Стальные трубопроводы химпроизводства: марки сталей и применение
Технический справочник для специалистов химической промышленности
Быстрая навигация по таблицам
| Транспортируемая среда | Марки сталей (ГОСТ) | Марки сталей (AISI) | Область применения |
|---|---|---|---|
| Нейтральные среды, вода, пар | 20, 09Г2С, Ст3сп | A105, A106 | Общие технологические трубопроводы, системы водоснабжения |
| Азотная кислота | 12Х17, 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т | AISI 430, AISI 321 | Башни, теплообменники, трубопроводы азотнокислотных производств |
| Органические кислоты (уксусная, фосфорная) | 08Х18Н10Т, 12Х18Н10Т | AISI 321, AISI 304 | Реакторы, трубопроводы, емкости для органических производств |
| Серная кислота (концентрированная) | 10Х17Н13М3Т, 06ХН28МДТ | AISI 316Ti, AISI 904L | Трубопроводы, реакторы для сернокислотных производств |
| Щелочи (NaOH, KOH) | 08Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т | AISI 321, AISI 316 | Аппараты, трубопроводы щелочных производств |
| Хлориды, морская вода | 10Х17Н13М2Т, 03Х17Н14М3 | AISI 316, AISI 316L | Оборудование, работающее в хлоридсодержащих средах |
| Среды средней агрессивности | 07Х16Н6, 09Х16Н4Б, 08Х17Т, 15Х25Т | — | Общезаводские трубопроводы химических веществ |
| Высокоагрессивные среды | 08Х18Н10Т, 03Х18Н12 | AISI 321, AISI 304L | Стойкость к межкристаллитной коррозии |
| Среды с H₂S и CO₂ | Стали групп К48-К56 | — | Трубопроводы сероводородсодержащих сред |
| Марка стали | Минимальная температура, °C | Максимальная температура, °C | Примечания |
|---|---|---|---|
| 20, Ст3сп | -40 | +425 | Углеродистые стали для общего применения |
| 09Г2С | -70 | +425 | Низколегированная сталь, климатическое исполнение для северных регионов |
| 12Х17 (AISI 430) | -30 | +600 | Ферритная хромистая сталь |
| 08Х18Н10Т (AISI 321) | -196 | +600 | Аустенитная сталь, криогенное применение |
| 12Х18Н10Т (AISI 321) | -196 | +600 | Жаропрочность до 600°C, работа в агрессивных средах до +350°C |
| 10Х17Н13М2Т (AISI 316Ti) | -196 | +800 | Кислотостойкая при высоких температурах |
| 06ХН28МДТ (AISI 904L) | -196 | +800 | Супераустенитная, максимальная коррозионная стойкость |
| 15Х25Т | -40 | +1100 | Жаростойкая, окалиностойкая |
| 20Х23Н18 | -196 | +1150 | Жаропрочная хромоникелевая |
| Диапазон по ГОСТ 32569-2013 | -196 | +700 | Общий температурный диапазон для технологических трубопроводов |
| Параметр | Требования ГОСТ | Нормативный документ |
|---|---|---|
| Расчетное давление | До 320 МПа включительно | ГОСТ 32569-2013 |
| Вакуум | Не ниже 665 Па (5 мм рт.ст.) | ГОСТ 32569-2013 |
| Температура среды | От -196°C до +700°C | ГОСТ 32569-2013 |
| Фланцы | Номинальное давление до PN 250 | ГОСТ 33259-2015 |
| Фланцы (старые стандарты) | Заменены с 01.04.2016 | ГОСТ 12815-80, 12816-80, 12817-80, 12818-80, 12819-80, 12820-80, 12821-80, 12822-80 отменены |
| Предельные отклонения по диаметру | ±1% (обычная точность), ±0,5% (повышенная) | ГОСТ 8732-78, ГОСТ 8734-75 |
| Предельные отклонения по толщине стенки | ±10% (диаметр до 152 мм) | ГОСТ 10704-91 |
| Овальность труб | Не более предельных отклонений по диаметру | ГОСТ 8732-78 |
| Кривизна на 1 м длины | 1,5 мм (стенка до 20 мм), 2 мм (20-30 мм), 4 мм (>30 мм) | ГОСТ 8732-78 |
| Гидравлические испытания | Обязательны для групп А, Б, В, Г | ГОСТ 8731-74 |
| Контроль сварных швов | Радиографический или ультразвуковой | ГОСТ 32569-2013 |
| Маркировка | Марка стали, диаметр, давление, группа качества | ГОСТ 32569-2013 |
| Тип труб | Диаметр наружный, мм | Толщина стенки, мм | ГОСТ | Область применения |
|---|---|---|---|---|
| Бесшовные горячедеформированные | 20-550 | 2,5-75 | ГОСТ 8732-78 | Технологические трубопроводы высокого давления |
| Бесшовные холоднодеформированные | 5-250 | 0,3-24 | ГОСТ 8734-75 | Прецизионные трубопроводы, КИПиА, агрессивные среды |
