管道壓力等級的選取

1、5管道壓力等級壓力管道的組成件一般都是標準件，因此壓力管道組成件的設計主要是其標準件的選用，管 道壓力等級的確定也就是其標準件等級的確定。管道的壓力等級包括兩部分以公稱壓力表示的標準管件的公稱壓力等級;以壁厚等級表示的的標準管件的壁厚等級管道的壓力等級：通常把管道中由標準管件的公稱壓力等級和壁厚等級共同確定的能反映管 道承壓特性的參數(shù)叫做管道的壓力等級。而習慣上為簡化描述，常把管道中管件的公稱壓力等級叫做管道的壓力等級。壓力等級的確定是壓力管道設計的基礎，也是設計的核心。它是壓力管道布置、壓力管道應 力校核的設計前提條件，也是影響壓力管道基建投資和管道可靠性的重要因素。5.1設計條件工程上，工

2、藝操作參數(shù)不宜直接作為壓力管道的設計條件，要考慮工藝操作的波動、相連設 備的影響、環(huán)境的影響等因素，而在工藝操作參數(shù)的基礎上給出一定的安全裕量作為設計條 件。這里所說的設計條件主要是指設計壓力和設計溫度。管道的設計壓力：應不低于正常操作時，由內(nèi)壓 （或外壓）與溫度構成的最苛刻條件下的壓力。最苛刻條件：是指導致管子及管道組成件最大壁厚或最高公稱壓力等級的條件。（或）外壓與溫設計壓力確定：考慮介質(zhì)的靜液柱壓力等因素的影響，設計壓力一般應略高于由 度構成的最苛刻條件下的最高工作壓力。a.一般情況下管道元件的設計壓力確定一般情況下，為了操作上的方便，在此不妨采用壓力容器的做法，即在相應工作壓力的基礎

3、上增加一個裕度系數(shù)。表5-1一般情況下管道元件的設計壓力確定工作壓力Pw(MPa)設計壓力P(MPa)Pw48P= Pw+0.181.8<Pw 40P= 1.1Pw4.0<Pw 迨0P= Pw+0.4Pw>8.0P=1.05 PwX當按該原則確定的設計壓力會引起管道壓力等級變化時，應判斷該工作壓力是否就是 由內(nèi)壓(或外壓)與溫度構成的最苛刻條件下的最高工作壓力，如果是，在報請有關技術負責人 批準的情況下，設計壓力可取此時的最高工作壓力，而不加系數(shù)。b.管道中有安全泄壓裝置時,管道中有安全泄壓裝置時預示著該管道在運行過程中有出現(xiàn)超出其正常操作壓力的可能。設置安全泄壓裝置(如安全

4、閥、爆破片等)的目的，就是在系統(tǒng)中出現(xiàn)超出其正常操作壓力的情況 時，能將壓力自動釋放而使設備、管道等系統(tǒng)的硬件得到保護。此時管道的設計壓力應不低 于安全泄壓裝置的設定壓力。c.管道中有高揚程的泵對于高揚程的泵，尤其是往復泵，在開始啟動的短時間內(nèi)，往往會在第一道切斷閥之前的管 道和泵內(nèi)產(chǎn)生一個較高的封閉壓力，有時這個封閉壓力會達到一個很大的值。此時泵的出口 管道，其設計壓力應取泵的最大封閉壓力值。d. 真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)管道承受的壓力就是其外部的大氣壓力，故其設計壓力應取0.1MPa外壓;e. 與塔或容器等設備相連的管道與塔或容器等設備相連的管道其設計壓力應不低于所連設備的設計壓力。當管道內(nèi)有較高

5、的 液體液柱時，還應考慮該液體靜壓頭的影響。事實上，對于管道來說，其受力要比設備復雜, 這是因為它除受介質(zhì)載荷之外，還往往遭受到由于管道的熱脹冷縮而產(chǎn)生的管系力等。因此, 管道的設計壓力一般應不低于設備的設計壓力。5.1.2設計溫度管道的設計溫度：應不低于正常操作時， 由內(nèi)壓（或外壓）與溫度構成的最苛刻條件下的溫度。最苛刻條件：指導致管子及管道組成件最大壁厚、最高公稱壓力等級或最高材料等級的條件。設計溫度的確定：考慮環(huán)境、隔熱、操作穩(wěn)定性等因素的影響，設計溫度應略高于由內(nèi)壓（或外壓）與溫度構成的最苛刻條件下的最高工作溫度。a. 一般情況下管道元件的設計溫度確定一般情況下為了操作上的方便，在此不

6、妨也采用壓力容器的做法，在相應工作溫度的基礎上 增加一個裕度系數(shù)（除法蘭和螺栓以外）。設計溫度T( C)表5 - 2 一般情況下管道元件的設計溫度確定工作溫度Tw( C)-20<Tw W515<Tw <350Tw>350T= Tw-5(最低取20)T= Tw+20T= Tw+(5 15)當按該原則確定的設計溫度會引起管道壓力等級或材料變化時，應判斷該工作溫度是否就是由內(nèi)壓(或外壓)與溫度構成的最苛刻條件下的最高工作溫度，如果是，在報請有關技術 負責人批準的情況下，設計溫度可取此時的最高工作溫度，而不加系數(shù)。法蘭、墊片的設計溫度不低于最高工作溫度的90%;螺栓、螺母的設計

