关于工业管道设计安装问题Word文档下载推荐.docx
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类别
名称
特征
甲类
A
液化烃
150C时蒸汽压力＞0.1MPa的烃类液体及其他类似液体
B
可燃液体
甲A以外的可燃液体，闪点＜280C
乙类
闪点≥280C至≤450C
闪点＞450C至＜600C
丙类
闪点≥600C至≤1200C
闪点＞1200C
注：
闪点低于450C的液体称为易燃液体；
闪点低于环境温度的液体称为易爆液体。
易燃气体和易燃液体统称为易燃流体（易燃介质）。
爆炸性介质；
与空气混合后可能发生爆炸的可燃介质或在高温、高压下可能引起爆炸的非可燃介质。
毒性介质；
按GB5044《职业性接触毒物危害程度分级》规定。
根据毒物的急性毒性、急性中毒发病状况、慢性中毒患病状况、慢性中毒后果、致癌性和最高允许浓度等六项指标，分为剧毒（极度危害）和有毒（高度危害、中毒危害和轻度危害）两大类共四个等级。
（其中剧毒物质和有毒物质的解释参见题3.1.1和3.1.2）。
管道的介质毒性程度划分参照GB5044《职业性接触毒物危害程度分级》和HG20660《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危害程度分类》的规定。
无规定时，按下述原则确定毒性程度：
1．极度危害（Ⅰ级）最高容许浓度小于0.1mg/m3；
2．高度危害（Ⅱ级）最高容许浓度0.1mg/m3，但小于1.0mg/m3；
3．中度危害（Ⅲ）最高容许浓度大于等于1.0mg/m3，但不大于10mg/m3。
压力管道中的介质为混合物质时，应当以介质的组分比例，并按上述毒性程度或者火灾危害性的划分原则，由设计单位或者使用单位提供介质毒性程度和火灾危害性的依据。
无法提供依据时，按毒性程度或者火灾危害性程度最高的介质确定。
腐蚀性介质。
是指能灼伤人体组织并对管道材料造成损坏的物质。
（C）设计和施工规范中的管道分类或分级：
1、GB50316和HG20225—95中的流体分类：
分A1（剧毒）、A2（有毒）、B（可燃）、C（不可燃、无毒）、D（C类中设计压力小于等于1.0MPa、设计温度高于-20～186℃之间的流体）五类。
2、石油化工行业标准SH3501—2002按流体特性和设计参数进行分级,参见习题3.4.73.（P.123）
3、DL5031—94的管道分级：
按设计压力分为高压、中压和低压三级管道。
设计压力大于8MPa的为高压管道；
设计压力大于1.6MPa，小于等于8MPa的为中压管道；
设计压力小于等于1.6MPa的为低压管道。
二、压力管道的安全技术要求和防护
（1）影响管道安全运行的因素
（A）管内流体性质的影响；
（B）管道系统自身的影响；
（C）外部因素的影响。
（2）管道的安全技术要求和防护
（A）管道结构要求
耐压强度：
有能够在设计规定温度下持续承受介质压力作用的材料和相应的壁厚；
承受管内流体作用于管道上的压力（内压或外压）、温度所引起的应力及其长期、反复的影响，如蠕变和疲劳破坏，低温脆性断裂等；
密封性：
有适当的密封结构；
阻止管道内部流动的流体泄漏到管道外部空间或流体中；
耐腐蚀性：
管道组成件必须使用耐介质腐蚀材料；
柔性：
（参见题3.1.20）。
整个管道系统应有适当的支承，必要时应进行柔性分析计算。
设计规范规定：
设计温度小于等于-50℃或者大于等于100℃的管道，均为柔性计算的范围。
超过上述范围的管道，如属于下述情况也应列入柔性计算的范围：
