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1、6.3.1 工业管道的设计工业管道的设计肖肖 晖晖河南省锅炉压力容器安全检测研究院河南省锅炉压力容器安全检测研究院1基础知识GC类工业管道：定义：指企业、事业单位所属的用于输送工艺介质的工艺管道、公用工程管道及其他辅助管道。包括延伸出工厂边界线，但归属企、事业单位管辖的工艺管线。分级：GC类分为GC1、GC2和GC3三级。基本特征：工艺流程种类最多；生产制作环境状态最为复杂；输送介质品种较多和输送条件较苛刻；输送压力和温度高。4、压力管道的分类和分级压力管道的分类和分级关于工业管道（1）工业管道的范围：工业管道的使用范围仅限于企业、事业单位内部，（包括延伸出工厂边界线，但归属于企、事业单位管辖
2、的工艺管道）主要有别于公用管道。分三类：工艺管道、公用工程管道、辅助管道；（2）工业管道的服务对象：服务对象强调的是为企业、事业单位的生产服务。（3）工业管道的属性：这类压力管道为企、事业单位所有，属于单位管辖。（4）介质特性：介质种类多、压力温度范围大。1基础知识（1）工业管道设计过程）工业管道设计过程在我国，工程设计一般分两步进行，首先根据已批准的项目建议书和可行性研究报告（设计前期工作）进行初步设计。初步设计经上级主管部门组织审查、批准后再进行施工图设计。设计主要内容如下：1）工艺计算包括物料衡算、热量衡算和水力计算等；按照物料的流量及该物料允许的流速确定管径、管长。2）管道材料选择按照
3、不同介质的物理化学性质、压力等级、工作温度等因素确定管子的材料和阀门、法兰等管道组成件，初估材料数量。3）管道的结构设计包括管道组成件的选用（阀门、法兰、管件、补偿器、支吊架）及隔热、伴热设计。4）管道的强度计算包括静载计算（包括内外压力载荷、管道组成件、支承件的重力、流体重量、冰雪重量）、动载计算（流体冲击、撞击等冲击载荷、压力波动、风载、地震）、振动计算、热应力计算。5）安全装置设计包括安全阀、爆破片、阻火器等。6）绘制草图和施工图绘制流程图（系统图）、平面布置图、立面布置图、管段图（空视图）、管件图、管架图等。施工图设计阶段先绘制详细的管道流程图和设备布置图再设计管道平立面布置图，对温度
4、较高等重要管道进行应力计算，绘制单管图、管口方位图、蒸汽伴热管系图等。7）编制说明书n编制管道设计说明书、施工安装说明书、管道安装一览表、综合材料表等。n所有设计文件必须进行校对、审核，部分图纸还要进行审定，最后还要进行各有关专业参加的综合会签，确保设计的质量。管道设计控制内容和要求（2）管道的敷设方式）管道的敷设方式n管道敷设可分为明装和暗设两种方式。管道是明装还是暗设应根据生产的性质，被输送介质的性质以及操作、安装、检修的情况来确定。n管道暗设一般分为埋地敷设或管沟敷设两种方式。n输送下述介质的管道可允许直接埋地敷设：1）输送介质为液体、无腐蚀性、毒性或爆炸危险，且粘度较小而不易凝结的管道
5、。2）输送的介质为常温、低压的管道。3）不须经常进行检修的管道。4）停车时管道内积存的介质不会凝固。5）管道本身能经受覆盖土层的压力。6）地坪系普通的地坪，而不是特殊材料地坪，如瓷砖等。n如果管道不宜埋地或沿地面敷设，也不能架空敷设或架空敷设有特殊困难时，可考虑敷设在管沟中，管沟的型式一般有三种：1）可通行管沟n多用于室外、距离较长、数量较多、且经常检修的管道。这种管沟的特点是人可站在沟中进行安装、检修管道；2）不通行管沟这种管沟人不能站在沟内进行安装、检修管道。一般用于距离较短、数量较少不经常检修的管道。3）半通行管沟n型式介于可通行管沟与不通行管沟二者之间。多用于管道较长、较多、须经常检修
6、的管道中，且位于不经常通行的地点，当管道检修时沟盖打开不妨碍其交通或操作。n各种管沟底均应有不小于2/1000的纵向坡度，满足排水要求。n管道布置应在满足施工、操作、维修方便的前提下，统一规划，力求整齐美观，达到安全可靠、经济合理的要求。各种介质的管道在不同的规范中均有一些特殊的要求，因此，仅提出一般的布置原则。（3）地上管道布置）地上管道布置1）地上管道布置的一般规定压力管道布置时应满足工艺及管道和仪表流程图的要求，应对整个装置的管道系统进行全盘规划，统一考虑。管道布置应满足为便于生产操作、安装、检修的要求。具有热胀冷缩的管道，布置中配合柔性计算的范围应符合规范的规定。（9.2.1）管道布置