| Электросварные прямошовные | 10-530 | 1,0-10 | ГОСТ 10704-91 | Общезаводские трубопроводы среднего давления |
| Электросварные прямошовные большого диаметра | 530-1420 | 6-16 | ГОСТ 10706-80 | Магистральные трубопроводы химических производств |
| Длина немерная | — | — | — | 4-12,5 м (в зависимости от диаметра) |
| Длина мерная | — | — | — | В пределах немерной по согласованию |
| Коррозионностойкие бесшовные | 5-426 | 5-28 | Спецификации TMK | Среды с H₂S, CO₂, скорость коррозии ≤0,1 мм/год |
| Условный проход (DN) | 10-2400 | — | ГОСТ 33259-2015 | Стандартизированные фланцевые соединения |
| Номинальное давление (PN) | — | — | — | 1, 2.5, 6, 10, 16, 25, 40, 63, 100, 160, 250 (бар) |
Полное оглавление статьи
- Введение в системы трубопроводов химических производств
- Нормативные требования ГОСТ 32569-2013
- Марки сталей для различных сред
- Углеродистые и низколегированные стали
- Коррозионностойкие стали
- Температурные пределы эксплуатации
- Типы труб и сортамент
- Фланцевые соединения по ГОСТ 33259-2015
- Выбор материала трубопровода
- Требования к монтажу и эксплуатации
- Часто задаваемые вопросы
Введение в системы трубопроводов химических производств
Трубопроводные системы представляют собой критически важную инфраструктуру химической промышленности, обеспечивающую транспортирование технологических сред между аппаратами, реакторами и емкостями. Надежность и безопасность химического производства напрямую зависят от правильного выбора материалов трубопроводов, учитывающего агрессивность транспортируемых сред, рабочие параметры и условия эксплуатации.
Современные технологические трубопроводы химических предприятий работают в широком диапазоне параметров: давление до 320 МПа, температуры от криогенных значений минус 196 градусов до высокотемпературных плюс 700 градусов, что регламентировано положениями межгосударственного стандарта 32569-2013. Эти экстремальные условия эксплуатации предъявляют особые требования к конструкционным материалам.
Нормативные требования ГОСТ 32569-2013
Межгосударственный стандарт 32569-2013 устанавливает обязательные технические требования к проектированию, изготовлению, монтажу и эксплуатации технологических трубопроводов на взрывопожароопасных и химически опасных производствах. Документ введен в действие с 1 января 2015 года и заменил ранее действовавший отраслевой стандарт СА 03-005-07.
Стандарт распространяется на стальные трубопроводы, предназначенные для транспортирования газообразных, парообразных и жидких сред в пределах промышленных предприятий химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и газоперерабатывающей отраслей. Документ устанавливает условия выбора труб, деталей трубопроводов, арматуры и основных материалов для их изготовления.
Классификация трубопроводов по группам опасности
Согласно требованиям стандарта, технологические трубопроводы классифицируются по группам в зависимости от физико-химических свойств транспортируемой среды. Группу среды трубопровода, транспортирующего смеси различных компонентов, определяют по наиболее опасному компоненту, требующему отнесения к более ответственной группе. При определении группы учитывается токсичность, пожаровзрывоопасность и агрессивность среды.
Марки сталей для различных сред
Выбор марки стали для трубопроводов химических производств определяется прежде всего характером транспортируемой среды и ее коррозионной активностью. Коррозионностойкие стали содержат легирующие элементы, образующие защитную пассивную пленку на поверхности металла, которая предотвращает дальнейшее разрушение материала.
Углеродистые и низколегированные стали
Для транспортирования неагрессивных и слабоагрессивных сред применяют углеродистые стали марок 20 и Ст3сп, которые характеризуются достаточной прочностью при нормальных температурах и умеренном давлении. Эти марки стали используются для трубопроводов пара, воды, сжатого воздуха и других нейтральных сред.
