化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論

化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論5/8/20241化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論討論什么是管道Pipe（管道系統(tǒng)Pipesystem）？5/8/20242化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論管道是包括管子、法蘭、管件、螺栓、墊片、閥門和其它管道組件，也包括管子吊架、支承和其它必要的防止蓄壓元件超壓和超負荷的物件等組成的輸送介質(zhì)或傳遞壓力的通道。管道系統(tǒng)：當管段與管件、閥門和其它機械設備連接在一起，并通過吊架、支承予以適當?shù)刂螘r，才稱之為管道系統(tǒng)。5/8/20243化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論第1部分：管道設計基礎5/8/20244化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論第1章管道概論5/8/20245化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論第1章管道概論一、管道級別、類別二、管道的設計壓力和設計溫度三、公稱壓力和壓力-溫度等級四、公稱直徑、外徑和壁厚系列五、管材許用應力5/8/20246化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論一、管道級別、類別1、我國工業(yè)管道的分類、分類1）按國標規(guī)定的施工驗收要求分類、分級2）石油化工管道分級3）國標《工業(yè)金屬管道設計規(guī)范》的管道分級4）《壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定》中管道分級2、美國國家壓力管道標準的管道分級5/8/20247化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論一、管道類別、級別1、我國工業(yè)管道的分類、分級1）按國標規(guī)定的施工驗收要求分類、分級1997.10.5建設部批準《工業(yè)金屬管道工程施工及驗收規(guī)范》（GB50235-97）為強制性國家標準。

國標GB50235-97沒有將管道具體分類或分級5/8/20248化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論但對管道輸送流體有明確的定義和劃分：劇毒流體---相當于GB5044-85《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級》中Ⅰ級危害程度毒物；有毒流體---相當于GB5044-85中Ⅱ級以下危害程度毒物；可燃流體---生產(chǎn)操作條件下可以點燃和連續(xù)燃燒的氣體或可以氣化的液體。

國標GB50235-97對輸送上述流體管道規(guī)定了不同檢驗和施工要求。5/8/20249化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論對管道組成件，如閥門試驗，劃分成兩類閥門：1、國標GB50235-97將輸送劇毒、有毒及可燃流體閥門和輸送設計壓力大于1MPa或設計壓力小于等于1MPa且設計溫度小于-29°C或大于186°C的非可燃、無毒流體管道閥門劃成一類；2、另一類為輸送壓力小于等于1MPa且設計溫度為-29°C~186°C的非可燃、無毒流體管道閥門。對管道焊縫射線照相檢驗，國標GB50235-97將管道劃分為三種情況，1、100%射線照相檢驗，質(zhì)量不低于Ⅱ級。這類管道為：1）輸送劇毒流體的管道；