1）受室外环境温度影响而又无隔热的长距离管道；
2）管端附加位移量大，不能用经验判断其柔性的管道；
3）小管与大管连接，且大管有位移并会影响柔性的判断时，小管应与大管同时进行柔性计算。
但当管道与某一运行情况良好的管道完全相同或与已经过柔性分析合格的管道相比无变化时，可不进行柔性分析。
设计文件
压力管道的设计单位资格、设计类别和品种范围的划分应当符合《压力管道设计单位资格认证与管理办法》的规定。
压力管道设计文件至少应当包括图纸目录、工程规定（包括管道等级表）、管道一览表、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。
压力管道的主要设计图样和文件，例如管道等级表、管道平面布置图、强度计算书和管道应力分析书，应当有设计、校核、审核三级签字。
对于GC1类压力管道的管道平面布置图及管道等级表，还应当有设计技术负责人审定的批准、签字。
压力管道工程规定中，至少应当包括下列内容：
——管道等级、防腐处理、隔热要求、吹扫及清洗、管道涂色要求；
——管道组成件技术条件；
——管道制作与安装（包括焊接）技术条件；
——试验和检验要求。
非标管道元件应当具备设计文件及图样。
压力管道的主要设计图样和文件，例如图纸目录、管道平面布置图上必须加盖有效的压力管道设计资格印章（复印件无效）。
压力管道设计单位不准在外单位设计的图样上加盖压力管道设计资格印章（经压力管道设计单位批准机构指定的图样除外）。
设计资格印章失效的图样和已加盖竣工图章的图样不得用于施工安装。
（B）管道系统的设计条件
1、设计压力：
1）一条管道及其每个组成件的设计压力，不应小于运行中遇到的内压或外压与温度相偶合时最严重条件下的压力。
压力管道的设计压力应当不小于在操作中可能遇到的最大内压或者外压与温度最高或者最低相耦合的最严重情况下的压力。
2）下列特殊条件的管道，其设计压力应与上述规定比较并取两者的较大值：
a）输送制冷剂、液化烃类等气化温度低的流体的管道，设计压力不应小于阀被关闭或流体不流动时在最高环境温度下气化所能达到的最高压力；
b）离心泵出口管道的设计压力不应小于吸入压力与扬程相应压力之和；
c）没有压力泄放装置保护或与压力泄放装置隔离的管道，设计压力不应低于流体可达到的最大压力。
3）真空管道应按受外压设计，当装有安全控制装置时，设计压力应取1.25倍最大内外压力差或0.1MPa两者中的低值；
无安全控制装置时，设计压力应取0.1MPa。
4）装有泄压装置的管道的设计压力不应小于泄压装置开启压力。
装有安全泄放装置的压力管道，其设计压力不得低于安全阀的开启压力或者爆破片的爆破压力。
2、设计温度：
管道的设计温度应为管道在运行时，压力和温度相偶合的最严重条件下的温度。
对于0℃以下的管道，应考虑流体及环境温度影响，设计温度应取低于或等于管道材料可达到的最低温度。
对于0℃以下的管道，应当考虑流体及环境影响，设计温度应当取高于或者等于管道材料允许使用的最低温度。
无隔热层的管道中，不同的管道组成件可以具有不同的设计温度，管道组成件的设计温度应当符合以下规定：
——流体温度低于65℃时，管道组成件的设计温度可以与流体温度相同；
——流体温度等于或者大于65℃时，除非按传热计算或者试验确定有较低的平均壁温，管道组成件的设计温度不应当低于以下的值；
阀门、管子、凸缘短节、焊接管件以及厚度与管子相似的其他管道组成件的设计温度，为流体温度的95%；
法兰（除松套法兰外），包括在管件阀门上的法兰的设计温度，为流体温度的90%；
松套法兰的设计温度，为流体温度的85%；
法兰紧固件的设计温度，为流体温度的80%。
