压力管道输送介质特性.docx
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压力管道输送介质特性
压力管道概述
（第一章）
随着科学技术进步，工业生产不断发展，人民生活质量日益提高，利用管道输送气体、液体甚至气固、气液、固液相和三相的物质，已成为当今世界工业生产和人民生活不可缺少的组成部分。
一、管道的定义及其特点；
1、管道的定义：
“由管道组成件、管道支吊架、隔热层和防腐层组成，用以输送、分配、混合、分离、排放、计量或控制流体流动”的设备（见国标GB50316《工业金属管道设计规范》）。
2、压力管道的定义：
2009年5月1日开始实施的《特种设备安全监察条例》，把涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压力容器（含气瓶）、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施和场（厂）内专用机动车辆共八类设备，定为特种设备并实行安全监察。
《条例》为压力管道下的定义和范围是：
“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、最高工作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”。
（见《条例》第99条）
3、输送流体的密闭管道其特点]：
1）承受一定的压力；
2）介质特性十分复杂（如有毒、可燃、易爆或输送高温、高压等）；
3）管道所处环境比较恶劣；
4）管道组成件材料品种繁多。
二、压力管道的类别、级别
压力管道按其类别不同，将其分为长输管道（GA）、公用管道（GB）、工业管道（GC）、动力管道（GD）四个类别九个级别：
类别
级别
备注
长输管道
（GA）
GA1
国家质监检总局
批准\发证
GA2
公用管道
（GB）
GB1城镇燃气管道
省质量技术监督局
批准\发证
GB2城镇热力管道
工业管道
（GC）
GC1
国家局批准\发证
GC2
省局批准\发证
GC3
动力管道
（GD）
GD1
国家局批准\发证
GD2
省局批准\发证
1、长输管道（GA）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：
（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级以外的长输（油气）管道为GA2级。
2、公用管道（GB）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
3、工业管道（GC）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。
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；
（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；
（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。
GC2级：
除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GC1级规定的管道。
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185℃的管道。
4、动力管道（GD）是指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。
三、对压力管道的基本要求
对压力管道的基本要求是安全性好和经济合理。
1、安全性：
1）首先表现在其操作运行风险小、安全系数大、不致于因失效而产生重大事故；
2）其次是运行平稳，尽量避免跑、冒、滴、漏现象，不致于因其故障而造成整个装置的不正常停车。
2、经济性：
使压力管道的一次投资费用和操作维护费用的综合指数低。
当然，一个设计良好的压力管道还应满足其他一些基本要求，如：
