壓力管道培訓(xùn)知識

1、（一）壓力管道設(shè)計(jì)基本理念1 .冷安裝原則受現(xiàn)場施工條件、施工單位加工廠技術(shù)先進(jìn)的影響，工廠預(yù)制、 現(xiàn)場安裝的方法更加便捷（機(jī)械加工快）、經(jīng)濟(jì)（省人工時(shí)費(fèi)），設(shè) 計(jì)時(shí)盡量考慮成品件，還能保證工程進(jìn)度、工程質(zhì)量。2 .限額設(shè)計(jì)的理念項(xiàng)目越大，設(shè)計(jì)及材料選擇就越要精確。比如二甲醍一期項(xiàng)目當(dāng) 時(shí)按照設(shè)計(jì)院材料表，材料誤差率達(dá)30%,這就意味著投資幾千萬的 項(xiàng)目，光管道成本就可能多增加幾百萬。3 .壓力管道工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化為了減少設(shè)計(jì)時(shí)間，應(yīng)盡量統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，減少材料的多樣化。比如 通過計(jì)算有些支管不用補(bǔ)強(qiáng)，可以節(jié)約成本，但實(shí)際計(jì)算補(bǔ)強(qiáng)會延遲 設(shè)計(jì)時(shí)間，無形增加了時(shí)間成本，應(yīng)統(tǒng)一補(bǔ)強(qiáng)。（二）材料性能及選用原

2、則1 .材料性能指標(biāo)主要強(qiáng)度指標(biāo)：抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、持久強(qiáng)度極限、蠕變極限;主要硬度指標(biāo)：洛氏硬度、布式硬度、維氏硬度；主要韌性指標(biāo)：沖擊吸收功、斷后伸長率、韌脆性轉(zhuǎn)變溫度；主要物理性能指標(biāo)：彈性模量、泊松比、線膨脹系數(shù)；材料工藝性能：DN50以內(nèi)為鍛件、焊接冷裂紋敏感系數(shù)（管道 在焊接時(shí)容易出現(xiàn)冷裂紋的程度，據(jù)此來確定材料焊接前的預(yù)熱溫 度）、熱處理性能、耐腐蝕性能。2 .材料的選用原則工程建設(shè)中新技術(shù)、新材料、新工藝，標(biāo)準(zhǔn)化、簡易化、國產(chǎn)化 的實(shí)施越來越多，目前鋼管標(biāo)準(zhǔn)97項(xiàng)，還有很多新型材料不斷出現(xiàn)。 無論工程設(shè)計(jì)采用新技術(shù)或國外標(biāo)準(zhǔn)材料，工業(yè)管道均應(yīng)符合 丁$6口0001-200道壓

3、力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程一工業(yè)管道的相關(guān)條 款要求。（三）管系標(biāo)準(zhǔn)管系標(biāo)準(zhǔn)可分為SH標(biāo)準(zhǔn)、GB標(biāo)準(zhǔn)、ASME標(biāo)準(zhǔn)、HG標(biāo)準(zhǔn)，其中 我們常用的標(biāo)準(zhǔn)系列為HG標(biāo)準(zhǔn)，是小外徑系列（大外徑系列不常用）， 其他均為大外徑系列。 HG標(biāo)準(zhǔn)主要有 HG20553、GB/T12459、 GB/T13401、GB/14383、HG20592HG20615（四）管道元件壓力設(shè)計(jì)四原則主要講解了壓力溫度額定值方法，該方法在HG2059220615上有，是法蘭公稱壓力確定的主要方法。二、即將頒布的壓力管道規(guī)范工業(yè)管道GB/T 20801主要修訂內(nèi)容（一）修訂內(nèi)容1 .適用范圍的調(diào)整將DN150以下、最高工作壓力小于1.

4、6MPaG的輸送無毒不可 燃無腐蝕性氣體的管道排除；通過排除法（增加不包括、不適用范圍，如非金屬管道或其襯 里層，鍋爐、壓力容器以及加熱爐的內(nèi)部管道以及設(shè)備的外接管道， 設(shè)計(jì)壓力小于0.1MPaG但不低于大氣壓的輸送無毒、不可燃、無腐 蝕流體的管道），擴(kuò)大了壓力管道的范圍。2 .危害介質(zhì)有關(guān)定義的修改介質(zhì)為混合物時(shí)，毒性危害程度可按照混合物各組成成分的急性 毒性指標(biāo)LD50/LC5睬用加和平均法計(jì)算并確定，但濃度W 1%的組分 不予考慮。另外，毒性未知的組分如濃度W10%時(shí)，可參考 A.4.5.1確定毒性危害級別。3 .增加低溫低應(yīng)力工況低溫下的最大工作壓力不大于常溫下最大允許工作壓力的30%