Низколегированная сталь 09Г2С обладает повышенной прочностью и хладостойкостью, что позволяет применять ее в регионах с низкими климатическими температурами. Критическая температура хрупкости этой марки составляет минус 70 градусов, что обеспечивает безопасную эксплуатацию в северных регионах. Марганец в составе стали повышает прочностные характеристики, кремний улучшает раскисление и снижает склонность к образованию горячих трещин при сварке.
Особенности сварки углеродистых сталей
При сварке трубопроводов из углеродистых сталей необходимо учитывать склонность материала к образованию холодных трещин в околошовной зоне. Для предотвращения дефектов применяют предварительный подогрев свариваемых кромок до температуры 150-200 градусов и последующую термообработку сварных соединений, которая снижает остаточные напряжения и улучшает структуру металла шва.
Коррозионностойкие стали
Аустенитные хромоникелевые стали представляют основную группу материалов для трубопроводов агрессивных сред химических производств. Содержание хрома в количестве от 16 до 26 процентов обеспечивает формирование устойчивой оксидной пленки, защищающей металл от коррозии. Никель стабилизирует аустенитную структуру и повышает пластичность стали.
Стали для азотнокислых сред
Марки 12Х17, 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т успешно применяются в производствах азотной кислоты для изготовления башен, теплообменников, баков и трубопроводов. Сталь 12Х17 относится к ферритному классу и обладает стойкостью в окислительных средах, включая азотную кислоту различных концентраций при температурах до 600 градусов.
Аустенитная сталь 08Х18Н10Т с добавкой титана демонстрирует высокую стойкость против межкристаллитной коррозии, которая может развиваться в сварных соединениях при длительной эксплуатации в агрессивных средах. Титан связывает углерод в прочные карбиды, предотвращая обеднение хромом границ зерен.
Молибденсодержащие стали для кислотных сред
Введение молибдена в состав хромоникелевых сталей существенно повышает стойкость к точечной и щелевой коррозии, особенно в средах, содержащих хлориды. Марка 10Х17Н13М2Т с содержанием молибдена до 2,5 процентов применяется для трубопроводов органических кислот, фосфорной кислоты и других агрессивных сред химической промышленности.
Супераустенитная сталь 06ХН28МДТ содержит высокое количество никеля (26-29 процентов), хрома (22-25 процентов) и молибдена, что обеспечивает максимальную коррозионную стойкость. Эта марка является единственной нержавеющей сталью, способной противостоять воздействию серной кислоты в широком диапазоне концентраций и температур.
Температурные пределы эксплуатации
Температурный диапазон эксплуатации стальных трубопроводов химических производств чрезвычайно широк и определяется как свойствами транспортируемой среды, так и характеристиками конструкционного материала. Нижний предел температур для технологических трубопроводов составляет минус 196 градусов, что соответствует температуре кипения жидкого азота и применяется в криогенных производствах.
Криогенное применение сталей
Аустенитные хромоникелевые стали сохраняют пластичность и ударную вязкость при криогенных температурах, что позволяет использовать их для трубопроводов сжиженных газов. Марки 08Х18Н10Т и 12Х18Н10Т работоспособны при температурах до минус 196 градусов согласно ГОСТ 5632-2014, что обеспечивается стабильной аустенитной структурой, не претерпевающей фазовых превращений при охлаждении.
Жаропрочные и жаростойкие стали
Верхний температурный предел для большинства аустенитных сталей составляет 600 градусов, при превышении которого начинается интенсивное окалинообразование и снижение прочностных характеристик. Для работы при температурах 700 градусов и выше применяют специальные жаростойкие стали с повышенным содержанием хрома, например марку 15Х25Т, сохраняющую окалиностойкость до 1100 градусов.
Типы труб и сортамент
Стальные трубы для химических производств изготавливают различными технологическими методами, определяющими эксплуатационные характеристики и область применения. Основные типы труб включают бесшовные горячедеформированные, бесшовные холоднодеформированные и электросварные прямошовные изделия.
Бесшовные горячедеформированные трубы
Производство труб методом горячей деформации заготовки на прошивном стане обеспечивает получение бесшовных изделий диаметром от 20 до 550 миллиметров с толщиной стенки от 2,5 до 75 миллиметров согласно сортаменту стандарта 8732-78. Такие трубы применяют для трубопроводов высокого давления, где требуется максимальная надежность соединения металла по всему периметру.