5/8/202410化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論2）輸送設計壓力大于等于10MPa或設計壓力大于等于4MPa的非可燃流體、無毒流體的管道；3）輸送設計壓力大于等于10Mpa且設計溫度大于等于400°C的非可燃流體、無毒流體管道；4）設計溫度小于-29°C的低溫管道。2、焊縫可不進行射線照相的管道為輸送設計壓力小于等于1MPa且設計溫度小于400°C的非可燃流體和有毒流體管道3、焊縫射線照相檢驗抽檢比例不低于5%，質(zhì)量不低于Ⅲ級的管道除上述兩類管道以外的管道。5/8/202411化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論關于泄漏性試驗：GB50235-97規(guī)定輸送劇毒流體、有毒流體、可燃流體的管道必須經(jīng)行泄漏性試驗。泄漏性試驗，三類管道均為一類。5/8/202412化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論2）石油化工管道分級管道級別適用范圍SHA1毒性程度為極度危害介質(zhì)管道2設計壓力等于或大于10MPa的SHB級介質(zhì)管道SHBSHBⅠ1毒性程度為高度危害介質(zhì)管道2設計壓力小于10MPa的甲類、乙類可燃氣體和甲A類液化烴、甲B類可燃液體介質(zhì)管道3乙A類可燃介質(zhì)管道SHBⅡ1乙B類可燃液體介質(zhì)管道2丙類可燃液體介質(zhì)管道5/8/202413化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論3）國標《工業(yè)金屬管道設計規(guī)范》的管道分級輸送5類流體的管道類別分別與流體類別對應流體類別適用范圍A1類某種劇毒流體，相當于《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類相當于《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級》GB5044中Ⅱ級（高度、中度、輕度危害）的毒物B類能點燃并在空氣中連續(xù)燃燒的流體，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C類不包括D類流體的不可燃、無毒的流體D類設計壓力不大于1.0MPa和設計溫度高于-20℃～186℃的不可燃、無毒流體5/8/202414化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論4）《壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定》中管道分級《檢查規(guī)定》中壓力管道按其用途分為：長輸管道，為GA類，級別：GA1級、GA2級，指產(chǎn)地、儲存庫、用戶間的用于輸送商品介質(zhì)的管道；公用管道，為GB類，級別：GB1級和GB2級，包括燃氣管道和熱力管道；工業(yè)管道，為GC類。工業(yè)管道（GC類）分級表如下：5/8/202415化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論級別品種適用范圍GC11輸送GB5044中毒性程度為極度危害的介質(zhì)管道2設計壓力P≥10.0MPa的流體管道3輸送GB50160中火災危險性為甲乙類可燃氣體或甲類可燃液體且設計壓力P≥4.0MPa的管道4設計壓力P≥4.0MPa且設計溫度≥400℃的可燃液體、有毒流體管道GC21輸送GB50160中，火災危險性為甲乙類可燃氣體或甲類可燃液體，且設計壓力P＜4.0MPa的管道2設計壓力P＜4.0MPa而設計溫度≥400℃的可燃液體、有毒流體管道3設計壓力P＜10.0MPa而設計溫度≥400℃的無毒、不可燃介質(zhì)管道4設計壓力P＜10.0MPa且設計溫度＜400℃的管道GB5044-《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級》GB50160-《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》5/8/202416化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論GB5044中常見有毒介質(zhì)表級別毒物名稱極度危害（Ⅰ級）汞及其化合物、苯、砷及其無機化合物、氯化烯、鉻酸鹽、重鉻酸鹽、黃磷、鈹及其化合物、對硫磷、羰基鎳、八氟異丁烯、氯甲醚、錳、及其無機化合物、氰化物高度危害（Ⅱ級）三硝基甲苯、鉛及其化合物、二硫化碳、氯、丙烯睛、四氯化碳、硫化氫、甲醛、苯胺、氟化氫、五氯酚及其鈉鹽、鎘及其化合物、敵百蟲、氯丙烯、釩及其化合物、溴甲烷、硫酸二甲酯、金屬鎳、甲苯二異氰酸酯、環(huán)氧氯丙烷、砷化氫、敵敵畏、光氣、氯丁二烯、一氧化碳、硝基苯中度危害（Ⅲ級）苯乙烯、甲醇、硝酸、硫酸、鹽酸、甲苯、二甲苯、三氯乙烯、二甲基甲酰胺、六氯丙烯、苯酚、氫氧化物輕度危害（Ⅳ級）溶劑汽油、丙酮、氫氧化鈉、四氯乙烯、氨5/8/202417化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論GB50160中可燃性氣體火災危險性分類舉例類別可燃氣體名稱甲乙炔、環(huán)氧乙烷、氫氣、合成氣、硫化氫、乙烯、氰化氫、丙烯、丁烯、丁二烯、順丁烯、反丁烯、甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、丙二烯、環(huán)丙烷、甲胺、環(huán)丁烷、甲醛、甲醚、氯甲烷、氯乙烯、異丁烷乙一氧化碳、氨、溴甲烷5/8/202418化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論2、美國國家壓力管道標準的管道分級《ASME壓力管道規(guī)范》（ANSI/ASMEB31）包括若干部分，每一部分都是一個美國國家標準，如：B31.1---動力管道；B31.3---化工廠和石油煉制廠管道；B31.4---液體石油輸送管道系統(tǒng)；B31.5---冷凍管道；B31.8---氣體傳送和分配管道系統(tǒng)。B31.3已經(jīng)得到全世界的公認，成為石油化工廠壓力管道設計普遍遵循的規(guī)范。B31.3根據(jù)介質(zhì)的安全性、對人體的危害程度和設計條件（壓力、溫度）等因素將流體分為M類、D類、一般流體類（介于M類和D類之間的流體）。5/8/202419化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論M類流體---劇毒流體：極少泄露即會造成嚴重的即使馬上進行治療也難以治愈的傷害D類流體---設計壓力不超過1.05MPa，設計溫度在-19~186°C之間的不易燃、無毒、對人體無害的流體一般流體---除M、D類以外的流體，該類管道指除M、D類以外的所有工藝和公用工程管道，

但

不包括加熱爐、熱交換器、容器和機組的內(nèi)部管道。

5/8/202420化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論2管道的設計壓力和設計溫度管道設計壓力、設計溫度、管道輸送介質(zhì)-------管道工程設計的重要參數(shù)設計壓力---管道設計規(guī)范均有各自規(guī)定國標《工業(yè)金屬管道設計規(guī)范》規(guī)定設計壓力按下列要求確定：一條管道的設計壓力（表壓），不應小于運行中遇到的可能內(nèi)壓或外壓與溫度相耦合時最嚴重條件下的壓力。最嚴重條件就是強度計算時管道組成件需要最大厚度及最高公稱壓力時的參數(shù)。

