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(chēng)：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(jī)：平時(shí)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(mén)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(mén)和其它機(jī)械設(shè)備連接在一起，并通過(guò)吊架、支承予以適當(dāng)?shù)刂螘r(shí)，才稱(chēng)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(jí)別、類(lèi)別 二、管道的設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度 三、公稱(chēng)壓力和壓力-溫度等級(jí) 四、公稱(chēng)直徑、外徑和壁厚系列 五、管材許用應(yīng)力,一、管道級(jí)別、類(lèi)別,1、我國(guó)工業(yè)管道的分類(lèi)、分類(lèi) 1）按國(guó)標(biāo)規(guī)定的施工驗(yàn)收要求分類(lèi)、分級(jí) 2）石油化工管道分級(jí) 3）國(guó)標(biāo)工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范的管道分級(jí) 4）壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定中管道分級(jí) 2、美國(guó)國(guó)家壓力管道標(biāo)準(zhǔn)的管道分級(jí),一、管道類(lèi)別、級(jí)別,1、我國(guó)工業(yè)管道的分類(lèi)、分級(jí) 1）按國(guó)標(biāo)規(guī)定的施工驗(yàn)收要求分類(lèi)、分級(jí) 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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 國(guó)標(biāo)GB50235-9

3、7沒(méi)有將管道具體分類(lèi)或分級(jí),但對(duì)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(jí)中級(jí)危害程度毒物； 有毒流體-相當(dāng)于GB5044-85中級(jí)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(guó)標(biāo)GB50235-97對(duì)輸送上述流體管道規(guī)定了不 同檢驗(yàn)和施工要求。,對(duì)管道組成件，如閥門(mén)試驗(yàn)，劃分成兩類(lèi)閥門(mén)： 1、國(guó)標(biāo)GB50235-97將輸送劇毒、有毒及可燃流體閥門(mén)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(wú)毒流體管道閥門(mén)劃成一類(lèi)； 2、另一類(lèi)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(wú)毒流體管道閥門(mén)。 對(duì)管道焊縫射線照相檢驗(yàn)，國(guó)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(jí)。這類(lèi)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(wú)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(wú)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(jí)的管道 除上述兩類(lèi)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(lèi)管道均為一類(lèi)。,2）石油化工管道分級(jí),3）國(guó)標(biāo)工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范的管道分級(jí),輸送5類(lèi)流體的管道類(lèi)別分別與流體類(lèi)別對(duì)應(yīng),4）壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定中管道分級(jí),檢查規(guī)定中壓力管道按其用途分為： 長(zhǎng)輸管道，為GA類(lèi)，級(jí)別：GA1級(jí)、GA2級(jí)，指產(chǎn)地、儲(chǔ)存庫(kù)、用戶(hù)間的用于輸送商品介質(zhì)的管道； 公用管道，為GB類(lèi)，級(jí)別：GB1級(jí)和GB2級(jí)，包括燃?xì)夤艿篮蜔崃艿溃?工業(yè)管道，為GC類(lèi)。 工業(yè)管道（GC類(lèi)）分級(jí)表如下：,GB5044-職業(yè)性

6、接觸毒物危害程度分級(jí) GB50160-石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范,GB5044中常見(jiàn)有毒介質(zhì)表,GB50160中可燃性氣體火災(zāi)危險(xiǎn)性分類(lèi)舉例,2、美國(guó)國(guó)家壓力管道標(biāo)準(zhǔn)的管道分級(jí) 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(gè)美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，如：B31.1-動(dòng)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(duì)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(lèi)、

7、D類(lèi)、一般流體類(lèi)（介于M類(lèi)和D類(lèi)之間的流體）。,M類(lèi)流體-劇毒流體：極少泄露即會(huì)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(lèi)流體-設(shè)計(jì)壓力不超過(guò)1.05MPa，設(shè)計(jì)溫度在-19186C之間的不易燃、無(wú)毒、對(duì)人體無(wú)害的流體 一般流體-除M、D類(lèi)以外的流體，該類(lèi)管道指除M、D類(lèi)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(guó)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(shí)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(shí)管道組成件需要最大厚度及最高公稱(chēng)壓力時(shí)的參數(shù)。,中國(guó)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(guò)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(jí)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(wú)安全泄壓裝置時(shí)，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(shí)，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(shí)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(shí)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(jí)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(guò)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(duì)于不保溫管道，流體溫度低于38C時(shí)，金屬溫度與流體溫度相同，38C及其以上溫度，除非通過(guò)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(mén)、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(duì)于外部保溫管道，除經(jīng)計(jì)算或試驗(yàn)或?qū)崪y(cè)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(shí)應(yīng)考慮這種加熱影響，對(duì)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(guó)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(duì)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(duì)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(duì)不保溫管道上述38的界限改為65；四是國(guó)標(biāo)規(guī)定對(duì)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(shí)，外層金屬溫度通過(guò)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(cè)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(chēng)壓力、壓力-溫度等級(jí),公稱(chēng)壓力-為管子、管件、閥門(mén)等在規(guī)定溫度下允許承受的以壓力等級(jí)表示的工作壓力。 符號(hào)：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(chēng)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(chēng)壓力中的某一基準(zhǔn)溫度在公制中為一個(gè)較低的溫度或常溫，因而在較高溫度時(shí)的許用工作壓力小于該公稱(chēng)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(shí)的許用工作壓力

