4压力管道设计(工业管道、公用管道)

14压力管道设计（工业管道、公用管道）工业管道、公用管道的设计压力管道中华人民共和国劳动部《压力管道安全管理与监察规定》按压力管道管理1.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。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、乙类介质的管道3.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4.最高工作压力大于等于0.1MPa输送介质为可燃、易爆、有毒、有腐蚀性的或最高工作温度高于等于标准沸点的液体的管道5.前四项规定的管道的附属设施及安全保护装置等不按压力管道管理1.设备本体所属管道2.军事装备、交通工具上和装置中的管道3.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）之后的热力管道压力管道按用途分为四类◆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、公用工程管道和其他辅助管道。GC1，GC2，GC3◆公用管道城镇范围内用于公用事业或民用的燃气管道和热力管道。GB1，GB2。◆长输管道产地、存储库、使用单位间的用于输送商品介质的管道。GA1，GA2。◆动力管道火力发电厂用于输送蒸汽、汽水两相介质的管道，GD1、GD2。23.1工业管道的设计3工业管道的定义：1）定义GC类（工业管道）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。包括延伸出工厂边界线，但归属企业、事业单位所管辖的管道。2）分级详见《压力容器压力管道设计许可规则》（简称设计规则）（TSGR1001-2008附录B）划分为GC1级、GC2级、GC3级。符合下列条件之一的工业管道为GC1级：（1）输送国标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）输送国标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。符合下列条件的工业管道为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级的管道。4符合下列条件的工业管道为GC3级：输送无毒、非可燃流体介质，设计压力小于或等于1.0MPa，并且设计温度大于-20℃但是小于185℃的管道。《压力管道安全技术监察规程》（TSGD0001-2009）（简称管规）第二条中强调了工业管道的三要素。本规程适用于同时具备下列条件的工艺装置、辅助装置以及界区内公用工程所属的工业管道（以下简称管道）：1）最高工作压力大于或者等于0.1MPa（表压，下同）的管道；2）公称直径（即公称通径、公称尺寸，代号一般用DN表示）大于25mm的管道；3）输送介质为气体、蒸汽、液化气体、最高工作温度高于或者等于其标准沸点的液体或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性的液体的管道。注意管规监管的范围不包括下列管道：公称压力为42MPa以上的管道和非金属管道。工业管道的特点：1）工业管道广泛应用于各工矿企业、事业单位等各行各业中，分布于城、乡各个地域。2）工业管道是压力管道中工艺流程种类最多、生产制作状态变化最为复杂、输送的介质品种较多、条件较为苛刻。3）工业管道输送压力高（最高可达300MPa以上）、温度高（最高可达1000℃以上）。4）工业管道也是4种压力管道中分类品种级别最多的一种。5）工业管道一般置于工厂与各种站、场等工业基地中，尽管操作条件复杂，环境条件苛刻，但管道比较集中易于控制管理。压力管道设计基本要求压力管道设计基本要求是安全性好和经济合理。