压力管道培训知识.docx

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压力管道培训知识

（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TSGD0001-2009《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、HG20592~HG20615。

（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HG20592~20615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/T20801主要修订内容

（一）修订内容

1．适用范围的调整

①将DN150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；

②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）ASMEB31.1、ASMEB31.3、GBT20801异同点

1．管道挠度

ASMEB31.1的挠度有明确的规定，为2.5mm，ASMEB31.3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

-29~186℃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-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：

1计算管道中的应力，保证自身安全；②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；③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；④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：

①管道地震分析；②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；③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；④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；⑤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

ASMEB31.3；ASMEB31.1；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

MSSSP-58；BS3974.1；GB17116.1；SH/T3073

2．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：

①计算时要记住更改摩擦系数，不同的摩擦面摩擦系数不同；

2焊后需要热处理的管道支吊架不适合进行焊接；

3架空敷设、热膨胀超过100mm的管道，支吊架应增加管托；

4设置支吊架时需要注意可用空间；

5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-reviewSIFsatIntersectionNodes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GB50009；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/T3039，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=10-6ρa?

v。

水锤载荷Fw=10-6ρaA?

v（A为管道流体截面积，mm2）；

波速a=103{（K/ρ）/[1+KDi/Et]}1/2；（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。

安全阀的止推要尽量靠近弯头位置。

四、标准规范选用疑难问题解析

1．GB50316、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。

2．GC3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

1．GB/T20801.1~6-2019《压力管道规范工业管道》（未发布）

2．TSGD0001-2019《压力管道安全技术监察规程—工业管道》（未发布）

3．GB/T《法兰、接头安装技术规定》（还未定稿）

4．ASMEB31.1《动力管道》

5．ASMEB31.3《工艺管道》

6．SH/T3041-2016《石油化工管道柔性设计规范》

7．SH/T3059-2012《石油化工管道设计器材选用规范》

8．GB17116-2018《管道支吊架》

9．GB50009-2012《建筑结构载荷规范》

10．SH/T3039-2018《石油化工非埋地管道抗震设计通则》