化工壓力管道設計范本.ppt

1、課程學習規(guī)劃,課程名稱：化工壓力管道設計 Chemical Pressure Pipeline Design 授課次數(shù)：16次 性質：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荷的物件等組成的輸送介質或傳遞壓力的通道。 管道系統(tǒng)：當管段與管件、閥門和其它機械設備連接在一起，并通過吊架、支承予以適當?shù)刂螘r，才稱之為管道系統(tǒng)。,第1部分：管道設計基礎,第1章

2、管道概論,第1章 管道概論,一、管道級別、類別 二、管道的設計壓力和設計溫度 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）按國標規(guī)定的施工驗收要求分類、分級 2）石油化工管道分級 3）國標工業(yè)金屬管道設計規(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準的管道分級,一、管道類別、級別,1、我國工業(yè)管道的分類、分級 1）按國標規(guī)定的施工驗收要求分類、分級 1997.10.5建設部批準工業(yè)金屬管道工程施工及驗收規(guī)范（GB50235-97）為強制性國家標準。 國標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)操作條件下可以點燃和連 續(xù)燃燒的氣體或可以氣化的液體。 國標GB50235-97對輸送上述流體管道規(guī)定了不 同檢驗和施工要求。,對管道組成件，如閥門試驗，劃分成兩類閥門： 1、國標GB50235-97將輸送劇毒、有毒及可燃流體閥門和 輸送設計壓力大于1MPa或設計壓力小于等于1MPa且設計溫度小于-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且設計溫度為-29C186C的非可燃、無毒流體管道閥門。 對管道焊縫射線照相檢驗，國標GB50235-97將管道劃分為三種情況， 1、100%射線照相檢驗，質量不低于級。這類管道為： 1）輸送劇毒流體的管道；,2）輸送設計壓力大于等于10MPa或設計壓力大于等于4MPa的非可燃流體、無毒流體的管道； 3）輸送設計壓力大于等于10Mpa且設計溫度大于等于400C的非可燃流體、無毒流體管道； 4）設計溫度小于-29C的低溫管道。 2、焊縫可不進行射線照相的管道 為輸送設計壓力小于等于1MPa且設計溫度小于400C的非可燃流體和有毒流體管道 3、焊縫射線照相檢驗抽檢比例不低于5%，質

5、量不低于級的管道 除上述兩類管道以外的管道。,關于泄漏性試驗： 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。泄漏性試驗，三類管道均為一類。,2）石油化工管道分級,3）國標工業(yè)金屬管道設計規(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,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的管道； 公用管道，為GB類，級別：GB1級和GB2級，包括燃氣管道和熱力管道； 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)設計防火規(guī)范,GB5044中常見有毒介質表,GB50160中可燃性氣體火災危險性分類舉例,2、美國國家壓力管道標準的管道分級 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準，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，成為石油化工廠壓力管道設計普遍遵循的規(guī)范。 B31.3根據(jù)介質的安全性、對人體的危害程度和設計條件（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重的即使馬上進行治療也難以治愈的傷害 D類流體-設計壓力不超過1.05MPa，設計溫度在-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、容器和機組的內(nèi)部管道。,2 管道的設計壓力和設計溫度,管道設計壓力、設計溫度、管道輸送介質-管道工程設計的重要參數(shù) 設計壓力-管道設計規(guī)范均有各自規(guī)定 國標工業(yè)金屬管道設計規(guī)范規(guī)定設計壓力按下列要求確定： 一條管道的設計壓力（表壓），不應小于運行中遇到的可能內(nèi)壓

8、或外壓與溫度相耦合時最嚴重條件下的壓力。 最嚴重條件就是強度計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)管道設計器材選用通則（SH 3059-94）規(guī)定管道組成件的設計壓力，不低于正常操作過程中，由內(nèi)壓或外壓與溫度構成的最苛刻條件下的壓力。 最苛刻條件是導致管道組成件最大壁厚或最高壓力等級的條件。與設備或容器連接的管道，其設計壓力應不低于所連接設備或容器的設計壓力，并應符合以下要求：管道系統(tǒng)無安全泄壓裝置時，設計壓力不應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，則不應低于安全泄壓裝置的設定壓力與靜液柱壓力之和。離心泵排出管道的設計壓力

9、取以下兩項中的較大值，取離心泵的正常吸入壓力加泵進出口額定壓差的1.2倍或離心泵最大吸人壓力加泵進出口的額定壓差。真空系統(tǒng)管道的設汁壓力為0.1MPa外壓。,ANSI/ASME B313定義的設計壓力為：一條管道的設計壓力不應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重情況下的壓力，最嚴重情況是導致組成件需要最大厚度和最高參數(shù)時的情況。 總之設計壓力是導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。,設計溫度 管道的設計溫度系指正常操作過程中，由壓力和溫度構成的最苛刻條件下的材料溫度。各管道規(guī)范設計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計溫度，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，除非通過試驗或傳熱計算有較低的平均壁溫外組成件金屬溫度不應低于以下數(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)計算或試驗或實測所得可以使用其它溫度外，均以流體溫度為使用溫度，當采用外伴熱或夾套時應考慮這種加熱影響，對于內(nèi)部保溫管道，金屬溫度根據(jù)伴熱計算或試驗確定。,SH3059-94設計溫度的確定與ANSI/ASME B31.3比

11、較一致，但更具體。 國標工業(yè)金屬管道設計規(guī)范設計溫度的確定與B313和SH3059有以下不同點。一是對于0C以下的管道，設計溫度取管道材料可能達到的最低溫度，包括流體及環(huán)境溫度影響可達到的最低溫度；二是對于外伴熱或夾套管道，應以外加熱和管內(nèi)流體溫度中的較高溫度為設計溫度；三是對不保溫管道上述38的界限改為65；四是國標規(guī)定對于非金屬材料襯里的保溫管道，其設計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算或試驗決定。而SH3059規(guī)定帶襯里或內(nèi)隔熱層管道的設計溫度均經(jīng)計算或實測確定。,設計溫度與設計壓力一樣是管道工程設計的重要參數(shù)，是管道選材的依據(jù)之一，正確確定設計溫度，才能保證管

12、道安全運行，又不致造成浪費。,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溫度下的最大許用工作壓力，由于公稱壓力中的某一基準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溫度為一較高溫度，低于此基準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關系不能用簡單的單位換算來被此替換。例如英制CLASS300psi對應的公制公稱壓力為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，因此各國都歸并成若干個公稱壓力等級、使法蘭標準化、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，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系大多可在相應的法蘭標準中直接查得。對于只標明公稱壓力的組成件，除非另有規(guī)定，在設計溫度下的許用壓力可按下列公式計算。,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)值可用設計溫度下材料的許用應力及組成件的有效厚度(名義厚度減去所有厚度附加量)計算確定。,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行了標準化分級，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準，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標準規(guī)定的，適用于焊接鋼管和無縫鋼管。 管子表號Sch是設計壓力與設計溫度下材料許用應力的比值乘以1000，并經(jīng)圓整的數(shù)值。,即： 管子表號并非壁厚值，但與壁厚有直接關系，同一直徑管子，每種表號均有相對應的壁厚值，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計溫度下所能適應的設計壓力，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的設計壓力是相同的。,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。 石化標準規(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計溫度和設計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： 標準重量管，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，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標準壁厚和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標準的SGP和STPY焊接鋼管也只規(guī)定實際厚度系列。,5 管材許