0 引言
目前儀表測引方案選型，主要參考PID 上標(biāo)注的管道等級(jí)，現(xiàn)舉例在一個(gè)管道等級(jí)為5TB2 的管道上做變送器引壓管方案。首先解讀一下5TB2 的含義，5 表示5.0MPa 即CL300，TB 表示碳鋼，2 代表腐蝕余度。通常的做法是在各設(shè)計(jì)院的標(biāo)準(zhǔn)測量引線方案庫中尋找一套關(guān)于5TB2 的測引方案，如果沒有，則選擇一套更“高”的方案，例如5TB3、11TB2 等在壓力等級(jí)，材質(zhì)，腐蝕余度幾個(gè)方面都“不低于”5TB2 的方案。
這樣做存在一定的問題：材料專業(yè)給出的管道等級(jí)劃分主要針對(duì)配管專業(yè)及設(shè)備專業(yè)動(dòng)輒幾十噸上百噸的鋼材的使用，需充分考慮經(jīng)濟(jì)性，不能以高代低，所以劃分非常細(xì)致。例如壓力等級(jí)常用的有CL150、300、600、900、1500、2500；材質(zhì)劃分包含碳鋼，各類高、低合金鋼，一個(gè)項(xiàng)目至少有十幾種不同材料。而儀表專業(yè)材料使用量小，如按照材料專業(yè)的材料劃分會(huì)造成材料壓力等級(jí)種類過多，測量引線方案過多，材料表種類過多等問題，而每種材料的設(shè)計(jì)量卻很少，進(jìn)而造成材料難采購，施工，維護(hù)復(fù)雜。
因此，儀表專業(yè)測量引線方案的選用，不一定按照配管專業(yè)管道等級(jí)如此細(xì)致的劃分，應(yīng)該進(jìn)行一些必要的合并，以減少測引方案壓力等級(jí)和材料類別的數(shù)量。另一方面，管道專業(yè)使用的多為法蘭連接，壓力等級(jí)描述為美標(biāo)磅級(jí)；儀表多使用小口徑的焊接、螺紋、卡套連接，壓力等級(jí)描述多為sch 等級(jí)以及psi 等級(jí)，所使用的標(biāo)準(zhǔn)和慣用的描述都不太一樣，需要換算。因此，從工藝專業(yè)已選定的管道等級(jí)是無法直接映射到儀表測量引線的等級(jí)上的，中間需要計(jì)算及必要的壓力、材料種類合并。
1 如何選用儀表測量引線的壓力等級(jí)
一般來說，材料專業(yè)發(fā)布管道等級(jí)表，工藝專業(yè)按介質(zhì)屬性選擇管道等級(jí)，然后儀表專業(yè)在工藝專業(yè)選擇的管道等級(jí)的基礎(chǔ)上，從儀表專業(yè)的測量引線樣本庫中選擇測量引線方案。在這*程中，存在一些問題：①儀表專業(yè)其實(shí)可直接根據(jù)被測介質(zhì)屬性和管道等級(jí)表確定測量引線的管道等級(jí)，如果在工藝管道選擇的基礎(chǔ)上再進(jìn)行選擇，有時(shí)會(huì)過多地放大管線的等級(jí)，這一點(diǎn)在高壓測點(diǎn)上表現(xiàn)比較突出；②不同的項(xiàng)目管道等級(jí)表會(huì)有一定的變化，儀表專業(yè)的測引方案庫和管道等級(jí)表是有對(duì)應(yīng)關(guān)系的，管道等級(jí)表一直發(fā)生變化，而采用不變的儀表測引方案庫會(huì)有一定的誤差；③工藝專業(yè)選擇管道等級(jí)依據(jù)的工況實(shí)際上和儀表測引的工況不大相同，根據(jù)筆者在榆林煤液化項(xiàng)目加氫裝置現(xiàn)場實(shí)測，350°高壓蒸汽介質(zhì)溫度經(jīng)過根部高壓雙閥后溫度已大幅下降。筆者根據(jù)在管道及設(shè)備前0.3m 處體感，認(rèn)為儀表測量引線（根部閥后）應(yīng)對(duì)的工況溫度都會(huì)比管道內(nèi)實(shí)際工況低很多，且zui高不會(huì)超過200°。工藝專業(yè)在選擇管道等級(jí)時(shí)，也是根據(jù)介質(zhì)溫壓屬性選擇的，儀表測引內(nèi)和工藝管道內(nèi)介質(zhì)的溫度屬性存在明顯的差距，應(yīng)該對(duì)這一點(diǎn)靈活掌握，對(duì)一些專門用于高溫的材料和方案靈活處理。
儀表專業(yè)人員掌握一定的壓力等級(jí)計(jì)算和材料知識(shí)，能夠根據(jù)被測點(diǎn)工藝參數(shù)，結(jié)合管道等級(jí)表直接給出數(shù)量有限、分類清晰的壓力等級(jí)和材質(zhì)選擇。而工藝專業(yè)選擇的管道等級(jí)，儀表專業(yè)的測引方案庫僅作為參考。如何選型具體如下：
壓力等級(jí)選型：筆者分析了安慶項(xiàng)目的測引方案庫，一般DN15(II) Sch 80 用于CL150、CL300；DN15(I) Sch 160用于CL600、CL900；DN15(I) Sch XXS 用于更高等級(jí)。
