压力管道基础知识

-、ANSI/ASMEB3L3对输送流体的分类

美国国家标准ASME压力管道规范ANSI/ASMEB31.3(以下简称B31.3)根据被输送

流体的性质和泄漏时造成的后果，将化工厂和炼油厂管道输送的流体分为D类、M类和性质

介于二者之间的第三类流体。

D类流体不易燃、无毒，并且在操作条件下对人类肌体无害;设计压力不超过1501bf/in2

(1.05MPa)；设设计温度在-20°F(-29℃)至366°F(186℃)之间。M类流体有剧毒，在

输送过程中如有少量泄漏到环境中，被人吸入或接触人体时能造成严重的和难以治疗的伤

害，即使迅速采取措施也无法挽救。流体类别确定后即可按ANSI/ASMEB31.3的有关章节

具体要求对该流体的管道进行设计、施工和检验。

二、中石化对压力管道的类别划分

1中国石化关于《压力管道设计资格类别级别认可和安装单资格实施细则》，对压力

管道的类别划分如下表所示。

压力管道的类别

管道类别输送介质特征和设计条件

1、有毒、可燃、易爆气体，设计

GA1

压力p>1.6MPa

2、有毒、可燃、易爆气体①，输

GA

送距离与200km且DN>300mm

(3、浆体，输送距离250km且

长输管DN^150mm

道)

1、有毒、可燃、易爆气体，设计

GA2压力pWL6MPa

2、GAI(2)范围以外的

3、GA1(3)范围以外的

GBGB1燃气

(

公用管GB2热力

道)

GC11、毒性程度为极度危害介质②

2、甲、乙类可燃气体或甲类液体

③，且设计压力p24.OMPa

3、可燃流体、有毒流体设计压力

p24.OMPa且设计温度T2400℃

GC

4、流体且设计压力p210.OMPa

1、甲、乙类可燃气体或甲类液体,

工业管

且设计压力P<4.OMPa

道)