7、应按规范要求控制管道振动。2）管道的净空高度及净距n架空管道穿过道路、铁路及人行道等的净空高度系指管道隔热层或支承构件最低点的高度，应符合GB50316-2000工业金属管道设计规范8.1管道的布置的规定。n在外管架（廊）上敷设管道时，管架边缘至建筑物或其他设施的水平距离除按以下要求外，还应符合现行国家标准石油化工企业设计防火规范GB50160、工业企业总平面设计规范GB50187及建筑设计防火规范GBJ16的规定。3）地上管道布置的一般要求GB50316-2000工业金属管道设计规范8.1 a多层管廊的层间距离应满足管道的安装要求。腐蚀性强的管道应布置在下层。高温管道应布置在对电缆没有影响的
8、下方位置。b沿地面敷设的管道穿越人行通道时，必须设跨越桥。c在道路、铁路上方的管道不应安装阀法兰、螺纹接头及带有填料的补偿器等可能泄漏的组成件。d沿墙布置的管道不应影响门、窗的打开。e输送腐蚀性液体的管道，不应布置在转动设备上方。f与泵连接的管道应符合有关要求。（8.1.14）g与容器连接的管道布置应符合有关要求。（8.1.15）h布置管道应留有转动设备维修、操作和设备内填充物装卸及消防车道等所需的空间。i设备内件抽出区域、设备法兰拆卸区域及吊装孔范围内不应布置管道。j就地指示仪表接口的位置应设在操作人员看得清的高度。k管道上的仪表接口应按仪表专业的要求设置，并应满足元件装卸所需的空间。l设计
9、压力小于等于6.3MPa或设计温度小于等于425的蒸汽管道，仪表接口公称直径不应小于15mm。大于上述条件及有振动的管道，仪表接口公称直径不应小于20mm，当主管公称直径小于20mm时，仪表接口不应小于主管径。管道的结构应符合下列规定：n两条对接焊缝的距离，不应小于3倍焊件的厚度，需焊后热处理的管道焊缝不宜小于6倍焊件的厚度，且应符合下列要求：n公称直径小于50mm的管道，焊缝的间距不宜小于50mm；大于等于50mm的管道，焊缝的间距不宜小于100mm；m管道环焊缝不宜设在支架管托范围内。需热处理的从外侧距支吊架边缘距离宜大于焊缝宽度的5倍，且大于等于100mm。n不宜在管道的焊缝上开孔与接管
10、，当不可避免时，应经强度校核。o管道现场玩管的弯曲半径不宜小于3.5倍的管外径，焊缝距弯管的起弯点不宜小于100mm，且不宜小于管外径。p在螺纹连接的管道上，每个分支应在阀门等维修件附近设置一个活接头，但采用法兰连接阀门可不设。q除端部带直管的对焊管件外，不应将标准的对焊管件与滑套法兰连接。r蒸汽管道或可凝性气体管道的支管宜从主管的上方接出蒸汽冷凝液支管应从收回总管的上方接入。s管道布置时应流出试生产、施工、催、吹扫等所需的临时接口。t管道穿过安全隔墙时应加套管。套管内的管段不应有焊缝，管子与套管的间隙应以不燃烧的软质材料填满。u管道的高点与低点应分别备有排气口和排液口，并位于容易接近的地方。
11、如该处（相同高度）有其他接口可利用时可不接排气口和排液口。管径小于等于25mm的管道（除管廊上管道外）可不设排气口，对于蒸汽伴热管迂回时出现的低点处，可不设排液口。v高点排气管的公称直径最小应为15mm；低点排液管的公称直径最小应为20mm；当主管的公称直径最小应为15mm时，可采用等径排液口。w气体管道的高点排气口可不设阀门，接管口可采用法兰盖或管帽等加以封闭。x所有排液口的最低点离地面的距离不宜小于150mm.y饱和蒸汽管道的低点应设集液包及蒸汽疏水阀。4）B类流体管道的布置GB50316-2000工业金属管道设计规范8.1（4）管沟内管道的布置）管沟内管道的布置GB50316-2000工
12、业金属管道设计规范8.2n管沟内布置的管道应符合以下规定：1）沟内管道的布置应方便检修，沟内应有排水措施。2）沟与铁路道路建筑物的距离应根据建筑物的结构、路基、管道敷设深度、管径、流体压力等结构条件决定，并应符合GB50316附录F的规定。3）在无可靠的通风条件及无安全措施时，不得在通行管沟内布置窒息性及B类流体的管道。4）B类流体的管道不宜设置在密闭的沟内。在明沟中不宜敷设密度比环境空气大的B类气体管道。当不可避免时，应在沟内填满细纱。（5）埋地管道的布置）埋地管道的布置GB50316-2000工业金属管道设计规范8.31）大直径薄壁管道深埋时，应满足土壤压力下的稳定性及刚度要求。2）从道路
