壓力管道培訓(xùn)資料

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壓力管道材料部分

第五章管道壓力等級(jí)

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5管道壓力等級(jí)

5.1設(shè)計(jì)條件

5.1.1設(shè)計(jì)壓力5.1.2設(shè)計(jì)溫度

5.2影響管道壓力等級(jí)確定的因素

5.2.1應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系5.2.2材料5.2.3操作介質(zhì)5.2.4介質(zhì)溫度及管系附加力

5.3影響壁厚等級(jí)確定的因素

5.3.1材料的許用應(yīng)力5.3.2腐蝕余量5.3.3管子及其元件的制造壁厚偏差5.3.4

焊縫系數(shù)5.3.5設(shè)計(jì)壽命5.4常用壓力管道器材的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

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5管道壓力等級(jí)前面已經(jīng)提及，壓力管道的組成件一般都是標(biāo)準(zhǔn)件，因此壓力管道組成

件的設(shè)計(jì)主要是其標(biāo)準(zhǔn)件的選用，管道壓力等級(jí)的確定也就是其標(biāo)準(zhǔn)件等級(jí)的確定。管道

的壓力等級(jí)包括兩部分：管道的壓力等級(jí)包括兩部分以公稱壓力表示的標(biāo)準(zhǔn)管件的公稱壓

力等級(jí)；以公稱壓力表示的標(biāo)準(zhǔn)管件的公稱壓力等級(jí)；以壁厚等級(jí)表示的的標(biāo)準(zhǔn)管件的壁

厚等級(jí)。以壁厚等級(jí)表示的的標(biāo)準(zhǔn)管件的壁厚等級(jí)管道的壓力等級(jí)：管道的壓力等級(jí)通

常把管道中由標(biāo)準(zhǔn)管件的公稱壓力等級(jí)和壁厚等級(jí)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(jí)。而習(xí)慣上為簡(jiǎn)化描述，常把管道中管件的公稱壓力等級(jí)叫做管道的

壓力等級(jí)。常把管道中管件的公稱壓力等級(jí)叫做管道的壓力等級(jí)。常把管道中管件的公稱

壓力等級(jí)叫做管道的壓力等級(jí)壓力等級(jí)的確定是壓力管道設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是設(shè)計(jì)的核心。它

是壓力管道布置、壓力管道應(yīng)力校核的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)條件工程上，工藝操作參數(shù)不宜直接作為壓力管道的設(shè)計(jì)條件,

要考慮工藝操作的波動(dòng)、相連設(shè)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(chǔ)上

給出一定的安全裕量作為設(shè)計(jì)條件。這里所說的設(shè)計(jì)條件主要是指設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度。管

道的設(shè)計(jì)壓力：應(yīng)不低于正常操作時(shí)，由內(nèi)壓(或外壓)與溫度構(gòu)成的最苛刻條管道的設(shè)計(jì)壓

力件下的壓力。最苛刻條件：最苛刻條件：是指導(dǎo)致管子及管道組成件最大壁厚或最高公

稱壓力等級(jí)的條件。設(shè)計(jì)壓力確定：設(shè)計(jì)壓力確定考慮介質(zhì)的靜液柱壓力等因素的影響，

設(shè)計(jì)壓力一般應(yīng)略高于山(或)外壓與溫度構(gòu)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(shè)計(jì)壓力確定?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

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應(yīng)工作壓力的基礎(chǔ)上增加一個(gè)裕度系數(shù)。

表5-1

一般情況下管道元件的設(shè)計(jì)壓力確定設(shè)計(jì)壓力P(MPa)P=Pw+0.18P=1.lPwP=Pw+0.4

P=1.05Pw

工作壓力Pw(MPa)PwW1.81.8

8.0

X當(dāng)按該原則確定的設(shè)計(jì)壓力會(huì)引起管道壓力等級(jí)變化時(shí)，應(yīng)判斷該工作壓力是否就

是由內(nèi)壓（或外壓）與溫度構(gòu)成的最苛刻條件下的最高工作壓力，如果是，在報(bào)請(qǐng)有關(guān)技術(shù)

負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)的情況下，設(shè)計(jì)壓力可取此時(shí)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(shí)，管道中有安全泄壓裝置時(shí)，管道中有安全泄壓裝置時(shí)預(yù)

示著該管道在運(yùn)行過程中有出現(xiàn)超出其正常操作壓力的可能。設(shè)置安全泄壓裝置（如安全閥、

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(shí)，能將壓力自動(dòng)釋放而

使設(shè)備、管道等系統(tǒng)的硬件得到保護(hù)。此時(shí)管道的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)不低于安全泄壓裝置的設(shè)定壓

