壓力管道設計審批人員培訓教材

1、壓力管道設計審批人員培訓教材 （管道布置部分） 中國有色金屬建設協(xié)會設計分會 壓力管道研究會 主要內(nèi)容 管道特征及輸送介質特性 管道類別劃分及人員條件 管道布置基本要求及原則 管道敷設方式及設計要點 管道布置設計中常見問題 管道特征 及輸送介質特性 管道運輸是與鐵路、公路、水路、航空并列的五大運輸行業(yè)之一。 2003年6月1日開始實施的特種設備安全監(jiān)察條例，把涉及生命安全、危險性 較大的鍋爐、壓力容器（含氣瓶）、壓力管道、電梯、起重機械、客運索道、大型 游樂設施共七類設備，定為特種設備并實行安全監(jiān)察。 管道的定義及其特點 管道的定義： 工業(yè)金屬管道設計規(guī)范（GB50316-2000 ）定義：由

2、管道組成件、管道 支吊架等組成，用以輸送、分配、混合、分離、排放、計量或控制流體流 動的設備 壓力管道的定義： 特種設備安全監(jiān)察條例定義：是利用一定的壓力，用于輸送氣體或者 液體的管狀設備，其范圍規(guī)定為最高工作壓力大于等于0.1MPa （表壓）的 氣體、液化氣體、蒸汽介質或者可燃、易爆、有毒、有腐蝕性、最高工作 溫度高于或者等于標準沸點的液體介質，且公稱直徑大于25mm的管道 管道的特點： 管道相互聯(lián)系、牽扯和影響，長細比大，易于失穩(wěn)，受力情況更復雜 壓力管道設計除了要考慮常規(guī)因素外，還需考慮柔性、振動、支撐等特殊因素 管內(nèi)流體流動狀態(tài)復雜，緩沖余地小，工作條件變化頻率大 管道組成件種類繁多，

3、各有各的特點和技術要求，選材和總成困難 管道上的可能泄漏點多于壓力容器 管道在布置、安裝和檢驗方面與壓力容器存在很大的差別 壓力管道輸送介質的特性 介質的可燃易爆性 石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范GB50160和建筑設計防火規(guī)范GBJ16對可燃氣體、 可燃液體的火災危險性分類： 按爆炸下限將可燃氣體分為甲類-爆炸下限V 10% 乙類-爆炸下限10% 按閃點將可燃液體分為甲A類-液化烴（15C時蒸汽壓力O.IMPa） 甲B類-甲A類以外，閃點v 28C 乙A類-28 CW閃點w 45C 乙B類-45Cv閃點v 60C 丙 A 類-60 Cw閃點w 120C 丙B類-閃點120C 介質的毒性 職業(yè)性接觸

4、毒物危害程度分級GB5044按急性毒性、急性中毒發(fā)病狀況、慢性中毒患 病狀況、慢性中毒后果、致癌性、最高容許濃度六項指標的多數(shù)歸屬和實際接觸情況，經(jīng) 綜合分析確定分為極度危害、高度危害、中度危害、輕度危害四級 介質的腐蝕性 工藝介質常常具有一定的腐蝕性，尤其是各種濃度的酸堿鹽介質對金屬材料有較強的腐 蝕性 高溫高壓特性 壓力管道輸送的介質往往具有一定的的壓力和溫度。輸送介質壓力的大小直接影響到管 道的安全，壓力越高，泄漏和爆裂損壞的可能性越大；輸送介質的溫度對材料的強度產(chǎn)生 影響，過高的介質溫度使材料的強度下降，材料的選用常常受到溫度的限制 壓力管道類別劃分 及各級設計人員條件 壓力管道設計類

5、別、級別的劃分 壓力管道劃分范圍 公共條件：最高工作壓力大于O.IMPa, DN 25mm 介質特性條件：氣體、液化氣體、蒸汽介質 可燃、易爆、有毒、有腐蝕性的液體 最高工作溫度大于等于標準沸點的液體 分類分級 按使用性質、介質特性及危險程度分為三大類6個級別 長輸管道GA類：GA1級、GA2級 公用管道GB類：GB1級一市政燃氣 GB2級一市政熱力 工業(yè)管道GC類：GC1級、GC2級 GA1 級： 輸送有毒、可燃、易爆氣體介質，設計壓力P1.6Mpa的管道 輸送有毒、可燃、易爆液體介質，輸送距離（指產(chǎn)地、儲存庫、用戶間的用于輸送 商品介質管道的直接距離） 200Km且管道公稱直徑 DN 30