2、可燃流体、有毒流体pV4.OMPa、

GC2T2400C

3、非可燃流体、有毒流体p<

10.OMPa且T，400℃

4、流体，p<10.OMPa且T<400℃

注：①输送距离指产地、储存库、用户间的用于输送商品介质管道的直接距离。

②GB5044《职业性接触毒物危害程度分级》规定的。

③GB50160《石油化工企'也设计防火规范》规定的。

2SH3059对管道的分级如下表。

SH3059——2001《石油化工管道设计器材选用通则》管道分级

管道

适用范围

级别

1、毒性程度为极度危害介质管道（苯管道除外）；

2、毒性程度为高度危害介质的丙烯精、光气、二硫化碳和氟化氢介质管

SHA

道；

3、设计压力大于或等于10.OMPa的介质管道

1、毒性程度为极度危害介质的苯管道；

2、毒性程度为高度危害介质管道（丙烯晴、光气、二硫化碳、氟化氢介

SHB质除外）

3、甲类、乙类可燃气体和甲A类液化烧、甲B类、乙A类可燃液体介质

管道

1、毒性程度为中度、轻度危害介质管道；

SHC

2、乙B类、丙类可燃液体介质管道

SHD设计温度低于-29℃的低温管道

设计压力小于10.OMPa且设计温度高于或等于-29C的无毒、非可燃介质

SHE

管道

注：①毒性程度是根据《职业性接触毒物危害程度分级》（GB5044—85）划分的。极

度危害属于i级，车间空气中有害物质最高容许浓度＜0.Img/m3；高度危害属于II级，最高

容许浓度0.Img/m3。极度危害的介质如苯、氯乙烯、氯甲醛、氟化物等：高度危害的介质

如二硫化碳、氯、丙烯睛、硫化氢、甲醛、氟化氢、一氢化碳等。详见GB5044。

②甲类、乙类可燃气体是根据《石油化工企业设计防火规范》（GB50160）中可燃气

体的火灾危险性分类划分的。甲类系指可燃气体与空气混合物和爆炸下限＜10%（体）：乙

类是210%（体）。甲类可燃气体如乙快、环氧乙烷、氢气合成气、硫化氢、乙烯、丙烯、

甲烷、乙烷、丙烷、丁烷等。详见GB50160。

③可燃气体、液化烧、可燃液体的火灾危险性分类是根据GB50160—92确定的，如下

表。

名

特征举例

别称

液15℃时的蒸气压力＞0.IMPa的燃液化石油气、液化天然

化燃类液体及其他类似的液体气、液化甲烷、液化丙烷等

汽油、戊烷、二硫化碳、

甲A类以外、闪点＜28℃

石油酸原油等

喷气燃料、煤油、丙苯、

28℃W闪点W45C

苯乙烯等

可-35号轻柴油、环戊烷

45"CW闪点W60C

燃液体等

轻柴油、重柴油、20号

60CW闪点W120C

重油、锭子油等

蜡油、100号重油、油

闪点》120℃

渣、润滑油、变压器油等

可燃气体与空气混合物的爆炸下限＜10%（体）

可

可燃气体与空气混合物的爆炸下

Z燃气体

限》10%（体）

④混合物料应以其主导物料作为分级依据。

⑤当操作温度超过其闪点的乙类液体，应视为甲B类液体；当操作温度超过

其闪点的丙类液体，应视为乙A类液体。

一、压力管道基本概念

（-）管道的概念

根据国家标准《工业金属管道设计规范》GB50316-2000的规定，管道是由管道组成件、

管道支吊架等组成，用以输送、分配、混合、分离、排放、计量或控制流体流动。

国家标准《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50235-97的定义是：由管道组成件

和管道支承件组成，用以输送、分配、混合、分离、排放、计量、控制和制止流体流动的管

子、管件、法兰、螺栓连接、垫片、阀门和其他组成件或受压部件的装配总成。

按流体与设计条件划分的多根管道连接成的一组管道称之为“管道系统”或“管

系”。

上述定义包含两个含义：

（A）管道的作用：是用以输送、分配、混合、分离、排放、计量、控制和制止流体流

动。

1）流体：在有些标准中称为介质。流体可按状态或性质进行分类。

a）按状态分：

气体；

液体；

液化气体：是指在一定压力下呈液态存在的气体；

浆体：是指可燃、易爆、有毒和有腐蚀性的浆体介质。

b）按性质分：

火灾危险性；是指可燃介质引起燃烧的危险性，分为可燃气体、液化气体和可燃液体。

有甲、乙、丙三类。

爆炸性；与空气混合后可能发生爆炸的可燃介质或在高温、高压卜可能引起爆炸的非

可燃介质。

毒性；按GB5044分级。有剧毒（极度危害）和有毒（高度危害、中毒危害和轻度危害）

两大类四个级别。

腐蚀性。是指能灼伤人体组织并对管道材料造成损坏的物质。

2）输送流体：依靠外界的动力（利用流体输送机械如压缩机、泵等给予的动能）或流

体本身的驱动力（如介质本身的压力）将管道源头的流体输送到管道的终点。

3）分配流体：通过管系中的支管将流体分配到设计规定的多个预定的设备或用户。

4）混合流体：将管系中来自不同支管中的流体在管道中进行混合，如稀释等。

5）分离流体：将管道内部不同状态的流体通过支管进行分离，如汽液分离、油水分离

等。

6）排放流体：将管道内部流体通过支管进行排放，如超压放空、排放被分离的流体等。

7）计量流体：通过设置于管道系统中的计量仪表对输送、分配的流体进行计量，如测

量流量、压力、温度和粘度等。

8）控制流体：通过设置于管道系统中的控制元件对管内流体的流动进行控制，如调压、

减温、流体分配和切断等。

（B）管道的构成：由管道组成件、管道支吊架（管道支承件）等组成，是管子、管件、

法兰、螺栓连接、垫片、阀门、其他组成件或受压部件和支承件的装配总成。

1）管道组成件：指用于连接或装配成管道的元件，包括管子、管件、法兰、垫片、紧

固件、阀门以及管道特殊件。所谓管道特殊件，是指非普通标准组成件。是按工程设计条件

特殊制造的管道组成件，包括膨胀节、特殊阀门、爆破片、阻火器、过滤器、挠性接头及软

管等。

2）管道支吊架：用于支承管道或约束管道位移的各种结构的总称，但不包括土建的结

构。有固定支架、滑动支架、刚性吊架、导向架、限位架和弹簧支吊架等。在国家标准

GB50235-97《工业金属管道工程施工及验收规范》中也称为管道支承件，包括管道安装件和

附着件。

a）管道安装件：指将负荷从管子或管道附着件上传递到支承结构或设备上的元件，包

括吊杆、弹簧支吊架、斜拉杆、平衡锤、松紧螺栓、支撑杆、链条、导轨、锚固件、鞍座、

垫板、滚柱、托座和滑动支架等。

b）附着件：用焊接、螺栓连接或夹紧方法附装在管子上的零件，包括管吊、吊（支）

耳、圆环、夹子、吊夹、紧固夹板和裙式管座等。

管道组成件和支承件在我国现行压力管道法规中也统称为压力管道元件。

（-）压力管道的概念：

压力管道是管道中的一部分。从广义上理解，所谓压力管道，应当是指所有承受内压

或外压的管道，无论其管内介质如何。但从我国颁发《压力管道安全管理与监察规定》以后，

“压力管道”便成为受监察管道的专用名词。在《压力管道安全管理与监察规定》第二条中

将压力管道定义为：“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”，国务院2003年6月1日颁发实施的《特种设备安全监察条例》中，将压力管道进一

步明确为“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.IMPa（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，最高工作温度高于或者等于标准诽点的液体介质，且公称直径大于25nm的管

道”«这就是说，现在所说的“压力管道”，不但是指其管内或管外承受压力，而且其内部

输送的介质是“气体、液化气体和蒸汽”或“可能引起燃爆、中毒或腐蚀的液体”物质。这

里所谓能燃爆、能中毒或有腐蚀性，具有如下内涵：

介质的燃爆性：即介质具有可燃性和爆炸性，在一定条件下能引起燃烧或爆炸，酿成

火灾和破坏。这些介质包括可燃气体、液化燃和可燃液体等有火灾危险性的物质，也包括容

易引起爆炸的高温高压介质如蒸汽、超过标准沸点的高温热水、压缩空气和其他压缩气体等。

其中，可燃介质的火灾危险性根据《石油化工企业设计防火规范》GB50160和《建筑设计防

火规范》GBJ16,共分为甲、乙、丙三类。

其中甲、乙类可燃气体与空气混合物的爆炸下限（体积）分别规定为:

甲类可燃气体：V10%;