力管道的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)不低于安全泄壓裝置的設(shè)定壓力。管道的設(shè)計(jì)壓力應(yīng)不低于安全泄壓

裝置的設(shè)定壓力C.管道中有高揚(yáng)程的泵管道中有高揚(yáng)程的泵對(duì)于高揚(yáng)程的泵，尤其是往

復(fù)泵，在開始啟動(dòng)的短時(shí)間內(nèi)，往往會(huì)在第一道切斷閥之前的管道和泵內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)較高的封

閉壓力，有時(shí)這個(gè)封閉壓力會(huì)達(dá)

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到一個(gè)很大的值。此時(shí)泵的出口管道，其設(shè)計(jì)壓力應(yīng)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(shè)計(jì)壓力應(yīng)取0.IMPa外壓；e.

與塔或容器等設(shè)備相連的管道與塔或容器等設(shè)備相連的管道其設(shè)計(jì)壓力應(yīng)不低于所連設(shè)備

的設(shè)計(jì)壓力。當(dāng)管道內(nèi)有較高的液體液柱時(shí)，還應(yīng)考慮該液體靜壓頭的影響。事實(shí)上，對(duì)于

管道來說，其受力要比設(shè)備復(fù)雜，這是因?yàn)樗芙橘|(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(shè)計(jì)壓力一般應(yīng)不低于設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力。5.1.2

設(shè)計(jì)溫度管道的設(shè)計(jì)溫度：管道的設(shè)計(jì)溫度應(yīng)不低于正常操作時(shí)，由內(nèi)壓（或外壓）與溫

度構(gòu)成的最苛刻條件下的溫度。最苛刻條件指導(dǎo)致管子及管道組成件最大壁厚、最高公稱

壓力等級(jí)或最高材料等級(jí)的條件。設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)溫度應(yīng)略高設(shè)計(jì)溫度的確定于由內(nèi)壓（或外壓）與溫度構(gòu)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(shè)計(jì)溫度確定一般情況下為了操作上的方便，在此

不妨也采用壓力容器的做法，在相應(yīng)工作溫度的基礎(chǔ)上增加?個(gè)裕度系數(shù)（除法蘭和螺栓以

外）。

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表5-2工作溫度Tw（℃）-20<TwW1515<Tw<350Tw>350

?般情況下管道元件的設(shè)計(jì)溫度確定設(shè)計(jì)溫度T（℃）T=Tw-5（最低取一20）T=Tw+20

T=Tw+（5-15）

※當(dāng)按該原則確定的設(shè)計(jì)溫度會(huì)引起管道壓力等級(jí)或材料變化時(shí)，應(yīng)判斷該工作溫度是

否就是山內(nèi)壓（或外壓）與溫度構(gòu)成的最苛刻條件下的最高工作溫度，如果是，在報(bào)請(qǐng)有關(guān)技

術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)的情況卜，設(shè)計(jì)溫度可取此時(shí)的最高工作溫度，而不加系數(shù)。

法蘭、墊片的設(shè)計(jì)溫度不低于最高工作溫度的90%；螺栓、螺母的設(shè)計(jì)溫度應(yīng)不低于

最高工作溫度的80%。b.夾套或外伴熱管道對(duì)于夾套或外伴熱的管道當(dāng)工藝介質(zhì)溫度高

于伴熱介質(zhì)溫度時(shí)，其設(shè)計(jì)溫度按上表選??；當(dāng)工藝介質(zhì)溫度低于伴熱介質(zhì)溫度時(shí)，對(duì)夾

套伴熱取伴熱介質(zhì)溫度為設(shè)計(jì)溫度，而對(duì)外伴熱則取伴熱介質(zhì)溫度減10℃與工藝介質(zhì)溫度

二者的較大值為設(shè)計(jì)溫度；c.安全泄壓管道安全泄壓管道安全泄壓管道取排放時(shí)可能出

現(xiàn)的最高或最低溫度為設(shè)計(jì)溫度；d蒸汽吹掃的管道采用蒸汽吹掃的管道當(dāng)介質(zhì)溫度高于

吹掃蒸汽的溫度時(shí)，則按介質(zhì)溫度根據(jù)上表確定其設(shè)計(jì)溫度。當(dāng)介質(zhì)溫度低于吹掃蒸汽溫度

時(shí)，應(yīng)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(shí)，

應(yīng)適當(dāng)提高等級(jí)以適應(yīng)吹掃介質(zhì)條件。f.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(shí)，其設(shè)計(jì)溫度應(yīng)取與