13、可大于其公稱(chēng)壓力值。為此公制與英制的對(duì)應(yīng)關(guān)系不能用簡(jiǎn)單的單位換算來(lái)被此替換。例如英制CLASS300psi對(duì)應(yīng)的公制公稱(chēng)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(gè)計(jì)算，不僅工作量大，而且法蘭的連接及其互換性均成問(wèn)題，因此各國(guó)都?xì)w并成若干個(gè)公稱(chēng)壓力等級(jí)、使法蘭標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，簡(jiǎn)化了品種又增加了互換性。 各國(guó)公稱(chēng)壓力分級(jí)及國(guó)內(nèi)公稱(chēng)壓力分級(jí)見(jiàn)表,應(yīng)優(yōu)先選用表中不帶括弧的壓力等級(jí)； 以前用過(guò)64這個(gè)數(shù)，63和64可以互換。,壓力-溫度等級(jí) 管道組成件允許的工作壓力與工作溫度有關(guān)，對(duì)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(jí)的確定有以下兩種情況。 1）以公稱(chēng)壓力分級(jí)的管道組成件 這類(lèi)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(duì)于只標(biāo)明公稱(chēng)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(méi)有以公稱(chēng)壓力分級(jí)的組成件 此類(lèi)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(chēng)直徑、外徑和壁厚系列,公稱(chēng)直徑 為簡(jiǎn)化管道組成件的連接尺寸，便于生產(chǎn)和選用，工程上對(duì)管道直徑進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化分級(jí)，以“公稱(chēng)直徑”表示， 公稱(chēng)直徑的符號(hào)為DN， 公制單位為mm，英制單位為

15、in 公稱(chēng)直徑為表征管子、管件、閥門(mén)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(guó)以前用的鋼管公稱(chēng)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(chēng)直徑數(shù)值，DN12時(shí)與內(nèi)徑比較接近，當(dāng)DN14時(shí)公稱(chēng)直徑的數(shù)值為鋼管外徑或與外徑相接近，因此同樣公稱(chēng)直徑的管道組成件并不意味能完全匹配連接。 ,公稱(chēng)直徑分級(jí)國(guó)內(nèi)外基本相同，見(jiàn)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(guó)均有各自的鋼管標(biāo)準(zhǔn)，鋼管尺寸并不統(tǒng)一。因此，公稱(chēng)直徑相同的鋼管，往往會(huì)有不同的外徑。國(guó)內(nèi)外主要的外徑系列見(jiàn)下表,壁厚系列 管子和管件除了以公稱(chēng)直徑分級(jí)外，還以管壁厚度分級(jí)，目前常用的分級(jí)方法主要有下述幾種

16、： 1）以管子表號(hào)（Sch）表示的壁厚系列 這是美國(guó)ANSI B36.10標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的，適用于焊接鋼管和無(wú)縫鋼管。 管子表號(hào)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(hào)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(hào)均有相對(duì)應(yīng)的壁厚值，而同樣表號(hào)對(duì)不同直徑的管子，其壁厚值各自不同,利用表號(hào)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(hào)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(hào)表示的壁厚系列是目前管道工程中使用最多的。管子表號(hào)所對(duì)應(yīng)的具體壁厚各國(guó)均有各自的規(guī)定值，不完全相同，但比較接近。

17、GB12459鋼制對(duì)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(duì)焊管件分級(jí)為Sch 5s、10s、20s、40和80。 石化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定無(wú)縫鋼管表號(hào)為 5s、10s、20s、20、30、40s、40、60、80s、80、100、120、140、160和XXS。 無(wú)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(hào)確定圖如下：,2）以管子重量表示的壁厚系列 美國(guó)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(jí)和以管子表號(hào)表示的壁厚系列在一定直徑范圍互相對(duì)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(guó)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(duì)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(guó)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(lèi)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