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压力管道标准及管道等级表

压力管道标准及管道等级表

（讲座提纲）

全国压力管道标准化技术委员会岳进才

Email:

2014.05

1压力管道工程标准

1.1综述

1.2常见基础性工程规范

1.3工业标准

1.4ASMEB31.3规范解读

1.5GB/T20801规范解读

2管道等级表

2.1综述

2.2管道等级表

2.3其它

3管道材料选用

3.1材料的基本性能

3.2常用材料类型及特点

3.3高温对材料选用的影响

3.4低温对材料选用的影响

3.5介质对材料选用的影响

3.6材料选用原则

4管道组成件压力设计

4.1载荷类型

4.2许用应力及强度准则

4.3标准管道组成件

4.4非标准管道组成件

5管道组成件型式及选用

5.1连接型式及选用

5.2钢管

5.3管件及分支接头

5.4法兰及法兰接头

6阀门选用

6.1阀型选用基本原则

6.2常用关断阀的特点及应用

6.3常用阀门的属性参数选用

1压力管道工程标准

1.1综述

1.1.1标准体系

标准体系的构成：

指令性规范（法规），基础性工程规范，单项或行业工程标准，项目工程规定，工业标准。

1）指令性规范（法规）：

法定，强制性；技术管理性；适用范围（监管范围，包括了设计、采购、制造、建造、使用、维修和改造）。

国内外的差别。

典型代表：

PED97/23，PressureEquipmentDirective；TSGD0001压力管道安全技术监察规程工业管道。

2）基础性工程规范：

与指令性规范相比：

推荐性/非唯一性，用户负责制；技术性；建造标准。

与行业或项目工程标准相比：

通用性：

适用范围广，不针对特定行业；基础性：

系统性要求，最低要求，不能代替设计手册。

强调：

符合规范要求而出现问题，仍由设计者负责；安全性：

安全标准，风险控制。

典型代表：

ASMEB31系列；GB/T20801系列。

3）单项或行业工程标准：

针对特定的介质环境或针对特定的行业而给出的更有针对性、更详细的工程规定。

一般情况下，是基础性工程规范的补充和细化。

典型代表：

NACEMR0175，油田设备用抗硫化裂纹的金属材料；API941，石油化工厂高温临氢用钢；SH3059，石油化工管道设计器材选用规定；GB50030，氧气站设计规范。

4）项目工程规定：

比单项的工程标准或行业工程标准更有针对性，规定更详细。

一般情况下，是基础性工程规范和单项或行业工程标准的补充和细化。

典型代表：

各工程公司或设计院/所针对具体项目的工程规定。

5）工业标准：

为实现标准化、系列化工程建造而设置的支持性标准。

包括产品标准和实践方法。

详见1.1.3节。

1.1.24+1层级，鱼头、鱼骨、鱼刺与鱼肉的关系

指令性规范（法规）为鱼头，针对重要的方面给出强制性要求，不能突破。

基础性工程规范为鱼骨，框架性规定，最低安全规则。

单项或行业工程标准、项目工程规定为鱼刺，依附于基础性工程规范而给出的更具体的要求，是基础性工程规范的补充和细化。

工业标准是鱼肉，与上述的工程规范一起构成整个工程标准体系。

1.1.3应用现状

1）对工程规范层级的认识不足：

期望基础性工程规范包罗单项/行业标准和项目规定的内容。

2）将指令性规范和基础性工程规范的适用范围混淆。

3）将基础性工程规范、单项/行业标准视为指令性规范。

4）多版本同层级的工程规范并存现状，同时也造成引用标准时的困惑及由此产生的问题。

5）由于行业格局及部门利益问题，造成产品标准的重复及由此带来的应用困惑，同时又都不完善。

1.2常见基础性工程规范

1.2.1ASMEB31.3管道规范

ASMEB31.3标准应用广泛，影响较大，很多其它类似的标准等效采用了该标准，或直接引用并加以修订和补充。

见后面所述。

ASMEB31.3是ASMEB31系列标准中的一个，其它标准表列如下：

B31.1PowerPiping/动力管道；

B31.2FuelGasPiping/燃气管道；

B31.3ProcessPiping/工艺管道；

B31.4PipelineTansportationSystemforLiquidhydrocarbonsandotherLiquids/烃类、液态石油气、无水氨和酒精的液体输送管道系统；

