壓力管道基礎知識

1、第一章壓力管道基礎知識第一節(jié)壓力管道基本概念一、壓力管道的定義、工作原理及用途1 、 壓力管道的定義人們在生產(chǎn)、生活中廣泛利用管道來輸送介質(zhì),管道輸送已經(jīng)成為與鐵路、公路、水運、航運并列的運輸行業(yè)之一。在生產(chǎn)、生活中所使用的管道中的部分管道是壓力管道, 它作為一種特殊承壓設備越來越廣泛的應用于石油、石化、化工、電力等行業(yè)及城市燃氣和供熱工程中。特種設備安全監(jiān)察條例對壓力管道做了明確定義:壓力管道是指利用一定的壓力 ,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或者等于0.1MPa( 表壓 ) 的氣體、液化氣體、蒸汽介質(zhì)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

2、沸點的液體介質(zhì),且公稱直徑大于 25mm 的管道。壓力管道包括其附屬的安全附件、安全保護裝置和與安全保護裝置相關(guān)的設施。2 、 壓力管道的工作原理及用途對單條壓力管道而言 , 其工作原理就是依靠外界的動力或者是介質(zhì)本身的驅(qū)動力將該條壓力管道源頭的介質(zhì)輸送到該條壓力管道的終點。壓力管道的主要用途就是輸送流體介質(zhì), 而除此用途之外還可以延伸出以下一些功能 , 如儲存功能 ( 主要用于長輸管道 ) 和熱交換 ( 主要用于工業(yè)管道 ) 等。二、壓力管道的壓力與溫度1、壓力垂直作用于物體表面單位面積上的力則應稱為壓強，人們習慣于將壓強稱為壓力，以后所說的壓力實際上就是壓強。P=F/S式中： P ：壓強F

3、：壓力S：受力面積（2）、絕對壓力：管道內(nèi)介質(zhì)的實際壓力稱為絕對壓力，用符號“Pa”來表示。（3）、用各種壓力表測量管道介質(zhì)的壓力得到的壓力數(shù)值稱為表壓力或表壓用“ MPa ”表示。、當管道內(nèi)介質(zhì)的壓力等于大氣壓力時，壓力表的指針指在零位，即表壓為零。、當管道內(nèi)介質(zhì)的壓力大于大氣壓力時，壓力表的指針才會轉(zhuǎn)動，表上才有讀數(shù)。此時壓力表的讀數(shù)就是管道內(nèi)介質(zhì)壓力超出大氣壓力的部分，即表壓為正壓力。、當管道內(nèi)介質(zhì)的壓力低于外界大氣壓力時，真空表的壓力值即為介質(zhì)的壓力低于大氣壓力的部分，表壓為負壓力或真空，簡稱負壓。、絕對壓力、表壓力及大氣壓力三者之間的關(guān)系為：P絕二 P 表+P 大氣、人們通常所說的容

4、器壓力或介質(zhì)壓力均指表壓力。（4）、常見壓力單位、 兆帕（ MPa ）： 千帕（ kPa ）： 帕（ Pa）、千克力 / 厘米 2（kgf/cm 2）、巴和毫巴符號為bar和 mbar（ 4）、常見壓力單位換算：1 兆帕（ MPa ） =10 千克力 / 厘米 2（kgf/cm 2） = 10bar2、溫度1）、溫度是表示物體冷熱程度的物理量，微觀上來講是物體分子熱運動的劇烈程度。（ 2）、目前國際上用得較多的溫標有華氏溫標( F) 、攝氏溫標（ C）、熱力學溫標 (K)3）、我國使用攝氏度，其結(jié)冰點是0 C，沸點為 100 C。4）、華氏度結(jié)冰點是 32 F, 沸點為 212 F。5）、絕對