7、溫度應不低于最高工作溫度的80%。b. 夾套或外伴熱管道對于夾套或外伴熱的管道當工藝介質(zhì)溫度高于伴熱介質(zhì)溫度時，其設計溫度按上表選取；當 工藝介質(zhì)溫度低于伴熱介質(zhì)溫度時，對夾套伴熱取伴熱介質(zhì)溫度為設計溫度，而對外伴熱則 取伴熱介質(zhì)溫度減10c與工藝介質(zhì)溫度二者的較大值為設計溫度；c. 安全泄壓管道安全泄壓管道取排放時可能出現(xiàn)的最高或最低溫度為設計溫度;d. 蒸汽吹掃的管道采用蒸汽吹掃的管道當介質(zhì)溫度高于吹掃蒸汽的溫度時，則按介質(zhì)溫度根據(jù)上表確定其設計 溫度。當介質(zhì)溫度低于吹掃蒸汽溫度時，應視具體情況而定。例如，按介質(zhì)溫度選取的管道 及其元件不能承受吹掃介質(zhì)的條件時，應適當提高等級以適應吹掃介質(zhì)

8、條件。e. 多種工況下工作的管道同一根管道，如果在兩種或兩種以上工況條件下工作時，其設計溫度應取與內(nèi)壓（或外壓）構成的最苛刻條件下的最高工作溫度，并對其它工況進行校核。f. 臨氫管道臨氫操作的管道，在查Nelson曲線時，應取設計溫度再加3050 c作為查曲線的溫度參數(shù)值。 這是因為Nelson曲線為統(tǒng)計值，在鄰近曲線下方選材時而出現(xiàn)氫損傷的實例也曾發(fā)生過；g. 帶襯里的管道帶隔熱耐磨襯里的管道，其金屬部分的管道設計溫度應經(jīng)計算或實測確定。一般情況下，宜 取250 c作為設計溫度； h. 管系應力計算時在進行有彈簧支架 的管系應力計算時, 宜取介質(zhì)的正常工作溫度作為計算參壁厚（mm ）偏差值（

9、%）5.2 影響管道壓力等 級確定的因素除了上述的設計溫 度和設計壓力是管 道壓力等級確定的 基本參數(shù)外，還有 些其它因素也將影 響到管道壓力等級 的確定。5.2.1 應用標準體系不同的標準體系，其 公稱壓力等級系列是不同的，對應的溫 度-壓力表也不相同。 或者說，相同的設計 條件，而選用不同的 應用標準，其公稱壓 力等級是不同的。因 此，在確定管道公稱 壓力等級之前，應首先確定其應用標準 體系。5.2.2 材料不同的材料，其機械 性能是不同的，那么 它們在標準中的溫 度-壓力表上的對應值也是不相同的。因 此在確定管道的公 稱壓力之前應首先 確定管道及其元件的材料。材料的選用是由設計溫度、設計

10、 壓力和操作介質(zhì)確 定的。管道中各元件的材 料標準往往是不同 的，一般情況下，管 子用管材，法蘭用鍛材，而閥門多用 鑄材。無論用什么材 料標準，它們都應該 是同等級的材料，即具有對操作條件的 同等適應性和等強度；注意管材、板 材、棒材、鑄材的配伍。5.2.3 操作介質(zhì)一般情況下，管道的 公稱壓力在對應溫 度下的許用壓力不得超出其設計壓力。對由于管子及其元件失效而將造成嚴重危害或易于產(chǎn)生 重大事故的介質(zhì)，在考慮其公稱壓力等 級時，不應僅僅按溫 度-壓力表來確定，應適當提高其公稱壓 力等級，即提高其安全可靠系數(shù)。SH3059、SYJ1064標準對此都有詳細 的規(guī)定，例如：對輸送劇毒介質(zhì)的 管道，當

11、采用SH標 準體系時，無論介質(zhì) 的操作壓力是多少，其公稱壓力等級應不低于 PN5.0MPa ;當采用JB標準體系 時，應不低于PN4.0 ;對輸送氫氣、氨氣、 液態(tài)燃等介質(zhì)的管道，當采用SH標準 體系時，無論介質(zhì)的 操作壓力是多少，其最低公稱壓力等級應不低于PN2.OMPa ,當采用 JB標準體系時，應不彳氐于 PN2.5MPa ;對輸送一般可燃介 質(zhì)的管道，當采用 SH標準體系時，其 公稱壓力等級應不彳氐于PN2.0MPa ,當 米用JB標準體系時，應不低于PN1.6MPa 。5.2.4 介質(zhì)溫度及管系附加力許多法蘭標準都給 出這樣一個注釋：其 溫度-壓力表的對應 值是指法蘭不受沖 擊載荷的