必须满足工艺要求；应进行标准化、系列化设计；布局应美观、合理、便于操作；便于制造和施工等。
四、对压力管道设计审核审定人员要求
从事压力管道设计工作的审核、审定人员应经过培训和考核，进行资格许可，审核人和审定人除有设计单位的正式书面任命手续外，还应经考核评定，取得《压力管道设计审批人员资格证书》，持证上岗。
压力管道输送介质特性
（第二章）
一、压力管道输送介质的特性
1.几个与安全相关的基本概念
爆炸极限：
易燃气体、易燃液体的蒸气或可燃粉尘和空气混合达到一定浓度时，遇到火源就会发生爆炸。
达到爆炸的空气混合物的浓度，称之为爆炸极限。
爆炸极限通常以可燃气体、蒸气可粉尘在空气中的体积百分数来表示。
爆炸性气体混合物：
大气条件下的气体、蒸气、薄雾状的易燃物质与空气的混合物，点燃后燃烧将在全范围内传播。
爆炸危险区：
爆炸性混合物出现的或预期可能出现的数量达到足以要求对电气设备的结构、安装和使用采取预防措施的区域。
释放源：
可释放出能形成爆炸性混合物的物质所在位置或地点，叫释放源。
一次危险：
是设备或系统内潜在着发生火灾或爆炸的危险，但在正常操作状况下，不会危害人身安全或设备完好。
次生危险：
是指由于一次危险而引起的危险，它会直接危害到人身安全、设备毁坏和建筑物的倒塌等。
全年最小频率风向：
（一年期）
风向频率＝（某风向出现次数/总的观测次数）×100％，其中值最小的风向即为全年最小频率风向。
爆炸和易爆介质:
爆炸－－介质受到高热、摩擦、撞击等外因作用，或由其它物质激发，在瞬间发生剧烈化学变化，释放出大量热能（有的还同时产生大量气体），使得局部范围内压力急剧增大，并伴有巨大响声的现象。
爆炸以高热和冲击波形式造成破坏和杀伤。
易爆介质－－是指仅需用较低温度、较轻的摩擦、撞击或震荡就可引发其爆炸的介质。
2.介质的火灾危险性
1）介质的可燃易爆性－－火灾危险性分类：
可燃气体的火灾危险性分类
类别
可燃气体与空气混合物的爆炸下限
甲
乙
＜10%（体积）
≥10%（体积）
注：
《石油化工企业设计防火规范》GB50160
液化烃、可燃液体的火灾危险性分类
类别
名称
特征
甲
A
液化烃
15℃时的蒸汽压力＞0.1MPa的烃类液体及其他类似的液体
B
可
燃
液
体
甲A类以外，闪点＜28℃
乙
A
闪点≥28℃至≤45℃
B
闪点＞45℃至＜60℃
丙
A
闪点≥60℃至≤120℃
B
闪点＞120℃
注：
《石油化工企业设计防火规范》GB50160
2）介质的毒性
GB5044把毒物的危害程度分为四个级别：
极度危害（Ⅰ）高度危害（Ⅱ）
中度危害（Ⅲ）轻度危害（Ⅳ）
分级的依据是以急性毒性、急性中毒发病状况、慢性中毒
患病状况、慢性中毒后果、致癌性和最高容许浓度（mg/m3）
六项指标为基础的定级标准。
分级的原则是按六项分级指标综合分析，全面权衡，以多数指标的归属和实际接触情况，定出危害程度的级别。
注意介质的多重性－－既是可燃的又是有毒的，还可能有腐蚀性，划分时应按高等级确定。
介质的危害程度受工况和环境影响，其毒性等级不是固定不变的，具体情况具体分析。
二、介质的毒性和金属材料的耐腐蚀性
1、一般规定
（1）压力管道中介质毒性程度、腐蚀性和火灾危险性的划分应当以介质的“化学品安全技术说明书”（CSDS）为依据，按照本附件的划分原则确定；
（2）介质同时具有毒性及火灾危险性时，应当按照毒性危害程度和火灾危险性的划分原则分别定级。
介质为混合物时，应当按照有毒化学品的组成比例及其急性毒性指标（LD50、LC50），采用加权平均方法，获得混合物的急性毒性（LD50、LC50），然后按照毒性危害级别最高者，确定混合物的毒性危害级别。
2、毒性危害程度
（1）压力管道中介质毒性程度的分级应当符合GB5044《职业性接触毒物危害程度分级》规定的，以急性毒性、急性中毒发病状况、慢性中毒患病状况、慢性中毒后果、致癌性和最高容许浓度等六项指标为基础的定级标准，见表A－1所示；
表A-1 介质毒性危害程度分级依据
指标
分级
I
（极度危害）
II
（高度危害）
III
（中度危害）
ⅳ
（轻度危害）
急性
毒性
吸入（LC50,mg/m3）
＜200
200～＜2000
2000～≤20000