B31.5RefrigerationPipingandHeatTransferComponents/制冷管道和传热组件；

B31.6化工厂管道（从未出版）；

B31.7核管道（移入ASME锅炉压力容器规范第III卷）；

B31.8GasTransmissionandDistributionPipingSystems/天然气输送和分配管道系统；

B31.9BuildingServicesPiping/建筑用管道；

B31.10深冷管道（从未出版）；

B31.11SlurryTransportationPipingSystems/浆液管道。

B31.12HydrogenPipingSystemCode/氢用管道系统和管道。

其中，B31.3是基础标准，其它是特例。

在适用范围上给出了衔接点。

对于B31系列标准，各标准由不同类型的专家编制，因此各标准的风格和内容安排并不尽相同。

1.2.2GB/T20801及系列标准

GB/T20801标准是由国家质量监督检验检疫总局特种设备安全监察局管理、全国锅炉压力容器标准化技术委员会压力管道分技术委员会负责组织编写的压力管道基础性工程规范，与压力管道技术安全监察工程配套的技术性支持标准。

按照压力管道安全管理与监察规定对压力管道的划分（GA类、GB类、GC类、GD类），也对应编制了四个压力管道工程规范。

分别是：

GB/T20801压力管道规范工业管道。

2006年已颁布实施；

GB/T（20802）压力管道规范动力管道。

2013年10月已提交报批稿；

GB/T（20803）压力管道规范长输管道。

2013年10月已提交终审稿；

GB/T（20804）压力管道规范公用管道。

2014年3约已提交提纲稿。

其中，GB/T20801是基础标准，其它是特例。

在适用范围上给出了衔接点。

特种设备安全法。

监管范围可能会缩小（比如，DN150及以上管道）。

1.2.3ISO15649石油及天然气工业管道

类似于ASMEB31.3和GB/T20801，但该规范内容较少，明确指明引用了B31.3，是B31.3的补充。

特点：

对管道布置给出了原则性要求。

ISO15649共有5个章节和2个附录：

第1章适用范围：

适用于石油化工生产装置。

与ASMEB31.3一起用。

第2章相关标准：

ASMEB31.3。

第3章术语和定义：

给出了化工厂、承压管道等常用名词解释共19个。

第4章金属管道：

分9节，分别对责任、材料、安全措施、放空与排凝、设计条件、管道布置、埋地管道、腐蚀等进行了原则性规定。

第5章非金属管道或非金属衬里管道：

分2节，分别对设计条件和设计基本原则进行了规定。

附录A管道布置：

对管道布置提出了原则要求。

附录B埋地管道：

对埋地管道设计提出了原则要求。

1.2.4EN13480工业金属管道

类似于ASMEB31.3和GB/T20801。

结构和内容含量与B31.3相似，很多规定也相同，但也存在一些明显的差异。

特点：

是一个可以与B31.3分庭抗礼的基础性工程规范。

与GB/T20801类似，有6个分项标准组成：

EN13480.1工业金属管道一般规定

EN13480.2工业金属管道材料

EN13480.3工业金属管道设计和计算

EN13480.4工业金属管道预制与安装

EN13480.5工业金属管道检查和试验

EN13480.6工业金属管道埋地管道的附加要求

EN13480与ASMEB31.3差异的典型例子：

管道分级，材料的许用应力，承压管道组成件的压力计算。

1.2.5前瞻性技术：

三大类14种失效模式的评定

举例：

三大类14种失效模式

第I类：

短期失效模式

I-1：

脆性断裂；

I-2：

韧性断裂；

I-3：

超量变形引起的接头泄露；

I-4：

超量局部应变引起的裂纹形成或韧性撕裂；

I-5：

弹性、塑性或弹塑性失稳（垮塌）；

第II类：

长期失效模式

II-1：

蠕变断裂；

II-2：

