化工壓力管道設(shè)計(jì)范本.ppt

1、課程學(xué)習(xí)規(guī)劃,課程名稱：化工壓力管道設(shè)計(jì) Chemical Pressure Pipeline Design 授課次數(shù)：16次 性質(zhì)：考查 成績：平時30%(含出勤+作業(yè)+課堂活躍 ) + 期末考試70% 授課形式：課件講授 + 課堂討論,討論,什么是管道Pipe（管道系統(tǒng)Pipe system）？,管道是包括管子、法蘭、管件、螺栓、墊片、閥門和其它管道組件，也包括管子吊架、支承和其它必要的防止蓄壓元件超壓和超負(fù)荷的物件等組成的輸送介質(zhì)或傳遞壓力的通道。 管道系統(tǒng)：當(dāng)管段與管件、閥門和其它機(jī)械設(shè)備連接在一起，并通過吊架、支承予以適當(dāng)?shù)刂螘r，才稱之為管道系統(tǒng)。,第1部分：管道設(shè)計(jì)基礎(chǔ),第1章

2、管道概論,第1章 管道概論,一、管道級別、類別 二、管道的設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度 三、公稱壓力和壓力-溫度等級 四、公稱直徑、外徑和壁厚系列 五、管材許用應(yīng)力,一、管道級別、類別,1、我國工業(yè)管道的分類、分類 1）按國標(biāo)規(guī)定的施工驗(yàn)收要求分類、分級 2）石油化工管道分級 3）國標(biāo)工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范的管道分級 4）壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定中管道分級 2、美國國家壓力管道標(biāo)準(zhǔn)的管道分級,一、管道類別、級別,1、我國工業(yè)管道的分類、分級 1）按國標(biāo)規(guī)定的施工驗(yàn)收要求分類、分級 1997.10.5建設(shè)部批準(zhǔn)工業(yè)金屬管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范（GB50235-97）為強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)。 國標(biāo)GB50235-9

3、7沒有將管道具體分類或分級,但對管道輸送流體有明確的定義和劃分： 劇毒流體-相當(dāng)于GB5044-85職業(yè)性接觸毒物 危害程度分級中級危害程度毒物； 有毒流體-相當(dāng)于GB5044-85中級以下危 害程度毒物； 可燃流體-生產(chǎn)操作條件下可以點(diǎn)燃和連 續(xù)燃燒的氣體或可以氣化的液體。 國標(biāo)GB50235-97對輸送上述流體管道規(guī)定了不 同檢驗(yàn)和施工要求。,對管道組成件，如閥門試驗(yàn)，劃分成兩類閥門： 1、國標(biāo)GB50235-97將輸送劇毒、有毒及可燃流體閥門和 輸送設(shè)計(jì)壓力大于1MPa或設(shè)計(jì)壓力小于等于1MPa且設(shè)計(jì)溫度小于-29C或大于186C的非可燃、無毒流體管道閥門劃成一類； 2、另一類為輸送壓力

4、小于等于1MPa且設(shè)計(jì)溫度為-29C186C的非可燃、無毒流體管道閥門。 對管道焊縫射線照相檢驗(yàn)，國標(biāo)GB50235-97將管道劃分為三種情況， 1、100%射線照相檢驗(yàn)，質(zhì)量不低于級。這類管道為： 1）輸送劇毒流體的管道；,2）輸送設(shè)計(jì)壓力大于等于10MPa或設(shè)計(jì)壓力大于等于4MPa的非可燃流體、無毒流體的管道； 3）輸送設(shè)計(jì)壓力大于等于10Mpa且設(shè)計(jì)溫度大于等于400C的非可燃流體、無毒流體管道； 4）設(shè)計(jì)溫度小于-29C的低溫管道。 2、焊縫可不進(jìn)行射線照相的管道 為輸送設(shè)計(jì)壓力小于等于1MPa且設(shè)計(jì)溫度小于400C的非可燃流體和有毒流體管道 3、焊縫射線照相檢驗(yàn)抽檢比例不低于5%，質(zhì)

5、量不低于級的管道 除上述兩類管道以外的管道。,關(guān)于泄漏性試驗(yàn)： GB50235-97規(guī)定輸送劇毒流體、有毒流體、可燃流體的管道必須經(jīng)行泄漏性試驗(yàn)。泄漏性試驗(yàn)，三類管道均為一類。,2）石油化工管道分級,3）國標(biāo)工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范的管道分級,輸送5類流體的管道類別分別與流體類別對應(yīng),4）壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定中管道分級,檢查規(guī)定中壓力管道按其用途分為： 長輸管道，為GA類，級別：GA1級、GA2級，指產(chǎn)地、儲存庫、用戶間的用于輸送商品介質(zhì)的管道； 公用管道，為GB類，級別：GB1級和GB2級，包括燃?xì)夤艿篮蜔崃艿溃?工業(yè)管道，為GC類。 工業(yè)管道（GC類）分級表如下：,GB5044-職業(yè)性