6、0mm的管道 輸送漿體介質，輸送距離 50Km且管道公稱直徑 DN 150mm的管道 GA2 級： 輸送有毒、可燃、易爆氣體介質，設計壓力P w 1.6Mpa的管道 GA1第2條范圍以外的管道 GA1第3條范圍以外的管道 GC1 級： 輸送GB5044職業(yè)性接觸毒物危害程度分級中，毒性程度為極度危害介質的管 道 輸送GB50160石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范及 GBJ16建筑設計防火規(guī)范中規(guī) 定的火災危險性為甲、 乙類可燃氣體或甲類可燃液體介質且設計壓力P 4.0Mpa的 管道 輸送可燃流體介質、有毒流體介質，設計壓P4.0Mpa且設計溫度大于等于 400C 的管道 輸送流體介質且設計壓力P 10

7、.0Mpa的管道 GC2 級： 輸送GB50160石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范及GBJ16建筑設計防火規(guī)范中規(guī) 定的火災危險性為甲、乙類可燃氣體或甲類可燃液體介質且設計壓力P4.0Mpa的 管道 輸送可燃流體介質、有毒流體介質，設計壓力P4.0Mpa且設計溫度大于等于 400 C 的管道 輸送非可燃流體介質、無毒流體介質，設計壓力P10Mpa且設計溫度大于等于 400 C的管道 輸送流體介質，設計壓力P10.0Mpa且設計溫度4.0Mpa , t 400C GC2 (2) P v 4.0Mpa , t 400C B類流體 在本規(guī)范內(nèi)系指這些流體在環(huán)境或操作條件下是一種氣體或可閃蒸產(chǎn)生氣體的液體，這

8、 些流體能點燃并在空氣中連續(xù)燃燒。 包括可燃氣體和可燃液體。 對應于規(guī)則中 GC1 (2 )、GC1 (3) GC2 (1)、GC2 (2) 流體舉例： GB50160石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范 GBJ16建筑設計防火規(guī)范 GC1(2) GC2(1): 甲、乙類可燃氣體 甲類：乙炔、氫氣、硫化氫、乙烯、丙烯、甲烷、乙烷、氯乙烯 乙類：一氧化碳、氨 甲類液體(閃點v 28C)液化天燃氣、液化甲烷、液化石油氣、液 化氯乙烯、汽油、原油、甲苯、甲醇、乙醇 GC1(3) GC2(2): 乙類液體：煤油、35號輕柴油 丙類液體：輕柴油、重柴油、20號重油、變壓器油、甘油等 其它可燃氣體 D類流體 指不可燃

9、、無毒、設計壓力小于或等于I.OMpa和設計溫度高于-20186 C之間的流體 流體舉例：Pv I.OMpa , tw 186C蒸汽和熱水 C類流體 指不包括D類流體的不可燃、無毒的流體 流體舉例：P=3.82MPa , t=450 C過熱蒸汽 各級設計人員條件 壓力管道設計技術負責人 從事本專業(yè)工作，且具有較全面的壓力容器或壓力管道專業(yè)知識 熟知并能正確運用有關規(guī)程、標準等技術規(guī)范，能組織、指導各級設計人員正確貫 徹執(zhí)行 熟知壓力容器或壓力管道設計工作和國內(nèi)外有關技術發(fā)展情況，具有綜合分析和判 斷能力，在關鍵技術問題上能作出正確決斷 具有三年以上壓力容器或壓力管道設計審核經(jīng)歷 具有高級技術職

10、稱 具有設計審批員資格證書 審核人員 熟悉并能指導設計、校核人員正確執(zhí)行有關規(guī)程、標準等技術規(guī)范，能解決設計、 制造、安裝和生產(chǎn)中的技術問題 能認真貫徹執(zhí)行國家的有關技術方針、政策，工作責任心強，具有較全面的壓力容 器或壓力管道設計專業(yè)技術知識，能保證設計質量 具有審查計算機設計的能力 具有三年以上壓力容器或壓力管道設計的校核經(jīng)歷 具有中級以上(含中級)技術職稱 具有設計審批員資格證書 審核人員 熟悉并能指導設計、校核人員正確執(zhí)行有關規(guī)程、標準等技術規(guī)范，能解決設計、 制造、安裝和生產(chǎn)中的技術問題 能認真貫徹執(zhí)行國家的有關技術方針、政策，工作責任心強，具有較全面的壓力容 器或壓力管道設計專業(yè)技

11、術知識，能保證設計質量 具有審查計算機設計的能力 具有三年以上壓力容器或壓力管道設計的校核經(jīng)歷 具有中級以上（含中級）技術職稱 具有設計審批員資格證書 校核人員 熟悉并能運用有關規(guī)程、標準等技術規(guī)范，能指導設計人員的設計工作 具有壓力容器或壓力管道設計專業(yè)知識，有相應的壓力容器或壓力管道設計成果并 已投入制造、使用 熟悉應用計算機進行設計 具有三年以上壓力容器或壓力管道設計經(jīng)歷 具有初級以上（含初級）技術職稱 設計人員 具有壓力容器或壓力管道設計專業(yè)知識 能較好地貫徹執(zhí)行有關規(guī)程、標準等技術規(guī)范 能在審批人員指導下獨立完成設計工作，并會使用計算機進行設計 具有初級以上（含初級）技術職稱 管道敷