5、零度：當達到這一溫度時所有的原子和分子熱運動都將停止。是溫度的最低極限，相當于 273.15 ，6）、使用溫度：系指管道運行時，用測溫儀表測得工作介質(zhì)的溫度。7）、設計溫度：管道在正常工作過程中，在相應設計壓力下，設定的管道壁金屬溫度，其值略高于管道壁金屬可能達到的最高金屬溫度。三、壓力管道輸送的介質(zhì)1、概述壓力管道輸送的介質(zhì)均為流體介質(zhì), 如上所述 , 包括氣體、液化氣體、蒸汽或者可燃、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。氣體的種類很多, 常見的有空氣、氮氣、氧氣、氯氣、天然氣等。蒸汽介質(zhì)則特指水蒸汽。液化氣體常見的有液化烴 ( 液化天然氣、液化乙烯、液化環(huán)氧乙烷、

6、液化石油氣等 ) 及液氯、液氨、液氧、液氮等。具備下述 5 種特性之一的液體屬于壓力管道介質(zhì)范圍。、可燃可燃液體 : 建筑設計防火規(guī)范(GBJ16 1987 2001年版) 中所定義的乙類液體和丙類液體的曾用名稱。乙類液體指閃點大于或者等于28至閃點小于60的液體 ; 丙類液體指閃點大于或者等于60的液體。石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范 (GB50516 1992 1999年版 ) 中直接使用可燃液體的概念, 指的是除液化烴外的閃點小于28 的可燃液體和閃點大于或者等于28的可燃液體。需要說明的是易燃液體是建筑設計防火規(guī)范(GBJ16 1987 2001年版 )中所定義的甲類液體的曾用名稱,指閃點小

7、于28 的液體。在石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范(GB50516 1992 1999年版 ) 中沒有提出易燃液體的概念, 只是對液化烴專門做出定義,而將除液化烴外的閃點小于28 的液體歸于可燃液體。、易爆在危險、有害物質(zhì)識別時,常將易燃、易爆物質(zhì)定義為引燃、引爆后在短時間內(nèi)釋放出大量能量的物質(zhì)。易爆液體屬于易燃、易爆物質(zhì)的范疇。常用的“爆炸危險介質(zhì)”的定義為 :氣體或液體蒸汽、薄霧與空氣混合形成爆炸混合物 ,且其爆炸下限小于10%, 或爆炸上限與下限的差值大于或者等于20% 的介質(zhì)。、有毒有毒液體是呈液態(tài)的有毒物質(zhì)的總稱。有毒物質(zhì)是指以較小劑量作用于生物體 , 能使生物體的生理功能或者機體正常結(jié)構(gòu)發(fā)

8、生暫時或永久性病理改變、甚至死亡的物質(zhì)。工業(yè)有毒物質(zhì)的危害程度按照職業(yè)性接觸毒物危害程度分級GB5044 1985) 分極度危害 (I 級) 、高度危害( 級) 、 中度危害( 級) 和輕度危害 ( 級 ) 。常說的劇毒流體 , 即相當于極度危害物質(zhì)。 壓力管道定義中所說的有毒液體 , 包括四種危害程度的有毒物質(zhì)。但是 , 有些標準將這四種危害程度的介質(zhì)分成劇毒流體和有毒流體 , 此時所謂的有毒流體指除劇毒物質(zhì)外的其他有毒物質(zhì)。4) 、有腐蝕性有腐蝕性液體是指能灼傷人體組織并對管道材料造成損壞的液體, 如: 硫酸、 硝酸等。、最高工作溫度高于或者等于標準沸點液體的標準沸點是指在1 個大氣壓下的

9、沸點, 如水的標準沸點是100。最高工作溫度等于標準沸點的液體,如表壓力為零,則處在沸騰狀態(tài)。2、介質(zhì)的火災危險性壓力管道介質(zhì)的火災危險性有2 種分類方法 , 即石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范 (GB50516 1992 1999 年版 ) 和建筑設計防火規(guī)范(GBJ16 1987 2001年版 )。、石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范 (GB50516 1992 1999 年版 ) 的分類方法該標準按可燃氣體和液化烴、可燃氣體進行火災危險性分類。、可燃氣體的火災危險性分類見表11。表 1 1 可燃氣體的火災危險性分類類別可燃氣體與空氣混合物的爆炸下限舉例甲10% （體積）一氧化碳、溴甲烷、液化烴、可燃液體的