乙类可燃气体：＞10%,

甲、乙和丙类可燃液体的分类见表1。

表1液化烧、可燃液体的火灾危险性分类

类名

特征

别J称

液化

150C时蒸汽压力＞0.IMPa的烧类液体及其他类似液体

耳煌

类可燃

甲A以外的可燃液体，闪点＜280C

液体

Z可燃闪点2280c至W450c

类液体闪点＞450C至＜600C

口可燃闪点》600c至W1200c

类液体闪点＞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。

在GBJ16的规定中，属于甲类火灾危险性的可燃介质（或生产过程）还有：常温下能

自行分解或在空气中氧化即能导致自燃或爆炸的物质;常温下受到水或蒸汽作用能产生气体

并引起燃烧或爆炸的物质；遇酸、受热、撞击、摩擦、催化及遇有机物或硫磺等易燃的无机

物，极易引起燃烧或爆炸的强氧化剂：受撞击、摩擦或与氧化剂、有机物接触时能引起燃烧

或爆炸的物质；以及在密闭设备内操作温度等于或超过物质本身自燃点的生产。属于乙类火

灾危险性的介质主要是指不属于甲类火灾危险性的氧化剂和化学易燃固体，以及助燃气体。

（B）介质的毒性：即介质具有使人中毒的特性。当这些介质被人吸入或与人体接触后，

能对人体造成伤害，甚至死亡。根据《职业性接触毒物危害程度分级》GB5044的规定，毒

物按急性毒性、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，共分为极度危害、高度危害、中度危害和轻度危害四个等级。

极度危害介质有时也称之为“剧毒介质”，高度、中度和轻度危害介质则统称为“有

毒介质“。剧毒介质（流体）在我国国家标准《工业金属管道工程施工及验收规范》GB50235-97

中的解释是：如有极少量这类物质泄漏到环境中，被人吸入或与人体接触，即使迅速治疗，

也能对人体造成严重的和难以治疗的伤害的物质。相当于现行国家标准《职业性接触毒物危

害程度分级》GB5044中级危害程度（极度危害）的毒物。据此可以将剧毒介质理解为就是

极度危害介质。而有毒介质在标准中的解释是：这类物质泄漏到环境中，被人吸入或与人体

接触，如治疗及时不致于对人体造成不易恢复的危害。

不过，毒性程度相同的毒物，在具体如何对待的问题上各行业也存在差异。如苯在《职

业性接触毒物危害程度分级》GB5044中被列入极度危害介质，在《压力管道安全管理与监

察规定》的解析中也作为极度危害介质的例子。而在《石油化工有毒、可燃介质管道工程施

工及验收规范》SH3501-2002的管道分级中，苯则被与高度危害介质同等对待。列入SHB级

之中。相反，丙烯“青、光气、二硫化碳和氟化氢等四种高度危害介质则在SH3501-2002中被

与极度危害介质同样看待，列入SHA级管道之中。这不但对施工质量标准和在用管道的检验

要求有影响，同时对具体工程施工时划分许可证级别也是有影响的。如承担有苯介质的管道

安装工作时，若苯被视为极度危害介质，施工单位应持GC1级安装许可证，而若作为高度

危害介质时，则持证级别与管道的设计压力和设计温度有关。

对于这个问题的理解可以从毒物危害性分级的原则进行解释：国家标准《职业性接触

毒物危害程度分级》GB5044-85对具体毒物的分级是以列举常见的56种毒物在某些行业中

的危害程度分级进行表达的。但该标准同时指出：对接触同一毒物的其他行业（该标准表2

中未列出的）的危害程度，可根据车间空气中的毒物浓度、中毒患病率、接触时间的长短，

划定级别。凡车间空气中毒物浓度经常达到TJ36—79《工业企业设计卫生标准》中所规定

的最高容许浓度值，而其患病率或症状发生率低于本分级标准中相应的值，可降低一级。所

以，对每种具体物质，国家标准和专业标准在划分危害等级时存在差异是正常的。因为除了

致癌性和空气中最高容许浓度外，其他四项指标都与生产过程和操作特点有关。石油、化工

和石油化工等以管道输送介质为主的生产过程，有毒物质处于连续、密闭状况下流动，其危

害程度取决于因事故致使毒物与人体接触，或因经常性泄漏引起职业性慢性危害的机率，通

常要低于开放性生产过程。因此，在压力管道设计时具体确定毒物危害等级应主要以车间空

气中毒物浓度、中毒患病率、接触时间长短来划定。

上面提到的毒物危害性分级指标中，关于车间空气中毒物的最高允许浓度规定如

下：

极度危害：最高允许浓度小于0.1mg/m3；

高度危害：最高允许浓度为0.1mg/m3.0mg/m3»

根据《工业企业设计卫生标准》（TJ36—79）的规定，苯、丙烯脂、光气、二硫化碳

和氟化氢等五种毒物在车间空气中和居住区大气中的最高允许浓度见表2：

表2几种毒物的最高允许浓度

丙光

毒物名称苯氟化氢

烯牌气硫化碳

车间空气允许浓度

40.20.10.