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內(nèi)壓（或外壓）構(gòu)成的最苛刻條件下的最高工作溫度，并對(duì)其它工況進(jìn)行校核。f.臨氫

管道臨氫操作的管道，在查Nelson曲線時(shí)-，應(yīng)取設(shè)計(jì)溫度再加30?50℃作為查曲線的溫

度參數(shù)值。這是因?yàn)镹elson曲線為統(tǒng)計(jì)值，在鄰近曲線下方選材時(shí)而出現(xiàn)氫損傷的實(shí)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(shè)計(jì)溫度應(yīng)經(jīng)計(jì)算

或?qū)崪y(cè)確定。一般情況下，宜取250℃作為設(shè)計(jì)溫度；h.管系應(yīng)力計(jì)算時(shí)在進(jìn)行有彈簧

支架的管系應(yīng)力計(jì)算時(shí)，宜取介質(zhì)的正常工作溫度作為計(jì)算參數(shù)。5.2影響管道壓力等級(jí)

確定的因素除了上述的設(shè)計(jì)溫度和設(shè)計(jì)壓力是管道壓力等級(jí)確定的基本參數(shù)外，還有一些

其它因素也將影響到管道壓力等級(jí)的確定。5.2.1應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系不同的標(biāo)準(zhǔn)體系，其公稱

壓力等級(jí)系列是不同的，對(duì)應(yīng)的溫度-壓力表也不相同?；蛘哒f，相同的設(shè)計(jì)條件，而選用

不同的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，其公稱壓力等級(jí)是不同的。因此，在確定管道公稱壓力等級(jí)之前，應(yīng)首先

確定其應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)體系。5.2.2材料不同的材料，其機(jī)械性能是不同的，那么它們?cè)跇?biāo)準(zhǔn)中

的溫度-壓力表上的對(duì)應(yīng)值也是不相同的。因此在確定管道的公稱壓力之前應(yīng)首先確定管道

及其元件的材料。材料的選用是由設(shè)計(jì)溫度、設(shè)計(jì)壓力和操作介質(zhì)確定的。管道中各元件

的材料標(biāo)準(zhǔn)往往是不同的，一般情況下，管子用管材，法蘭

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用鍛材，而閥門多用鑄材。無論用什么材料標(biāo)準(zhǔn)，它們都應(yīng)該是同等級(jí)的材料?，即具有

對(duì)操作條件的同等適應(yīng)性和等強(qiáng)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(duì)應(yīng)溫度下的許用壓力不得超出其設(shè)計(jì)壓力。對(duì)由于管

子及其元件失效而將造成嚴(yán)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(jí)時(shí)，

不應(yīng)僅僅按溫度-壓力表來確定，應(yīng)適當(dāng)提高其公稱壓力等級(jí)，即提高其安全可靠系數(shù)。

SH3059、SYJ1064標(biāo)準(zhǔn)對(duì)此都有詳細(xì)的規(guī)定，例如：對(duì)輸送劇毒介質(zhì)的管道，當(dāng)采用SH標(biāo)

準(zhǔn)體系時(shí)，無論介質(zhì)的操作壓力是多少，其公稱壓力等級(jí)應(yīng)不低于PN5.OMPa；當(dāng)采用JB標(biāo)

準(zhǔn)體系時(shí)，應(yīng)不低于PN4.0：對(duì)輸送氫氣、氨氣、液態(tài)燒等介質(zhì)的管道，當(dāng)采用SH標(biāo)準(zhǔn)體

系時(shí).，無論介質(zhì)的操作壓力是多少，其最低公稱壓力等級(jí)應(yīng)不低于PN2.0MPa,當(dāng)采用JB標(biāo)

準(zhǔn)體系時(shí)，應(yīng)不低于PN2.5MPa；對(duì)輸送一般可燃介質(zhì)的管道，當(dāng)采用SH標(biāo)準(zhǔn)體系時(shí)，其

公稱壓力等級(jí)應(yīng)不低于PN2.0MPa,當(dāng)采用JB標(biāo)準(zhǔn)體系時(shí)，應(yīng)不低于PN1.6MPa?5.2.4介