＞20000
经皮（LD50,mg/kg）
＜100
100～＜500
500～≤2500
＞2500
经口（LD50,mg/kg）
＜25
25～＜500
500～≤5000
＞500
急性中毒发病状况
生产中易发生中毒,后果严重
生产中可发生中毒,预后良好
偶可发生中毒
迄今未见急性中毒，但有急性影响
慢性中毒患病状况
患病率高（≥5％）
患病率较高（＜5％）或者症状发生率高（≥20％）
偶有中毒病例发生
或者症状发生率
较高（≥10％）
无慢性中毒而有慢性影响
慢性中毒后果
脱离接触后,继续进展或不能治愈
脱离接触后,可基本治愈
脱离接触后,可恢复,
不致严重后果
脱离接触后，自行恢复，无不良后果
致癌性
人体致癌物
可疑人体致癌物
实验动物致癌物
无致癌性
最高容许浓度（mg/m3）
＜0.1
0.1～＜1.0
1.0～≤10
＞10
注：
《职业性接触毒物危害程度分级》GB5044
（2）压力管道中介质的毒性危害程度包括极度危害、高度危害中度危害以及轻度危害四个级别；
（3）介质毒性危害程度的级别应当不低于以急性毒性和最高容许浓度二项指标分别确定的最高危害程度级别；
（4）如果以急性中毒发病状况、慢性中毒患病状况、慢性中毒后果和致癌性四项指标确定的介质毒性危害程度明显高于按照第（3）条确定的危害程度级别时，应当根据压力管道具体工况，综合分析，全面权衡，适当提高介质的毒性危害程度级别。
城镇燃气中常见的有毒组分有哪些？
城镇燃气根据气源不同，其有毒组份也不同，天然气中主要是硫化物，特别是以硫化氢形态存在，属高度危害介质。
人工燃气中含有一氧化碳，硫化氢、氨、萘、焦油其中一氧化碳与硫化氢属高度危害介质。
液化石油气中主要是硫化物。
液化石油气中重碳氢化物对人体也是有害的。
3、腐蚀性
压力管道中的腐蚀性液体系指:
与皮肤接触,在4小时内出现可見坏死现象,或55℃时,对20钢的腐蚀率大于6.25mm/年的流体。
（1）什么是介质的腐蚀性？
材料与周围环境反应而引起材料的破坏和变质，称为腐蚀。
（介质的腐蚀性应相对管道材料而言。
）
1）金属腐蚀—金属与周围介质相接触，产生化学或电化学作用，而遭受破坏的过程称为腐蚀。
2）管道腐蚀—由于化学或电化学作用，引起管道的消损破坏。
3）应力腐蚀—金属在特定腐蚀介质和应力的共同作用下，以裂纹形式出现的一种腐蚀破坏。
发生应力腐蚀，必须同时具备两个条件：
一是应力，指拉伸应力，包括由外载荷引起的应力和在加压过程中引起的残余应力；二是腐蚀介质。
（2）压力管道输送中有哪些腐蚀介质？
压力管道中工业管道输送介质品种繁多，其中很多介质中含有酸、碱、盐类介质，对管道材料具有腐蚀性。
1）硫化物
原油中含有多种硫化物，并在石油加工过程中也会产生硫化物，其中很多硫化物对金属管道材料产生腐蚀。
如单质硫、硫化氢（H2S）、硫醇（R—SH）、硫醚（R—S—H）等。
各种硫化物对金属腐蚀形态各异，并随温度变化而改变。
2）氯化物
一般在原油中含有无机氯化物，而在炼油生产中生产有机氯化物。
无机氯化物由NaCl与CaCl2等组成，在一定温度条件下水解生成HCl，对金属产生腐蚀作用。
3）环烷酸
在原油中常含有环烷酸，其分子式为R（CH2）nCOOH，R为环烷烃。
它对金属的腐蚀受温度影响较大，当环境温度为（220～280）℃腐蚀性强，之后，腐蚀速度下降，再从350℃时又急剧增加，当温度超过400℃后，环烷酸基本气化。
因此，腐蚀作用消失。
4）氢损伤
在化工生产过程中，氢是普遍存在的。
因此，随着环境温度等条件变化，将会出现氢脆、氢鼓包，表面脱碳和内部脱碳等氢损伤。
5）酸、碱、盐及溶剂、氧、氮化物
各种化工生产过程中可能利用或产生酸、碱、盐、溶剂、氧、氮化物等介质，在一定的环境下，都有可能对金属管道产生腐蚀，这些介质均应属于腐蚀性介质。
在原油、天然气集输与长输管道输送过程中，常含有腐蚀介质为无机硫化物、氯化物、环烷酸以及水份、CO2等，在适宜的条件环境下，将对金属管道产生腐蚀作用。
在城镇燃气输配过程中，常含有水份、H2S、CO2、O2等能与金属进行化学与电化学反应的介质，这些介质的存在，也将对管道材料产生腐蚀作用。
4、火灾危险性