蠕变引起的机械接头超量变形或过大的载荷转移；

II-3：

蠕变失稳；

II-4：

磨蚀和腐蚀；

II-5：

环境助长开裂。

如应力腐蚀开裂，氢致开裂；

第III类：

循环失效模式

III-1：

扩展性塑性变形；

III-2：

交替塑性；

III-3：

弹性应变疲劳（中、高周疲劳）和弹塑性应变疲劳（低周）；

III-4：

环境助长疲劳。

1.3工业标准

1.3.1产品标准

包括尺寸标准、制造标准、材料标准等。

1）尺寸标准

尺寸标准体系，两个基础尺寸标准（管子和法兰），大外径系列和小外径系列，PN系列（欧式）和CLASS系列（美式）。

尺寸标准体系现状，ASME与GB的异同，兼容性。

举例：

管子外径和壁厚尺寸，法兰螺栓孔尺寸，55°锥管螺纹和60°锥管螺纹。

常用尺寸标准见表1.3.1-1。

表1.3.1-1常用管道组成件尺寸标准

“大外径系列”/CLASS系列

“小外径系列”/PN系列

SH标准体系

GB标准体系

ANSI标准体系

JB标准体系

HG标准体系

一般管道

SH/T3405

GB/T17395

ANSIB36.10

ANSIB36.19

?

?

HG20553

长输管道

GB/T9711.1

GB/T9711.1

API5L

管件

SH/T3408

SH/T3409

SH/T3410

GB/T12459?

?

ANSIB16.9

ANSIB16.11

ANSIB16.28

GB/T12459?

?

HG/21634

HG/21635

HG/21631

GB/T14626

GB/T13401?

?

GB/T14383?

?

GB/T14626

GB/T13401?

?

GB/T14383?

?

HG/21632

法兰

SH/T3406

GB9112～GB9131

ANSIB16.5

JB/T74～86

HG20592～HG20605

垫片

SH/T3401

SH/T3402

SH/T3403

SH/T3407

GB4622.1～2

ANSIB16.20

ANSIB16.21

JB/T87

JB/T88

JB/T89

JB/T90

HG20606～HG20612

紧固件

SH/T3404

GB5780～GB5782

GB41

GB6170

ANSIB18.2.1

ANSIB18.2.2

GB5780～GB5782

GB41

GB6170

HG20613～HG20614

阀门

API600

API602

API603

API608

API609

API594

GB/T12232～

GB/T12247?

?

API600

API602

API603

API608

API609

API594

JB系列?

?

JB系列?

?

其它尺寸标准

MSSSP-95

MSSSP-97

MSSSP-48

注：

?

GB标准体系的管子管件标准原来是借助于SHJ405进行定义的，目前SHJ405已被修订成SH/T3405，而且定义已作了改变。

因此，GB系列管件标准也应作相应修订才能使用；此处应为该标准的A系列。

?

?

同?

?

。

此处应为该标准的B系列。

?

?

GB/T12232～GB/T12247目前尚存在较多问题，实际上并没有推广应用，它可用相应的API标准取代。

?

?

JB系列指原来的JB系列阀门标准，现在大多数阀门制造厂仍按该系列阀门标准生产。

?

?

这里仅列出了主要的相关标准，不是全部标准。

2）制造标准和材料标准

中国制造标准和材料标准体系现状/ASME与GB应用工程材料的异同：

政出多头，各自为政，例如钢管、阀门、板材、锻件标准；配套性差，例如缺少中高温焊管、螺栓、对焊管件制造标准；碳钢的低温限制；标准的严密性和生产的随意性；阀门铸件和不锈钢材料靠近了ASTM材料，但配套标准没有跟上，等效和等同的问题。