13、下面穿越的管道，其顶部至路面不宜小于0.7m。3）从铁路下面穿越的管道应设套管，套管顶至铁轨底的距离不应小于1.2m。4）管道埋深应在冰冻线以下。当无法实现时，应有可靠的防冻保护措施。5）B类流体、氧气和热力管道与其它管道的交叉净距应不小于0.25m；C类及D类流体管道间的交叉净距应不小于0.15m；6）设有补偿器、阀门及其它需维修的管道组成件的时，应将其布置在符合安全要求的井室中，并应有宽度大于等于0.5m的维修空间。7）有加热保护的（如伴热）管道不应直接埋地，应设在管沟内。8）带有隔热层及外护套的埋地管道，布置时应有足够的柔性，并在外套内有内管热胀的余地。无补偿直埋管道，可用于温度小于或等
14、于120的D类流体的管道，并应按国家现行直埋供热管道标准的规定设计与施工。（6）管道编号的编制）管道编号的编制n管道编号是表示其身份的唯一的编号。n管道的编号应体现出该管道输送的介质、管子的公称直径、材料、管道的区位号、管道的顺序号，有些还包括管道压力等级、保温等信息。n举例如下：PL101200SS（1）（2）（3）（4）（5）1）介质代号介质代号一般以介质的英文缩写字母表示，各行业标准略有差别，化工行业标准HG20519.36-92物料代号规定的物料代号如表6.3.1所示。2）区位号，以一个工程或厂区取一个代号。3）管道序号，以管道的顺序编号。4）管径无缝钢管、钢板卷管、塑料管、有色金属管
15、等的管径以公称直径表示。5）材料代号（7）管道的识别色、识别符号和安全标识）管道的识别色、识别符号和安全标识 n压力管道的外表面涂刷识别色、识别符号和安全标识的国家标准是GB7231-2003工业管道的基本识别色、识别符号和安全标识。该标准规定了工业管道的基本识别色的颜色、识别符号和安全标识。n石化、化工、电力等行业也根据国家标准制定了行业压力管道的识别色、识别符号的规定。1）识别色n识别色是指用以识别工业管道内物质种类的颜色。有的行业规定称为表面色。n一般情况下，在地面上的有隔热层的管道均应涂刷识别色。但是采用有色金属、不锈钢、陶瓷、塑料（含玻璃钢）等材料制成或表面已采用搪瓷、镀锌等处理的管
16、道宜保持材料本色，不应再涂识别色，但应有识别符号（标志）。n国家标准GB7231规定的基本识别色按照物质的性质分为八类，见表6.3.2。2）识别符号n识别符号是指用以识别工业管道内物质名称和状态的记号。有的标准称为标志色。n工业管道的识别符号包括：管道内介质名称、流向（介质双向流动时用双箭头）、管号、主要工艺参数等。n其标识的方法为：a在管道全长上标识；b在管道上以长方形的识别色标牌标识；c在管道上以宽为150mm色环标识：d在管道上以带箭头的长方形识别色标牌标识；e在管道上以系挂识别色标牌标识。n识别符号标识的位置为：管道的起点、终点、交叉点、转弯处、阀门和穿墙孔两侧，二个标识之间的最小距离
17、为10米。3）安全标识n安全标识是危险化学品标识，表示工业管道内的物质为危险化学品。国家标准GB7231-2003工业管道的基本识别色、识别符号和安全标识规定，凡属于GB13690所列的管道内的危险化学品物质应设置安全标识。n安全标识表示的方法为：在管道基本色的标识上涂150mm宽黄色，在黄色的两侧各涂25mm宽的黑色的色环或色带。（8）设计文件）设计文件工业管道设计文件的种类及主要内容包括：1）管道设计说明管道设计说明主要有两部分:一般资料；设计说明。一般资料主要涉及的内容有项目名称、编号、设计依据、设计的基本原则、遵循的规范、规程和标准等；设计说明是对某些重要设计内容作特殊的说明，对管道制
18、造、安装、施工中一些对质量影响特别严重的项目予以规定和说明。包括：设计任务书、设计计算书（包括应力分析计算书）、设计说明书、强度计算书。2）图纸目录图纸目录的编制方法要便于查找。图纸目录应包括图纸编号、所在图图号、图纸幅面、图纸类型、图纸名称、数量等。包括：设备布置图、管道布置图、管道和仪表流程图、轴测图、管架图等。3）材料汇总表设计范围内所用材料全部按一定的规定汇总、编制成册。如各种管子规格、公称直径、壁厚、材料数量等。包括：管道数据表、管道材料等级表、管道综合材料表等。4）管道涂漆、绝热材料汇总表管道外表面涂漆一览表按管道、环境特性编写。绝热材料汇总表统计管道使用绝热材料情况。5）采购说明
19、书n对象：管道工程建设中采用的各种设备、机器、管道、管件、附件。n采购说明书包括的内容有主要技术参数、材料、制造技术要求、遵循的标准等，热处理要求、标记、装运等环节都需要说明。（9）常用术语）常用术语n公称压力（PN）NominalPressure由字母PN和无因次整数数字组合的压力标记，代表管道组成件的压力等级。数字反映管道组成件的压力等级（相当于bar）。n公称直径（DN）Nominaldiameter由字母DN和无因次整数数字组合的尺寸标记，代表管道组成件的规格。数字反映管道组成件连接端部的通径（以毫米计）。n设计压力DesignPressure在正常操作过程中，在相应设计温度下，管道可