Холоднодеформированные трубы
Холоднокатаные трубы получают волочением через калибрующий инструмент при комнатной температуре, что обеспечивает высокую точность размеров и качество поверхности. Сортамент по стандарту 8734-75 включает трубы диаметром 5-250 миллиметров с толщиной стенки 0,3-24 миллиметра. Эти трубы используют для прецизионных трубопроводов контрольно-измерительных приборов и в системах с высокими требованиями к чистоте внутренней поверхности.
Электросварные трубы
Прямошовные электросварные трубы изготавливают формовкой стальной ленты в цилиндрическую заготовку с последующей сваркой продольного шва. Сортамент по стандарту 10704-91 охватывает диаметры от 10 до 530 миллиметров, а стандарт 10706-80 регламентирует трубы большого диаметра от 530 до 1420 миллиметров. Электросварные трубы применяют для общезаводских трубопроводов среднего и низкого давления.
Фланцевые соединения по ГОСТ 33259-2015
С первого апреля 2016 года вступил в силу межгосударственный стандарт 33259-2015, который заменил ранее действовавшие стандарты на фланцы 12815-80, 12816-80, 12817-80, 12818-80, 12819-80, 12820-80, 12821-80 и 12822-80. Новый документ разработан с учетом положений международного стандарта ISO 7005-1:2011 и устанавливает единые требования к фланцам на номинальное давление до PN 250.
Типы фланцев
Стандарт регламентирует несколько конструктивных типов фланцев. Тип 01 представляет плоский приварной фланец, изготавливаемый для условных проходов от DN 10 до DN 2400 и номинальных давлений от PN 1 до PN 25. Тип 11 является воротниковым приварным встык фланцем, обеспечивающим наилучшее распределение напряжений в зоне сварного соединения.
Исполнения уплотнительных поверхностей
Фланцы изготавливают с различными исполнениями уплотнительных поверхностей, выбор которых зависит от рабочих параметров и типа применяемых прокладок. Исполнение В с соединительным выступом используется наиболее часто для мягких прокладок при номинальных давлениях до PN 40. Исполнение С с шипом применяют для линзовых прокладок при высоких давлениях.
Выбор материала трубопровода
Процедура выбора материала трубопровода для конкретного технологического процесса включает комплексный анализ условий эксплуатации и требований безопасности. На первом этапе определяют группу опасности транспортируемой среды согласно классификации стандарта 32569-2013, учитывая токсичность, пожаровзрывоопасность и коррозионную активность вещества.
Далее устанавливают рабочие параметры трубопровода: расчетное давление, температуру среды, наличие циклических нагрузок и температурных колебаний. На основании этих данных подбирают марку стали, обеспечивающую необходимую прочность, пластичность и коррозионную стойкость в заданных условиях эксплуатации.
Оценка коррозионной стойкости
При оценке коррозионной стойкости материала учитывают не только химический состав транспортируемой среды, но и наличие примесей, температуру, давление и скорость потока. Для сред, содержащих сероводород и углекислый газ, применяют специальные коррозионностойкие стали групп прочности К48-К56, материал которых выдерживает испытания на стойкость к сульфидному растрескиванию под напряжением и водородное растрескивание.
Требования к монтажу и эксплуатации
Монтаж технологических трубопроводов химических производств выполняют специализированные организации, имеющие соответствующие лицензии и допуски. До начала монтажных работ проверяют качество труб, деталей и арматуры, наличие сертификатов соответствия и паспортов на изделия. Трубы и детали с дефектами поверхности, превышающими допустимые значения, к монтажу не допускаются.
Сварочные работы
Сварку трубопроводов выполняют аттестованные сварщики по утвержденным технологическим процессам. Для коррозионностойких сталей применяют аргонодуговую сварку неплавящимся электродом или ручную дуговую сварку покрытыми электродами специальных марок. Сварные соединения подвергают контролю неразрушающими методами: радиографическому, ультразвуковому или капиллярному в зависимости от группы трубопровода.
Гидравлические испытания
После завершения монтажа трубопровод подвергают гидравлическим испытаниям пробным давлением, которое определяют расчетом исходя из расчетного давления и свойств материала при температуре испытаний. Продолжительность выдержки под пробным давлением составляет не менее десяти минут, в течение которых контролируют отсутствие падения давления, течей и видимых деформаций.