当管道温度低于0℃时，应当防止切断阀、控制阀、泄压装置和其他管道组成件的活动部件外表面结冰。
3、环境影响：
管道的环境影响包括管道被冷却或被加热所造成的影响。
设计压力管道时，当金属管道外壁温度受大气环境条件所影响时，其最低环境设计温度可按该地区气象资料，取历年来月平均最低气温的最低值。
月平均最低气温是指当月各天的最低气温值相加后除以当月的天数。
月平均最低气温的最低值，是气象局实测的10年逐月平均最低气温资料中的最小值。
4、动力及交变载荷影响：
对可能承受冲击或交变载荷作用的管道，设计时应考虑动力或交变载荷的影响。
在地震烈度9度以上地区的管道应进行地震验算。
5、重量影响：
包括输送介质或试验介质、冰雪、管道组成件、隔热材料以及其他加在管道上的重量均应加以考虑。
压力管道由于压力、重量或其他持久荷载所产生的轴向应力的总和SL，应不大于Sh。
（Sh为最高温度下材料的许用应力S）。
由于压力、重量和其他持久荷载以及风荷载、雪荷载和地震等临时荷载共同作用引起的管道轴向应力SL应不大于1.33Sh。
6、热膨胀和收缩影响：
包括：
1）由于管道被约束或固定，不能自由膨胀和收缩而产生的推力和力矩；
2）由于管壁温度急剧变化或温度分布不均而产生的热应力；
3）由于材料的热膨胀性能不同而产生的热应力（如复合管、夹套管）。
7、支架、固定支架和管端位移的影响：
管道与设备、支架相连而产生的应力所造成的影响。
8、材料韧性降低的影响：
管道由于焊接、热处理、弯曲成形以及由于低温或高挥发性流体突然减压急冷所造成的材料韧性降低，在设计时应加以考虑。
（C）管道布置
管道布置设计应考虑环境因素和流体性质。
管道布置的一般原则是：
1、热介质管道、无腐蚀性介质管道、不经常检修的管道、保温的管道、高压管道和气体管道应安排在上方。
2、高温管道不应布置在对电缆有热影响的下方位置。
3、助燃气体不宜与可燃气体、易燃或可燃液体管道正上正下布置，如需平行布置，两类管道应保持一定间距。
4、下列管道不宜在地下敷设，如必须在地下敷设时，应采取检漏、防腐以及收集有害流体等安全措施：
GC1级管道；
高度危害气体或工作温度高于标准渄点的高度危害液体管道；
设计压力大于等于4MPa且设计温度大于等于400℃的流体管道；
设计温度低于-46℃的铁素体钢管道和设计温度低于-196℃的奥氏体钢管道等。
5、管道布置不应挡住门窗，便于操作、维修和人员通行。
输送易燃、易爆介质的管道，不得敷设在生活间、楼梯间和走廊等处。
应避免通过电动机、配电盘、仪表盘的上空。
不妨碍吊车工作。
6、高压管道、输送有毒或有腐蚀性介质的管道应避免由于法兰、螺纹和填料等泄漏而造成对人身和设备的危害，不得在人行道上设阀件、伸缩节、法兰等。
7、气体或蒸汽管道应从主管上部引出支管，并应有坡度。
8、管道改变标高或走向时，应避免形成气袋、液袋或盲肠，否则应设排放点。
9、水平管道支吊架的最大间距应满足强度和刚度条件，对有压力脉动的管道，决定支架间距时应核算管道的固有频率，防止管道产生共振。
柔性较大、直管段较长的管道应在适当位置设导向支架。
沿立式设备敷设的管道也宜设导向支架。
10、满足抗震要求。
（D）防止管道可能损坏的措施
1、采取隔热、保护屏或过程控制的方法防止过高或过低的温度和热冲击；
2、设置保护罩、隔拦或其他保护设施防止机械损伤，特别是可燃流体管道的薄弱环节如玻璃液位计、视镜等；
3、可燃气体、液化烃、可燃液体管道应设静电接地；
4、当公用工程管道需与液化烃和其他有毒、可燃或腐蚀性流体的工艺管道或设备连接时，应满足下列要求：
