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船舶管路附件标准化设计的新理念

时间: 2011-06-24 22:09 来源: 作者: 杨铭珍 奚基华 叶柳点击:
1 前言

众所周知,几十年来船舶设计人员对船舶管路附件的设计基本上沿用传统的套路,往往是以二个基本参数:管路公称压力、公称通径为前提,据此设计出各种各样的管路附件,从而也制定出很多国家标准、行业标准和企业标准.但对产品在不同的环境条件下,也就是在不同的温度环境和不同的压力状态下,由此对产品的功能所带来的影响考虑甚少。因此,现国家标准、行业标准和企业标准所规定的产品参数严格上说来只能作为一个“代号”或作为一个“公称”值来选用,这对广大设计人员来说是一个模糊参数,是很不科学的.纵观国外先进标准,大都非常重视环境条件对产品的使用影响,从而保证其制定的标准领先,这对广大工程技术人员的确是一个新理念.同时,也告诉我们在编制标准时必须考虑环境条件对材料的影响,从而才能保证所编制的标准具有先进性。设计的产品更科学,也更符合标准化要求.本文主要阐述在不同环境条件下对3种船舶管路附件材料性能的影响,供同仁参考。

2 环境工况对《ASME B 16.5法兰货油通岸接头》材料性能的影响

在进行本单位的企业标准《ASME B 16.5法兰货油通岸接头》的编制时,参考了ASME B 16.5《管法兰及其附件》标准,改变了这种传统的观念.每个管路附件的设计和选用都应考虑其在不同温度、不同压力状态下其材质、性能可能发生的变化,进而确定它的使用条件,这一点在工况恶劣的环境下显得尤为重要.这次我们对通岸接头法兰及盲板法兰材料的选用原则,就是根据ASME B 16.5中规定的在不同温度环境下法兰可承受的不同压力范围,从而确定其适配的材质.现以ASTM A515/A515M-90标准中Gr.60为例作以简介,其化学成分及机械性能见表1、表2,其使用工况条件见表3。

由此可以看出,作为一项设计,其所提供的原始依据应完整充分,现代的设计工作思路应该适应科技发展的需要,必须更严谨、更全面的考虑所设计的产品在各种环境下的适宜条件,只有这样,才能确保我们设计的产品既能可靠地完成其需要的使命,又能做到使用最少的材料和能源,把制造成本降到最低,从而使所制定的产品标准在技术上更具先进性。

我们知道货油系统一般在环境温度不大于50℃工况下运行,且介质工作温度一般不大于80℃~ 9O oC,通岸接头工作压力通常为1.0Mpa左右,所以由表3可以看出,若选用材质为Gr.60(415级)钢板的150磅级法兰,在使用温度不大于93℃时,150磅级的法兰允许的最大工作压力可达1.48MPa.因此选用150磅级的法兰,完全能满足通岸接头使用工况.从表3还可以看出,假如管路系统介质温度达到3l6℃以上,即使工作压力为1.0MPa,也不应选用150磅级的法兰,而应该选用300磅级的法兰.据此,可以充分说明,环境工况对产品性能的明显影响.

3 环境工况对ASME B 16.5中管法兰材料性能影响

美国机械工程师协会标准管法兰ASME B 16.5充分体现了选用材料的合理性和科学性.如在管法兰中选用了76种材料,其中锻件24种、铸造件21种、型材31种,而且,根据不同的使用介质、不同的压力和温度合理选用标准法兰.表4中汇集了3种管法兰常用的材料.从中可以看出如选用介质温度为93°C,最高使用压力为1.79MPa时,则可选用材质为E36 钢板的150 磅级法兰; 如果要选用00Crl8Nill和00Crl7Nil4Mo2材质时,则应选用300磅级的法兰。

4 环境工况对管系连接鬃同件材料性能影响

在选用法兰连接中, 同样要考虑工作环境的影响.如工作压力PN4.0MPa,使用温度。lO℃~120℃ ,按照表5选用螺栓、性能等级为4.6级/5级:若使用温度为.1O℃一300℃,同样是PN4.0MPa,则螺栓、螺母性能等级应选用8.8级/8级;这是考虑到在高温条件下材料的力学性能也将随之有较大的变化.以碳钢为例,300℃的屈服点即降至常温下的屈服点的7O%左右。

5 结束语

通过以上分析,其结果充分说明,产品设计应充分考虑其工作条件和环境影响,否则顾此失彼,就有可能造成不应有的损失甚至事故.只有科学地、全面地处理有关产品的设计技术条件,才能使得我们设计的产品和制定的产品标准更加先进和科学。

参考文献:
[1]ASTM A 515/A 5l5M-03,Standard Specification for Pressure Vessel Plate,Carbon Steel,for intermediate and Higher-Temperature Service[S].
[2]ASME B 16.5-1996,管法兰及其附件[s].
[3] EN 1515-1:2000,法兰及其连接件螺栓[s].(end)

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