压力管道设计技术培训稿

压力管道定义根据《特种设备安全监察条例》(2003)的定义，压力管道是指利用一定的压力，用于输送气体或者液体的管状设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于0.1MPa（表压）的气体、液化气体、蒸汽介质或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高温度高于或者等于标准沸点的液体介质，且公称直径大于25mm的管道。第1页/共59页第一页，共60页。《压力管道安全管理与监察规定》（劳动部劳部发1996-140号）对压力管道定义的相关条款：第二条本规定所指压力管道是在生产、生活中使用的可能引起燃爆或中毒等危险性较大的特种设备。

压力管道按其用途划分为工业管道、公用管道和长输管道。第三条本规定适用于具备下列条件之一的管道及其附属设备：

（一）输送GB5044《职业性接触毒物危害程度分级》中规定的毒性程度为极度危害介质的管道；

（二）输送GB50160《石油化工企业设计防火规范》及GBJ16（GB50016）《建筑设计防火规范》中规定的火灾危险性为甲、乙类介质的管道；

第2页/共59页第二页，共60页。

（三）最高工作压力大于等于0.1MPa（表压，下同），输送介质为气（汽）体、液化气体的管道；

（四）最高工作压力大于等于0.1MPa，输送介质为可燃、易爆、有毒、有腐蚀性的或最高温度高于等于标准沸点的液体的管道；

（五）前四项规定的管道的附属设施及安全保护装置等。第四条本规定不适用于下述管道：

（一）设备本体所属管道；

（二）军事装备、交通工具上和核装置中的管道；

（三）输送无毒、不可燃、无腐蚀性气体，其管道公称直径小于150mm，且其最高工作压力小于1.6MPa的管道；

（四）入户（居民楼、庭院）前的最后一道阀门之后的生活用燃气管道及热力点（不含热力点）之后的热力管道。第3页/共59页第三页，共60页。压力管道分类按照《压力容器压力管道设计许可规则》（TSGR1001-2008）的分类规定，压力管道分为以下四个类别：

（1）GA类（长输管道）

（2）GB类（公用管道）

（3）GC类（工业管道）

（4）GD类（动力管道）第4页/共59页第四页，共60页。GA类：长输管道长输（油气）管道是指产地、储存库、使用单位之间的用于输送商品介质的管道，划分为GA1级和GA2级。GA1级符合下列条件之一的长输管道为GA1级：

（1）输送有毒、可燃、易爆气体介质，最高工作压力大于4.0MPa的长输管道；

（2）输送有毒、可燃、易爆液体介质，最高工作压力大于或者等于6.4MPa，并且输送距离（指产地、储存地、用户间的用于输送商品介质管道的长度）大于或者等于200km的长输管道。GA2级GA1及以外的长输（油气）管道为GA2级。第5页/共59页第五页，共60页。GB类：公用管道公用管道是指城市或乡镇范围内的用于公用事业或民用的燃气管道和热力管道，划分为GB1级和GB2级。GB1级：城镇燃气管道GB2级：城镇热力管道第6页/共59页第六页，共60页。GC类：工业管道工业管道是指企业、事业单位所属的用于输送工艺介质的工艺管道、公用工程管道及其他辅助管道，划分为GC1级、GC2级、GC3级。第7页/共59页第七页，共60页。GC1级：符合下列条件之一的为GC1级：（1）输送GB5044－85《职业接触毒物危害程度分级》中规定的毒性程度为极度危害介质、高度危害气体介质和工作温度高于标准沸点的高度危害液体介质的管道；极度危害：汞及其化合物、砷及其化合物、氯乙烯、氰化物、苯等；高度危害：三硝基甲苯、铅及其化合物、二硫化碳、氯、四氯化碳、硫化氢、甲醛、苯胺、一氧化碳等。第8页/共59页第八页，共60页。（2）输送GB50160－1999《石油化工企业设计防火规范》及GB50016－2006《建筑设计防火规范》中规定的火灾危险性为甲、乙类可燃气体或甲类可燃液体（包括液化烃），并且设计压力大于或者等于4.0MPa的管道；常见甲类可燃气体：乙炔、环氧乙烷、氢气、乙烯、甲烷、甲醛、甲醚、氯乙烯等；常见乙类可燃气体：一氧化碳、氨、溴甲烷。常见液化烃、甲类可燃液体：液化甲烷、液化天然气、苯、甲苯、乙苯、汽油、原油、乙醚、乙醛、甲醇、乙醇、异丙醇、醋酸乙酯等第9页/共59页第九页，共60页。（3）输送流体介质并且设计压力大于或者等于10.0MPa，或者设计压力大于或者等于4.0MPa，并且设计温度大于或者等于400℃的管道。第10页/共59页第十页，共60页。GC2级：除3.3规定的GC3级管道外，介质毒性危害程度、火灾危险性（可燃性）、设计压力和设计温度小于3.1规定的GC1级管道。