——在连续使用的公用工程管道上应设止回阀，并在其根部设切断阀；
——在间歇使用的公用工程管道上应设双道切断阀，并在双阀之间设检查阀
5、对于高温、高压、剧烈循环条件、厚壁或大口径管道以及与敏感设备（压缩机、汽轮机、泵、空冷器等）连接的管道应进行柔性分析，同时作用在设备接管上的力和力矩满足设备制造厂的要求。
对于与往复式压缩机连接的管道，除了进行柔性分析外，还应进行振动分析，满足防振设计要求；
“剧烈循环条件”是管道的一种运行工况，（参见题3.4.1）。
位移应力范围定义参见题3.2.2，
计算的最大位移应力范围就是从最低温度到最高温度的全补偿值进行计算的应力。
6、对工艺过程或流体流动采取阻尼或稳定措施，消除、减少或防止发生破坏性载荷；
7、穿过安全隔离墙或穿越道路和铁路的管道应设套管保护。
在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。
（E）管道部件的设计、选材、制作和安装需考虑输送流体性质，环境因素，应力腐蚀以及检查维护方便等因素。
1、尽量采用焊接连接，同时避免异种钢焊接；
管道组成件连接形式的选用应当符合《压力管道规范工业管道》的规定。
设计时应当注意以下事项：
（一）支管尺寸与主管相近或者连接部位存在振动、脉动、温度循环等荷载引起的循环应力时，不得采用支管与主管直接焊接的连接方式；
（二）GC1级管道的支管连接应采用整体补强的支管连接管件或三通；
剧烈循环条件下的管道应采用对焊法兰而不应使用平焊（松套）法兰；
非金属衬里管道需进行安装长度调整时应采用特制垫环等；
压力管道的法兰、垫片、紧固件的设计应当遵照行业标准HG20592～20635《钢制管法兰、垫片、紧固件》的规定。
平焊法兰不得用于温度频繁变化的管道，特别是法兰未作隔热的场合；
剧烈循环工况的管道采用法兰连接时应当选用带颈对焊法兰；
螺纹法兰不得用于GC1级管道；
石棉橡胶垫片不得应用于真空管道；
法兰连接的紧固件应符合预紧及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；
GC1级管道不得使用承口式接头及粘接接头。
3、根据使用工况、流体性质和要求的补偿距离合理选用膨胀节及其安装技术要求。
剧毒、有毒和可燃介质管道不应使用带填料密封的补偿器等；
4、低温工况下使用的阀门宜考虑因密封材料收缩而引起的泄漏；
GC1级和高度危害的有毒介质管道应采用能防止阀杆填料处泄漏的密封结构的阀门，且不得采用螺纹阀盖的阀门（阀盖应为法兰连接且至少应有四根螺栓紧固）。
5、工艺管路上必须严格控制常开或常关的切断阀，并应加锁或铅封；
6、振动管道支架不应固定在厂房结构或设备上。
安全阀管道、两相流管道及其他有冲击载荷的管道，其支架应考虑冲击力的影响。
7、剧毒介质管道不得使用任何脆性材料，高硅铸铁不得用于可燃或有毒介质管道上。
其他管道材料的选用和安全保护设施的设置应符合设计规范的规定。
（F）管道系统的安全规定
1、超压保护
1）在运行中可能超压的管道系统均应设置泄压装置。
不宜使用安全阀的场合可用爆破片。
爆破片设计爆破压力与正常最大工作压力的差值应有一定的裕量。
2）安全阀的开启压力（整定压力）除工艺有特殊要求外，为正常工作压力的1.1倍，最低为1.05倍，但设计规范和设计文件有规定者除外（SY0402《石油天然气站内工艺管道施工及验收规范》规定为1.05～1.05倍）。
3）安全阀的入口管道压力损失宜小于开启压力的3%，出口管道的压力损失不宜超过开启压力的10%。
4）泄压装置的最大泄放压力不宜超过管道设计压力的1.1倍（有毒介质管道的泄压装置的最大泄放压力不得超过设计压力的1.1倍）。
