截止2025年10月1日之前(据说新版管规即将发布,将增加非金属管道等内容),国内较权威的管道规范中并未纳入关于非金属管道、衬非金属管道的有关应用要求,有些行业标准(如SH/T 3161-2021)中有提及,但由于其并未包括关于衬非金属管道的内容,而国人易将“钢衬非金属管道”与“非金属管道”混为一谈,故而有关对非金属管道的流体限制,易让人误解到对钢衬道上。
而ASME B31.3在第VII章(或称A类管道)中专门是针对非金属管道和衬非金属管道的内容;此外,第VIII章(M类流体工况管道)中第11~20节(简称MA类管道)中有针对剧毒介质与第VII章应用的适用性规定。
下面具体说说(摘录并整理)ASME B31.3关于A类管道与MA类管道的应用限制。注意,这里为了表述方便而命名的“A类管道”、“MA类管道”,不要与GB50316中的“A类流体”相混淆。
1 常见非金属管道
非金属管道。较常见的非金属材质的管道有:
1)热塑性塑料(Thermoplastics)
比如PP管、PE管、PTFE管、PVC类管等。
2)玻璃纤维增强塑料夹砂管(Reinforced Plastic Mortar,简称 RPM 管),是一种以玻璃纤维及其制品为增强材料,以不饱和聚酯树脂、环氧树脂等为基体材料,并以石英砂及碳酸钙等无机非金属材料为填料,通过特定工艺制成的复合管材。它结合了玻璃钢的强度和高分子材料的耐腐蚀性,同时通过夹砂层来提高管材的刚度。
例如,GB/T 21238-2016 玻璃纤维增强塑料夹砂管
3)增强热固性树脂管(Reinforced Thermosetting Resins Piping,简称RTR管)
典型的有玻璃钢管。
例如,HG/T 21633-2024 玻璃钢管和管件选用规定
4)硼硅酸盐玻璃(Borosilicate Glass)和陶瓷(Porcelain)
2 非金属管道的应用限制
下面说说前述1中非金属管道的使用限制。
1)热塑性塑料(Thermoplastics)
(1)用于地上铺设的热塑料管道,不应用于易燃流体工况;但满足如下各项条件时除外:
(-a)管道尺寸不超过DN25(NPS 1)。
(-b)获得业主批准。
(-c)按照附录G提供防护。
(-d)考虑了附录F第F323.1(a)至F323.1段(c)中的预防措施。
(2)在非D类流体工况中使用时,应有安全防护措施。
注意这里“非D类流体工况”特别是“非”。其实这里更多指可用于符合条件的常规流体工况(Normal Fluid Service)中。高温流体工况、剧烈循环工况、高压流体工况和M类流体工况,是不行的。有些是受材料性能限制,有些是从安全角度的限制。
重点强调一下,热塑料塑料管道不允许用于M类流体工况。
ASME B31.3是这样定义M类流体工况:
同时满足以下条件的流体工况为M类流体工况:
(1)这种流体毒性很高,即使采取了及时的恢复措施,只要一次接触到极少量的泄漏的流体,就会对呼吸或身体接触的人造成严重的不可逆转的伤害。
(2)在考虑了管道设计、经验、使用条件和位置后,业主确定正常流体工况的要求不足以提供保护人员免受暴露所需的密封性。
相当于GB/T 20801中的GC1级按急性毒性分级的介质。
(3)PVC和CPVC不得用于压缩空气或其他压缩气体工况。
2)玻璃纤维增强塑料夹砂管(Reinforced Plastic Mortar,简称 RPM 管)
RPM管道用于非D类流体工况时,应有安全防护措施。
言外之意,其可用于D类流体工况;但其用于常规流体工况时要有安全防护措施才可行,否则就不能使用。注:这里的D类流体工况,近似或相当于GC3级管道或GB 50316中的D类流体。
同样,RPM管不得用于M类流体工况。
3)增强热固性树脂管(RTR管)
RTR管在有毒或易燃流体工况中使用时,应有安全防护措施。
但是,什么是符合要求的安全防护措施?很难定论,于是有些标准就一刀切,直接禁用其用于易燃或有毒介质中。
4)硼硅酸盐玻璃(Borosilicate Glass)和陶瓷(Porcelain)
(1)在有毒或易燃流体工况中使用时,应有安全防护措施。
(2)应确保它们免受流体工况中的大而快速的温度变化。
同样的情况,什么是符合要求的安全防护措施?该类材料由于其脆性差,易破坏,故而应有防止其破碎的安全措施、防止流体大而快速的温度变化情况出现,才可以用于有毒或易燃环境。由于其使用于毒性流体中的风险较前述3中的玻璃钢管更大,故在M类流体(近似或相当于GC1级)中不得使用。
3 衬里管道