5/8/202421化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論中國石化總公司《石油化工企業(yè)管道設計器材選用通則》（SH3059-94）規(guī)定管道組成件的設計壓力，不低于正常操作過程中，由內(nèi)壓或外壓與溫度構(gòu)成的最苛刻條件下的壓力。最苛刻條件是導致管道組成件最大壁厚或最高壓力等級的條件。與設備或容器連接的管道，其設計壓力應不低于所連接設備或容器的設計壓力，并應符合以下要求：管道系統(tǒng)無安全泄壓裝置時，設計壓力不應低于壓力源可能引起的最高壓力與靜液柱壓力之和，裝有安全泄壓裝置時，則不應低于安全泄壓裝置的設定壓力與靜液柱壓力之和。離心泵排出管道的設計壓力取以下兩項中的較大值，取離心泵的正常吸入壓力加泵進出口額定壓差的1.2倍或離心泵最大吸人壓力加泵進出口的額定壓差。真空系統(tǒng)管道的設汁壓力為0.1MPa外壓。5/8/202422化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論ANSI/ASMEB31·3定義的設計壓力為：一條管道的設計壓力不應小于在操作中可能遇到的內(nèi)壓或外壓與溫度相偶合時的最嚴重情況下的壓力，最嚴重情況是導致組成件需要最大厚度和最高參數(shù)時的情況?？傊O計壓力是導致管道組成件最大厚度和最高壓力等級的壓力，根據(jù)各根管道的具體條件確定。5/8/202423化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論設計溫度管道的設計溫度系指正常操作過程中，由壓力和溫度構(gòu)成的最苛刻條件下的材料溫度。各管道規(guī)范設計溫度取法并不完全一致。

ANSI/ASMEB31·3將管道分成三種情況分別確定其設計溫度，對于不保溫管道，流體溫度低于38°C時，金屬溫度與流體溫度相同，38°C及其以上溫度，除非通過試驗或傳熱計算有較低的平均壁溫外．組成件金屬溫度不應低于以下數(shù)值：閥門、管于、翻邊短節(jié)、焊接管件和其它壁厚與管子相近組成件的金屬溫度為流體溫度的95％；帶法蘭管件和法蘭溫度為流體溫度的90％(松套法蘭為85％)；螺栓連接件的溫度為流體溫度的80％。對于外部保溫管道，除經(jīng)計算或試驗或?qū)崪y所得可以使用其它溫度外，均以流體溫度為使用溫度，當采用外伴熱或夾套時應考慮這種加熱影響，對于內(nèi)部保溫管道，金屬溫度根據(jù)伴熱計算或試驗確定。5/8/202424化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論SH3059-94設計溫度的確定與ANSI/ASMEB31.3比較一致，但更具體。國標《工業(yè)金屬管道設計規(guī)范》設計溫度的確定與B31·3和SH3059有以下不同點。一是對于0°C以下的管道，設計溫度取管道材料可能達到的最低溫度，包括流體及環(huán)境溫度影響可達到的最低溫度；二是對于外伴熱或夾套管道，應以外加熱和管內(nèi)流體溫度中的較高溫度為設計溫度；三是對不保溫管道上述38℃的界限改為65°；四是國標規(guī)定對于非金屬材料襯里的保溫管道，其設計溫度取流體的最高工作溫度，不保溫時，外層金屬溫度通過傳熱計算或試驗決定。而SH3059規(guī)定帶襯里或內(nèi)隔熱層管道的設計溫度均經(jīng)計算或?qū)崪y確定。5/8/202425化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論

設計溫度與設計壓力一樣是管道工程設計的重要參數(shù)，是管道選材的依據(jù)之一，正確確定設計溫度，才能保證管道安全運行，又不致造成浪費。5/8/202426化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論3公稱壓力、壓力-溫度等級公稱壓力---為管子、管件、閥門等在規(guī)定溫度下允許承受的以壓力等級表示的工作壓力。符號：PN單位：MPa，bar（公制）psi（英制Poundspersquareinch）1磅/平方英寸，1psi=6.89kpa1bar=14.56psi=0.1MPa5/8/202427化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論公稱壓力一般表示管道法蘭或法蘭連接的其他管道組成件在某一基準溫度下的最大許用工作壓力，由于公稱壓力中的某一基準溫度在公制中為一個較低的溫度或常溫，因而在較高溫度時的許用工作壓力小于該公稱壓力值，而在英制中這一基準溫度為一較高溫度，低于此基準溫度時的許用工作壓力可大于其公稱壓力值。為此公制與英制的對應關系不能用簡單的單位換算來被此替換。例如英制CLASS300psi對應的公制公稱壓力為PN5.0MPa，而不是300x6.8948x0.001＝2.07MPa。5/8/202428化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論