12、設方式及設計要點 地面以上敷設 地面以上敷設通稱架空敷，是管道敷設的主要方式，具有便于施工、操作、檢查、維 修及經(jīng)濟等優(yōu)點 下列條件下應優(yōu)先考慮架空敷設： 車間內(nèi)管道 廠區(qū)地形復雜（遇河流、丘陵、高山、峽谷等） 地下水位高或年降雨量較大的地區(qū) 廠區(qū)地下管道縱橫交錯、無地下管位 對一些小口徑管道，當有管架可利用時（經(jīng)濟） 架空敷設按支架高度可分為： 低支架敷設：在山區(qū)建廠時采用，管道保溫層外表面至地表面的凈距一般不宜小于 0.5m 中支架敷設：人行交通頻繁地段宜采用，管道保溫層外表面至地表面的凈距一般不 小于2.5m 高支架敷設：經(jīng)過交通要道和跨鐵路、公路時采用管道保溫層外表面至地表面的凈 距一

13、般在5.0m（5.5m）以上 地下敷設：地溝敷設和埋地敷設 管（地）溝敷設：充分利用地下空間，方便檢查維修，但費用高，需設排水點，易積 聚可燃氣體，增加不安全因素，污物清理困難等，地溝敷設：通行地溝、半通行地 溝、不通行地溝。 通行地溝敷設： 優(yōu)缺點：維護和管理方便，操作人員可經(jīng)常進入地溝內(nèi)進行檢修，但基建投資大，占 地面積大 使用場合： 管道通過不允許挖開的路段 管道數(shù)量多或管徑較大， 無安全措施，不得在通行地溝內(nèi)布置窒息性及B類流體介質的管道 設計要點： 單側布置和雙側布置兩種方法。 保溫層表面至溝壁 120150mm;至溝頂 300350mm ;至溝底 150200mm，凈 寬應不小于0

14、.7m；通行地溝的凈高不低于1.8m 地溝轉彎處、分支處、盡頭處和直段每隔200m距離(對蒸汽管道不宜大于 100m)設 一個人孔或安裝孔 通行地溝應根據(jù)需要設置照明，照明電壓不超過36V 通行地溝內(nèi)溫度不應超過45 C 地溝蓋板須作0.030.05的橫向坡度，以排走融化雪水或雨水。地溝底板應設 0.0020.005的縱向坡度，以便及時將管道漏水和維修放水排至安裝孔內(nèi)的集水坑 內(nèi) 半通行地溝 優(yōu)缺點：維護和管理較方便，可進入地溝內(nèi)進行檢修，但基建投資相對較大，占地面 積大 適應場合： 當管道通過不允許挖開的路段 管道數(shù)量較多，采用通行地溝難于實現(xiàn)或經(jīng)濟不合理時 設計要點： 半通行地溝的高度一般

15、為1.21.4m.通道凈寬單側布置為0.50.6m,雙側布置不小 于 0.7m 保溫外表面離溝壁 100150mm,離溝底100200mm，離溝頂 200300mm 不通行地溝敷設 優(yōu)缺點：外形尺寸較小，占地面積小，與直埋方式相比，利于管道變形，地溝耗費材料 少。但難于發(fā)現(xiàn)管道缺陷和事故，維護和檢修也不方便 適應場合： 土壤干燥、地下水位低 管道根數(shù)不多且管徑小，維修量不大 對直埋管道，如有熱位移，在轉彎處或補償器處宜設不通行地溝 設計要點： 在不通行地溝內(nèi)管道布置方法及布置尺寸可參見國家動力設施標準圖集 (87SR416-1)或其它有關設計手冊 不通行地溝應設縱向坡度，坡度與坡向應與敷設的管

16、道一致。地溝蓋板上應有覆土 層，并應采取措施防止地面水滲入 管道或管道保溫外表面離溝壁凈距100150mm,離溝底100200mm，離溝頂50 100mm 避免管溝平行布置在主通道的下面 B類流體不宜設密閉的管溝內(nèi)，不可避免時，應在溝內(nèi)填滿細砂，并定期檢查 埋地敷設：其優(yōu)點是利用地下的空間，使地面以上空間較為簡潔，并不需支承措施; 其缺點是管道易被腐蝕，檢查和維修困難，在車行道處有時需特別處理以承受大的 載荷，低點排液不便及易凝油品凝固在管內(nèi)時處理困難，帶隔熱層的管道很難保持 良好的隔熱功能等，故只有在不宜采用其他敷設方式時，才予以考慮 管中管”預制保溫管：結構由鋼管、導線、保溫層和保護層組成