（1）压力管道中介质的火灾危险性包括GB50160《石油化工企业设计防火规范》及GB50016－2006《建筑设计防火规范》中规定的甲、乙类可燃气体、液化烃和甲、乙类可燃液体。
工作温度超过其闪点的丙类可燃液体，应当视为乙类可燃液体；
（2）国家安全生产监督管理总局颁布的《危险化学品名录》中的第1类爆炸品、第2类第2项易燃气体、第4类易燃固体、自燃物品和遇湿易燃物品以及第5类氧化剂和有机过氧化物，应当根据其爆炸或者燃烧危险性、闪点和介质的状态（气体、液体）视为甲、乙类可燃气体、液化烃或者甲、乙类可燃液体；
（3）甲类可燃气体指可燃气体与空气混合物的爆炸下限小于10％（体积）；乙类可燃气体指可燃气体与空气混合物的爆炸下限大于等于10％（体积）；液化烃指15℃时的蒸气压力大于0.1MPa的烃类液体和类似液体；甲类可燃液体指闪点小于28℃的可燃液体；乙类可燃液体指闪点大于等于28℃，但小于60℃的可燃液体；工作温度超过闪点的丙类可燃液体（闪点大于等于60℃），应当视为乙类可燃液体。
5、介质的压力与温度
1）何谓管道的公称压力、计算压力、操作压力、设计压力？
公称压力—管子、管件、阀门等在规定温度下允许承受的以标准规定的系列压力等级表示的压力。
计算压力—指在相应设计温度下，胜以确定管道组成件厚度的压力。
计算压力包括液柱静压力。
操作压力—管子、管件、阀门等在正常操作条件下承受的压力。
设计压力—管道组成件压力设计时所用的压力。
管道的设计压力，不应低于正常操作时，由内压（或外压）与温度构成的最苛刻条件下的压力。
最苛刻条件是指导致管子及管道组成件最大壁厚或最高压力等级的条件。
2）何谓管道的操作温度、设计温度？
何谓环境温度？
操作温度—管道在正常操作下的温度。
设计温度—管道组成件压力设计时所用的温度。
管道的设计温度，不应低于正常操作时，由压力和温度构成的最苛刻条件下的材料温度。
环境温度—管道在正常操作条件下周围环境的温度。
3）压力管道输送介质的压力对安全的影响如何？
答：
压力管道输送介质的压力大小直接影响到输送安全。
输送压力越高，管道泄漏与爆裂损坏的可能性越大采取防漏防爆的措施也应要求越高。
各类压力管道根据输送介质的实际情况与产生工艺的要求，均有不同的规定。
各种管道压力状况如下。
（1）长输管道长距离天然气输气管道输送压力较高，一般压力为4～10MPa；长距离输油管道的压力一般不大于32MPa，液化石油气管道的压力一般在4.0MPa以上。
（2）城镇燃气管道城镇燃气管道输气压力较低，其范围为0.01～4.0MPa,并在该范围内分7级.
（3）城镇热力管道热水供热管道的压力不大于2.5MPa，蒸汽供热管道压力为不大于1.6MPa.
（4）工业管道工业管道包括范围较广，随着各种产品工艺要求的不同，其压力变化范围较大，从低压、中压、高压，超高压管道工作压力最高可达300MPa以上，这样高的压力在设计、制造、安装、运行过程中如处理不当，容易产生爆裂与介质大泄漏的安全事故。
4）压力管道输送介质的温度对安全的影响如何？
答：
压力管道输送介质的温度的高低与输送压力一样，也直接影响到介质输送的安全。
高温管道除在泄漏后易造成烫伤事故外，其管道与设备表面也有可能温度过高而需采胜隔热措施。
一般管道在隔热后，其防烫温度为60℃。
输送介质温度的变化还将对管道材料产生较大影响，过高的介质温度会使管道材料强度降低，屈服极限下降并可能产生蠕变。
通常碳钢在300～350℃、低合金钢在400～450℃时应考虑蠕变问题。
过低的温度材料将产生脆变，容易造成管道的脆性断裂，引发事故。
不同的材质，有不同的使用温度下限值。
此外，在使用的法兰垫圈等附件时，也受到介质温度高低的影响，不同的温度则应选择不同的管道附件。
各种压力管道的温度状况如下：
（1）长输管道天然气长输管道的介质温度较低，压缩机出口控制温度一般为60℃。
由于天然气长输管道一般为埋地敷设，因此介质温度即为地温。
石油长输管道的介质温度，应随原油的性质决定，一般长输管道站的操作温度不高于200℃。
长距离输油管道为埋地敷设，为降低介质粘度，减少摩阻损失，沿途应加热，其温度应低于长输管道站出口温度。
（2）城镇燃气管道介质为常温输送。