火灾事故时的最大泄放压力不应超过设计压力的1.21倍。
5）安全阀或爆破片的入口管道和出口管道上不宜设置切断阀。
6）双安全阀出入口设置三通式转换阀时，两个转换阀应有可靠的连锁机构。
安全阀与转换阀之间的管道应有排空措施。
2、阀门和盲板设置
1）需防止倒流的管道上应设置止逆阀。
2）正常运行中必须严格控制在开或关位置的阀门，设计应附加锁定或铅封的要求，并注明规定的代号。
3）当装置停修时装置外有可能或要求继续运行的管道，在装置边界处除设置切断阀外还应在阀门靠装置一侧设置盲板。
4）运行中当有设备需切断检修时，在设备和阀门之间应设置盲板。
对于可燃流体管道、阀门和盲板之间装有小放空阀时，放空阀后的管道应引至安全地点。
5）压力试验和气密试验需隔断的位置应设盲板。
6）液体温度低于-5℃或大气腐蚀严重场合宜使用分离式盲板，即插板与垫环。
不宜使用“8”字盲板。
插板与垫环应有识别标记，标记部位应伸出法兰。
3、排放
1）可燃流体应排入封闭的收集系统，严禁直接排入下水道。
2）密度比环境空气大的可燃气体应排入火炬系统。
3）无毒、不可燃、无闪蒸的流液体，在符合卫生标准及水道材料使用温度和无腐蚀的情况下，可直接排入下水道。
4）排放管应按排放量和工作压力决定管径。
排放口流速应符合设计规范规定。
不经常使用的常压放空管口应加防鸟网。
对于可燃、有毒或者有腐蚀性的有害气体放空时，需用导管送至固定地点，集中处理后再放空。
排放的液体若为可燃、有毒或者有腐蚀性的有害介质，需经密封管道送至回收系统集中处理后排放。
不得就地排放。
4、其他要求
与明火设备连接的可燃气体减压后的管道（包括火炬管道），和需隔断易着火的管道（包括放空管）与其连接的设备时应设阻火设施。
如GB50031《乙炔站设计规范》规定：
中压乙炔管道的车间进口处应设中央回火防止器。
6）强氧化性流体（氧或氟）管道应符合下列规定：
a）管道应在管道预制后、安装前分段或单件进行脱脂。
b）氧气管道组成件选用应符合规范规定。
c）焊接应采用氩弧焊。
d）氧气管道流速限制、静电接地及管道布置应符合《氧气站设计规范》GB50030和氧气安全技术规程的规定。
除非工艺流程有特殊设计要求及可靠的安全措施保证，氧气管道严禁与可燃流体管道直接连接。
e）氧气管道应敷设在非燃烧体的支架上，当与燃油等可燃介质管道共架敷设时，氧气管道应敷设在燃油管道外侧上方。
三、工业金属管道设计规范（GB50316-2000）内容概要
（1）设计基准
（A）管道组成件的压力—温度参数：
法兰、阀门等管道元件的适用压力按相关标准规定的对应于设计温度的压力—温度额定值规定；
对于只标明公称压力的管道组成件，除另有规定外，在设计温度下的许用压力可按下式计算：
PA=PN•[σ]t/[σ]x
式中：
PA—在设计温度下的许用压力（MPa）；
PN—公称压力（MPa）；
[σ]t—在设计温度下的材料许用应力（MPa）；
[σ]x—决定组成件厚度时采用的计算温度下的材料许用应力（MPa）
（参见题3.5.1）
直管、斜接弯头、弯管、盲板、非标法兰以及支管连接管件的适用压力按《压力管道规范工业管道》进行计算确定；
承插和螺纹管件的适用压力应按相关标准规定的直管壁厚确定；
对焊管件和支管座的适用压力应当按型式试验（验证性压力试验）或者按《压力管道规范工业管道》计算的结果确定。
不能确定适用压力的管道组成件亦可根据使用经验、应力分析方法等确定其适用压力，但需经国家质检总局委托的技术机构评审。
（B）许用应力
1、确定许用拉应力的基准：
