30日結(jié)束過渡期正式實施，其附件1中2.1.3對GB 6479中20鋼管和16Mn鋼管的使用溫度下限規(guī)定分別為0℃和－20℃。因此化肥用高壓無縫鋼管當(dāng)工作溫度低于0℃時，應(yīng)選用16Mn。建議合成氨高壓無縫鋼管不僅要嚴(yán)格按《化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管》GB 6479－2000規(guī)定選用，而且有新的規(guī)程時還要執(zhí)行新的規(guī)程。化肥用高壓無縫鋼管的外形尺寸仍執(zhí)行H－67標(biāo)準(zhǔn)，而大口徑(DN＞150)的無縫鋼管的外形尺寸暫執(zhí)行企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

4 不同壓力等級管道連接

H－67標(biāo)準(zhǔn)對于不同壓力等級管道的連接沒有規(guī)定，但在合成氨高壓管道設(shè)計中，這個問題普遍存在，而且是合成氨高壓管道出事故的重點。

4.1 高壓管道

某化肥廠合成氨原料氣凈化采用全自熱非等壓醇烷化工藝，氣體經(jīng)高壓烷化(PN32.0MPa)后一部分去二級醇化系統(tǒng)(PN16.0MPa)升溫還原用。高壓烷化管道(PN32.0MPa，DN40)經(jīng)過高壓角式截止閥(PN32.0MPa，DN40)，高壓角式節(jié)流閥(PN32.0MPa，DN40)，壓力調(diào)節(jié)到PN16.0MPa，高壓角式節(jié)流閥(PN32.0MPa，DN40)閥后配對法蘭接PN16.0MPa，DN50。筆者借助PN32.0MPa和PN16.0MPa的法蘭公稱直徑相差一個規(guī)格進(jìn)行轉(zhuǎn)換，若有其它的不同等級高壓管道的連接方式，歡迎大家討論、商榷。

4.2 高、低壓管道

高壓放空管道一般經(jīng)過高壓角式截止閥、高壓角式節(jié)流閥后排到放空總管，高壓放空管和放空總管連接，高壓端公稱直徑不大于DN40，選用高低壓異徑管，選用標(biāo)準(zhǔn)仍按《化工管路手冊》(1988)規(guī)定;高壓端公稱直徑大于DN40，筆者采用在放空總管上開孔與高壓放空管直接焊接，然后以補強的方式解決。

5 試驗壓力的選擇

合成氨高壓管道試驗壓力的選擇確定，H－67標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)工作壓力下介質(zhì)的溫度選用試驗壓力。如合成工段二出管線操作溫度328°C，操作壓力22.3MPa，使用材料10MoWVNb，根據(jù)H－67標(biāo)準(zhǔn)II級溫度確定試驗壓力應(yīng)為75.0 MPa。而根據(jù)《工業(yè)金屬管道工程施工及驗收規(guī)范》(1997年版)7.5.3.5規(guī)定:承受內(nèi)壓的地上鋼管道及有色金屬管道試驗壓力應(yīng)為設(shè)計壓力的1.5倍; 7.5.3.7規(guī)定:當(dāng)管道的設(shè)計溫度高于試驗溫度時，試驗壓力應(yīng)按下式計算:

式中，Ps為試驗壓力MPa(G);P為設(shè)計壓力MPa(G);［σ］1為試驗溫度下，管材的許用應(yīng)力，MPa;［σ］2為設(shè)計溫度下，管材的許用應(yīng)力，MPa。

如上例根據(jù)《工業(yè)金屬管道工程施工及驗收規(guī)范》確定合成工段二出管線試驗壓力:

設(shè)計溫度:

設(shè)計壓力P:

經(jīng)查10MoWVNb材質(zhì)343℃時［σ］2為152MPa;試驗溫度下［σ］1為160MPa，將以上數(shù)據(jù)代入式(1)得:

Ps=1.5×24.53×160/152=38.73 MPa

由于采用標(biāo)準(zhǔn)不同，試驗壓力相差接近一倍。H－67標(biāo)準(zhǔn)試驗壓力范圍比較大，建議根據(jù)《工業(yè)金屬管道工程施工及驗收規(guī)范》(1997版)規(guī)定，確定合成氨高壓管道試驗壓力。

6 高壓螺紋法蘭

合成氨高壓管道大多是GC1級管道，采用H－67標(biāo)準(zhǔn)連接為螺紋法蘭。而《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程-工業(yè)管道》TSG D0001－2009第五十三條(三)脹接法蘭、螺紋法蘭不得用于GC1級管道，《壓力管道規(guī)范-工業(yè)管道》GB/T20801－2006第3部分5.1.8.9也有上述規(guī)定。上述標(biāo)準(zhǔn)既然沒有把高壓透鏡墊密封的螺紋法蘭排除在外，那么就明顯與H－67標(biāo)準(zhǔn)相矛盾。合成氨高壓管道大多是GC1級管道，其連接方式仍舊采用H－67標(biāo)準(zhǔn)的高壓透鏡墊密封的螺紋法蘭。

7 結(jié)語

在合成氨高壓管道設(shè)計中，H－67仍然是主要的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，但隨著我國合成氨工業(yè)規(guī)模的不斷擴大和新工藝的出現(xiàn)，如何在H－67標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，結(jié)合冶煉、機械行業(yè)的發(fā)展，編制出滿足技術(shù)、安全、經(jīng)濟(jì)要求的高壓管道、管件及緊固件的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的重要性越來越大，要求越來越緊迫，在此急切盼望抓緊升級修訂H－67標(biāo)準(zhǔn)，同時希望各位同仁就H－67標(biāo)準(zhǔn)在使用過程中發(fā)現(xiàn)的問題，積極討論、建言獻(xiàn)策。

1 TSG D0001－2009，壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程-工業(yè)管道［S］．

2 GB/T 20801－2006，壓力管道規(guī)范工業(yè)管道［S］．

3 GB 50316－2000，工業(yè)金屬管道設(shè)計規(guī)范(2008年版)［S］．

4 GB 50235-97，工業(yè)金屬管道工程施工及驗收規(guī)范［S］．

5 GB 50236-98，現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗收規(guī)范［S］．

6 HG 20519-92，化工工藝設(shè)計施工圖內(nèi)容和深度統(tǒng)一規(guī)定［S］．

7 HG/T 20592～20635－2009，鋼制管法蘭、墊片、緊固件［S］．

8 GB 6479－2000，化肥設(shè)備用高壓無縫鋼管［S］．

9 H-67，高壓管、管件及緊固件通用設(shè)計［S］．

10 GB 150－2009，固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程［S］．

11 GB 1048－2005，管道元件公稱壓力［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

*宋冬寶:工程師。1993年畢業(yè)于華東理工大學(xué)化學(xué)工程系。從事合成氨、尿素設(shè)計、研究工作。聯(lián)系電話:(0531)83197754。

(修改回稿2011－05－05)