举例：

国产低温碳钢材料。

管道材料的进展：

生产方法带来的影响，AOD/VOD精炼技术的应用，GB150对硫、磷要求的提高，超低碳不锈钢的应用；新材料的开发，举例：

347AP，P92。

常用管道组成件制造标准见表1.3.1-2。

表1.3.1-2常用管道组成件制造标准

产品名称

国标材料

ASTM材料

说明

碳钢无缝钢管

GB/T8163，GB3087，GB9948，GB6479，GB5310

ASTMA53，A106

非等效

长输专用无缝和焊接钢管

GB/T9711.1，

GB/T9711.2

API5L

等效

焊接碳钢钢管

（无）

ASTMA671，A672

（无对应）

低温无缝钢管

GB/T18984

ASTMA333

非等效

合金钢无缝钢管

GB9948，GB6479，GB5310

ASTMA335，A213

非等效

合金钢焊管

（无）

ASTMA691

（无对应）

不锈钢无缝钢管

GB/T14976

ASTMA312

等效

不锈钢焊管

GB/T12771

ASTMA358

等效

碳钢及合金钢管件

（GB12459）

ASTMA234

（无对应）

低温碳钢管件

（无）

ASTMA420

（无对应）

不锈钢管件

（GB12459）

ASTMA403

（无对应）

碳钢锻件

JB4726，NB/T47008

ASTMA105

非等效

低温碳钢锻件

JB4727，NB/T47009

ASTMA350

非等效

合金钢锻件

JB4726，NB/T47008

ASTMA182

非等效

不锈钢锻件

JB4728，NB/T47010

ASTMA182

等效

碳钢板材

GB713

ASTMA515

非等效

低温碳钢板材

GB3531

ASTMA516

非等效

合金钢板材

GB713

ASTMA387

非等效

不锈钢板材

GB24511

ASTMA240

等效

碳钢铸件

GB12229

ASTMA216

等效

低温碳钢铸件

JB7248

ASTMA352

等效

合金钢铸件

JB5263

ASTMA217

等效

不锈钢铸件

GB12230

ASTMA351

等效

常规螺栓材料

（无）

ASTMA193/A194

（无对应）

低温螺栓材料

（无）

ASTMA320

（无对应）

3）产品制造的几个深层次问题

关于非金属夹杂物：

不可避免，对金属基体的割裂，微观空隙，裂纹起裂源，对二次变形加工的影响。

非金属夹杂物等级的应用。

举例：

氢介质环境下非金属夹杂物的影响；管件成型时的开裂。

关于残余元素和杂质元素：

产品标准一般不给出残余元素和部分杂质元素的限制，举例说明残余元素和部分杂质元素对金属材料性能的影响：

钒对碳钢性能的影响，铜对不锈钢性能的影响。

关于金属晶粒度：

冶金理论，高温下自动长大的特性，对金属材料性能的影响。

举例：

常用变形加工金属材料的精度级别及应用。

关于承压金属部件的表面缺陷：

常见缺陷类型（imperfection和defect的差别）及分类，缺口敏感效应。

举例：

常见表面缺陷控制的工程例子。

关于承压金属部件的表面缺陷：

常见缺陷类型，客观存在，缺陷的稳定与开展，无损检验。

举例：

某装置用不锈钢焊管的采购要求与现场检验要求的冲突。

关于产品标准的最低要求：

标准编制者不知道产品的介质应用环境，产品标准不解决特殊介质环境的特殊要求。

举例，上述残余元素和杂质元素的影响，材料的高温性能。

关于质量管理：

资质与过程控制，ISO9001的内涵：

做你所写的，写你所做的。

举例：

国内外配管设计规定的差别。

关于生产细节：

型式试验，过程控制。

举例：

不锈钢材料的酸洗。

上述问题与采购技术要求有关，与制造商选择有关。

1.3.2实践方法

包括检验方法、焊接规定、热处理规定等配套标准。

1）检验方法

检验方法涉及到化学成分检验方法及规定、机械性能检验方法及规定、金相分析规定、腐蚀试验方法、各种无损检验方法及规定等。

化学分析分金属元素和非金属元素等测定方法，测定误差，产品分析和熔炼分析。

机械性能除常规拉伸试验，还包括硬度检验、冲击试验等。

延伸率的标准值。

无损检验分锻件、板材、钢管、铸件等，方法和判定指标不同。

举例见表1.3.2。

表1.3.2常见检验方法举例

名称

国标

ASTM

说明

化学成分

GB/T222

ASTMA751

非等效

机械性能

GB2975

ASTM370

非等效

金属晶粒度检验

GB/T6394

ASTME112

等效

非金属夹杂物检验

GB/T10561

ASTME45

等效

晶间腐蚀试验

GB4334

ASTMA262

非等效

超声波检验

JB4730

ASTMA388/E213

非等效

射线检验

JB4730

MSSSP-54

非等效

磁粉检验

JB4730

ASTME709/A275

非等效

着色检验

JB4730

ASTME165

非等效

2）焊接规定

最典型的焊接规定是焊接评定。

例如ASMEIV和JB4708。

（其它略）

1.4ASMEB31.3规范解读

1.4.1综述

