压力管道培训知识

1、（一）压力管道设计基本理念1冷安装原则受现场施工条件、施工单位加工厂技术先进的影响，工厂预制、 现场安装的方法更加便捷（机械加工快）、经济（省人工时费），设 计时尽量考虑成品件，还能保证工程进度、工程质量。2限额设计的理念项目越大， 设计及材料选择就越要精确。 比如二甲醚一期项目当 时按照设计院材料表， 材料误差率达 30%，这就意味着投资几千万的 项目，光管道成本就可能多增加几百万。3压力管道工程设计标准化为了减少设计时间，应尽量统一标准，减少材料的多样化。比如 通过计算有些支管不用补强， 可以节约成本， 但实际计算补强会延迟 设计时间，无形增加了时间成本，应统一补强。（二）材料性能及选用原

2、则1材料性能指标主要强度指标： 抗拉强度、 屈服强度、持久强度极限、 蠕变极限；主要硬度指标：洛氏硬度、布式硬度、维氏硬度；主要韧性指标：冲击吸收功、断后伸长率、韧脆性转变温度；主要物理性能指标：弹性模量、泊松比、线膨胀系数；材料工艺性能： DN50 以内为锻件、焊接冷裂纹敏感系数（管道 在焊接时容易出现冷裂纹的程度，据此来确定材料焊接前的预热温 度）、热处理性能、耐腐蚀性能。2材料的选用原则工程建设中新技术、新材料、新工艺，标准化、简易化、国产化 的实施越来越多， 目前钢管标准 97 项，还有很多新型材料不断出现。 无论工程设计采用新技术或国外标准材料，工业管道均应符合 TSGD0001-2

3、009压力管道安全技术监察规程工业管道的相关条 款要求。（三）管系标准管系标准可分为 SH标准、GB标准、ASME标准、 HG标准，其中 我们常用的标准系列为 HG标准，是小外径系列（大外径系列不常用） ， 其他均为大外径系列。 HG 标准主要有 HG20553、 GB/T12459、 GB/T13401、GB/14383、HG20592HG20615。（四）管道元件压力设计四原则主要讲解了压力温度额定值方法，该方法在 HG2059220615 上 有，是法兰公称压力确定的主要方法。 二、即将颁布的压力管道规范 工业管道 GB/T 20801 主要修 订内容（一）修订内容1适用范围的调整将 D

4、N150 以下、最高工作压力小于 1.6MPaG 的输送无毒不可 燃无腐蚀性气体的管道排除；通过排除法（增加不包括、不适用范围，如非金属管道或其衬 里层，锅炉、压力容器以及加热炉的内部管道以及设备的外接管道， 设计压力小于 0.1MPaG 但不低于大气压的输送无毒、不可燃、无腐 蚀流体的管道），扩大了压力管道的范围。2危害介质有关定义的修改介质为混合物时， 毒性危害程度可按照混合物各组成成分的急性 毒性指标 LD50/LC50采用加和平均法计算并确定， 但浓度 1%的组分 不予考虑。另外，毒性未知的组分如浓度 10%时，可参考 A.4.5.1 确定毒性危害级别。3增加低温低应力工况低温下的最大

5、工作压力不大于常温下最大允许工作压力的30%，管道由压力、总量及位移产生的轴向拉应力总和不大于材料常温许用 应力的 30%且不大于 50MPa，均为低温低应力工况。 低温低应力工况 仅适用于 GC2管道，且最低设计温度不低于 -104。4对灰铸铁和可锻铸铁管进一步限制使用范围除了不得用于 GC1 管道或者剧烈循环工况外，另外规定，用于 GC2时，使用温度不大于 150，最大允许工作压力应不大于 1.0MPa。5铬钼合金的要求铬钼合金钢焊管和管件的焊缝应进行100%射线检测或超声检测，并符合 NB/T47013.2规定的 II级（RT，UT为 I级）要求。并应在 焊后热处理后进行检测。6焊缝的要