5、,管道由壓力、總量及位移產(chǎn)生的軸向拉應(yīng)力總和不大于材料常溫許用 應(yīng)力的30%且不大于50MPa,均為低溫低應(yīng)力工況。低溫低應(yīng)力工況 僅適用于GC2管道，且最低設(shè)計(jì)溫度不低于-104 Co4 .對灰鑄鐵和可鍛鑄鐵管進(jìn)一步限制使用范圍除了不得用于 GC1管道或者劇烈循環(huán)工況外，另外規(guī)定，用于 GC2時(shí)，使用溫度不大于150c ,最大允許工作壓力應(yīng)不大于1.0MPa。5 .銘鋁合金的要求銘鋁合金鋼焊管和管件的焊縫應(yīng)進(jìn)行 100%寸線檢測或超聲檢 測，并符合NB/T47013.2規(guī)定的II級（RT； UT為I級）要求。并應(yīng)在 焊后熱處理后進(jìn)行檢測。6 .焊縫的要求管道環(huán)焊縫距離支管或管接頭的開孔邊緣不

6、應(yīng)小于50mm且不應(yīng)小于孔徑。焊接管及焊接管件組對時(shí)，盡量避免十字焊縫。（二）ASME B31.1、ASME B31.3、GBT20801 異同點(diǎn)1 .管道撓度ASME B31.1的撓度有明確的規(guī)定，為 2.5mm, ASME B31.3規(guī)定 常規(guī)13mm;相應(yīng)的，B31.1有比較明確的管道支吊架間距規(guī)定，而 B31.3沒有關(guān)于支吊架間距的規(guī)定。2 .管件問題在B31.3管道里，經(jīng)常使用法蘭連接。在 B31.1管道里，法蘭使 用的比較少（但是絕對不是不使用），而是直接焊接。這主要是因?yàn)?電力管道一般高溫（550度司空見慣，600度也稀松平常）高壓（有 的管道壓力可達(dá)47MPa）,法蘭很難抵擋得

7、住溫度和壓力的影響而不泄露流體B31.3管道會涉及到夾套管，膨脹節(jié)，管道直埋等問題;而B31.1里明文規(guī)定禁止在鍋爐外部管道加膨脹節(jié)，并且不允許直埋。 至于夾套管，由于電廠里面不存在這樣的工藝流程，根本不需要。3.危險(xiǎn)程度進(jìn)行管道分級B31.3中高危險(xiǎn)性的M類（泄漏極少量有毒流體被人吸入或接觸 后，即使迅速采取治療措施也能造成嚴(yán)重的和難以治愈的傷害）接近于GC1（1）但范圍比GC1（1疫??；D類工況（完全滿足輸送流體是不 易燃、無毒和對人體無害的；工作壓力低于1035KPa,設(shè)計(jì)溫度-29186C條件的流體），相當(dāng)于原GC3中的一部分；U類（一種由 于產(chǎn)品的清潔度控制水平要求因而選擇規(guī)范規(guī)定之

8、外的制作、檢驗(yàn)、 檢測和試驗(yàn)方法的要求的流體工況）；K類（溫度壓力額定值超過42MPa的流體），20801中不包含該范圍。4 .提高了 GC1管道設(shè)計(jì)和檢驗(yàn)方面的安全技術(shù)要求；5 .碳鋼、低合金鋼管道最低設(shè)計(jì)溫度由B31.3中規(guī)定的-29C修改為-20C,刪除了低溫降應(yīng)力工況（保留了低溫低應(yīng)力工況），刪 除了允許按照材料實(shí)際沖擊韌性，降低材料最低設(shè)計(jì)溫度的規(guī)定；6 .結(jié)合國情，補(bǔ)充了 EN/PN系列管道組成件的標(biāo)準(zhǔn)；7 .增加外加荷載下，法蘭當(dāng)量壓力折算和法蘭剛度校核計(jì)算方 法，補(bǔ)充壓力-面積法作為三通和異型管件的開孔補(bǔ)強(qiáng)計(jì)算方法；8 .提出了必須進(jìn)行管道應(yīng)力分析的限定條件和按中國荷載規(guī)范 進(jìn)