管道操作條件繁多，管道上的法蘭如以使用條件逐個計算，不僅工作量大，而且法蘭的連接及其互換性均成問題，因此各國都歸并成若干個公稱壓力等級、使法蘭標準化、系列化，簡化了品種又增加了互換性。各國公稱壓力分級及國內(nèi)公稱壓力分級見表5/8/202429化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論各國公稱壓力分級國名標準號單位公稱壓力中國GB9112-88MPa0.25、0.60、1.0、1.6、2.0、2.5、4.0、5.0、10.0、15.0、25.0、42.0美國ANSIB16.5psi150、300、400、600、900、1500、2500MPa2.0、5.0、6.8、10.0、15.0、25.0、42.0英國BS10-1962psi30、50、100、150、250、450、600、900德國DIN2401Bar1、1.6、(2)①、2.5、(3.2)、4、(5)、6、(8)、10、(12.5)、16、(20)、25、(32)、40、(50)、63②、(80)、100、(125)、160、(200)、250、(315)、400、(500)、630、(700)、(800)、1000、(1250)、1600、(2000)、2500、4000、6300日本JISB2201-1970kg/cm22、5、10、16、20、30、40、63ISOISO7268Kgf/cm2系列110、16、20、50、100、150、250、420系列22.5、6、25、40①應優(yōu)先選用表中不帶括弧的壓力等級；②以前用過64這個數(shù)，63和64可以互換。5/8/202430化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論5/8/202431化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論5/8/202432化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論壓力-溫度等級管道組成件允許的工作壓力與工作溫度有關，對同一材料而言，工作壓力一般均隨溫度的升高而降低。各種管道組成件的壓力一溫度等級的確定有以下兩種情況。1）以公稱壓力分級的管道組成件這類管道組成件的壓力一溫度關系大多可在相應的法蘭標準中直接查得。對于只標明公稱壓力的組成件，除非另有規(guī)定，在設計溫度下的許用壓力可按下列公式計算。5/8/202433化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論2）沒有以公稱壓力分級的組成件此類組成件如管子、管件，其壓力一溫度參數(shù)值可用設計溫度下材料的許用應力及組成件的有效厚度(名義厚度減去所有厚度附加量)計算確定。5/8/202434化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論4公稱直徑、外徑和壁厚系列公稱直徑為簡化管道組成件的連接尺寸，便于生產(chǎn)和選用，工程上對管道直徑進行了標準化分級，以“公稱直徑”表示，公稱直徑的符號為DN，公制單位為mm，英制單位為in公稱直徑為表征管子、管件、閥門等口徑的名義內(nèi)直徑，其實際數(shù)值與內(nèi)徑并不完全相同，我國以前用的鋼管公稱直徑數(shù)值一班與鋼管實際內(nèi)徑比較接近，而ANSI鋼管的公稱直徑數(shù)值，DN≤12〞時與內(nèi)徑比較接近，當DN≥14〞時公稱直徑的數(shù)值為鋼管外徑或與外徑相接近，因此同樣公稱直徑的管道組成件并不意味能完全匹配連接?！?/8/202435化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論公稱直徑分級國內(nèi)外基本相同，見表5/8/202436化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論外經(jīng)系列

鋼管是按外徑和壁厚系列組織生產(chǎn)的。目前世界各國均有各自的鋼管標準，鋼管尺寸并不統(tǒng)一。因此，公稱直徑相同的鋼管，往往會有不同的外徑。國內(nèi)外主要的外徑系列見下表5/8/202437化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論5/8/202438化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論5/8/202439化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論壁厚系列管子和管件除了以公稱直徑分級外，還以管壁厚度分級，目前常用的分級方法主要有下述幾種：1）以管子表號（Sch）表示的壁厚系列這是美國ANSIB36.10標準規(guī)定的，適用于焊接鋼管和無縫鋼管。管子表號Sch是設計壓力與設計溫度下材料許用應力的比值乘以1000，并經(jīng)圓整的數(shù)值。5/8/202440化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論即：

管子表號并非壁厚值，但與壁厚有直接關系，同一直徑管子，每種表號均有相對應的壁厚值，而同樣表號對不同直徑的管子，其壁厚值各自不同

5/8/202441化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論

利用表號可以算得該管子在某設計溫度下所能適應的設計壓力，即：

從公式可以看出，同一材料、同樣溫度、表號相同的管子所能適應的設計壓力是相同的。5/8/202442化工壓力管道設計管道設計基礎管道概論

以管子表號表示的壁厚系列是目前管道工程中使用最多的。管子表號所對應的具體壁厚各國均有各自的規(guī)定值，不完全相同，但比較接近。GB12459鋼制對焊管件分