12、對應值。事 實上，法蘭遭受外部 管道給予的彎曲、振 動、溫度循環(huán)等附加 載荷時，都將影響其 密封性，甚至影響到 強度的可靠性，此時應將這些外部載荷 折算成當量介質(zhì)壓 力來確定管道所需的公稱壓力。給予法蘭的彎曲載荷主要是由管系的熱脹冷縮引起的。一 般情況下，對于PN2.0等級的法蘭，當其工作溫度大于200 C時，或 PN5.0及以上等級的法蘭在工作溫度大于400 C時，均應考慮管系對法蘭產(chǎn)生的附加載荷的影響，否則應提高管系的公 稱壓力等級。5.3 影晌壁厚等級確 定的因素5.3.1 材料的許用應 力材料的許用應力是指材料的強度指標除以相應的安全系數(shù)而得到的值。材料 的機械性能指標有 屈服極限、強

13、度極限、蠕變極限、疲勞極限等，這些指標分別反映了不同狀態(tài)下失效的極限值。為 了保證管道運行中的強度可靠，常將管 道元件中的應力限 制在各強度指標下某一值，該數(shù)值即為許用應力。當管道元 件中的應力超過其許用應力值時，就認 為其強度已不能得到保證。因此說，材 料的許用應力是確 定管道壁厚等級的基本參數(shù)。不同的設計標準，選 取材料的許用應力值是不同的。對壓力 管道來說，國內(nèi)的設計標準是按GB150 鋼制壓力容器確 定的許用應力值，ASTM材料則是取按 ANSI B31.3« Process Piping »標準確定的許用應力值。5.3.2 腐蝕余量腐蝕余量是考慮因 介質(zhì)對管道的腐

14、蝕 而造成的管道壁厚減薄，從而增加的管 道壁厚值。它的大小直接影響到管道壁 厚的取值，或者說直接影響到壁厚等級 的確定。目前我國尚沒有一 套有關各種腐蝕介 質(zhì)在不同條件下對 各種材料的腐蝕速率數(shù)據(jù)，因此，工程 上大多數(shù)情況下仍 是憑經(jīng)驗來確定其腐蝕余量的。許多國 內(nèi)外的工程公司或 設計院通常都將腐 蝕余量分為如下四級：a.無腐蝕余量。對一 般的不銹鋼管道多 取該值；b.1.6mm腐蝕余量。 對于腐蝕不嚴重的 碳素鋼和銘鋁鋼多 取該值；c32mm腐蝕余量。 對于腐蝕比較嚴重 的碳素鋼和銘鋁鋼 管道多取該值；d.加強級（大于3.2mn）腐蝕余量。對 于有固體顆粒沖刷 等特殊情況下的管道，根據(jù)實際情

15、況確 定其具體值。.5.3.3管子及其元件 的制造壁厚偏差管子及其元件在制 造過程中，相對于其 公稱壁厚（或者叫理 論壁厚）都會有正、負 偏差，因此在確定管子及其元件公稱壁 厚時一定要考慮可能出現(xiàn)的負偏差值。各種鋼管標準中規(guī) 定的負偏差值是不完全相同的，GB/T8163流體輸 送用無縫鋼管、GB/T14976流體輸 送用不銹鋼無縫鋼管規(guī)定的壁厚偏差 值如下：表53 常用標準 的壁厚偏差值材料標準GB/T8163<20+ 15 , -10, +12 , -5, -10GB/T14976<15高5+15, -12.5+20, -155.3.4 焊 縫系數(shù)金屬的 焊接過 程，實 質(zhì)上是

16、一個冶金過 程，其 組織帶 有明顯 的鑄造 組織特 征。一 般情況 下，鑄 造組織 缺陷較 多，材 料性能 也有所 下降。 對于足 縱焊縫焊接方法接頭形式焊縫型式檢驗型式焊縫系數(shù)和螺旋 焊縫的 焊接管 子及其 元件， 相對于 無縫管 子及其 元件來 說，工 程上常 給它一 個強度 降低系 數(shù)（即焊 縫系數(shù)），以 衡量其 機械性 能下降的程 度。其 焊縫系 數(shù)的取 值見表5-4表5-4 焊接鋼 管的焊 縫系數(shù)序號1鍛焊對焊直線按標準要求0.62電阻焊對焊直線或螺旋形按標準要求0.85無RT0.8單面對焊直線或螺旋形10%RT0.9100%RT1.03電弧焊無RT0.85雙面對焊直線或螺旋形10%RT0.9100%RT1.0RT射線探傷5.3.5設計壽命a. 設計壽命與壓力管道的腐蝕余量有關。對于均勻腐蝕來說，當知道其年腐蝕速率后，根據(jù)預定的設計壽命，就很容易算出其應取的 腐蝕余量了。b. 設計壽命還與交變應力作用的荷載變化次數(shù)、氫損傷的孕育時間、斷裂因子的擴展期等影響因素有關，c. 與壓力管道的一次性投資、資金代嘗期和技術更新周期有關。d. 美國一雜志上推薦的設計使用壽命為：碳鋼為5年；銘鋁鋼和不銹鋼為10年。SH3059標準規(guī)定的設計壽命為 15年。國外的一些工程公司對總承包項目規(guī)定一般為10年；