9、行風(fēng)載和地震校核的規(guī)定。9 .碳鋼、低合金鋼管道的最低設(shè)計(jì)溫度，由 -29C修改為大 于-20C;三、壓力管道設(shè)計(jì)與計(jì)算實(shí)例（一）設(shè)計(jì)條件和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則1 .基本概念應(yīng)力分析主要有靜力分析和動(dòng)力分析， 通常，動(dòng)力分析會轉(zhuǎn)為精 力分析進(jìn)行計(jì)算。其中，靜力分析主要有以下幾種情況：計(jì)算管道中的應(yīng)力，保證自身安全；計(jì)算管道與其相連的機(jī)器，設(shè)備的作用力，使其滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范；計(jì)算管道對支吊架和土建結(jié)構(gòu)的作用力，為支吊架設(shè)計(jì)和土建結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)； 計(jì)算管道 位移，防止位移過大造成支架脫落或管道碰撞， 并為彈簧支吊架選用 提供依據(jù)。而動(dòng)力分析不常用，主要有如下情況需要做動(dòng)力分析：管道地震分析；往復(fù)壓縮機(jī)和泵的固有

10、頻率和振型分析，避免發(fā)生機(jī)械共振；往復(fù)壓縮機(jī)和泵的強(qiáng)迫振動(dòng)分析， 防止管道因振 動(dòng)發(fā)生疲勞破壞；往復(fù)壓縮機(jī)管道氣體壓力脈動(dòng)的聲學(xué)模擬，避免氣柱共振和壓力脈動(dòng)過大；水錘，安全閥泄放載荷和兩相流所產(chǎn)生 的支架載荷計(jì)算。2 .設(shè)計(jì)條件和依據(jù)ASME B 31.3 ; ASME B 31.1 SH/T3041;項(xiàng)目合同；現(xiàn)場條件； 專業(yè)統(tǒng)一規(guī)定。3 .設(shè)計(jì)主要過程編制應(yīng)力分析統(tǒng)一規(guī)定；確定需要詳細(xì)應(yīng)力分析計(jì)算的管道； 接 受管道應(yīng)力分析相關(guān)條件；對管系進(jìn)行分析計(jì)算；編制計(jì)算書并提交 相關(guān)專業(yè)。4 .計(jì)算前需要準(zhǔn)備的資料管線情況表填寫完整，注意管道材質(zhì)和流體物態(tài)；工藝專業(yè)提供 管線操作的不同工況，比如吹

11、掃，開停工，事故工況等；相關(guān)專業(yè)提 供圖紙和管嘴允許受力和位移要求；管道上剛性元件，比如閥門，法 蘭的重量，注意考慮螺栓重量。（二）管道支吊架和管道柔性分析1 .管道支吊架標(biāo)準(zhǔn)MSS SP-58 BS 3974.1; GB 17116.1; SH/T 30732 .管道支吊架的分類及選用原則支吊架主要有：剛性支吊架，導(dǎo)向支架，限位支架，固定支架， 彈簧支吊架，阻尼器。選用原則如下：計(jì)算時(shí)要記住更改摩擦系數(shù)，不同的摩擦面摩擦系數(shù)不同；焊后需要熱處理的管道支吊架不適合進(jìn)行焊接；架空敷設(shè)、熱膨脹超過100mm的管道，支吊架應(yīng)增加管托；設(shè)置支吊架時(shí)需要注意可用空間；彈簧支吊架的許用載荷變化率為 25%

12、,如情況有變，最大不應(yīng) 超過此值。3 .應(yīng)力分析根據(jù)GB17116.1管道應(yīng)力系數(shù)總和不應(yīng)超過1.0,即拉伸或壓縮 應(yīng)力與許用拉伸或壓縮應(yīng)力的比值、彎曲應(yīng)力與許用彎曲應(yīng)力的比值 之和不應(yīng)超過1.0。管道跨度選擇時(shí)，要注意管道的撓度（管道垂直方向上的線位移 量），最大不應(yīng)超過 2mm;設(shè)備的熱膨脹會影響計(jì)算結(jié)果，進(jìn)行應(yīng) 力計(jì)算時(shí)需要注意。4 .柔性系數(shù)計(jì)算通常Cii中自帶，不用專門計(jì)算；但有些特殊情況需要專門計(jì)算 該值，止匕時(shí)可在 environment-review SIFs at Intersection NodesF查看。(三)風(fēng)載荷和地震載荷的計(jì)算1 .風(fēng)載荷設(shè)計(jì)依據(jù)為GB50009和U