DN15(II) 管道外徑為φ18，小管徑在現(xiàn)場具有方便進(jìn)行冷加工的優(yōu)勢，但DN15(II) 是基于公制的標(biāo)準(zhǔn)，而Schedule等級(jí)是基于英制標(biāo)準(zhǔn)，筆者認(rèn)為DN15(II) sch80 不是一種嚴(yán)謹(jǐn)?shù)谋硎?，?phi;18×4 表述更合適，而相應(yīng)壓力等級(jí)可參考DN10(I) (3/8” 約φ17.2) 的sch 等級(jí)。DN15(I) 外徑φ22，為Sch160 對(duì)應(yīng)較粗的壁厚條件下保證管道內(nèi)徑>10mm，達(dá)到良好測量效果。
表1 磅級(jí)、sch 等級(jí)和管道壁厚的對(duì)應(yīng)關(guān)系[1]
Table 1 lb, Sch and correspond to the pipe wall thickness
按照ANSIB36.10 中對(duì)sch 等級(jí)的定義[2]
Sch =P/[ó]t×1000
其中 [ó]t 為制定鋼材在特定溫度下材料的許用應(yīng)力，單位是MPa
表2 各類常用鋼管在t=100℃時(shí)的許用應(yīng)力[3]
Table 2 Commonly used in t=100 when the allowable stress of steel tubes
以許用應(yīng)力較小的20# 碳鋼計(jì)算一下Sch80. Sch160 對(duì)應(yīng)的設(shè)計(jì)壓力：
P=Sch× [ó]t/1000；1psi=0.00689MPa
Sch20 P=20×130/1000=2.6MPa
Sch40 P=40×130/1000=5.2MPa
Sch80 P=80×130/1000=10.4MPa=1500psi
Sch160 P=160×130/1000=20.8MPa=3000psi
可以看出， 對(duì)于碳鋼來說，Sch80 實(shí)際就是PN10.0(CL600) 這一等級(jí)， 而Sch160 實(shí)際是介于PN15.0 ～ PN26.0 之間的一個(gè)等級(jí)。可見，sch 常用等級(jí)和磅級(jí)常用等級(jí)并不對(duì)應(yīng)，根據(jù)介質(zhì)實(shí)際壓力確認(rèn)sch 等級(jí)更合理。
表3 各類壓力等級(jí)分類之間的換算
Table 3 Types of pressure between the classification conversion
2 腐蝕裕量對(duì)管道壓力等級(jí)的影響
腐蝕裕量的概念，在管道等級(jí)中zui后一位，經(jīng)常以高代低，例如上文中提到?jīng)]有5TB2 的引線方案時(shí)，會(huì)使用5TB3 這一更“高”的方案，這里是一個(gè)概念錯(cuò)誤，管道等級(jí)zui后一位是介質(zhì)代號(hào)。例如在選擇的樣本《泰石化管道等級(jí)表》中：5TB2 用于含氫介質(zhì)及油品油氣，腐蝕裕量3mm，1/2”管應(yīng)選用sch160，而5TB3 用于蒸汽、凝結(jié)水等，腐蝕裕量=1.5mm，1/2”管應(yīng)選用sch80。用5TB3 代5TB2實(shí)際是以低代高。
腐蝕裕量是經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，泰州石化管道等級(jí)表樣本中， 腐蝕余度有1.5mm、3mm、6mm 3 個(gè)等級(jí)， 但對(duì)于3/8”1/2”這一級(jí)別的小管道，很難使用3mm、6mm 這樣的腐蝕裕量數(shù)據(jù)，而一般是在對(duì)應(yīng)的sch 等級(jí)上增加1 ～ 3個(gè)壓力等級(jí)。
管道實(shí)際壁厚sch 等級(jí)= 管道壓力sch 等級(jí)+ 腐蝕裕量，通過計(jì)算壓力等級(jí)和腐蝕裕量，可以得到一個(gè)壁厚等級(jí)用sch 等級(jí)表示，這一數(shù)據(jù)其實(shí)也可以直接從管道等級(jí)表內(nèi)查到, 這是測量引線方案的固有屬性，它受壓力和腐蝕量2 個(gè)因素影響，分類比較清晰，儀表專業(yè)僅使用sch80、160、XXS 三檔即能夠表示管道等級(jí)中第1 位和第3 位的所有組合。
3 儀表測量引線材質(zhì)的選用
參照樣本：《中海油氣泰州石化一體化項(xiàng)目管道材料統(tǒng)一規(guī)定》的70 個(gè)左右管道等級(jí)基本材料匯總，見表4。