20、能承受的最高工作压力。n工作压力OperatingPressure管子、管件、阀门等管道组成件在正常运行条件下承受的压力。n设计温度DesignTemperature管道在正常操作过程中，在相应设计压力下，管道可能承受的最高或最低温度。n工作温度OperatingTemperature管道在正常操作条件下的温度。n许用应力allowablestress为了保证管道运行中的强度可靠性，常将管道元件中的应力限制在各强度指标下的某一值，该数值由各强度指标除以安全系数而得。n腐蚀裕量CorrosionAllowance在确定管子壁厚时，为腐蚀减薄而预留的厚度。n焊缝系数WeldJointFactor指
21、对应焊接接头强度与母材强度之比值，根据焊接接头的焊接工艺特点以及无损检测的长度比例确定。n设计寿命DesignedLife指管道设计时的预计不失去使用功能的有效使用时间。n敷设方式LayingMethod分为架空及地面敷设管道、地沟敷设管道、埋地管道。n管道编号PipingNumber管道表示其身份的编号，编号应体现出该管道输送的介质、管子的公称直径、材料、管道的区位号、管道的顺序号，还包括管道压力等级、保温等信息。n载荷Load使管子、管件、阀门等管道组成件产生内力和变形的外力及其它因素。n应力分析StressAnalysis由于压力管道的载荷情况比较复杂，特别是重力引起的弯曲应力和变形、位
22、移引起的应力及热胀冷缩引起的热应力的计算都是非常复杂的，管道的应力分析一般都采用专门的压力管道计算软件（如CAESARII）进行静力分析和动力分析计算。n强度计算StrengthCalculation基于某一强度理论，得出管子的计算壁厚的计算方法。n管道柔性PipingFlexibility管道通过自身变形吸收因温度变化温度变化或端点附加或端点附加位移位移、管道支承设置不当其他原因管道支承设置不当其他原因而而产生产生的尺的尺寸变化寸变化所产生的位移位移，保证管道上的应力在管材许用应力范围内的性能。n管道振动PipingVibration由于管内介质的不规则流动或由于某种周期性外力的作用，管道相
23、对于平衡位置所做的往复运动。n管道系统pipingsystem由同一设计条件确定且相互连接的管道。n额定值ratingvalue标准规定的管道组成件压力值。n管表号schedulenumber管子壁厚系列的数值代号。n位移应变displacementstrain在管道组成件中，由地震和风力等原因使得管道约束点发生位移所产生的应变以及因温度变化所产生的应变统称为位移应变。n位移应力displacementstress管道组成件中由位移应变引起的应力。n冷紧coldspring安装阶段对管道施加的预变形，以补偿使用工况下管道可能发生的反向变形。了解GB50316-2000和GB/T20801.1、
24、GB/T20801.3-2006涉及的其它部分术语和符号。2安全技术规范对工业管道设计的基本要求n工业管道的设计应当执行TSGD0001-2009压力管道安全技术监察规程工业管道的安全要求，其他规定（如技术标准、企业内部规定等）不得低于该规程的基本安全要求。n管道的设计单位应当取得相应的设计许可证书。管道工程设计应当符合TSGD0001-2009规程以及GB/T20801的要求（包括使用单位规定的附加要求）。n管道设计文件一般包括图纸目录和管道材料等级表、管道数据表和设备布置图、管道平面布置图、轴测图、强度计算书、管道应力分析书，必要时还应当包括施工安装说明书。n管道工程规定至少应当包括以下内
25、容：（1）管道材料等级表、防腐处理、隔热要求、吹扫与清洗、管道涂色要求；（2）管道元件技术条件；（3）工程设计选用管道元件时，应当考虑工程设计寿命的要求；（4）管道制作与安装（包括焊接）技术条件；（5）试验和检验要求。n管道图纸目录和管道平面布置图上应当加盖设计单位设计许可印章。主要设计图样和文件，应当有设计、校核、审核三级签字。GC1级管道的管道材料等级表和管道应力分析计算书还应当有设计审定人签字。n管道设计压力应当不小于在操作中可能遇到的最苛刻的压力与温度组合工况的压力。管道操作工况超过设计条件时，应当符合GB/T20801（GB/T20801.34.1.1.2）关于允许超压的规定。n阀门