6、接觸毒物危害程度分級 GB50160-石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范,GB5044中常見有毒介質(zhì)表,GB50160中可燃性氣體火災(zāi)危險性分類舉例,2、美國國家壓力管道標(biāo)準(zhǔn)的管道分級 ASME壓力管道規(guī)范（ANSI/ASME B31）包括若干部分，每一部分都是一個美國國家標(biāo)準(zhǔn)，如：B31.1-動力管道； B31.3-化工廠和石油煉制廠管道； B31.4-液體石油輸送管道系統(tǒng)； B31.5-冷凍管道； B31.8-氣體傳送和分配管道系統(tǒng)。 B31.3已經(jīng)得到全世界的公認(rèn)，成為石油化工廠壓力管道設(shè)計(jì)普遍遵循的規(guī)范。 B31.3根據(jù)介質(zhì)的安全性、對人體的危害程度和設(shè)計(jì)條件（壓力、溫度）等因素將流體分為M類、

7、D類、一般流體類（介于M類和D類之間的流體）。,M類流體-劇毒流體：極少泄露即會造成嚴(yán)重的即使馬上進(jìn)行治療也難以治愈的傷害 D類流體-設(shè)計(jì)壓力不超過1.05MPa，設(shè)計(jì)溫度在-19186C之間的不易燃、無毒、對人體無害的流體 一般流體-除M、D類以外的流體，該類管道指除M、D類以外的所有工藝和公用工程管道， 但 不包括加熱爐、熱交換器、容器和機(jī)組的內(nèi)部管道。,2 管道的設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度,管道設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、管道輸送介質(zhì)-管道工程設(shè)計(jì)的重要參數(shù) 設(shè)計(jì)壓力-管道設(shè)計(jì)規(guī)范均有各自規(guī)定 國標(biāo)工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定設(shè)計(jì)壓力按下列要求確定： 一條管道的設(shè)計(jì)壓力（表壓），不應(yīng)小于運(yùn)行中遇到的可能內(nèi)壓

8、或外壓與溫度相耦合時最嚴(yán)重條件下的壓力。 最嚴(yán)重條件就是強(qiáng)度計(jì)算時管道組成件需要最大厚度及最高公稱壓力時的參數(shù)。,中國石化總公司石油化工企業(yè)管道設(shè)計(jì)器材選用通則（SH 3059-94）規(guī)定管道組成件的設(shè)計(jì)壓力，不低于正常操作過程中，由內(nèi)壓或外壓與溫度構(gòu)成的最苛刻條件下的壓力。 最苛刻條件是導(dǎo)致管道組成件最大壁厚或最高壓力等級的條件。與設(shè)備或容器連接的管道，其設(shè)計(jì)壓力應(yīng)不低于所連接設(shè)備或容器的設(shè)計(jì)壓力，并應(yīng)符合以下要求：管道系統(tǒng)無安全泄壓裝置時，設(shè)計(jì)壓力不應(yīng)低于壓力源可能引起的最高壓力與靜液柱壓力之和，裝有安全泄壓裝置時，則不應(yīng)低于安全泄壓裝置的設(shè)定壓力與靜液柱壓力之和。離心泵排出管道的設(shè)計(jì)壓力

9、取以下兩項(xiàng)中的較大值，取離心泵的正常吸入壓力加泵進(jìn)出口額定壓差的1.2倍或離心泵最大吸人壓力加泵進(jìn)出口的額定壓差。真空系統(tǒng)管道的設(shè)汁壓力為0.1MPa外壓。,ANSI/ASME B313定義的設(shè)計(jì)壓力為：一條管道的設(shè)計(jì)壓力不應(yīng)小于在操作中可能遇到的內(nèi)壓或外壓與溫度相偶合時的最嚴(yán)重情況下的壓力，最嚴(yán)重情況是導(dǎo)致組成件需要最大厚度和最高參數(shù)時的情況。 總之設(shè)計(jì)壓力是導(dǎo)致管道組成件最大厚度和最高壓力等級的壓力，根據(jù)各根管道的具體條件確定。,設(shè)計(jì)溫度 管道的設(shè)計(jì)溫度系指正常操作過程中，由壓力和溫度構(gòu)成的最苛刻條件下的材料溫度。各管道規(guī)范設(shè)計(jì)溫度取法并不完全一致。 ANSI/ASME B313將管道分成