1.0

0.050

（mg/m3）

0.0

0.007

居住区大气允许浓度4

0

0.8

.05—（一次

（日平均mg/m3）（

0.02）

一次）

由表2可见，苯在车间空气中的最高允许浓度远远高于极度危害介质。同时，根据工

业生产中管道输送的连续性、密闭性特点，以及苯与操作人员的接触时间长短和中毒患病率

的情况分析，苯也不应属于极度危害介质的范围。所以，实际工作中确定介质的毒害程度应

以设计文件确定的毒物性质或设计文件中指明的施工验收规范为准。

另外，关于接触时间长短我国尚未制定有关标准，美国政府工业卫生专家会议（ACGIH）

推荐的三种接触阈限值可作为参考：

1）以正常8小时工作日或40小时工作周的时间加权平均限值为指标，在此浓度下，

反复接触对全部人员都不致产生不良影响；

2）以短时间接触（每次不超过15分钟，每天不超过4次，每次间隔不少于1小时）

的时间加权平均限值为指标，在此浓度下，人短时间连续接触不致引起刺激作用、慢性或不

可逆组织病理变化、麻醉而增加意外伤害、自救能力减退或工作效率明显降低等；

3）上限值是指即使在瞬间也不得超过的最高浓度。

（O介质的腐蚀性：是指能灼伤人体组织并对管道材料造成损坏的物质，如酸、碱以

及其它能引起材料损害的流体如氯、硫化氢等。

（三）压力管道的安全监察范围

根据《压力管道安全管理与监察规定》，属于安全监察范围的压力管道是具备下列条

件之一的压力管道及其附属设施、安全保护装置等。

1）毒性程度为极度危害的介质，不论压力，温度及状态；

2）火灾危险性为甲、乙类的介质，不论压力、温度及状态；

3）最高工作压力大于、等于0.1MPa的气（汽）体、液化气体介质，未规定性质及

温度，但《压力管道安全管理与监察规定》中规定不属于监察范围的除外。

4）最高工作压力大于、等于0.1MPa的易燃、易爆、有毒，有腐蚀性介质或最高工

作温度高于、等于标准沸点的液体介质。

《压力管道安全管理与监察规定》中规定以下四类管道不属于监察范围：

a）设备本体所属管道。

b）军事装备，交通工具和核装置中的管道。

c）无毒、不可燃、无腐蚀性的气体，公称直径小于150mm且最高工作压力小于

1.6MPa的管道。

这里，所谓压力管道所属设施及安全保护装置的定义是：

a）附属设施主要指用于压力管道的管道用设备、支吊架、阴极保护装置等。

b）安全保护装置主要指超温、超压控制装置和报警装置等。

注：最近颁发的《压力管道使用登记管理规则》（试行）中对压力管道、附属设施和

安全保护装置的界定，明确为：

a）压力管道指由管道组成件、管道支承件、安全保护装置和附属设施等组成的系统。

用于输送气体或者液体的管状设备；

b）附属设施指阴极保护装置、压气站、泵站、阀站、调压站、监控系统等；

c）安全保护装置指压力管道上连接的安全阀、压力表、爆破片和紧急切断阀等。

二、压力管道的主要特点和结构要求

（-）压力管道的特点

一个管道系统，为了完成流体的输送、分配、混合、分离、排放、计量或控制流体流

动的功能，必须与相应的动力设备、反应设备、储存设备、分离设备、换热设备、控制设备

等连接在一起，形成一个系统，使管内流体具有一定的压力、温度和流量，完成设计预定的

任务。同时，不同类别的压力管道，由于材料、结构和敷设形式不同，其特点也有所不同：

（A）工业管道的特点

1）数量多，管道系统大，车间内管道布置交叉、紧凑；

2）管道组成件和支承件的材质、品种、规格复杂，质量均一性差;

3）运行过程受生产过程波动影响，运行条件变化多，如热胀冷缩、交变载荷、温度和

压力波动等；

4）腐蚀和破坏机理复杂，材料失效模式多。

（B）长输管道利公用管道的特点

1）管道敷设长度大，跨越地区多，地形地质复杂；

2）埋地敷设多，缺陷检测难度大；

3）容易遭受意外损伤。

（二）压力管道的结构要求

压力管道由于输送的流体具有毒性、燃爆性和腐蚀性，且又有高温、高压、低温等特

殊操作条件，使其具有相当大的危险性。因此，压力管道系统结构应当具备下列条件：

耐压强度：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，如蠕变和疲劳等；

密封性：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：承受管内流体对管道材料的腐蚀作用。管道材料的耐腐蚀等级分为4级，

以年腐蚀速率衡量：充分耐腐蚀WO.05mm；

耐腐蚀〉0.05〜0.1mm；

尚耐腐蚀＞0.1〜0.5mm；

不耐腐蚀＞0.5mm；

柔性：管道的柔性是反映管道变形难易程度的一个物理概念。管道在设计条件下工作

时，因热胀冷缩、端点附加位移、管道支承设置不当等原因会产生应力过大、变形、泄漏或

破坏等影响正常运行的情况。管道的柔性就是管道通过自身变形吸收因温度变化发生尺寸变

化或其他原因所产生的位移，保证管道上的应力在材料许用应力范围内的性能。

为了满足上述条件，管道系统的管道组成件必须使用耐介质腐蚀，有能够在设计规定

温度下承受介质作用压力的材料，且有相应的壁厚和密封结构。同时整个管道系统应有适当

的支承。

在一些标准规范中，经常出现“剧烈循环条件”这一名词。根据《工业金属管道设计

规范》GB50316-2000的解释，剧烈循环条件是指：管道计算的最大位移应力范围超过0.8

倍许用的位移应力范围和当量循环数大于7000或山设计确定的产生相等效果的条件。所谓

“位移应力范围”是指：由管道热膨胀产生的位移所计算的应力。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。设计对剧烈循环条件下运行的管