GC3级：输送无毒、非可燃流体介质，设计压力小于或者等于1.0MPa，并且设计温度大于-20℃但是小于180℃的管道。第11页/共59页第十一页，共60页。GD类：动力管道火力发电厂用于输送蒸汽、汽水两相介质的管道，划分为GD1级、GD2级。GD1级：设计压力大于等于6.3MPa，或者设计温度大于等于400℃的管道。GD2级：设计压力小于6.3MPa，且设计温度小于400℃的管道。第12页/共59页第十二页，共60页。我院压力管道设计许可资质范围按照国家质监总局颁发的《压力容器压力管道设计许可规则》（TSGR1001-2008)，压力管道设计实行资格许可制度，设计单位必须取得国家质量监督检验检疫总局颁发的《特种设备设计许可证》，并在许可范围内从事压力管道设计工作，《设计许可证》有效期4年，有效期满需按规定办理换证手续。我院压力管道设计资质许可范围：（1）GB类：燃气管道（GB1级）、热力管道（GB2级）（2）GC类：GC2级、GC3级（3）GD类：GD1级、GD2级第13页/共59页第十三页，共60页。压力管道设计主要内容一套完整的压力管道设计文件应包括（不仅限于）以下各项内容：

（1）系统流程图，管道特性表；

（2）管道布置图（平面、立面、局部放大图等）、管道安装图；

（3）轴测图；

（4）管道支吊架图；

（5）材料表：管材、阀门、管件、保温材料等选型统计；

（6）计算书：包括管道选型计算、强度计算、应力计算等；

（7）施工设计说明书。第14页/共59页第十四页，共60页。压力管道设计的一般要求（1）对于同一工艺系统既有压力管道，也有其他工艺管道的，建议将压力管道分离出来，单独作为一个系统，按压力管道要求设计出图，以便于管理。（2）管道特性表是压力管道设计文件的一项重要内容，一般应单独出；对于系统简单，管道较少的，可考虑将特性表放在系统图或平面布置图上。（3）管道轴测图不能代替系统流程图和管道立面布置图。第15页/共59页第十五页，共60页。（4）材料表是材料采购的依据，也是投资预算的依据，是压力管道设计不能少的内容。（5）对于比较简单的压力管道，可将施工设计说明写在布置图上；复杂的压力管道，应单独编制施工设计说明书。（6）按规定进行管道选型计算、强度计算、应力计算和管道柔性计算。第16页/共59页第十六页，共60页。管道特性表压力管道特性表主要包括以下方面内容：

（1）管道名称、代号，压力管道类别、级别；（2）管道工作介质；（3）操作条件：工作压力、温度；（4）设计参数：设计压力、温度；（5）管道数据：管道标准、材质、管道规格（公称直径、壁厚）；（6）保温型式、保温厚度；（7）试验条件：介质、压力；（8）焊缝检测要求：检测标准、检测比例、合格级别。第17页/共59页第十七页，共60页。设计参数的选定设计压力：管道及其组成件的设计压力，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。最严重条件应为强度计算中管道组成件需要最大厚度及最高公称压力时的参数。下列特殊条件管道，其设计压力应与上款比较取两者的较大值：

（1）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；

（2）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；

第18页/共59页第十八页，共60页。

（3）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。

真空管道按受外压设计，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。装有泄压装置的管道的设计压力不应小于泄压装置开启的压力。第19页/共59页第十九页，共60页。设计参数的选定设计温度：管道中每个组成件的设计温度，应不低于在强度计算中管道组成件需要最大厚度或最高公称压力相对应的温度。设计温度的确定还应考虑流体温度、环境温度、阳光辐射、加热或冷却的流体温度等因素的影响。