10、三種情況分別確定其設(shè)計(jì)溫度，對于不保溫管道，流體溫度低于38C時，金屬溫度與流體溫度相同，38C及其以上溫度，除非通過試驗(yàn)或傳熱計(jì)算有較低的平均壁溫外組成件金屬溫度不應(yīng)低于以下數(shù)值：閥門、管于、翻邊短節(jié)、焊接管件和其它壁厚與管子相近組成件的金屬溫度為流體溫度的95；帶法蘭管件和法蘭溫度為流體溫度的90(松套法蘭為85)；螺栓連接件的溫度為流體溫度的80。對于外部保溫管道，除經(jīng)計(jì)算或試驗(yàn)或?qū)崪y所得可以使用其它溫度外，均以流體溫度為使用溫度，當(dāng)采用外伴熱或夾套時應(yīng)考慮這種加熱影響，對于內(nèi)部保溫管道，金屬溫度根據(jù)伴熱計(jì)算或試驗(yàn)確定。,SH3059-94設(shè)計(jì)溫度的確定與ANSI/ASME B31.3比

11、較一致，但更具體。 國標(biāo)工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)溫度的確定與B313和SH3059有以下不同點(diǎn)。一是對于0C以下的管道，設(shè)計(jì)溫度取管道材料可能達(dá)到的最低溫度，包括流體及環(huán)境溫度影響可達(dá)到的最低溫度；二是對于外伴熱或夾套管道，應(yīng)以外加熱和管內(nèi)流體溫度中的較高溫度為設(shè)計(jì)溫度；三是對不保溫管道上述38的界限改為65；四是國標(biāo)規(guī)定對于非金屬材料襯里的保溫管道，其設(shè)計(jì)溫度取流體的最高工作溫度，不保溫時，外層金屬溫度通過傳熱計(jì)算或試驗(yàn)決定。而SH3059規(guī)定帶襯里或內(nèi)隔熱層管道的設(shè)計(jì)溫度均經(jīng)計(jì)算或?qū)崪y確定。,設(shè)計(jì)溫度與設(shè)計(jì)壓力一樣是管道工程設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，是管道選材的依據(jù)之一，正確確定設(shè)計(jì)溫度，才能保證管

12、道安全運(yùn)行，又不致造成浪費(fèi)。,3 公稱壓力、壓力-溫度等級,公稱壓力-為管子、管件、閥門等在規(guī)定溫度下允許承受的以壓力等級表示的工作壓力。 符號：PN 單位：MPa，bar（公制） psi（英制Pounds per square inch ） 1磅/平方英寸 ， 1psi=6.89kpa 1 bar= 14.56 psi= 0.1MPa,公稱壓力一般表示管道法蘭或法蘭連接的其他管道組成件在某一基準(zhǔn)溫度下的最大許用工作壓力，由于公稱壓力中的某一基準(zhǔn)溫度在公制中為一個較低的溫度或常溫，因而在較高溫度時的許用工作壓力小于該公稱壓力值，而在英制中這一基準(zhǔn)溫度為一較高溫度，低于此基準(zhǔn)溫度時的許用工作壓力

13、可大于其公稱壓力值。為此公制與英制的對應(yīng)關(guān)系不能用簡單的單位換算來被此替換。例如英制CLASS300psi對應(yīng)的公制公稱壓力為PN5.0MPa，而不是300 x 6.8948x0.0012.07MPa。,管道操作條件繁多，管道上的法蘭如以使用條件逐個計(jì)算，不僅工作量大，而且法蘭的連接及其互換性均成問題，因此各國都?xì)w并成若干個公稱壓力等級、使法蘭標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，簡化了品種又增加了互換性。 各國公稱壓力分級及國內(nèi)公稱壓力分級見表,應(yīng)優(yōu)先選用表中不帶括弧的壓力等級； 以前用過64這個數(shù)，63和64可以互換。,壓力-溫度等級 管道組成件允許的工作壓力與工作溫度有關(guān)，對同一材料而言，工作壓力一般均隨溫度