表4 不能包括煉油裝置中所有的使用情況，但覆蓋了至少80% 以上的使用場合，可以看到非常繁多復(fù)雜的用管道等級(jí)，其實(shí)基本材質(zhì)組成數(shù)量非常有限。對(duì)于碳鋼，使用了20# 及質(zhì)量更苛刻的20# 抗H2S，對(duì)于不銹鋼，其基本鋼型是304，其他常用鋼型304L、316、316L、321、347都是增加合金元素增加了耐腐蝕性和耐高溫性，對(duì)于鉻鉬鋼，15GrMo 性能居中，其他衍生型號(hào)都是用于反應(yīng)容器等高溫或含氫場合。
表4 煉油裝置中的常用鋼材及其間的相互
Table 4 Steels commonly used in the refinery and the interlinkages between
對(duì)于儀表測量引線來說，根部閥后介質(zhì)的溫度和管道內(nèi)介質(zhì)溫度并不相同，受引線材質(zhì)壁厚、環(huán)境溫度、根部閥長度、保溫伴熱等多因素影響，計(jì)算較為復(fù)雜。但籠統(tǒng)的說，儀表測引中的溫度不應(yīng)超過200℃。不能忽視，儀表測引中的介質(zhì)工況不可能和工藝管道內(nèi)的介質(zhì)工況一樣高溫，那么對(duì)于上述表格中用于高溫介質(zhì)的材質(zhì)就有很大代用的空間。筆者認(rèn)為20#、20#-ANTI H2S、316SS、15GrMo 4 種鋼材可以涵蓋上述所有使用場合，其中在有必要的情況下，抗氫腐蝕的奧氏體不銹鋼316SS 還可以替代15GrMo。
焊接兼容：一般來說，鉻鉬鋼采購較困難，在改造項(xiàng)目中小批量的采購更是如此。希望只使用一種型號(hào)的鉻鉬鋼，甚至直接用不銹鋼代用。這時(shí)存在一個(gè)異種鋼焊接的問題， SH/T3520-2004 石油化工鉻鉬耐熱鋼焊接規(guī)程第1.2.3 條[7]：“鉻鉬耐熱鋼與碳素鋼或不同鋼號(hào)的鉻鉬耐熱鋼之間組成的異種鋼焊接接頭，可按合金含量較低一側(cè)的鋼材選用焊接材料。”“鉻鉬耐熱鋼與奧氏體鋼組成的異種鋼焊接接頭，當(dāng)設(shè)計(jì)溫度低于425℃時(shí)，宜選用25%Cr-13%Ni 以上的奧氏體焊接材料；當(dāng)設(shè)計(jì)溫度高于425℃時(shí)，應(yīng)選用鎳基焊接材料。”
可見，不同標(biāo)號(hào)的鉻鉬鋼及鉻鉬鋼和不銹鋼之間的代用是非常靈活的。尤其是zui常用的15GrMo 和316SS，根據(jù)筆者所能查到的資料，用316SS 代用15GrMo 在儀表工況下沒有問題。
關(guān)于材料代用筆者研究并不深入，通過對(duì)管道等級(jí)表的分析，有相當(dāng)多的材料等級(jí)都是在高溫的要求下衍生出的，考慮到儀表測引工況的低溫特性，壓縮材料種類是可行的，上表可繼續(xù)深入驗(yàn)證和完善。
要說明的是，所有測量引線都要和配管專業(yè)有一個(gè)分界面（一般是法蘭），儀表測引中開列的配對(duì)法蘭一定是隨配管專業(yè)的壓力等級(jí)走的，本文討論的是這個(gè)分界面后的引壓管及管閥件材料。
4 結(jié)束語
關(guān)于儀表測量引線類型的描述，由管道側(cè)連接面、sch等級(jí)和材質(zhì)3個(gè)基本屬性組成，而不必去和工藝專業(yè)選擇的管道等級(jí)去一一對(duì)應(yīng)。其中連接面屬性由各個(gè)項(xiàng)目統(tǒng)一設(shè)定。
sch等級(jí)屬性包含φ18 Sch80，φ22 Sch160，φ22 SchXXS三級(jí)材質(zhì)屬性包含20#、20#-ANTI H2S、304SS、316SS、321SS、15CrMo、哈氏幾類。例如1/2”CL300RF-φ22 Sch160-304SS，這樣分類測引方案數(shù)量大幅減少，且比較清晰。
作者簡介
甄誠（1984-），男，蒙古族，河北張家口人，本科，中國石化工程建設(shè)有限公司，工程師，研究方向：儀表材料應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
【1】中華人民共和國*. 石油化工企業(yè)鋼管尺寸標(biāo)準(zhǔn) ：SH3405-2012[S].
【2】焊接和無縫鋼管標(biāo)準(zhǔn): ANSIB36.10 [S].
【3】10號(hào)20號(hào)鋼無縫鋼管在不同溫度下的許用應(yīng)力: GB8163標(biāo)準(zhǔn)[S].
【4】管道部件用碳鋼鍛件: ASTM A105-2005[S].
【5】高溫?zé)o縫碳鋼管公稱規(guī)范: ASTM A106-2006[S].
【6】高溫鍛制/軋制合金鋼法蘭、鍛制管件、閥門和部件: ASTM A182-2006[S].
【7】石油化工鉻鉬耐熱鋼焊接規(guī)程: SH/T3520-2004[S].
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