26、的压力-温度额定值n管道组成件适用压力的选用应当符合TSGD0001-2009规程第四十一条的要求。（一）GB/T20801.34.2.1.1a）b）c）（四）GB/T20801.34.2.1.24.2.1.3n管道设计温度应当按照操作中可能遇到的最苛刻的压力与温度组合工况的温度确定。（GB/T20801.34.1.2.24.1.2.34.2.3）n当金属管道外壁温度受大气环境条件影响，压力管道设计时所考虑的最低环境温度，可以按照该地区气象资料，取历年来月平均最低气温的最低值。n管道组成件的强度计算应当符合GB/T20801的规定。凡是与机泵类等动设备相连，或者在高温、高压下使用，或者循环当量
27、数大于7000，以及工程设计中有严格要求的管道，都应当进行管道应力分析。n管道应力分析中应当考虑以下各类荷载的影响以及其他原因产生的荷载和作用力的相关作用：（1）介质压力、管道自重（包括隔热层、管道组成件以及介质重量）等持久荷载；（2）风荷载、地震荷载以及由于阀门关闭引起的压力适时升高、泄放阀打开时对管道的冲击反力等临时荷载。（3）温差荷载、固定支吊架或者端点位移对管道的交变或者非交变荷载。n管道设计应当有足够的腐蚀裕量。腐蚀裕量应当根据预期的管道使用寿命和介质对材料的腐蚀速率确定，并且和应当考虑介质流动时对管道或者受压元件的冲蚀量和局部腐蚀和应力腐蚀对管道的影响，以满足管道安全运行的要求。n
28、规程附录A中对腐蚀性介质的定义是：与皮肤接触，在4小时内出现可見坏死现象，或55时对20钢的腐蚀率大于6.25mm/年的流体。nSH3059：管道设计寿命宜为15年。管道材料的耐腐蚀等级分为4级，以年腐蚀速率（均匀腐蚀）衡量：充分耐腐蚀0.05mm；n耐腐蚀0.050.1mm；尚耐腐蚀0.10.5mm；不耐腐蚀0.5mm；n管道组成件的最小厚度应当考虑包括腐蚀、冲蚀、螺纹深度或者沟槽深度所需的裕量。n为了防止由于支承、结冰、回填、运输、装卸或者其他原因引起的附加荷载而产生超载应力，造成损坏、垮塌或者失稳，必要时，应当增加管壁厚度。n确定金属许用应力S的基准见表6.3.4。表6.3.4（规程表3
29、与GB/T20801.3表1）n管道组成件的设计和选用应当符合GB/T20801的规定。压力管道的法兰、垫片、紧固件的设计应当遵照HG2059220635-2009钢制管法兰、垫片、紧固件等相关标准的规定。n为了保证法兰接头的密封要求，设计时应当遵循以下原则：（1）平焊法兰不得用于温度频繁交化的管道，特别是法兰未做隔热的场合；（2）剧烈循环工况的管道采用法兰连接时选用带颈对焊法兰；（3）法兰连接的紧固件符合预紧与操作条件下垫片的密封要求，低强度紧固件不得用于剧烈循环工况下的法兰接头；（4）垫片根据流体性质、使用温度、压力以及法兰密封面等因素选用，垫片的密封荷载与法兰的压力等级、密封面型式和表面
30、粗糙度以及紧固件相匹配；n管道支吊架的设计和选用应当符合GB/T20801的规定。设计时应当遵循以下原则：（1）确保所有管道支吊架具有足够的强度和刚度；（2）管道支吊架与管道连接构件的设计，保证连接处不会产生过大的局部弯曲应力，并且不会使管子变形，循环荷载的场合，能够减小连接处的应力集中。n管道支吊架的设计和选用应当符合GB/T20801的规定。设计时应当遵循以下原则：（1）确保所有管道支吊架具有足够的强度和刚度；（2）管道支吊架与管道连接构件的设计，保证连接处不会产生过大的局部弯曲应力，并且不会使管子变形，循环荷载的场合，能够减小连接处的应力集中。n可燃、有毒或者有腐蚀性的有害介质的排放处理
31、，应当符合国家有关规定。n对介质毒性为极度危害或者高度危害以及可燃流体的管道系统，在安装施工完成后应当进行泄漏试验。泄漏试验的具体要求应当在设计文件上做出规定。泄漏试验包括气密性试验以及氨检漏试验、卤素检漏试验和氦检漏试验。泄漏试验方法（NBT47013.82012（JBT4730.8）承压设备无损检测第8部分：泄漏检测）3工业管道的设计和计算（1）压力管道的设计条件）压力管道的设计条件和设计准则和设计准则1）设计压力n管道的设计压力应当不小于在操作中可能遇到的最苛刻条件下的压力与温度组合工况的压力。最苛刻条件下的压力与温度组合工况应计入压力源（如泵、压缩机）、压力脉动、不稳定流体的分解、静压