14、的升高而降低。各種管道組成件的壓力一溫度等級的確定有以下兩種情況。 1）以公稱壓力分級的管道組成件 這類管道組成件的壓力一溫度關(guān)系大多可在相應(yīng)的法蘭標(biāo)準(zhǔn)中直接查得。對于只標(biāo)明公稱壓力的組成件，除非另有規(guī)定，在設(shè)計(jì)溫度下的許用壓力可按下列公式計(jì)算。,2）沒有以公稱壓力分級的組成件 此類組成件如管子、管件，其壓力一溫度參數(shù)值可用設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力及組成件的有效厚度(名義厚度減去所有厚度附加量)計(jì)算確定。,4 公稱直徑、外徑和壁厚系列,公稱直徑 為簡化管道組成件的連接尺寸，便于生產(chǎn)和選用，工程上對管道直徑進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化分級，以“公稱直徑”表示， 公稱直徑的符號為DN， 公制單位為mm，英制單位為

15、in 公稱直徑為表征管子、管件、閥門等口徑的名義內(nèi)直徑，其實(shí)際數(shù)值與內(nèi)徑并不完全相同，我國以前用的鋼管公稱直徑數(shù)值一班與鋼管實(shí)際內(nèi)徑比較接近，而ANSI鋼管的公稱直徑數(shù)值，DN12時與內(nèi)徑比較接近，當(dāng)DN14時公稱直徑的數(shù)值為鋼管外徑或與外徑相接近，因此同樣公稱直徑的管道組成件并不意味能完全匹配連接。 ,公稱直徑分級國內(nèi)外基本相同，見表,外經(jīng)系列 鋼管是按外徑和壁厚系列組織生產(chǎn)的。目前世界各國均有各自的鋼管標(biāo)準(zhǔn)，鋼管尺寸并不統(tǒng)一。因此，公稱直徑相同的鋼管，往往會有不同的外徑。國內(nèi)外主要的外徑系列見下表,壁厚系列 管子和管件除了以公稱直徑分級外，還以管壁厚度分級，目前常用的分級方法主要有下述幾種

16、： 1）以管子表號（Sch）表示的壁厚系列 這是美國ANSI B36.10標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的，適用于焊接鋼管和無縫鋼管。 管子表號Sch是設(shè)計(jì)壓力與設(shè)計(jì)溫度下材料許用應(yīng)力的比值乘以1000，并經(jīng)圓整的數(shù)值。,即： 管子表號并非壁厚值，但與壁厚有直接關(guān)系，同一直徑管子，每種表號均有相對應(yīng)的壁厚值，而同樣表號對不同直徑的管子，其壁厚值各自不同,利用表號可以算得該管子在某設(shè)計(jì)溫度下所能適應(yīng)的設(shè)計(jì)壓力，即： 從公式可以看出，同一材料、同樣溫度、表號相同的管子所能適應(yīng)的設(shè)計(jì)壓力是相同的。,以管子表號表示的壁厚系列是目前管道工程中使用最多的。管子表號所對應(yīng)的具體壁厚各國均有各自的規(guī)定值，不完全相同，但比較接近。

17、GB12459鋼制對焊管件分為Sch 5s、10s、20s、20、30、40、60、80、100、120、140、160。 GB/T13401-92鋼板制對焊管件分級為Sch 5s、10s、20s、40和80。 石化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定無縫鋼管表號為 5s、10s、20s、20、30、40s、40、60、80s、80、100、120、140、160和XXS。 無縫鋼管和焊接鋼管在不同設(shè)計(jì)溫度和設(shè)計(jì)壓力下的表號確定圖如下：,2）以管子重量表示的壁厚系列 美國規(guī)定以重量表示壁厚分為： 標(biāo)準(zhǔn)重量管，以STD表示 加厚管，以XS表示 特厚管，以XXS表示 以重量表示的壁厚等級和以管子表號表示的壁厚系列在一定直徑范圍互相對應(yīng)，如DN200管子，STD的壁厚值與Sch40和Sch40s完全一樣；DN150管子，XS的壁厚值與Sch80和Sch80s完全相同。,我國GB/T3092低壓流體輸送用焊接鋼管和GB/T3091鍍鋅焊接鋼管將鋼管分成普通與加厚兩種。GB/T13401鋼板制對焊管件分成LG薄壁壁厚；STD標(biāo)準(zhǔn)壁厚和XS加厚壁厚三種。 3）其它壁厚表示法 我國焊接鋼管（包括螺旋縫和上述低壓流體輸送用焊接鋼管）的壁厚直接用厚度值表示，這類鋼管規(guī)格表示法為 外徑厚度。日本JIS標(biāo)準(zhǔn)的SGP和STPY焊接鋼管也只規(guī)定實(shí)際厚度系列。,5 管材許