道，在管道组成件的选用、管子和管件的最小厚度、无损检测的要求等均有特殊的规定。

三、压力管道的分类和分级

管道的用途广泛，品种繁多。不同领域内使用的管道，其分类方法也不同。一般可以

按用途、主体材料、敷设状态和输送介质等管道使用特性进行分类。具体情况可见图1。

在一般法规、标准、规范中，为了便于设计、施工验收和使用管理和检验，往往根据

介质的特性和设计参数采用综合分类、分级的方法，同时，在各行业的设计规范，施工验收

规范和维修、检验规程之间，对管道的分级或分类尚存在差异。如：

国家标准《工业金属管道设计规范》GB50316中的流体根据状态、性质和设计参数分为

Al.A2、B、C、D五类。A1类为剧毒介质；A2类为有毒介质B类为可燃介质；C类、D类为

非可燃、无毒介质，其中设计压力小于等于IMPa,且设计温度为-29〜186℃的为D类。化

工、石油化工和电力等行业的施工及验收规范对管道的分级或分类如下：

化工行业标准《化工金属管道工程施工及验收规范》HG20225-95按流体特性和设计参

数分为A、B、C、D四类。基本与国家标准一致，但将有毒介质管道划入B类管道。

石油化工行业标准《石油化工有毒、可燃介质管道工程施工及验收规范》S1I3501—2002

按流体特性和设计参数分为SHA、SHB、SHC、SHD四级，如表3。

表3SH3501-2001

管道分级

管道级别适用范围

1毒性程度为极度危害介质管道（苯管道除外）

2毒性程度为高度危害介质的丙烯醺、光气、二硫化碳和氟化氢介质

SHA管道

3设计压力大于或等于10.OMPa的介质管道

1毒性程度为极度危害介质的苯管道

2毒性程度为高度危害介质管道（丙烯懵、光气、二硫化碳和氟化氢

SHB管道除外）

3甲类、乙类可燃气体和甲A类液化烧、甲B类、乙A类可燃液体介

质管道

1毒性程度为中度、轻度危害介质管道

SHC

2乙B类、丙类可燃液体介质管道

SHD设计温度低于-29C的低温管道

电力行业标准《电力建设施工及验收技术规范》（管道篇）DL5031—94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。

《压力管道安全管理与监察规定》将压力管道分工业管道、公用管道和长输管道三类。

这主要是从管道的用途和地域特性进行的分类，其具体定义是：

（1）工业管道：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。其地域特性是一个企业或事业单位内使用的管道；

（2）公用管道：城市或乡镇范围内用于公用事业或民用的燃气管道和热力管道，其地

域特性是个城市或乡镇范围内使用的管道;

(3)长输管道：产地、储存库、使用单位间用于输送商品介质的管道，其地域特性是

跨地区(跨省、跨地市)使用的管道。

图1管道分类

目前我国一些综合性特大型企业往往是山许多工厂联合组成的，不但占地面积大，而

且工厂之间的联系多，工厂和职工生活区之间也无明显界限。因而使工厂与工厂之间的原料、

动力、产品输送管道，以及工厂与居民生活区之间的民用燃气、热力供应管道的类别难以界

定。特别是一些民用的公用管道直接来自工厂的工业管道系统，其界限就更难以划分。由于

他与压力管道的安全监察有关，在具体问题上还要根据具体情况研究处理。

在安全监察范围内的压力管道，根据《压力容器压力管道设计单位资格许可与管理规

则》和《压力管道安装单位资格认可实施细则》的规定，压力管道的具体分类、分级如下：

(-)长输管道

(A)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，设计压力＞L6MPa的管道；

2)输送有毒、可燃、易爆液体介质，输送距离》200km,且公称直径2300mm的管道；

3)输送浆体介质，输送距离大于等于50km,且公称直径，150mm的管道；

(B)符合下列条件之的长输管道为GA2级：

1)输送有毒、可燃、易爆气体介质，设计压力W1.6MPa的管道；

2)GA1(2)范围以外的管道；

3)GA1(3)范围以外的管道。

(二)公用管道

（A）燃气管道:

（B）热力管道。

（三）工业管道

（A）符合下列条件之一的工业管道为GC1级：

1）输送GB5044《职业性接触毒物危害程度分级》中规定毒性程度为极度危害介质的

管道；

2）输送GB50160《石油化工企业设计防火规范》及GBJ16《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介质且设计压力P24.0MPa的管道；

3）输送可燃流体介质、有毒流体介质，设计压力24.0MPa且设计温度24000C

的管道；

4）输送流体介质且设计压力P210.0MPa的管道。

（B）符合以下条件之一的工业管道为GC2级：

1）输送GB50160《石油化工企业设计防火规范》及GBJ16《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介质且设计压力P＜4.0MPa的管道;

2）输送可燃流体介质、有毒流体介质，设计压力＜4.0MPa,且设计温度＞4000C

的管道；

3）输送非可燃流体介质、无毒流体介质，设计压力＜10MPa,且设计温度24000C

的管道；

4）输送流体介质，设计压力＜10MPa,且设计温度＜4000C的管道。

（C）符合以下条件之一的GC2级管道划分为GC3级：

1）输送可燃流体介质、有毒流体介质，设计压力＜1.0MPa,且设计温度＜4000

C的管道;

2）输送非可燃流体介质、无毒流体介质，设计压力＜4.0MPa且设计温度＜4000C的

管道。

工业管道的级别划分可用图2至图6表示。

压力

(RPa)

温度（V）

险知法理性催度为极度怠害介质的管道

压力

(*?<)

温度（七）

图3输送甲、乙类可悠气体或甲类可燃惠俗的管道

压力

(MPa)/kGC1C4)

10.0

GC2C4)GC1(3)

4.0

1.0

GC3(1)GC2(2)一

A

0400温度弋

图4输送可燃流体介质、有毒流体介质管道

压力

MPaGC1(4)

100

GC2C3LGC2C3)