设计的最低温度应为管道组成件的最低工作温度（不应低于材料使用温度的下限）。管道采用伴管或夹套加热时，应以外加热和管内流体温度中较高的温度为设计温度。无隔热层的管道中，不同的管道组成件可具有不同的设计温度，管道组成件的设计温度应符合以下规定：第20页/共59页第二十页，共60页。（1）流体温度低于65℃时，管道组成件的设计温度可与流体温度相同；（2）流体温度等于或大于65℃时，除非按传热计算或试验确定有较低的平均壁温，管道组成件的设计温度不应低于以下值：

阀门、管子、突缘短节、焊接管件和厚度与管子相似的其他管道组成件，按流体温度的95%；

法兰（除松套法兰外），包括在管件和阀门上的法兰，按流体温度的90%；

松套法兰，按流体温度的85%；

法兰的紧固件，按流体温度的80%。第21页/共59页第二十一页，共60页。外保温管道的设计温度按上述1，2款确定。当另有计算、试验或测定的结果时，可取其他温度。内保温管道的设计温度，应根据传热计算或试验确定。对于非金属材料衬里的管道，设计温度应取流体的最高工作温度。当无外隔热层时，外层金属的设计温度可通过传热计算、试验决定，或按第3款确定。第22页/共59页第二十二页，共60页。管道应力计算要求管道应力计算主要验算管道在内压、持续外载作用下的一次应力和由于热胀、冷缩及其它位移受约束产生的二次应力，以判明所计算的管道是否安全、经济、合理；计算管道由于热胀、冷缩及其它位移受约束和持续外载作用产生的对设备的推力和力矩，以判明是否在设备所能安全承受的范围之内。下列范围的管道必须通过计算机计算管道应力：（1）管径大于等于DN150，且设计温度大于等于230℃或低于-20℃的所有管线。

第23页/共59页第二十三页，共60页。（2）设计温度大于等于340℃的所有管线。（3）管径大于等于DN100，且操作温度大于等于230℃或低于-20℃的所有泵的进出口管线。（4）汽轮机进、进口连接的管道。（5）离心压缩机进、出口连接的管道。（6）往复压缩机进、出口连接的管道。（7）有关规范中规定要进行应力计算的管道。第24页/共59页第二十四页，共60页。下列范围内（上款规定之外）的管道一般应通过目测、手工简易计算进行应力分析，在判断困难时，仍应通过计算机计算：（1）管径大于、等于DN400的管道。（2）连接到压力容器的重要管道。（3）所有由工艺专业提出的重要管道和内部绝热管道。（4）所有铝及铝合金的管道。（5）管道支撑点或与管道相连的设备、建构筑物基础可能过度下沉的管道。（6）夹套管。（7）管道应力分析人员选定的管线。（8）安全阀放散管。第25页/共59页第二十五页，共60页。下列管道可不再进行应力计算（1）与运行良好的管道柔性相同或基本相当的管道。（2）和已分析的管道比较，确认有足够柔性的管道。第26页/共59页第二十六页，共60页。管道应力计算必须具备的基础数据

（1）管道计算压力（a）一条管道的计算压力不应小于在操作中可能遇到内压或外压与温度相偶合时的最严格情况下的压力（即确定的设计压力）。（b）如果管系与其压力泄放装置之间的通路可能被堵塞或隔离，则此管系应按不低于在上述情况下可能产生的最大压力计算。（c）管道计算压力不应小于选定的事故压力或最大操作压力。

所谓事故压力是指在操作中可能遇到的压力与温度相偶合时的最严格情况下的压力。操作压力则为系统处在正常操作情况下的压力。第27页/共59页第二十七页，共60页。（2）管道计算温度设计温度应不低于操作过程中压力和温度相偶合时的最严格情况下的材料温度。不同金属管道计算温度取法如下：（a）不绝热的金属管道

·流体温度在38℃以下时，取流体温度；

·流体温度在38℃或以上时，取试验或传热计算确定的平均壁温。（b）外部绝热的金属管道

·取计算、预先试验或根据测量所得的操作经验证明可以使用的温度；

·取流体温度；

第28页/共59页第二十八页，共60页。·凡是采用伴管、夹套加热，在确定计算温度时应把这种加热影响考虑在内。（c）内部绝热衬里的金属管道，取传热计算或试验所得的金属温度。（d）在确定计算温度时，应同时考虑使用柔性温度。（e）管道设计安装温度，当工艺系统专业未特别提出数据时，均采用20℃。第29页/共59页第二十九页，共60页。管道的柔性设计管道柔性：反映管道变形难易程度的概念，表示管道通过自身变形吸收热胀、冷缩和其他位移变形的能力。增加管道柔性的一般措施：