6、求管道环焊缝距离支管或管接头的开孔边缘不应小于 50mm 且不 应小于孔径。焊接管及焊接管件组对时，尽量避免十字焊缝。（二） ASME B31.1 、 ASME B31.3 、 GBT20801 异同点1管道挠度ASME B31.1的挠度有明确的规定，为 2.5mm， ASME B31.3规定 常规 13mm；相应的， B31.1 有比较明确的管道支吊架间距规定，而 B31.3没有关于支吊架间距的规定。2管件问题在 B31.3 管道里，经常使用法兰连接。在 B31.1 管道里，法兰使 用的比较少（但是绝对不是不使用），而是直接焊接。这主要是因为 电力管道一般高温（ 550 度司空见惯， 600

7、 度也稀松平常）高压（有 的管道压力可达 47MPa），法兰很难抵挡得住温度和压力的影响而不 泄露流体。 B31.3 管道会涉及到夹套管，膨胀节，管道直埋等问题； 而 B31.1 里明文规定禁止在锅炉外部管道加膨胀节， 并且不允许直埋。 至于夹套管，由于电厂里面不存在这样的工艺流程，根本不需要。3危险程度进行管道分级B31.3 中高危险性的 M 类（泄漏极少量有毒流体被人吸入或接触 后，即使迅速采取治疗措施也能造成严重的和难以治愈的伤害） 接近 于 GC1（1），但范围比 GC1（1）要小；D 类工况（完全满足输送流体是不 易燃、无毒和对人体无害的；工作压力低于1035KPa，设计温度-291

8、86条件的流体 ），相当于原 GC3中的一部分； U 类（一种由 于产品的清洁度控制水平要求因而选择规范规定之外的制作、检验、 检测和试验方法的要求的流体工况）； K 类（温度压力额定值超过 42MPa的流体）， 20801 中不包含该范围。4提高了 GC1管道设计和检验方面的安全技术要求；5碳钢、低合金钢管道最低设计温度由 B31.3 中规定的 -29修 改为-20，删除了低温降应力工况（保留了低温低应力工况），删 除了允许按照材料实际冲击韧性，降低材料最低设计温度的规定；6结合国情，补充了 EN/PN系列管道组成件的标准；7增加外加荷载下，法兰当量压力折算和法兰刚度校核计算方 法，补充压力

9、 -面积法作为三通和异型管件的开孔补强计算方法；8提出了必须进行管道应力分析的限定条件和按中国荷载规范 进行风载和地震校核的规定。9碳钢、低合金钢管道的最低设计温度，由-29修改为大于-20；三、压力管道设计与计算实例（一）设计条件和设计准则1基本概念应力分析主要有静力分析和动力分析， 通常，动力分析会转为精 力分析进行计算。其中，静力分析主要有以下几种情况： 计算管道中的应力， 保证自身安全； 计算管道与其相连的机 器，设备的作用力，使其满足标准规范；计算管道对支吊架和土建 结构的作用力， 为支吊架设计和土建结构设计提供依据； 计算管道 位移，防止位移过大造成支架脱落或管道碰撞， 并为弹簧支

10、吊架选用 提供依据。而动力分析不常用，主要有如下情况需要做动力分析：管道地震分析； 往复压缩机和泵的固有频率和振型分析， 避 免发生机械共振； 往复压缩机和泵的强迫振动分析， 防止管道因振 动发生疲劳破坏； 往复压缩机管道气体压力脉动的声学模拟， 避免 气柱共振和压力脉动过大； 水锤， 安全阀泄放载荷和两相流所产生 的支架载荷计算。2设计条件和依据ASME B 31.3 ；ASME B 31.1；SH/T3041；项目合同；现场条件； 专业统一规定。3设计主要过程编制应力分析统一规定； 确定需要详细应力分析计算的管道； 接 受管道应力分析相关条件； 对管系进行分析计算； 编制计算书并提交 相关

11、专业。4计算前需要准备的资料管线情况表填写完整， 注意管道材质和流体物态； 工艺专业提供 管线操作的不同工况，比如吹扫，开停工，事故工况等；相关专业提 供图纸和管嘴允许受力和位移要求；管道上刚性元件，比如阀门，法兰的重量，注意考虑螺栓重量。（二）管道支吊架和管道柔性分析1管道支吊架标准MSS SP-58；BS 3974.1；GB 17116.1； SH/T 30732管道支吊架的分类及选用原则支吊架主要有：刚性支吊架，导向支架，限位支架，固定支架， 弹簧支吊架，阻尼器。选用原则如下：计算时要记住更改摩擦系数，不同的摩擦面摩擦系数不同； 焊后需要热处理的管道支吊架不适合进行焊接； 架空敷设、热膨