17、。 鋼管：一般為無縫鋼管，大口徑采用螺旋焊接管 導線：又稱報警線，用于檢測管道泄漏 保溫層：采用硬質聚氨脂泡沫塑料 主要技術性能： 密度：80 100Kg/m3 導熱系數(shù)： V0.35W/ (m.K) 抗壓強度：0.50.6MPa 抗拉強度： 0.20.3MPa 粘結強度：200KPa 耐溫性120 C （通用型）、150 C （高溫型） 保護層 管中管”預制保溫管的保護層是高密度聚乙烯管，其性能如下： 密度：8g/cm3斷裂伸長率：350% 脆化溫度：w -60 C抗拉強度：20MPa 維卡軟化點：120 C 直埋管道敷設方式 目前，直埋管道敷設方式主要有無補償和有補償兩種 無補償方式：國內(nèi)

18、外是建立在兩種不同的理論基礎，一是安定性分析理論，另一是 彈性分析理論 安定性分析理論 本世紀60年代由美國機械工程師協(xié)會提出的按應力分類法和塑性力學中安定性分析概念 為基礎的新的強度設計規(guī)范（簡稱ASME規(guī)范），該規(guī)范所采用的應力分為一次應力、二次 應力及峰值應力。由熱力管道內(nèi)壓及外載產(chǎn)生的一次應力不是自限性的。由溫差產(chǎn)生的二 次此應力是自限性的。對不同的應力規(guī)定不同的應力強度限制值，設計計算中，以一次應 力和二次應力的組合形式來進行校核。實踐證明，對于DN500以下的熱力管道的敷設，采 用這種理進行設計是可行的，也是最簡單的，并證明溫度為150 C以下的直埋管道的直線 段，完全可以不裝補償

19、裝置 彈性分析理論 是北歐各國設計直埋管道的依據(jù)，要求供熱管網(wǎng)在工作之前必須進行預熱，預熱溫度 是在管道的運行溫度和限制的最低溫度之間。要求預熱溫度與工作溫度及最低溫度的溫差 所產(chǎn)生的熱應力，不得超過管材的許用應力。預熱方式有兩種：敞開式和覆蓋式。敞開式 方式不需補償，不必設固定點，工程造價最低，但管溝敞開時間長。覆蓋式方式，由于土 壤摩擦力的影響，管道預熱的熱應力，不能完全被管道的轉角所補償，需設補償器。并且 補償器必須在預熱后焊死以形成一體，補償器之間的距離不得大于最大安裝長度的兩倍， 并需在直管段兩端設固定點，以防止管道彎頭破壞 有補償方式：管道溫度過高或難以找到熱源預熱，可采用有補償方

20、式。分固定點和 無固定點兩種 a. 有固定點方式補償器兩端設置固定點，固定點至補償器的距離不超過管道最大安裝長 度 b. 無固定點方式 對于無固定點有補償?shù)姆笤O，應校核兩個直管段是否超過最大安裝長度 Lmax的兩倍。如L w 2Lmax，則需校核直管段兩自由末端的自由彎管是否能吸收掉直管段 的實際熱伸長量。如L 2Lmax，還需在L管上設置補償器，直至所有不帶任何補償器的 直管段長度不超過 2Lmax為止 直埋管道敷設方式的選擇 無補償方式優(yōu)于有補償方式。無補償方式中，敞開式又優(yōu)于覆蓋式。 有補償方式中, 無固定點方式具有投資少、占地面積小及運行安全，應優(yōu)先采用。針對具體工程， 要根據(jù)現(xiàn)場條件

21、，從投資經(jīng)濟、施工周期等方面綜合考慮 直埋管道設計要點 適用于低壓蒸汽、熱水、冷水、石油等氣體和液體 直埋管道設計應遵循城市熱力網(wǎng)設計規(guī)范（CJJ34-90） 直埋管道應埋設在當?shù)氐谋鶅鼍€以下，并應確保一定的覆土深度。 直埋管道的溝槽開挖尺寸：管子與管子之間凈距200250m ,管子與溝壁之間 凈距 200250mm，管底與溝底之間凈距200mm，管頂與地面之間凈距 600mm 為便于補償器的檢修和維護，應按規(guī)范要求設置檢查井，檢查井凈高和人口數(shù)量按 規(guī)范要求，并應重點解決好檢查井的防水排水問題 管道水壓試驗時應注意補償器的保護 直埋管道穿過公路、鐵路時，應加套管或作成管溝，管溝應考慮汽車荷載。套管頂 距路