（1）改变管道的走向；

（2）选用波形补偿器、套管式补偿器或球形补偿器等；

（3）选用弹簧支吊架。第30页/共59页第三十页，共60页。管道柔性设计的目的：

保证管道在设计条件下具有足够的柔性，防止管道因热胀冷缩、端点附加位移、管道支承设置等原因造成下列问题：

（1）管道应力过大或金属疲劳引起管道破坏；

（2）管道连接处产生泄漏；

（3）管道推力或力矩过大，使与其相连接的设备产生过大的应力或变形，影响设备正常运行；

（4）管道推力或力矩过大引起管道支架破坏。第31页/共59页第三十一页，共60页。下列管道宜采用计算机分析方法进行详细柔性设计：

（1）操作温度大于400℃或小于-50℃的管道；

（2）进出加热炉及蒸汽发生器的高温管道；

（3）进出反应器的高温管道：

（4）进出汽轮机的蒸汽管道：

（5）进出离心压缩机、往复式压缩机的工艺管道：

（6）与离心泵连接的管道；

（7）设备管口有特殊受力要求的其他管道；

（8）利用简化分析后，表明需要进一步详细分析的管道。第32页/共59页第三十二页，共60页。以下管道可以不进行详细柔性设计：

（1）与运行良好的管道柔性相同或基本相当的管道；

（2）和已分析的管道比较，确认有足够柔性的管道；

（3）对具有同一直径、同一壁厚、无支管、两端固定、无中间约束并能满足下式要求的非极度危害或非高度危害介质管道：

D0Y/(L-U)2≤208.3

式中：Do——管子外径，mm

Y——管段总位移,mm

U——管段两固定点间的直线距离

L——管段在两固定点间的展开长度第33页/共59页第三十三页，共60页。上一公式不适合于下列管道：

（1）在剧烈循环条件下运行，有疲劳危险的管道；

（2）大直径薄壁管道；

（3）与端点连线不在同一方向的端点附加位移量占总位移量大部分的管道；

（4）L/U>2.5的不等腿U形弯管管道，或近似直线的锯齿状管道。第34页/共59页第三十四页，共60页。压力管道设计常用规范1.通用标准、规范

(1)《特种设备安全监察条例》（2003）

(2)《压力管道安全管理与监察规定》（1996）第35页/共59页第三十五页，共60页。压力管道设计常用规范2.GB类公用管道（GB1燃气管道、GB2热力管道）常用规范

(1)《城镇燃气设计规范》GB50028—2006(2)《建筑设计防火规范》GB50016-2006(3)《石油化工企业防火规范》GB50160—2000(4)《城市热力管网设计规范》GJJ34—2002、J216—2002(5)《城镇直埋供热管道工程技术规程》GJJ／T81-98第36页/共59页第三十六页，共60页。压力管道设计常用规范3.GC类工业管道相关设计规范(1)《工业金属管道设计规范（2008年版）》GB50316—2000(2)《建筑设计防火规范》GB50016-2006(3)《石油化工企业防火规范》GB50160—2000(4)《化工管道设计规范》HG20695-87(5)《化工工艺防静电设计导则》HG20560—94第37页/共59页第三十七页，共60页。(6)《爆炸和火灾危险环境电力设计规范》GB50058—92(7)《化工企业爆炸和火灾危险环境电力设计规程》HG／T20687—89(8)《氧气站设计规范》GB50030—91(9)《乙炔站设计规范》GB50031—94(10)《压缩空气站设计规范》GB50029-2003(11)《石油库设计规范》GB50074-2002第38页/共59页第三十八页，共60页。压力管道常用施工验收规范(1)《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50235—97(2)《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236—98(3)《石油化工剧毒、可燃介质管道工程施工及验收规范》SH3501—2002(4)《夹套管施工及验收规范》FJJ211—86(5)《工业金属管道工程质量检验评定标准》GB50184—93第39页/共59页第三十九页，共60页。(6)《埋地钢制管道石油沥青防腐层技术标准》SY/T0420-97(7)《工业设备及管道防腐蚀工程施工及验收规范》HGJ229—91(8)《工业设备及管道绝热工程质量检验评定标准》GB50185—93(9)《工业设备及管道绝热工程施工规范》GB50126-2008(10)《城镇燃气输配工程施工及验收规范》CJJ33—2005(11)《城市供热管网工程施工及验收规范》CJJ28—2004(12)《城市供热管网工程质量检验评定标准》CJJ38—90第40页/共59页第四十页，共60页。第41页/共59页第四十一页，共60页。设计文件的签署GB1、GB2、GC2、GC3、GD2类压力管道实行三级签署制度，其系统流程图、管道平面布置图、计算书必须有设计人、校核人、审核人签名；GC1、GD1类压力管道实行四级签署，其系统流程图、管道平面布置图、计算书必须有设计人、校核人、审核人、审定人签名；局部安装大样图、通用件图等至少应有设计人、校核人两级签署；