如前所述的特性：

推荐性/非唯一性，用户负责制；技术性；建造标准；通用性；基础性，最低要求；安全性。

与EN规范的区别：

ASME的特点是通过引入系数而简化设计，EN标准则是尽可能计入各种影响因素。

不包括管道布置。

1.4.2第一章应用范围和定义

关注不管辖的范围，其它规范没有明确管辖的管道均可参考。

原名称为石油化工厂管道规范，2002版后改为工艺管道，适用范围有所扩展。

关注管道分类，实际上隐含了四种分类：

D类流体，M类流体，介于D类和M类之间的流体，K类流体。

剧烈循环工况。

1.4.3第二章设计

1）301.3.1设计最低温度。

预期工况中的最低温度。

举例：

环境温度的考虑（位移应力）。

2）301.4～301.11条。

对可能出现的影响因素给出了提示性的规定，没有工程经验的人不容易理解，很重要，但容易被忽视。

举例：

流体膨胀的问题，防冻问题。

3）302.2压力温度设计准则。

三种情况：

具有压力额定值的表列组件，没有压力额定值的表列组件，非表列组成件（见下文）。

举例：

没有压力额定值的表列组件的压力等级的定义。

4）302.3许用应力和其它应力的限制。

四个基本系数（抗拉强度/3.0，屈服强度/1.5，10万小时蠕变延伸率为1%的平均应力/1.0，10万小时断裂平均应力/1.5）。

5）304组件的压力设计。

除管子以外，其它应用于非标管道组成件设计，也可作为标准管道组成件的设计依据。

支管补强，仅给出来等面积补强方法。

没有给压力面积法计算方法。

没有大小头的计算方法。

没有疲劳设计方法。

304.7.2非表列组件：

类比法，试验应力分析法，验证试验方法，详细应力分析法。

6）305～318流体工况对管道组成件及接头的要求。

针对不同的流体工况，对各种管道组成件及接头提出了各种应用限制。

最低要求。

7）319～321柔性和支架

管系应力分析。

属管道机械专业。

略。

8）322特殊管道系统。

仪表管道。

略。

1.4.4第三章材料

1）323.1材料和技术条件

四种情况：

表列材料，认可；非表列材料，有条件认可；牌号不明材料，不认可；回收材料，有条件认可。

2）323.2.1温度上限

304L/316L奥氏体不锈钢的温度上限（1500°F/815℃）。

3）323.2.2温度下限

碳钢材料的温度下限是变化的，与厚度、结构应力水平有关；所谓的下限温度是可以突破的，需要进行评定；注意免除冲击试验的条件，对于厚壁碳钢材料，即使使用温度高于零度，也要进行冲击试验。

4）323.3冲击试验方法和验收准则

冲击试验温度降低值，小尺寸试样。

横向膨胀量，冲击功与强度指标有关。

5）323.5材料在使用中的变质

原则规定，与附录F一起解读，几乎不涉及腐蚀问题。

1.4.5第四章管道组成件

及尺寸/应用标准体系，定义管道系统的外径、壁厚系列、公称压力等级、额定压力值、连接尺寸等。

表列组件标准和非表列组件标准，给其它配套标准开口。

匹配性。

举例：

BS阀门标准的应用。

详见1.3.1节。

1.4.6第五章制作、装配和安装

328焊接：

无值得关注的说明。

GB标准规定的更细。

330预热：

无值得关注的说明。

331热处理：

应注意是最低要求。

332弯曲与成型：

无值得关注的说明。

1.4.7第六章检验、检查和试验

1）Inspection,Examination,Test的区别。

Inspection：

Activitycarriedoutbypersonsindependentofproductiontoverifythattheresultsofthetestingandexaminationsconformtospecificrequirements.

Examination：

Assessmentcarriedouttodetermineorverifytheacceptabilityofacomponent,systemordocument.

Test：

Physicalactivity（destructiveornon-destructive）carriedoutinaccordancewithadefinedprocedurewhichprovidesanobjectiveassessmentsofacharacteristicofacomponentorsystem.

2）341.4要求检查的范围

检验范围应由工程公司或业主确定。

3）345试验

无值得关注的说明。

1.4.8其它章节

第七章非金属管道和非金属衬里管道：

略。

第八章M类流体工况管道：

根据M类流体工况特点，增加一些附加要求。

内容略。

第九章高压（K类流体工况）管道：

疲劳的影响成需要计入的因素。

略。

1.5GB/T20801规范解读

1.5.1综述

等效ASMEB31.3，但结合国情进行了本土化修改。

GB/T20801与ASMEB31.3的差异见下面各部分。

1.5.2第一部分应用范围和定义

1）管辖范围

比ASMEB31.3更规范，体现在：

ASMEB31.3主要对工艺管道做出了规定，适用于生产装置，而GB/T20801对工业管道做出了规定，原则上其它规范不管辖的，都可以使用GB/T20801。

关注不管辖的范围，