32、头、控制装置和阀门的失效或操作失误、环境影响等可能产生的运行条件。n设计压力确定的一般原则见GB/T20801.3-20064.1.1.2。n工程上，一般情况下管道的设计压力可参考表6.3.5确定。2）设计温度n管道的设计温度应当按操作中可能遇到的最苛刻条件下的压力与温度组合工况条件下的温度确定。n设计温度确定的一般原则见GB/T20801.3-20064.1.2.2。n工程上，一般情况下管道的设计温度可参考参考表6.3.6确定。3）材料的许用应力材料的许用应力是指材料的强度指标除以相应的安全系数而得到的值。当管道元件中的应力超过其许用应力值时，就认为其强度不能得到保证，故材料的许用应力是确定
33、管道壁厚等级的基本参数。（GB/T20801.3-20064.2.4）4）设计寿命设计寿命与压力管道的腐蚀、交变载荷和温度作用的变化次数、材料损伤的孕育时间、断裂因子的扩展期等影响因素有关，同时又与压力管道的投资和技术更新周期有关。SH3059标准规定的使用为10-15年。5）载荷条件管道设计应考虑的载荷见GB/T20801.3-20064.1.36）厚度附加量管道设计时厚度附加量见GB/T20801.3-20064.1.46）压力管道的设计准则见GB/T20801.3-20064.2（2）管道组成件的选用）管道组成件的选用管道组成件一般有管子、管件、法兰、阀门、支吊架、保温等组成。设计时应根
34、据流体的性质、各种可能出现的操作工况以及外部环境的要求和经济合理性选用管道组成件。管道组成件的选用管道组成件的选用应应符合GB/T20801.320065.1和GB50316-2000（2008版）5的要求。1）管子管子和对焊管件应符合GB/T20801.22006中6.3的规定。n采用直缝焊接钢管时，应符合国家现行焊接钢管标准的无损检测规定及焊缝接头系数的规定。剧烈循环操作下条件下的管道，宜采用国家现行标准中所列的无缝钢管和铜、铝、钛、镍无缝管，采用直缝电焊钢管时应符合无损检测的规定。（GB50316-2000（2008版）5.2.2）n采用直缝焊接钢管时，应符合国家现行焊接钢管标准的无损检
35、测规定（GB50316-2000（2008版）附录J）及焊缝接头系数的规定（GB50316-2000（2008版）表3.2.5）。n剧烈循环操作下条件下的管道，宜采用国家现行标准中所列的无缝钢管和铜、铝、钛、镍无缝管，采用直缝电焊钢管时应符合无损检测的规定。n当无缝钢管用于设计压力大于或等于10MPa时，碳钢、合金钢的出厂检验项目不低于高压化高压化肥设备用无缝钢管肥设备用无缝钢管GB 6479的规定，不锈钢管的检验项目应不低于现行国家标准流体输送用不锈钢无缝钢管GB/T14976的规定。n钢管的厚度应符合GB50316-2000（2008版）附录D的规定。夹套管的内管宜采用无缝管。2）弯管及斜
36、接弯管n采用圆弧弯管应符合下列规定：按照国家现行标准制造、弯曲后的弯管，其外侧减薄处厚度不应小于直管的计算厚度加上腐蚀附加量之和。管道中不应使用折皱弯管。n钢管弯曲后截面不圆度应符合GB50316-2000（2008版）5.3.1.3的规定。n采用斜接弯管应符合GB50316-2000（2008版）5.3.2的规定。n弯管还应符合GB/T20801.320065.1.3，斜接弯头还应符合5.1.4的要求。n剧烈循环条件下的管道中采用斜接弯管时，其一剧烈循环条件下的管道中采用斜接弯管时，其一条焊缝方向改变的角度不应大于条焊缝方向改变的角度不应大于 22.5 度。度。n夹套管道的内管应采用圆弧弯头
37、或弯管，不应采用斜接管。3）管件及支管连接GB50316-2000（2008版）5.4.1n剧烈循环操作条件剧烈循环操作条件下采用的管件应符合下列规定：下采用的管件应符合下列规定：采用锻造件及轧制无缝管件采用锻造件及轧制无缝管件；轧制焊接件，焊接接头系数应大于或等于0.9；铸钢件，铸件质量系数Ec不应小于0.90。n普通管件及非标准异径管的选用应符合GB50316-2000（2008版）5.4.2的规定。n预制的突缘短节的选用应符合GB50316-2000（2008版）5.4.3的规定。n整体扩口翻边的突缘短节，应符合GB50316-2000（2008版）5.4.3.3n整体扩口翻边的突缘短节
38、n剧烈循环操作条件下的突缘短节，剧烈循环操作条件下的突缘短节，应符合GB50316-2000（2008版）5.4.3.4的规定。n支管连接应符合支管连接焊缝的形式的结构要求。见GB50316-2000（2008版）5.4.4n管件直接和输送介质接触，因此在选用时，必须由输送介质的化学性质和物理状况来选用材料。n根据介质的化学性质，选用不同材料的弯头、异径管、三通等。一般情况下选用与管子本身相同的材料或优于管子本身的材料。n根据介质的温度、压力等状态来选用不同材料的弯头、异径管、三通：n当介质的压力小于等于4.0MPa、温度小于等于200，一般采用材料为10g、20g的冲压弯头；n当介质的压力小