10、火災危險性分類見表1 2。見表 1 2 液化烴、可燃液體的火災危險性分類類別名稱特征舉例甲A液化烴15時的蒸汽壓力0.1MPa的烴類液體液化天然氣、液化石油氣及其他類似的液體B可燃液體甲 A 以外，閃點45 6035 號輕柴油。環(huán)戊烷丙A閃點 60 120輕柴油、重柴油B閃點 120 蠟油、 100 號重油(2) 、建筑設計防火規(guī)范(GBJ16 1987 2001年版 ) 對火災危險性的劃分。該標準所劃分的生產(chǎn)的火災危險性共有甲、乙、丙、丁、戊5 個生產(chǎn)類別 ,其中火災危險性特征部分涉及壓力管道介質(zhì)。介質(zhì)的毒性危害程度壓力管道介質(zhì)的毒性危害程度分級方法?？諝庵凶罡呷菰S濃度分別為：極度危害（ I

11、 級） 0 1 mg/m 3；高度危害（級）0. 1 1 0 mg/m 3；中度危害（級）10 42MPa) 、高壓管道 (1042MPa) 、中壓管道 (1.610MPa) 、低壓管道 (1,6MPa) 。（ 3）、城鎮(zhèn)燃氣管道根據(jù)輸氣壓力P 分為：、高壓 A(2 5 MPaP 4 OMPa) ；、高壓 B(1 6MPaP 25 MPa) ；、次高壓 A(0 8 MPaP 1 6 MPa) ；、次高壓 B(0 4 MPaP 0 8MPa) ；、中壓 A(0 2 MPap 0 4 MPa) ；、中壓 B(0 0l MPa P02 MPa) ；、低壓(P200 ) 、常溫管道 ( 29200 )

12、 、低溫管道 ( 29) 。5）、按介質(zhì)毒性分類 ,、劇毒管道 ( 極度危害 ) 、有毒管道 ( 非極度危害 ) 、無毒管道。6）、按介質(zhì)燃燒特性分類 ,、分為可燃介質(zhì)管道、非可燃介質(zhì)管道。7）、以介質(zhì)腐蝕性分類 ,、強腐蝕性介質(zhì)管道、腐蝕性介質(zhì)管道、非腐蝕性介質(zhì)管道。（8）、按毒性、燃燒特性等特征對流體進行分類, 分為 A1 類流體、 A2 類流體、B 類流體、 D 類流體、 C 類流體。然后根據(jù)流體分類方便地提出內(nèi)部為相應介質(zhì)管道的要求。、 A1 類流體 : 指劇毒流體, 在輸送過程中如有極少量的流體泄漏到環(huán)境中 , 被人吸入或與人體接觸時, 能造成嚴重中毒, 脫離接觸后 , 不能治愈。相

13、當于現(xiàn)行國家標準職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(GB5044) 中 I 級( 極度危害 )的毒物。、 A2 類流體 : 指有毒流體, 接觸此類流體后,會有不同程度的中毒, 脫離接觸后可治愈:相當于現(xiàn)行國家標準職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(GB5044)中級 ( 高度、中度、輕度危害) 的毒物。、 B 類流體 : 該類流體在環(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 , 這些液體能點燃并在空氣中連續(xù)燃燒。、 D 類流體 : 指不可燃、無毒、設計壓力小于或等于1.0MPa 和設計溫度高于 20186 之間的流體。、 C 類流體 : 指不包括D 類流體的不可燃、無毒的流體。工業(yè)金屬管道設計規(guī)范(GB