管道布置总图必需经设计条件提出部门或有关专业会签；向外发送的压力管道设计成果，图纸目录、系统流程图及管道平面布置图必须加盖压力管道设计许可资格印章。

第42页/共59页第四十二页，共60页。设计文件的编号压力管道设计文件、图纸均应编号，以便于管理。设计图纸、文件的编号由生产技术部统一发给、统一管理。压力管道工程代号为YG。单项压力管道项目编号按年度编制，用4位数字表示（前两位表示年份，后两位为当年序号），如：YG0901。属于工程项目中一个小项的压力管道，文件编号按项目统一编制。第43页/共59页第四十三页，共60页。设计文件归档压力管道设计图纸、文件完成后，必须按规定编号归档，不得自行保管。文件归档应填写“压力管道设计文件归档表”。应归档的压力管道设计文件：（1）压力管道设计委托书；（2）压力管道设计条件表；（3）设计计算书；（4）设计图纸、设备一览表、材料表、施工说明书等；（5）设计文件校审记录表；（6）设计文件质量评定表。第44页/共59页第四十四页，共60页。压力管道设计相关表格（1）压力管道设计条件表（2）管道特性表（3）设计文件校审记录表（4）设计文件质量评定表（5）图纸修改通知单（6）压力管道设计文件归档表第45页/共59页第四十五页，共60页。第46页/共59页第四十六页，共60页。管道特性表第47页/共59页第四十七页，共60页。压力管道设计单位条件基本条件（一）有企业法人营业执照或分公司性质的营业执照，或事业单位法人证书；（二）有中华人民共和国组织机构代码证；（三）有与设计范围相适应的设计、审批人员；（四）有健全的质量保证体系和程序性文件（管理制度）及其设计技术规定；（五）有与设计范围相适应的法规、安全技术规范、标准；（至少有一套正版的安全技术规范、标准）第48页/共59页第四十八页，共60页。（六）有专门的设计工作机构、场所；（七）有必要的设计装备和设计手段，具备利用计算机进行设计、计算、绘图的能力，利用计算机辅助设计和计算机出图率达到100%，具备在互联网上传递图样和文字所需的软件和硬件；（八）有一定设计经验和独立承担设计的能力。第49页/共59页第四十九页，共60页。设计单位人员要求：（一）GA1、GC1、GD1级压力管道设计单位，各级专职设计人员必须有相应的设计业绩，总人数不少于10人，其中设计审批人员不少于3人；（二）GB类、GA2、GC3、GD2级压力管道设计单位，专职设计人员必须有相应的设计业绩，总人数不少于7人，其中审批人员不少于2人；（三）审批人员数额一般不超过总设计人数的30%；（四）有经过专业培训的压力管道选材设计和应力分析校核人员。第50页/共59页第五十页，共60页。压力管道各级设计人员的条件

1.设计人员（1）具有初级（含）以上技术职称，1年以上设计经验；有一定的压力管道设计方面专业知识；（2）熟悉并能较好地贯彻执行有关规程、安全技术规范和标准；（3）能在设计审核人员指导下独立从事压力管道设计工作。第51页/共59页第五十一页，共60页。2.校核人员（1）具有初级（含）以上技术职称，3年以上压力管道设计经验；（2）能够运用有关规程、安全技术规范和标准指导设计人员的设计工作；（3）具有压力管道设