39、于等于2.5MPa、温度小于等于200，一般采用材料Q235A或20g的焊制弯头；n当介质的压力小于等于1.6MPa、温度小于等于175，可选用材料为可锻铸铁的弯头、异径管等。4）阀门n阀门的选用应符合GB/T20801.320065.1.11和GB50316-2000（2008版）5.5的要求。n阀门应按相应标准规定的压力-温度额定值使用。n用于各类流体的阀门类型、结构及其各部件材料，应根据流体的特性、设计温度、设计压力及GB50316-2000（2008版）3.2.1条的规定选用。n选用手动阀门，当开启力大于400N时，宜采用齿轮操纵结构。阀盖与阀体连接的螺栓少于4个的阀门，应仅用于输送D
40、类流体的管道。公称压力超过1.6MPa的蒸汽管道不应使用螺纹连接的阀盖。n用于高温或低温流体的阀门，宜采用改善填料使用条件的阀盖伸长的结构形式。输送输送 B 类流类流体的管道上使用软密封球阀时，应选用体的管道上使用软密封球阀时，应选用防（耐）防（耐）火型结构的球阀。火型结构的球阀。n阀门的材料应符合规范规定。对于磨蚀性大的流体，阀座及阀芯应选用耐磨损的材料。对于有磨蚀的流体，选用闸阀时，宜为明杆结构形式。n除耐腐蚀的要求外，输送B类流体的管道上宜用钢制阀体的阀门。n端部焊接的小阀，当焊接及热处理过程中阀座会变形时，应选用长阀体型或端部带短管的阀门。n对于氧气管道不应使用快开、快闭型的阀门。对于
41、氧气管道不应使用快开、快闭型的阀门。阀内垫片及填料不应采用易脱落碎屑、纤维的阀内垫片及填料不应采用易脱落碎屑、纤维的材料或可燃的材料制成。材料或可燃的材料制成。5）法兰n标准法兰的公称压力的确定，应符合GB50316-2000（2008版）3.2.1条的规定。n当采用非标准法兰时，必须按规范规定进行耐压强度计算。预计有频繁的大预计有频繁的大幅幅度温度循环条度温度循环条件下的管道和剧烈循环条件下的管道，应采用件下的管道和剧烈循环条件下的管道，应采用 对焊法兰。不应采用平焊（滑套）法兰。对焊法兰。不应采用平焊（滑套）法兰。n当金属法兰与非金属法兰连接或采用脆性材料的法兰时两者宜为全平面（FF）型法
42、兰。当必须采用突面（RF）型法兰时，应有防止螺栓过载而损坏法兰的措施。n有频繁大幅度温度循环的情况下，承插焊法兰和螺纹法兰不宜用于高于260及低于-45。nGB/T20801.320065.1.8n法兰密封面型式:FF-全平面(适用于非易燃、无毒、低压)RF-突面(适用于非易燃、无毒、低压)MFM-凹凸面(适用于易燃、有毒、中压)TG-榫槽面(适用于剧毒、高温、高压)RJ-环连接面(适用于剧毒、高温、高压)(金属垫片透镜垫)n不同介质环境管法兰的型式选择：低压、非易燃、无毒:突面、平焊法兰低压、易燃、有毒:突面、长颈对焊法兰低压、易燃、有毒:凹凸面、带颈平焊法兰中压、易燃、有毒:凹凸面、长颈对
43、焊法兰6）垫片n选用的垫片应使所需的密封负荷与法兰的设计压力、密封面、法兰强度及其螺栓连接相适应，垫片的材料应适应流体性质及工作条件。n缠绕式垫片用在凸凹面法兰上时宜带内环，用在突面（RF）型法兰上时宜带外定位环。n用于全平面（FF）型法兰的垫片，应为全平面非金属垫片。n非金属垫片的外径可超过突面（RF）型法兰密封面的外径，制成自对中式的垫片。n用于不锈钢法兰的非金属垫片，其氯离子的含量不得超过50ppm。nGB/T20801.320065.1.9n管法兰垫片包括:非金属垫片、聚四氟乙烯包垫、石墨复合垫、金属包垫、缠绕垫、齿形组合垫、金属环垫。n选用垫片时，必须依据介质性质、工作压力和工作温度
44、。垫片选用原则如下：榫槽密封面尽量不用非金属垫片;真空系统用橡胶垫;低压、无毒场合一般用非金属垫片;介质不允许微量纤维混入,易选用石墨复合垫;介质易燃、有毒,易选用金属包垫、缠绕垫;高温、高压易选用金属环垫。缠绕式垫片具有良好的压缩性和回弹性，且价格便宜，制造简单，特别是用膨胀石墨作填充料时，密封性能优良，一般条件下均宜采用。聚四氟乙烯有优良的耐腐蚀性能，是很好的密封材料，在温度小于250时常选用。其型式有聚四氟乙烯生料带缠包石棉橡胶板、聚四氟乙烯板、聚四氟乙烯缠绕垫片和聚四氟乙烯包垫片。当选用金属垫片时，应在完全退火状态下使用，尽可能选用较软的金属材料，使法兰表面的硬度比垫片硬度大布氏硬度H