14、50316-2000) 采用該種分類方法。（ 9）、按管道用途分類,、長輸油氣管道、城鎮(zhèn)燃氣管道、熱力管道、工業(yè)管道 ( 包括工藝管道、公用工程管道) 、動力管道、制冷管道。六、安全監(jiān)督管理的分類（一）、壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定的分類說明1、為滿足安全監(jiān)督管理的需要, 壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定將壓力管道按其用途劃分為長輸管道(GA 類 ) 、公用管道 (GB 類 ) 和工業(yè)管道 (GC 類 ), 并給出了定義。長輸管道是指產(chǎn)地、儲存庫、使用單位間的用于輸送商品介質(zhì)的管道 ( 具體講就是 : 跨越地、市輸送商品介質(zhì)的管道;跨越省、( 自治區(qū)、直轄市)輸送商品介質(zhì)的管道); 公用管道是指城市或

15、鄉(xiāng)鎮(zhèn)范圍內(nèi)的用于公用事業(yè)或民用的燃氣管道和熱力管道; 工業(yè)管道是指企業(yè)、事業(yè)單位所屬的用于輸送工藝介質(zhì)的工藝管道、公用工程管道及其他輔助管道的工業(yè)管道。2、在壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定之后頒布的特種設備目錄將壓力管道作為一個種類, 分成長輸( 油氣) 管道( 輸油管道、輸氣管道) 、 公用管道( 燃氣管道、熱力管道) 和工業(yè)管道( 工藝管道、動力管道和制冷管道)3 個類別。3、壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定中所稱的長輸管道與特種設備目錄所稱的長輸 ( 油氣 ) 管道的含義基本相同。油氣田集輸管道、發(fā)電廠的動力管道和液化石油氣儲配站站內(nèi)管道一般劃為工業(yè)管道的范圍。（二）、壓力管道安全技術(shù)規(guī)范對各類壓

16、力管道進行了分級, 具體規(guī)定如下 :1、長輸 ( 油氣 ) 管道的分類分級長輸 ( 油氣 ) 管道為 GA 類, 分為 GA1 級和 GA2 級。（1）、 GA1 級是指滿足符合下列條件之一的長輸管道:、輸送有毒、可燃、易爆氣體介質(zhì),設計壓力p 1.6MPa 的管道;、輸送有毒、可燃、易爆液體介質(zhì),輸送距離L200km, 且管道公稱直徑 DN 300mm 的管道 ;、輸送漿體介質(zhì), 輸送距離 L50km 且管道公稱直徑DN 150mm 的管道。注 : 輸送距離是指產(chǎn)地、儲存庫、用戶間的用于輸送商品介質(zhì)管道的直接距離。（2）、 GA2 級是指滿足符合下列條件之一的長輸管道:、輸送有毒、可燃、易爆

17、氣體介質(zhì),設計壓力p 1.6MPa 的管道;、 GA1 中 b) 范圍以外的長輸管道;、 GA1 中 c) 范圍以外的長輸管道。2、公用管道的分類分級公用管道為 GB 類,分為GB1 級和GB2 級。、 GB1 級為燃氣管道、 GB2 級為熱力管道3、工業(yè)管道的分類分級工業(yè)管道為GC 類, 目前有兩種分級方法, 一種是壓力容器壓力管道設計單位資格許可與管理規(guī)則的分級方法, 將工業(yè)管道劃分為GC1 級、 GC2 級。另一種是壓力管道安裝單位資格認可實施細則和在用工業(yè)管道檢驗規(guī)程( 試用 ) 的分級方法 , 將工業(yè)管道劃分為GC1 級、 GC2 級和 GC3 級。這兩種分級方法的主要區(qū)別是后一種分

18、級方法中將第一種分級方法中的 GC2 級工業(yè)管道又劃出一部分管道做為 GC3 級。4、在用工業(yè)管道檢驗規(guī)程( 試用 ) 的分級方法如下:（ 1）、符合下列條件之一的工業(yè)管道為GC1 級 :、輸送GB5044 職業(yè)性接觸毒物危害程度分級中規(guī)定的毒性程度為極度危害介質(zhì)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, 并且設計壓力 p4.0MPa 的管道 ;、 輸送可燃流體介質(zhì)、有毒流體介質(zhì) , 設計壓力 P4.0MPa, 且設計溫度 t400 的管道 ;、輸送流體介質(zhì)并且設計壓力P 10.0MPa 的管道。（