压缩机出口温度一般为40℃，埋地管道为地温。
（3）城镇热力管道城镇热力管道根据热载体不同而异。
供热介质为热水时，设计温度不高于200℃，供热介质为蒸汽时，设计温度不高于350℃。
（4）工业管道工业管道的介质温度变化范围很大，有的工业管道的介质温度可高达600℃，也有的介质温度可低达-200℃左右，因此，在设计时应合理选材，正确计算，采取可靠的安全措施，以保证管道与设备的安全运行。
三、设备布置（第五章第一节）
设备布置是管道设计中最重要的一部分。
设备布置是指在装置界区内，对生产设备按物流顺序、介质特性和同类设备适当集中相结合的原则，进行有序排布和摆放，使之同时满足PID要求；安全、环保要求；生产、操作、安装、维修要求的过程。
1、设备布置原则和应考虑的因素
（1）原则：
全年最小频率风向;
气候条件（气温、降雨量、风沙等）;
地质条件、
防火规范（GB50160、GBJ16等）;
总图布置和装置竖向;
地形情况（宜布置在同一平面的地块上）
（2）应考虑的因素
关于三重安全措施：
预防一次危险引发的次生危险；
限制次生危险的危害程度和范围；
为及时抢救和安全疏散提供条件。
2、装置内主管廊的布置对设备布置的影响
主管廊的位置、走向、宽度、高度等都对设备布置有影响；
主管廊和旁边的框架连成一体时，要使管廊的柱距与框架的柱距尽可能一致。
3、关于通道、平台和梯子的布置
通道、平台和梯子具有操作、维修、安全疏散等多种功能，必须满足规定的宽度和净空高度，保持畅通无阻；应合理布置平台的通道和梯子，一般应两个及以上；平台与服务对象的相对高度以600～1600mm为宜。
梯子是一种特殊的通道。
直爬梯宽度一般为400～600mm；当高度＞2m时应加安全护笼，顶部应高出平台1050～1200mm；直爬梯每段长度不宜＞8m或5m；高塔的直爬梯不应布置在同一条垂线上，应自下而上错开布置；
斜梯宽度宜为800～1200mm，每段高差不宜＞5.5m；
两个安全通道（含梯子）之间的距离不得大于50m。
4.几类设备的布置
换热器的布置塔与立式设备的布置
反应器的布置泵的布置
加热炉的布置大型压缩机及厂房的布置
罐区的布置主管廊的布置
盛装和输送极度危害介质的设备布置
四、管道布置（第五章第二节）
管道布置是指在装置界区的有限空间内，对联系各设备及进出装置的工艺管道、公用工程管道以及相关专业的设施，进行综合规划和有序排布的过程，并使之同时满足P&ID、安全、操作、检修的规定和要求的过程。
1、装置内管道布置必须综合规划
2、管道布置的原则和一般要求
（1）布置原则
（2）一般要求
3、管道布置与相关专业的关系
4、装置主管廊上的管道布置
（1）布置原则
（2）注意事项
5、塔器的配管
（1）配管原则
（2）塔的管口方位
6、敏感设备的配管
（1）泵的配管
－－配管的一般要求
－－液化烃、可燃液体泵室内布置要求
（2）离心式压缩机的配管
（3）往复式压缩机的配管
7、输送液化烃、低温介质、极度危害介质管道的布置
（1）液化烃管道布置
（2）低温介质管道布置
（3）极度危害介质管道布置
8、常用非金属管道的布置
这里主要指塑料管、玻璃钢管和玻璃钢复合管。
这类管道存在强度和刚度低、线胀系数大、易产生静电聚集、易老化等缺点，管道布置应针对这些缺点采取防范措施。
9、安全阀的配管
（1）安全阀的安装位置
（2）安全阀进出口管道的布置
10、关于阻火器
11、罐区的管道布置
12、关于加设双阀的要求
四、管道的施工与检验
1、对阀门的检验P256
2、对管道组成件的检验P257
3、对管道焊接接头的无损检验P266
4、管道的试压P270
（1）试验压力－－液压、气压、气密
（2）试验介质要求－－洁净水（氯离子含量）；温度（液体和环境）；
（3）合格评价－－升压、稳压、停压、不降不渗漏
（4）压力试验的替代：
1）液压或气压－－液体渗透法或磁粉法＋100％射线照相
2）由气压代替液压－－设计压力小于或等于0.6MPa加有效安全措施。
大于0.6MPa时，需经设计方同意。
脆性材料管道不得进行气压试验。
韩惠林
2009-7-8
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