40

温度

05蝌送塞可燃流体介质、无毒流伟介质管道

介质特性

设计

有毒，非甲、

无毒，非可甲、乙类可燃气体，极度危

乙类可燃气体，非甲

燃流体甲类可燃液体害流体

压力类可燃液体

T<400℃

GC1

GC3

P<lMPaT<400℃

(1)

(1)

GC

3

(2)

GC2

(1)

》400℃

P

<4MPaGC2

(2)

T2400C

GC2

(4)

T2400℃T2400℃

PH

GC2GC1GC1

4MPa

(3)(3)(2)

GC1GC1GC1

P2

lOMPa

(4)(4)(4)

图6GC类压力管道分级图

这里要注意的是：工业管道方面在《压力管道安装单位资格认可实施细则》与《压力

容器压力管道设计单位资格许可与管理规则》中的分级略有不同，考虑到压力管道安装单位

的特点，《压力管道安装单位资格认可实施细则》将《压力管道设计单位资格认证与管理办

法》中的“GC2”级又细分为GC2、GC3两级。其主要理由是目前存在一些规模较小只从事

GC3级别压力管道安装的单位。

管道分级是对受监察管道来说的，对于受监察范围以外的管道，就不在分级范围内。

如工业生产中非可燃流体介质、无毒流体介质管道中如果是沸点温度以下的水，即使压力再

高，也不属于压力管道，自然也不在分级范围内，不能把它视为GC3级管道。

四、压力管道的失效和事故

(~)压力管道失效的原因

压力管道“失效”一般是指压力管道不能发挥原有效能的现象，可分为自然失效和异

常失效两种。由于压力管道运行在内部介质和周围环境的影响之下，不可避免地会产生温度

和压力循环、腐蚀、振动以及材料金相组织变化等影响材料性能和连接接头密封性能的问题,

因此任何管道都有一定的使用寿命，自然失效就是在压力管道达到使用寿命时发生的失效现

象。自然失效可以通过定期检验或失效分析进行事先控制，以防止事故的发生。但是，在用

压力管道山于在设计、制造、安装和运行中存在各种问题会导致异常失效，造成突发性破坏

事故的发生。其原因主要有：

(A)职工素质差，违反操作规程运行，致使运行条件恶化，包括超压、超温、腐蚀性

介质超标、压力温度异常脉动等;

使用压力和温度是压力管道设计、选材、制造、安装的依据。操作压力和温度超过规

定将导致管壁应力值的增加或材料力学性能的卜.降，尤其是在焊缝、法兰、弯头、阀门、异

径管、补偿器等几何结构不连续处的局部应力和峰值应力会大幅增加，成为蠕变破坏的源头。

过低的操作温度则会引起材料韧性下降，允许的临界裂纹尺寸减小，从而有可能导致脆性破

坏。超温超压还会导致管道接头泄漏。

管道往往由于下列原因而产生交变载荷：

1）间断输送介质而对管道反复加压和卸压、升温和降温；

2）运行中压力波动较大；

3）运行中温度发生周期性变化，使管壁产生反复性温度应力变化；

4）因其它设备、支承的交变外力和受迫振动。

在反复交变载荷的作用下，管道将发生疲劳破坏。主要是金属的低周疲劳，其特点是

应力较大而交变频率较低。在几何结构不连续的地方和焊缝附近存在应力集中，有可能达到

和超过材料的屈服极限。这些应力如果交变地加载和卸载，将使受力最大的晶粒产生塑性变

形并逐渐发展为细微的裂纹。随着应力周期变化，裂纹也会逐步扩展，最后导致破坏。

交变载荷也会导致管道组成件和焊缝内部原有缺陷的扩大和管道连接接头的泄漏。

（B）设计、制造、施工存在缺陷，如管道柔性不符合要求，材料选用不当或用材错误,

存在焊接或冶金超标缺陷，焊接或组装不合理造成应力过大，管道支承系统不合理等；

管道在投用前存在的原始缺陷会造成材料的低应力脆断。介质和环境的侵害、操作不

当、维护不力等原因，往往会引起材料性能恶化、材料损伤或破裂，或使管道连接接头发生

介质泄漏，最终使压力管道失效，导致火灾、爆炸和中毒、窒息等人身事故的发生。

（C）维修失误，管道上的严重缺陷或损伤未能被检测发现，或缺少科学评价，以及不

合理的维修工艺造成新的缺陷和损伤等；

（D）外来损伤造成破坏，如地震、大风、洪水、雷击和其它机械损伤和人为破坏等。

压力管道的破坏型式很多。按破坏时的宏观变形量可分为韧性破坏（延性破坏）和脆

性破坏两大类。按破坏时材料的微观断裂机制可分为韧窝断裂、解理断裂、沿晶断裂和疲劳

断裂等型式。通常，在现场采用宏观分类和断裂特征相结合的方法进行分类，有韧性破坏、

脆性破坏、腐蚀破坏、疲劳破坏、蠕变破坏等。

（E）腐蚀破坏

压力管道的腐蚀是由于受到内部介质及外部环境介质的化学或电化学作用而发生的破

坏。也包括机械等原因的共同作用结果。不合理的操作会导致介质浓度的变化，加剧腐蚀破

坏。

压力管道的腐蚀破坏的形态有全面腐蚀、局部腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳和氧损伤等。