12、胀超过 100mm 的管道，支吊架应增加管托； 设置支吊架时需要注意可用空间； 弹簧支吊架的许用载荷变化率为 25%，如情况有变， 最大不应 超过此值。3应力分析根据 GB17116.1管道应力系数总和不应超过 1.0，即拉伸或压缩 应力与许用拉伸或压缩应力的比值、 弯曲应力与许用弯曲应力的比值 之和不应超过 1.0。管道跨度选择时， 要注意管道的挠度 （管道垂直方向上的线位移 量），最大不应超过 2mm；设备的热膨胀会影响计算结果，进行应 力计算时需要注意。4柔性系数计算通常 Cii 中自带，不用专门计算；但有些特殊情况需要专门计算 该值，此时可在 environment-review SI

13、Fs at Intersection Nodes中查看。（三）风载荷和地震载荷的计算1风载荷设计依据为 GB50009和 UBC，但 UBC为美标，国内数据不符合， 我们设计可完全参考 GB 50009；另外需要提供风压值。在 CII中可以 选择风况和参考标准。2地震载荷设计依据为 GB50009和 SH/T 3039，GB50009上对于地震载荷只 有结构专业相关数据，没有管道专业的相关数据和计算方法，因此， 地震载荷的计算需要依据 SH/T3039。（四）管系中阀门开关时的动载分析安全阀和水锤的动载分析在 CII 中都可以找到，在需要计算的管 道上选择 Forces/Moment，并填写相

14、关数据。1安全阀的泄放反力输入条件有泄放量（ kg/s）、泄放系数 k、温度 T（K）、密度 M （ kg/Kmol）、阀门泄放面积 A（mm2）、压力 P（KPa），计算公式 为 F=129*W*（KT/（K+1）*M）1/2+AP/1000；通常安全阀厂家会提供泄放反 力。我们只需要在应力计算时考虑就行。当安全阀对大气放空时，弯头向上，泄放反力转化为静力，为厂 家提供值的 2 倍；当汇总排放时水平方向的反力为 2 倍，竖直方向为 1倍。另外，值得注意的是，通常安全阀为了避免泄放反力的破坏， 应该在安全阀出口尽早连接弯头， 对空排放时弯头向上， 汇总排放时 需要下弯，并 45°斜接

15、入主管。2水锤的计算按照水锤理论，假设 L为管道长度（ m），a为波速（ m/s），当 阀门关闭时间 T小于 2L/a 时，这时候产生的水锤最大， ?P=10-6a?v。水锤载荷 Fw=10-6aA?v（A 为管道流体截面积， mm2）；波速 a=103（K/）/1+KDi/Et1/2；（K 为流体体积弹性模量， MPa； Di 为管道内径， mm；E 为管道材料弹性模量， MPa；t 为管道壁厚， mm）3偶然工况风载荷、地震载荷、安全阀泄放反力、水锤均为偶然工况，应力 分析时偶然工况的载荷不叠加。对于偶然工况的处理办法是加阻尼 器，但阻尼器的成本太高， 通常是采用导向支架或者止推。安全阀的

16、 止推要尽量靠近弯头位置。四、标准规范选用疑难问题解析1GB50316、GB/T20801的许用应力以哪个为准？以 GB/T20801 为准，该标准许用应力来自 ASME31.3，经过了大 量实验分析和回归曲线，数据更为准确。2GC3取消后有什么影响？压力等级的变化只是为了调整政府监管的范围和力度， 对于设计 来说影响不大，设计人员只要按照相关标准进行设计即可。3过期材料如何处置？管道材料标准更新年限后如无明确的增加性能要求， 新老标准并 无区别。4气压试验可以代替气密性试验吗？不能用气压实验代替气密性试验。 气压试验一旦管道破裂危害性 大，国外根本不采用气压试验作为强度试验手段。5平焊法兰为何不常采用？ 平焊法兰之所以不采用不是因为强度不够，而是因为密封性不 好，会导致有害介质泄露；而螺栓、垫片的选用也同样，除了考虑强 度外，要注意由于热膨胀引起的法兰松动，介质泄露。五、相关标准1GB