質(zhì)溫度及管系附加力許多法蘭標(biāo)準(zhǔn)都給出這樣一個(gè)注釋：其溫度-壓力表的對(duì)應(yīng)值是指法蘭

不受沖擊載荷的對(duì)應(yīng)值。事實(shí)上，法蘭遭受外部管道給予的彎曲、振動(dòng)、溫度循環(huán)等附加

載荷時(shí)，都將影響其密封性，甚至影響到強(qiáng)度的可靠性，此時(shí)應(yīng)將這些外部載荷折算成當(dāng)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。?般情況下，對(duì)于PN2.0等級(jí)的法蘭，當(dāng)其工作溫度大于200℃時(shí)，或PN5.0及以上

等級(jí)的法蘭在工作溫度大于400℃時(shí)，均應(yīng)考慮管系對(duì)法蘭產(chǎn)生的附加載荷的影響，否則應(yīng)

提高管系的公稱壓力等級(jí)。

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5.3影晌壁厚等級(jí)確定的因素5.3.1材料的許用應(yīng)力材料的許用應(yīng)力是指材料的強(qiáng)度

指標(biāo)除以相應(yīng)的安全系數(shù)而得到的值。材料的機(jī)械性能指標(biāo)有屈服極限、強(qiáng)度極限、蠕變極

限、疲勞極限等，這些指標(biāo)分別反映了不同狀態(tài)下失效的極限值。為了保證管道運(yùn)行中的強(qiáng)

度可靠，常將管道元件中的應(yīng)力限制在各強(qiáng)度指標(biāo)下某一值，該數(shù)值即為許用應(yīng)力許用應(yīng)

力。當(dāng)管道許用應(yīng)力元件中的應(yīng)力超過其許用應(yīng)力值時(shí)，就認(rèn)為其強(qiáng)度已不能得到保證。

因此說，材料的許用應(yīng)力是確定管道壁厚等級(jí)的基本參數(shù)。不同的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，選取材料的

許用應(yīng)力值是不同的。對(duì)壓力管道來說，國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是按GB150《鋼制壓力容器》確定

的許用應(yīng)力值，ASTM材料則是取按ANSIB31.3《ProcessPiping》標(biāo)準(zhǔn)確定的許用應(yīng)力值。

5.3.2腐蝕余量腐蝕余量是考慮因介質(zhì)對(duì)管道的腐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(jí)的確定。目

前我國(guó)尚沒有一套有關(guān)各種腐蝕介質(zhì)在不同條件卜對(duì)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(yàn)來確定其腐蝕余量的。許多國(guó)內(nèi)外的工程公司或設(shè)計(jì)院通常都將

腐蝕余量分為如下四級(jí)：a.無腐蝕余量。對(duì)一般的不銹鋼管道多取該值；b.1.6mm腐蝕余量。

對(duì)于腐蝕不嚴(yán)重的碳素鋼和鋁鋁鋼多取該值；c.3.2mm腐蝕余量。對(duì)于腐蝕比較嚴(yán)重的碳素

鋼和銘鋁鋼管道多取該值；d.加強(qiáng)級(jí)（大于3.2mn）腐蝕余量。對(duì)于有固體顆粒沖刷等特殊

情況下的管道，根據(jù)實(shí)際情況確定其具體值。.

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5.3.3管子及其元件的制造壁厚偏差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(duì)于其公稱壁厚（或者叫理論壁厚）都會(huì)有正、負(fù)偏差，因此在確定管子及其元

件公稱壁厚時(shí)一定要考慮可能出現(xiàn)的負(fù)偏差值。各種鋼管標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的負(fù)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5-3材料標(biāo)準(zhǔn)GB/T8163GB/T14976常用標(biāo)準(zhǔn)的壁厚偏差值壁厚（mm）^20<152

15偏差值（％）+15,-10,+12,-5,-10+15,-12.5+20,-15

5.3.4焊縫系數(shù)金屬的焊接過程，實(shí)質(zhì)上是一個(gè)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(duì)于有縱焊縫和螺旋焊縫

的焊接管子及其元件，相對(duì)于無縫管子及其元件來說，工程上常給它?個(gè)強(qiáng)度降低系數(shù)（即

焊縫系數(shù)），以衡量其機(jī)械性能下降的程度。其焊縫系數(shù)的取值見表5-4

表5-4序號(hào)12焊接方法鍛焊電阻焊焊接鋼管的焊縫系數(shù)接頭形式對(duì)焊對(duì)焊

焊縫型式直線直線或螺旋形檢驗(yàn)型式按標(biāo)準(zhǔn)要求按標(biāo)準(zhǔn)要求無RT單面對(duì)焊3電弧

焊雙面對(duì)焊直線或螺旋形直線或螺旋形10%RT100%RT無RT10%RT100%RTRT射線探傷

焊縫系數(shù)0.60.850.80.91.00.850.91.0