其中应力腐蚀往往在没有先兆的情况下突然发生，故其危害性更大。

1）全面腐蚀

全面腐蚀也称均匀腐蚀•是在管道较大面积上产生的程度基本相同的腐蚀。管道内部

表面主要遭受输送腐蚀性介质的腐蚀，而管道外部则主要遭受大气锈蚀。

管道的全面腐蚀往往因使用条件的恶化而加剧。腐蚀介质的成分、含水量、气相或液

相的不同、流速和流动状态、颗粒大小都会影响管道腐蚀失效的程度。腐蚀介质含量的超标

或原料性质的劣化会对压力管道产生危害。

大气腐蚀会使管道组成件外部遭受损坏，影响管道组成件的强度和密封性。如不及时

维护，也会引起事故。

2）局部腐蚀

局部腐蚀是发生在管道材料局部位置的腐蚀现象。

a）点腐蚀：集中在金属表面个别小点上的深度较大的腐蚀，也称孔蚀。奥氏体不锈钢

在接触含氯离子或澳离子的介质时最容易发生点腐蚀。

b）缝隙腐蚀：当管道输送的介质为电解质溶液时，在管道内表面的缝隙处，如法兰垫

片处、单面焊的未焊透处等，均会发生缝隙腐蚀。缝隙腐蚀往往是由于缝隙内和周围溶液之

间氧浓度或金属离子浓度存在差异造成。

c）奥氏体不锈钢焊接接头的腐蚀：

①晶间腐蚀：晶间腐蚀是腐蚀局限在晶间和晶间附近，而晶粒本身腐蚀较小的一种腐

蚀形态。腐蚀机理是“贫铭理论”，即由于贫铝的晶间区处于活化状态，作为阳极，它与晶

粒之间形成腐蚀原电池，其结果将造成晶粒脱落或使材料机械强度降低。

②6铁素体选择性腐蚀：在某些强腐蚀介质中，奥氏体不锈钢焊缝处的6铁素体相会

被腐蚀或分解为。相，结果呈海绵状而使焊接接头遭受破坏。

③刀口腐蚀：用Ni及Ti稳定的奥氏体不锈钢，在氧化性介质中发生的刀口状腐蚀。

3）应力腐蚀

金属材料在拉应力和特定腐蚀介质的共同作用下发生的腐蚀称为应力腐蚀。主要由焊

接、冷加工和安装时的残余应力和管道内部的腐蚀性介质引起。应力腐蚀的裂纹呈枯树支状,

大体上沿垂直于拉应力的方向发展。裂纹的微观形态有穿晶型、晶间型和二者兼有的混合型。

高强钢管道在H2S含量超过一定值,并伴有水分时,会大大增加管壁应力腐蚀开裂的可能性。

当焊缝硬度值超过HB200,含H2s超标时，极易导致焊缝的应力腐蚀。

①碱脆：是金属在碱液中的应力腐蚀。碳钢、低合金钢和不锈钢等均可发生碱脆。

②不锈钢的氯离子腐蚀：氯离子对不锈钢产生的应力腐蚀。导致氯离子腐蚀的氯离子

临界浓度随温度上升而下降，高温下，氯离子浓度只要达到10ppm即可引起破裂。管道法

兰连接处的垫片、外部的保温材料和支、吊架的垫层等材料中含氯离子的成分过高，也会导

致氯离子腐蚀。

③不锈钢连多硫酸腐蚀：在石油炼制过程中，钢材受硫化氢腐蚀生成硫化铁，停车后

管道内部与空气中的氧及水反应生成多硫酸，在不锈钢管道的残余应力较大处即会产生应力

腐蚀。以加氢脱硫装置为典型，不锈钢连多硫酸的应力腐蚀破坏最近引人注目。

④硫化物应力腐蚀：金属在同时含硫化氢和水的介质中发生的应力腐蚀。碳钢和低合

金钢在20〜40℃温度范围内对硫酸的敏感性最大。奥氏体不锈钢的硫化物应力腐蚀大多发

生在高温环境。在含硫化氢和水的介质中，如同时含有醋酸，或二氧化碳和氯化钠，或磷化

氢，或神、硒、碎的化合物或氯离子，都会对腐蚀起促进作用。

4）腐蚀疲劳

腐蚀疲劳是交变应力与化学介质共同作用下发生的腐蚀开裂。压力管道的疲劳源有机

械激振、流体喘振、交变热应力、压力循环以及风振、地震等。腐蚀疲劳裂纹往往有多条但

无分支，这是与应力腐蚀裂纹的区别。腐蚀疲劳裂纹一般是穿晶的。

5）氢损伤

氢渗透进入金属内部造成金属性能劣化称为氢损伤。包括氢鼓泡、氢脆、脱碳和氢腐

蚀。

氢鼓泡主要发生在含湿硫化氢的介质中，当氢原子向钢中渗透扩散时，遇到了裂纹、

分层、空隙、夹渣等缺陷就聚集起来合成氢分子，使体积膨胀。当这些缺陷在钢材表面时就

会形成鼓泡。

氢不论是以什么方式进入钢都会引起钢材氢脆，使钢材的延伸率、断面收缩率显著下

降。高强度钢表现更加严重。

钢中的渗碳体在高温下与氢气作用生成甲烷，反应结果使钢材表面层的渗碳体减少，

使碳从邻近的尚未反应的金属层逐渐扩散到这一反应区，于是有一定厚度的金属因缺碳而变

为铁素体，出现脱碳现象。脱碳的结果使钢材的表面强度和疲劳极限降低。

高温高压氢对钢材作用的结果使其机械性能变劣，强度、韧性显著降低，称为氢腐蚀。

在上述条件下，氢分子扩散到钢的表面并产生吸附，其中部分被吸附的氢分子分离为氢原子

和氢离子，经化学吸附，然后直径很小的氢原（离）子透过表面层固溶到金属内。因溶入的