衬里管道由内外两层管道组成。外层也称基层,其有非金属材质和金属材质;内层,非金属材质。我们常见的是钢衬非金属管道,而非金属衬非金属管道并不常见。
1)在确定温度限制时,应考虑基材和衬里材料的性能以及它们之间的任何粘结。
许多人仅考虑非金属材料的耐温性,但却忽略了基材与非金属材料粘结性能的差异性。例如钢衬PTFE管道,不能仅考虑PTFE可以耐260℃就以为万事大吉了,孰不知二者材质在高温下膨胀系数不同而导致的PTFE严重变形、内部拱起与基体脱离、蠕变冷流、老化破裂等情况带来的后果。
2)基材(外层)为金属材质的管道(及其组成件),其与管道规范对金属管道的相关限制要求一致。
例如,国内规范限制GB/T 8163管道用于GC1级管道,那用GB/T 8163标准的钢衬管,就不得用于GC1级管道,可改为GB/T 9948的钢管。另外一个例子,应用于-35℃的钢衬管道,钢管标准及材质应满足低温要求才可以。总之,对于钢衬管道的金属管道的限制,与其用于非钢衬管道的限制是相同的。
3)基材(外层)为非金属材质的管道,其应用限制与前述第2部分中所列限制或符合条件下的应用要求(规定)一致。
4)(非金属)衬里层。衬里可以是用户认为适合预期用途以及管道制造和组装方法的下列材料:热塑性塑料、玻璃纤维增强塑料夹砂(RPM)、硼硅酸盐玻璃和陶瓷。
此时,前述第2部分中所列针对流体工况的限制不适用。也就是说,在有基层保护的情况下,衬里层的应用范围较广泛(特别是基层为金属时)。
总的来说,钢衬材料(这里忽略非金属衬非金属)的应用范围较广泛,在符合第3部分1)条的基础上,其可应用于D类流体工况、常规流体工况,以及M类流体工况。
注意,可用于M类流体工况的钢衬管道的非金属材质,应为符合:
a)可以实现与金属的可靠粘结
例如PVC、CPVC不能用于气体介质,受限;也不可靠与金属粘合,受限。
b)满足耐温和压力要求
例如,高温流体工况和高压流体工况,不适用。要满足非金属材料的耐温性和承压能力。
c)符合前述第3部分的1)条要求
d)即使有金属基层,必要时还可考虑其他安全防护措施,符合第2部分相关要求。如对于硼硅酸盐玻璃和陶瓷材料,要避免流体工况中大而快速的温度变化、避免振动等情况。
e)前述第2部分中的材料用作衬里,同时也用作垫片或法兰面的一部分,则应考虑法兰接头的设计,以防止泄漏到环境中。
f)更多对组成件的相关限制或规定,详见原规范。
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这里再将ASME B31.3中两个关于非金属材质的适用温度截图列一下,但仅可作为参考,请注意每个表格下面的通注(下面有提供)。所列温度,不是说我国的任何一家厂商就可以达到!
GENERAL NOTE: These temperature limits apply only to materials listed and do not reflect evidence of successful use in specific fluid services at these temperatures. The designer should consult the manufacturer for specific applications, particularly as the temperature limits are approached.
通注:这些温度限制仅适用于所列材料,并不反映在这些温度下在特定流体工况中成功使用的证据。设计者应就具体应用咨询制造商,特别是在接近温度限制时。
GENERAL NOTE: These temperature limits are based on material tests and do not necessarily reflect evidence of successful use as piping component linings in specific fluid services at these temperatures. The designer should consult the manufacturer for specific applications, particularly as temperature limits are approached.
通注:这些温度限制基于材料测试,不一定反映在这些温度下成功用作特定流体工况中的管道组件衬里的证据。设计者应就具体应用咨询制造商,特别是在接近温度限制时。
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