13、BC,但UBC為美標(biāo)，國內(nèi)數(shù)據(jù)不符合， 我們設(shè)計(jì)可完全參考GB 50009另外需要提供風(fēng)壓值。在 CII中可以 選擇風(fēng)況和參考標(biāo)準(zhǔn)。2 .地震載荷設(shè)計(jì)依據(jù)為 GB50009和SH/T 3039, GB50009上對于地震載荷只 有結(jié)構(gòu)專業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)，沒有管道專業(yè)的相關(guān)數(shù)據(jù)和計(jì)算方法，因此， 地震載荷的計(jì)算需要依據(jù)SH/T303S(四)管系中閥門開關(guān)時(shí)的動(dòng)載分析安全閥和水錘的動(dòng)載分析在CII中都可以找到，在需要計(jì)算的管 道上選擇Forces/Moment,并填寫相關(guān)數(shù)據(jù)。1 .安全閥的泄放反力輸入條件有泄放量(kg/s)、泄放系數(shù)k、溫度T (K)、密度M (kg/Kmol)、閥門泄放面積 A (

14、mm2)、壓力P (KPa),計(jì)算公式 為F=129*W*(KT/(K+1)*M)1/2+AP/1000；通常安全閥廠家會提供泄放反 力。我們只需要在應(yīng)力計(jì)算時(shí)考慮就行。當(dāng)安全閥對大氣放空時(shí)，彎頭向上，泄放反力轉(zhuǎn)化為靜力，為廠 家提供值的2倍；當(dāng)匯總排放時(shí)水平方向的反力為 2倍，豎直方向?yàn)?1倍。另外，值得注意的是，通常安全閥為了避免泄放反力的破壞， 應(yīng)該在安全閥出口盡早連接彎頭，對空排放時(shí)彎頭向上，匯總排放時(shí) 需要下彎，并45斜接入主管。2 .水錘的計(jì)算按照水錘理論，假設(shè)L為管道長度（m） , a為波速（m/s）,當(dāng) 閥門關(guān)閉時(shí)間T小于2L/a時(shí)，這時(shí)候產(chǎn)生的水錘最大，？P=106 p a?

15、v。水錘載荷Fw=106paA?v （A為管道流體截面積，mm2）;波速a=103（K/p ）/1+KD/Et1/2; （K為流體體積彈性模量，MPa; Di為管道內(nèi)徑，mm; E為管道材料彈性模量，MPa; t為管道壁厚， mm）3 .偶然工況風(fēng)載荷、地震載荷、安全閥泄放反力、水錘均為偶然工況，應(yīng)力 分析時(shí)偶然工況的載荷不疊加。對于偶然工況的處理辦法是加阻尼 器，但阻尼器的成本太高，通常是采用導(dǎo)向支架或者止推。安全閥的 止推要盡量靠近彎頭位置。四、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范選用疑難問題解析1 . GB50316 GB/T20801的許用應(yīng)力以哪個(gè)為準(zhǔn)？以GB/T20801為準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)許用應(yīng)力來自 ASME31

16、3經(jīng)過了大量實(shí)驗(yàn)分析和回歸曲線，數(shù)據(jù)更為準(zhǔn)確。2 . GC3取消后有什么影響？壓力等級的變化只是為了調(diào)整政府監(jiān)管的范圍和力度， 對于設(shè)計(jì) 來說影響不大，設(shè)計(jì)人員只要按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)即可。3 .過期材料如何處置？管道材料標(biāo)準(zhǔn)更新年限后如無明確的增加性能要求， 新老標(biāo)準(zhǔn)并 無區(qū)別。4 .氣壓試驗(yàn)可以代替氣密性試驗(yàn)嗎？不能用氣壓實(shí)驗(yàn)代替氣密性試驗(yàn)。氣壓試驗(yàn)一旦管道破裂危害性 大，國外根本不采用氣壓試驗(yàn)作為強(qiáng)度試驗(yàn)手段。5 .平焊法蘭為何不常采用？平焊法蘭之所以不采用不是因?yàn)閺?qiáng)度不夠，而是因?yàn)槊芊庑圆?好，會導(dǎo)致有害介質(zhì)泄露；而螺栓、墊片的選用也同樣，除了考慮強(qiáng) 度外，要注意由于熱膨脹引起的法蘭松動(dòng)，介質(zhì)泄露。五、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)1. GB/T20801.16-2