氢原子通过晶格和晶界向钢内扩散，产生化学反应形成甲烷聚集在晶界原有微观空隙内，反

应过程使该区域的碳浓度降低，促使其他位置上的碳向其扩散补充，从而使甲烷量不断增多

形成局部压力，最后发展为裂纹。聚集在钢材表面的形成鼓泡，产生脱碳。

(F)冲蚀破坏

管道内部介质的长期、高速流动会使管道组成件内壁减薄或密封副遭受破坏，影响其

耐压强度和密封性能。随着使用时间的延长，由内壁减薄造成的耐压能力下降或密封副损坏

而形成的泄漏便会成为事故的根源。

(~)破坏特征

由于管道破坏的起因和型式不同，所以破坏的特征也有所区别。

(A)韧性破坏是材料不存在明显的缺陷或脆化，而是由于超压导致的破坏。其特征有:

1)发生明显变形，一般不产生碎片。破坏时直径增大或局部鼓胀，管壁减薄。

2)实际爆破压力与理论值相近。

3)断口呈灰暗纤维状，无金属光泽，断面有剪切唇。

4)断口纤维区之外呈放射形花纹或人字形花纹，并有指向起爆点的特点。

(B)脆性破坏是管道破坏时没有发生宏观变形，破坏时的管壁应力也远未达到材料的

强度极限，甚至低于屈服极限的破坏现象。通常是由于材料的脆性或严重的缺陷引起，如材

料的焊接和热处理工艺不当，焊缝存在缺陷以及低温引起的冷脆等。脆性破坏往往是瞬间发

生，并以极快的速度扩展.因为其是在低应力下发生的破坏，故也称低应力破坏。脆性破坏

的特征是：

1)无明显的塑性变形。

2)破坏时的应力较低。

3)材料脆化形成的脆性破坏，其断口平齐，呈金属光泽的结晶状态。

4)因材料缺陷形成的脆性破坏，其断口不呈结晶状，而出现原始缺陷区、稳定扩展的

纤维区、快速扩展的放射纹和人字纹区以及内外表面边缘的剪切唇区。原始缺陷如是表面裂

纹，则会出现深色的锈蚀状态，如原始缺陷是内部气孔、夹渣、未焊透等，也会在断口上观

察到。

（C）疲劳破坏是材料长期承受大小和方向都随时间而周期变化的交变载荷作用卜.发生

疲劳裂纹核心，逐渐扩展最后形成断裂的破坏形式。其特征是：

1）破坏部位集中在几何不连续处或有裂纹类原始缺陷的焊缝处，整体上无塑性变形。

2）疲劳破坏的基本形式有爆破或泄漏两种。前者易发生在强度高而韧性差的材料中，

后者则发生于强度较低而韧性较好的材料中。

3）断口上有明显的裂纹产生区、扩展区和最终断裂区。在扩展区，宏观上有明显的贝

壳状树纹，且断口平齐、光亮。最终断裂区一般有放射状的花纹或人字纹。

4）电镜下观察疲劳断口的裂纹扩展区时，可见到独特的疲劳辉纹。

（D）蠕变破坏是钢材在高温下低于材料屈服强度时发生的缓慢持续的伸长，最后产生

破坏的现象。材料发生蠕变的过程有减速、恒速和加速三个阶段。恒速阶段是控制材料高温

使用寿命的阶段。蠕变断裂是沿晶断裂，其特征是：

1）宏观断口呈粗糙的颗粒状，无金属光泽。

2）表面为氧化层或其他腐蚀物覆盖。

3）管道在直径方向有宏观变形，并有沿径向方向的小蠕变裂纹，甚至出现表面龟裂或

穿透管壁而泄漏。

4）断口与壁面垂直，壁厚无减薄，边缘无剪切唇。

（三）事故防范和报告

为了防止或减少压力管道的破坏事故，使用单位应采取必要的措施，包括：

——管道必须山有资格的设计单位进行设计并符合设计规范的规定；

——管道系统应按规定装设安全泄压装置并保持其灵敏好用；

——采取有效措施防止大气及介质对管道的腐蚀；

——管道投用前应进行役前检查和验收，管系结构、材料、焊接、热处理、压力试验

等关键环节必须符合规定要求；

一运行操作必须严格执行操作规程，控制工艺指标，杜绝超温、超压运行；

——检修或局部更换管道时，避免错用或不合理代用而降低管道的极限应力；

——加强对管道的维护检查和定期检验；

一对长期放置不用、维护不良的管道，因发生大面积腐蚀、厚度减薄、强度减弱，

再次启用前应按规定进行全面检验。

当压力管道发生安全事故后，使用单位除应迅速采取措施进行处理外，还应注意严格

保护事故现场，及时收集有关信息和资料，如现场录制的图像、损坏件的断口状况、原始操

作记录以及事故调查报告等，以对事故分析提供客观、科学的依据。

对事故原因进行分析时，应采取测量宏观变形量；检验材料的化学成分和机械性能；

进行断口的宏观分析和显微分析等技术手段。然后依据有关资料和技术检验结果进行事故综

合分析，包括破坏程度，爆炸性质和破坏形式，最后找出事故原因，以吸取教训，防范未然。

五、对压力管道材料的一般要求

（一）对管子和管件的要求

（A）压力管道受压元件用钢应用平炉、电炉或纯氧顶吹转炉冶炼。低温管道用钢应使

用镇静钢。

（B）管材应选用流体