19、2）、符合下列條件之一的工業(yè)管道為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, 并且設計壓力p4.0MPa 的管道 ;、輸送可燃流體介質(zhì)、有毒流體介質(zhì), 設計壓力 4.0MPa, 并且設計溫度 t 400的管道 ;、輸送非可燃流體介質(zhì)、無毒流體介質(zhì), 設計壓力 p10.0MPa, 并且設計溫度 t 400 的管道 ; 、輸送流體介質(zhì) , 設計壓力 p10.0MPa, 并且設計溫度t0.250.60%的鋼。強度及塑性適中，用于緊固件和鍛件如：35鋼。高碳鋼 C0.60% 的鋼強度和硬度高、塑性差，可

20、制作彈簧、鋼絲繩等。如65Mn （C0.620.7）（2）普通碳素鋼Q235AF沸騰鋼， b 半鎮(zhèn)靜鋼，鎮(zhèn)靜鋼省略A ：質(zhì)量等級號 ,A 級不做沖擊試驗,B 級做常溫 V 形缺口沖擊試驗;C、D兩級常用在重要場合下235 ： 屈服強度 235MPa ：分別為 195 、215 、 235 、255 、275 五個等級：“屈”字漢語拼音第一個字母。3）按品質(zhì)分類優(yōu)質(zhì)碳素鋼（ P 0.04 S 0.04% ）高級優(yōu)質(zhì)鋼（ P 0.03 S 0.02% ）（ 4）脫氧程度、沸騰鋼 A3F 在澆鑄前不用硅和鋁脫氧,鋼液中含氧量多, 澆注及凝固時會產(chǎn)生大量 CO 氣泡，在鋼錠模內(nèi)產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象, 這類鋼叫

21、沸騰鋼。、鎮(zhèn)靜鋼 A3 而脫氧較完全 , 澆鑄時鋼水在鋼錠模內(nèi)不產(chǎn)生 CO 氣體 , 這類鋼叫鎮(zhèn)靜鋼。成材率低 , 成本高。但鎮(zhèn)靜鋼中氣體含量低 , 時效傾向小 , 鋼鏡中氣泡、疏松較少 , 質(zhì)量較好。、半鎮(zhèn)靜鋼 A3b 進行中等程度脫氧, 介于沸騰鋼和鎮(zhèn)靜鋼之間的鋼( 四) 、優(yōu)質(zhì)碳素鋼：1、優(yōu)質(zhì)碳素鋼中的有害雜質(zhì)元素 S、P 比普通碳素鋼低 , 不僅如此 , 二者的冶煉方法也多有不同 , 普通碳素鋼多用成本最低轉(zhuǎn)爐冶煉 , 而優(yōu)質(zhì)碳鋼則采用平爐或純氧頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉 , 脫氧較好 , 雜質(zhì)含量較低 , 故其綜合機械性能、耐蝕性等均優(yōu)于普通碳素鋼。2、優(yōu)質(zhì)碳素鋼與高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼相比 , 價格不高

22、 , 是工程上應用最廣泛的碳素鋼。3、優(yōu)質(zhì)碳素鋼的表示方法和代號20 g（25g ）鍋爐鋼C:0.17 0.24%4、壓力管道中常用的牌號為08、 10、 20 三種。（五）高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼各方面性能略優(yōu)于優(yōu)質(zhì)碳素鋼 , 但價格較高，工程上用的并不多。一般情況下 , 如果采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼不能滿足使用條件要求時，將考慮選用相應的合金鋼而不用高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼。 高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼在優(yōu)質(zhì)碳素鋼的牌號后加A四、合金鋼1、合金鋼分類見表13表 13 合金鋼分類 ( 用途 )第一層第二層分類第三層分類特點及用途1低碳型合金鋼，合金元素總量一般 3；低合金鋼2強度明顯高于碳素鋼，有較好的塑性和韌性，可焊