45、B20为宜。7）紧固件n管道用紧固件，包括六角头螺栓、双头螺栓、螺母和垫圈等零件。应选用国家现行标准中的标准紧固件，并在GB50316-2000（2008版）附录A规定材料的范围内选用。n用于法兰连接的紧固件材料，应符合国家现行的法兰标准的规定，并与垫片类型相适应。n法兰连接用紧固件螺纹的螺距不宜大于3mm。直径M30以上的紧固件可采用细牙螺纹。碳钢紧固件应符合国家现行法兰标准中规定的使用温度。n用于各种不同法兰的紧固件应符合GB50316-2000（2008版）5.8.6的规定。n当不同等级的法兰以螺栓紧固在一起时，拧紧螺栓的扭矩应符合低等级法兰的要求。在剧烈在剧烈循环条件下，法兰连接用的螺
46、栓或双头螺柱，循环条件下，法兰连接用的螺栓或双头螺柱，应采用合金钢的材料。应采用合金钢的材料。n金属管道组成件上采用直接拧入螺柱的螺纹孔时，应有足够的螺孔深度，对于钢制件其深度至少应等于公称螺纹直径，对于铸铁件不应小于1.5倍的公称螺纹直径。GB/T20801.320065.1.108）管道组成件连接结构选用要求n焊接接头的选用，应符合下列规定：焊缝坡口应符合现行国家标准气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊蜂坡口的基本形式与尺寸GB/T985及埋弧焊焊缝坡口的基本形式与尺寸GB/T986的规定。n承插焊连接接头的选用：GB50316-2000（2008版）5.9.1.2n对焊接头的选用：a在钢管道中
47、除有维修拆卸要求外，应采用对焊接头。b当材料强度相同而不同厚度的管道组成件组对对接，而厚度较厚一端内壁或外壁形成错边量大于2mm或超过设计规定的数值时，应符合GB50316-2000（2008版）附录H第H.2的规定。n平焊（滑套）法兰的焊接应符合附录H第H.1.4n螺纹连接（螺纹密封）接头的选用，应符合下列规定：不得用于有缝隙腐蚀的流体工况中。需密封焊的螺纹连接的接头，不得使用密封材料。不应使用于扭矩大的或有振动的管道上。在热膨胀可能使螺纹松开时，应采取预防措施。n在剧烈循环条件下，螺纹连接仅限用于温度计在剧烈循环条件下，螺纹连接仅限用于温度计套管上（与测温元件的连接）。套管上（与测温元件的
48、连接）。n其他型式连接接头的使用，应符合下列规定：用水泥填充的铸铁管承插接头仅限用于D类流体。这种管道应有防止接头松开的合理支承的措施。在剧烈循环条件下及在剧烈循环条件下及 B 类流体管道中不应使用类流体管道中不应使用钎焊接头。钎焊接头。粘接接头不应使用于金属的压力管道中。粘接接头不应使用于金属的压力管道中。9）管道特殊件n在输送在输送 B 类流体的管道中，不应使用带填料密类流体的管道中，不应使用带填料密封的补偿器。封的补偿器。波纹膨胀节和金属软管不得用于受扭转的场合。n使用波纹膨胀节时，应按其各种形式的性能合理选用。设计中应计算其使用寿命及反力。有冷拉时，应在设计文件中指明。还应考虑环境温度
49、降低时流体可能冷凝及结冰的影响。10）非金属衬里的管道组成件非金属衬里的管道组成件的材料选用，复层为奥氏体不锈钢时，使用温度不宜超过400。n非金属衬里的管道组成件的端部连接结构，宜采用金属法兰连接，除耐火材料衬里以外，应使衬里延伸覆盖整个法兰密封面上，且应牢固结合、平整。n所有组成件的基层金属部分的选用要求，应符合规范规定。n非耐火材料衬里的管道用于火灾危险区时，应有防护措施。（3）管道组成件的压力设计n1）管径的确定GB50316-2000（2008版）7.12）承受内压管子的壁厚计算a直管壁厚的计算n管子壁厚的确定要根据介质和工艺条件，先确定管子的材料，再根据介质的压力、温度等参数核算管
50、子的壁厚，然后按管子的标准规格选择常用的管子规格。n对压力管道来说，大多数都属于薄壁管子，故当tsD/6或P/（tEj）0.385时，承受内压直管段的理论壁厚计算公式可按GB50316或GB/T20801计算：n式中：P-设计压力（MPa）DO-管子外径（mm）t-设计温度下材料的许用应力（MPa）Ej-焊接接头系数。对于有焊缝的焊接管或元件，工程上常用强度降低系数（即焊缝系数n）来衡量其机械性能相对于无缝的管子或元件的下降程度。通常用无损检测的方法来检查焊缝缺陷，并以射线检测或超声波检测比例等来衡量机械性能下降的程度。设定无缝钢管的焊缝系数为1，那么不同的焊接型式，不同的射线检测比例，其焊缝