1）安全性首先表现在其操作运行风险小、安全系数大、不至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，不至于因其故障造成整个装置的不正常停车。3）经济性好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。4）必须满足工艺要求。55）应进行标准化、系列化设计。6）布局美观、合理，便于操作。7）便以制造和施工。工业管道主要标准规范行政法规国务院令第549号《特种设备安全监察条例》（简称条例）压力管道的定义、法则。技术法规1）TSGR1001-2008《压力容器压力管道设计许可规则》（简称设计规则）压力管道分级、质量管理。2）TSGD0001-2009《压力管道安全技术监察规程—工业管道》（简称管规）压力管道安全性能的基本要求、规范压力管道监管工作。标准规范1）GB5044-1985《职业性接触性毒物危害程度分级》2）GB/T20801-2006《压力管道规范工业管道》3）GB50316-2000《工业金属管道设计规范》（2008年版）4）GB50160-2008石油化工企业设计防火规范5）GB50016-2006建筑设计防火规范3.1工业管道设计3.1.1管道设计的基本要求与一般程序63.1.1.1管道设计的基本要求（1）一般要求（2）防火安全设计（3）防爆安全设计（4）其它安全设计（5）便于检修、运行操作（1）一般要求■满足生产■足够的强度■足够的刚度，适当的支撑■柔性分析■动力分析■抵御风载和地震载荷的能力1）管道的总体布置管道布置设计应做到安全可靠、经济合理，并满足施工、操作、维修等方面的要求。对于需长期施工的工程，其管道的布置设计应统一规划，力求做到施工、生产、维修互不影响永久性的工艺、热力管道不得穿越工厂的发展用地在确定进出装置（单元）的管道方位与敷设方式时，应做到内外协调厂区内的全厂性管道的敷设，7应与厂区内的装置（单元）、道路、建筑物等协调，避免管道包围装置（单元），减少管道与铁路、道路的交叉2）管道布置与敷设管道应尽可能地上敷设，如确有需要，可埋地或敷设在管沟内；在有条件的地方，管道应集中成排布置地上的管道应敷设在管架或管墩上；在管架、管墩上布置管道时，宜使管架或管墩所受的垂直载荷、水平载荷均衡；全厂性管架或管墩上（包括穿越涵洞）应留有10～30%的空位，并考虑其荷重装置主管带管架应留有10%的空位，并考虑其荷重输送介质的工艺条件对距离、角度、高差等有特殊要求的管道以及大直径管道的布置，应在设备布置设计或总图布置设计时统筹规划管道布置不能妨碍设备、机泵和其它设施的安装、检修和消防车辆的通行管道布置设计应使管道系统具有必要的柔性，对设备、机泵的推力（力矩）不得大于允许值管托：管道系统应有正确和可靠的支承，避免发生管道同它的支承件脱离、扭曲、下垂或立管不垂直的现象，有隔热层的管道，在管墩、管架处应设管托。无隔热层的管道，如无要求，可不设管托管道布置应力求避免出现袋形管或“盲肠”为防止管线中有积液，阀门应布置在横管上，管线不得布置成袋形气液两相流的管道由一路分为两路或多路时，管道布置应考虑对称性83）管道连接与弯管管道除与阀门、仪表、设备等需要用法兰或螺栓连接的以外，应尽可能采用焊接连接；管道布置时对管道焊缝的设置，应使管道对接焊口的中心与弯管起弯点的距离不小于管子外径，且不小于100mm。管道上两相邻对接焊口的中心间距：对于公称直径小于150mm的管道，不应小于外径，且不小于50mm；对于公称直径大于150mm的管道，不应小于150mm管道穿过建筑物的楼板、房顶或墙面时，应加套管，套管内的空隙应密封。套管的直径应大于管道隔热层的外径，并不得影响管道的热位移，管道上的焊缝不应在套管内，距离管端部应不小于150mm。套管应高出楼板、房顶面50mm4）管道与建筑物管道穿过建筑物的楼板、房顶或墙面时，应加套管，套管内的空隙应密封。套管的直径应大于管道隔热层的外径，并不得影响管道的热位移，管道上的焊缝不应在套管内，距离管端部应不小于150mm。套管应高出楼板、房顶面50mm9布置腐蚀性介质或有毒介质的管道时，应避免由于法兰、楼板和填料密封等泄漏而造成对人身和设备的危害；全厂性管道敷设应有坡度并尽量与地面坡度一致。