23、性尚可；3用于中高溫、抗氫、抗高溫硫腐蝕等。1 中碳型合金鋼，合金元素含量較低；調(diào)質(zhì)鋼2 強度較高；合金結(jié)構(gòu)鋼3用于高溫螺栓、螺母材料等。1含碳量比調(diào)質(zhì)鋼高；合金鋼彈簧鋼2經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，強度較高抗疲勞強度較高；3用于彈簧材料。1高碳型合金鋼，合金含量較高；滾動軸承鋼2具有高而均勻的硬度和耐磨性；3用于滾動軸承。1低碳高合金鋼；特殊性能鋼不銹鋼2抗腐蝕性好；用于抗腐蝕、部分可做耐熱材料。低碳高合金鋼；耐熱鋼 2 耐熱性能好；用于耐熱材料、部分可做抗腐蝕材料。低碳合金鋼，根據(jù)耐低溫程度合金元素有高有低；低溫鋼 2 抗低溫性好；3 用于低溫材料（專用鋼為鎳鋼）。2、合金鋼的優(yōu)點合金鋼與碳素鋼相比, 它

24、具有較高的強度, 較好的耐熱性 , 較好的耐低溫性能,較好的耐腐蝕性能等優(yōu)點, 甚至有些生產(chǎn)環(huán)境采用碳素鋼是滿足不了要求的。故合金鋼是壓力管道中常用的也是很重要的材料。3、常用合金鋼壓力管道中常用的合金鋼有低合金鋼、調(diào)質(zhì)鋼、不銹鋼、耐熱鋼和低溫鋼。其它鋼種有時也會偶爾碰到在此不再作進一步的介紹。合金鋼表示方法及代號XXXXXXX特殊用途標記 , 同優(yōu)質(zhì)碳鋼部分。對高級優(yōu)質(zhì)合金鋼,在其后加“ A”主要合金元素符號及其含量 , 其中前兩位為元素符號 , 后兩位數(shù)字為該合金元素的平均百分比含量。數(shù)字為一位數(shù)時則用一個數(shù)字表示 , 含量不足 1.5 時可省略不注。有多個合金元素時則依次按此規(guī)則填寫。兩

25、位數(shù)字 , 表示鋼中平均含碳量的萬分之幾。25 Cr2 Mo V A高級優(yōu)質(zhì)合金鋼合金元素含量 1.5% X 僅標合金元素1.52.49%標“2”2.53.49 標“ 3”3.54.49標“4”1719.00 標“ 18”含 碳量25/10000（兩位數(shù)字表示）4、不銹鋼（ 1）不銹鋼特點、合金元素含量比較高, 均超過 10 , 有的高達 50% 甚至更多； 、它含有大量的合金元素, 故其耐熱、耐蝕等性能大大優(yōu)于碳素鋼和低合金鋼 , 但隨之而來的是其價格也遠遠高于碳素鋼和低合金鋼。2 ）分類（按常溫的組織不同）奧氏體型奧氏體 - 鐵素體雙相型鐵素體型馬氏體型沉淀硬化型（ 3）表示方法1Cr18Ni9Ti0Cr18Ni900Cr18Ni18合金元素表示方法同低合金鋼含碳量千分之幾（一位數(shù)表示）C0.1%用“ 0”表示“低碳”C0.03%用“ 00”表示“超低碳”5、常用不銹鋼1）、奧氏體不銹鋼、根據(jù)其含碳量的不同分為高碳型、低碳型(C 0.08 ) 、和超低碳型；、常溫為單一奧氏體組織，消除了組織間的電位差, 故有利于抗電化學腐蝕；、它含有大量耐蝕合金元素，抗高溫化學腐蝕；、具有良好的機械性能和可焊性；、價格較