1）钢、铸铁、铝和铝合金制的管道的材料许用拉应力按GB50316《工业金属管道设计规范》的规定确定，按标准附录A选用或按规定系数计算确定；
2）铜和铜合金、镍和镍合金以及非金属管道制的管道的材料许用应力按HG/T20695-1987《化工管道设计规范》的规定计算确定。
确定金属许用应力S的基准见表5。
对铸件应乘以相应的铸件质量系数φc，
2、许用剪应力：
许用拉应力×
0.8
3、许用压应力：
1.6
4、焊接接头系数“Ej”见表3。
（题3.3.2）
表3焊接接头系数Ej
材料
焊接方法及无损检测比例
单面对接焊
双面对接焊
钢材
电熔焊
100%检测
0.90
1.00
局部检测
0.80
0.85
不检测
0.60
0.70
电阻焊
100%涡流
0.65
加热炉焊
有色
金属
熔化极氩弧焊
同钢管
局部检测应包括抽样检测
对焊接件不必考虑纵向焊接接头质量系数φw。
（2）器材选用
采用未形成国家或行业标准的材料时，应经技术鉴定。
铸铁管道组成件的使用应符合下列规定：
（一）铸铁（灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁）不得应用于GC1级管道，灰铸铁和可锻铸铁不得应用于剧烈循环工况；
（二）球墨铸铁的使用温度应当不低于-20℃且不高于350℃；
（三）灰铸铁和可锻铸铁在下列条件使用时，应当采取防止过热、急冷急热、振动以及误操作等安全防护措施：
1．灰铸铁的使用温度应不低于-10℃，且不高于230℃，设计压力应不大于2.0MPa；
2．可锻铸铁的使用温度应不低于-20℃，且不高于300℃，设计压力应不大于2.0MPa；
3．灰铸铁和可锻铸铁用于可燃介质时，使用温度应不高于150℃，设计压力应不大于1.0MPa。
碳素结构钢管道组成件的使用应符合下列规定：
（一）碳素结构钢不得用于GC1级管道；
（二）沸腾钢和半镇静钢不得用于有毒、可燃介质管道，设计压力应不大于1.6MPa，使用温度应不高于200℃，且不低于0℃；
（三）Q215A、Q235A等A级镇静钢不得用于有毒、可燃介质管道，设计压力应不大于1.6MPa，使用温度应不高于350℃，最低使用温度按相关规范的规定；
（四）Q215B、Q235B等B级镇静钢不得用于极度、高度危害有毒介质管道，设计压力应不大于3.0MPa，使用温度应不高于350℃，最低使用温度相关规范的规定；
（五）用于焊接的碳素结构钢厚度应符合下列规定：
1．沸腾钢、半镇静钢，厚度应不大于12mm；
2．A级镇静钢，厚度应不大于16mm；
3．B级镇静钢，厚度应不大于20mm。
螺旋焊接钢管不得用于输送可燃、有毒、有腐蚀性的介质以及工作压力大于1.0MPa的管道。
碳钢、奥氏体不锈钢钢管及由其制造对焊管件的使用限制。
钢管标准
钢管和管件制造工艺
不允许使用范围
GB3091
碳素结构钢[2]
电阻焊焊管[1]；
电熔焊焊管及对焊管件。
①剧烈循环工况；
电阻焊焊管的使用压力大于1.6MPa。
GB9711.1
碳钢
电阻焊焊管[1]
①GC1级管道；
设计压力大于4.0MPa；
剧烈循环工况。
GB8163
GB3087
无缝管及对焊管件
电熔焊焊管及对焊管件
GB12771
HG20537.3
奥氏体不锈钢
电熔焊焊管（不添加填充金属）及对焊管件
HG20537.4
电熔焊焊管（添加填充金属）及对焊管件、焊缝不作射线检测
注1：
不得采用电阻焊焊管制造对焊管件。
注2：
包括碳素结构钢钢板制造的对焊管件。
斜
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