管道的最小坡度宜为2‰。管道弯坡点宜设在转弯处或固定点处；对于跨越、穿越厂区内铁路和道路的管道，在其跨越段或穿越段上不得装设阀门、波形补偿器和法兰、螺纹接头等管件固定支座10滑动支座只限制一个自由度，也可称为托架柔性分析对工作温度较高的管道要作柔性分析、有激振力的管道要作动力分析，使管道既有足够的强度和吸收热膨胀位移的能力，又有良好的抗振性抗振性分析管系自身产生的外力引发的（2）防火安全设计GB5001—91《石油化工企业设计规范》11裸露的钢结构耐火极限只有0.25h发生火灾后的持续时间多数在1h左右标准规定耐火层的耐火极限不应低于1.5h（3）防爆安全设计①存在可燃气体、易燃液体的蒸汽或薄雾②上述物质与空气混合，其浓度在爆炸极限以内③存在足以点燃爆炸性混合物的火花或高温GB50058—92《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》（4）其它安全设计输送易燃易爆介质的埋地管道需要穿越电缆沟时，管道温度高时必需采取隔热措施以使外表面温度低于60℃。12经过道路的管道必须有一定的架空高度只有人员通行的净高度不小于2.2m通行大型车辆的净高度要留4.5m跨越铁路的净高度则不小于5.5m13法兰的位置避免处于人行通道和机泵上方。输送腐蚀性介质管道上的法兰要设安全防护罩。（5）便于检修、运行操作泵一般布置在管廊的下面，为便于泵安装、操作、检修，至少要有3.5m的净空高度管廊在道路上空穿越时，净空高度应为：装置内检修通道不低于4.5m；管廊下的检修通道不低于3m。3.1.2管道设计的一般程序初步设计——根据已批准的项目建议书和可行性研究报告进行施工设计——初步设计经上级主管部门组织审查批准后初步设计：物料和热量衡算及水力计算等14物料的流量及该物料允许的流速确定管径不同介质的物理化学性质、压力等级、工作温度等因素确定管子的材料和阀门、法兰等管道附件初估材料数量绘制流程图（系统图）、布置图、绘制主要管道走向草图并对主要管道进行应力计算施工图设计绘制详细的管道流程图和设备布置图设计管道的平立面布置图，对温度较高的重要管道进行应力计算绘制单管图、管口方位图、蒸汽伴热管系图等编制管道安装一览表、综合材料表和油漆一览表等所有设计文件必须进行校对、审核，部分图纸还要进行审定，最后还要进行各有关专业参加的综合鉴定，确保3.1.2管道组成件的选用3.1.2.1管道材料选定的基本原则管道材料的使用是根据所输送介质的操作条件（如温度、压力）及其在该条件下的特性决定的在选择管子材料时，要求设计人员首先要了解管子的种类、规格、性能、使用范围，根据管系的设计压力、设计温度和管内介质的性质对经济性和安全性或寿命等因素作考虑管道材料一般选用与之相联接的设备或机器的材料3.1.2.2管子、管件和附件表3.1管子分类表按用途分类输送用、传热用、结构用、其它用按材质分类金属管、非金属管按形状分类套管（双层管）、翅片管、各种衬里管其它特殊用15表3.2不同用途分类表输送用及传热用普通配管用、压力配管用、高压用、高温用、高温耐热用、低温用、耐腐蚀用结构用普通结构用、高强度结构用、机械结构用特殊用油井用、试锥用、高压瓦斯容器用无缝钢管表3.3不同材质分类表大分类中分类小分类名称金属管铁管铸铁管高级铸铁管、延性铸铁管钢管碳素钢管普通钢管、高压钢管、高温钢管低合金钢低温用钢管、高温用钢管合金钢奥氏体钢管有色金属管铜及铜合金铜管、铝黄铜、铝砷高强度黄铜、铜、镍、蒙乃尔合金、耐蚀耐热镍基合金铅管、铝管、钛管非金属管橡胶管橡胶软管、橡胶衬里管塑料管聚氯乙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯石棉管石棉管混凝土管混凝土管玻璃陶瓷管玻璃管、玻璃衬里管复合管钢塑复合管钢塑复合管、铝塑复合管管件在管系中改变走向、标高或管径以及由主管上引出支管等均需用管件如三通、四通、异径管、弯头、活接头、丝堵、8字形盲板、管帽等管件