压力管道考核培训班讲座－压力管道设计基础

压力管道设计基础

（压力管道考核培训班专题讲座）

XXXXX过程装备研究所XXXXX

1概述

1.1设计资格

压力管道的安全涉及设计、制造、安装、检验、使用、修理等多个环节,

其中设计是“优生”的基础，是能否确保压力管道安全运行的最重要一环。

为此必须把好设计关，对设计单位进行资格认证，是确保压力管道设计质

量的重要措施。2002年8月14日国家质量监督检验检疫局总局颁布实施

《压力容器压力管道设计单位资格许可与管理规则》，对压力管道按危险程

度分成3类6个级别。

类另级另U备注

长输管道GA1国家质检检总局

(GA)GA2批准、发证

公用管道GB1省质量技术监督局

(GB)GB2批准、发证

工业管道GC1国家局批准、发证

(GC)GC2省局批准、发证

1.2设计程序和主要内容

在我国，工程设计一般分两步进行，首先根据已批准的项目建议书和可

行性研究报告（设计前期工作）进行初步设计。初步设计经上级主管部门

组织审查、批准后再进行施工图设计。设计主要内容如下：

1.工艺计算

包括物料衡算、热量衡算和水力计算等；按照物料的流量及该

物料允许的流速确定管径、管长。

2.管道材料选择

按照不同介质的物理化学性质、压力等级、工作温度等因数确

定管子的材料和阀门、法兰等管道附件，初估材料数量。

3.管线的结构设计

包括管线器材的选用（阀门、法兰、管件、补偿器、支吊架）

及隔热、伴热设计。

4.管道的强度计算

包括静载计算（压力、重力）、动载计算（风载、地震）、振动

计算、热应力计算。

5.安全装置设计

包括安全阀、爆破片、阻火器。

6.绘制草图和施工图

绘制流程图（系统图）、平面布置图、立面布置图、管段图（空

视图）、管件图、管架图等。

7.编制设计说明书

编制管道安装一览表、综合材料表、油漆保温一览表等。

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会签，确保设计的质量。

1.3标准规范

压力管道的初步设计和施工图设计，都必须按先行标准和规范设计。

原劳动部《压力管道安全管理与监察规定》（1996）

国家质检总局《压力容器压力管道设计单位资格许可与管理规则》

GB50316-2000《工业金属管道设计规范》

GB50028-2002《城镇燃气设计规范》

GB5001-1991《石油化工企业设计规范》

GB50251-1994《输气管道工程设计规范》

GB50253-1994《输油管道工程设计规范》

HGJ8-87-1994《化工管道设计规范》

SH3054-1993《石油化工企业管道综合设计规范》

GB50160-1992《石油化工企业设计防火规范》

GBJ16-1994《建筑设计防火规范》

GB50058-1992《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》

GB50264-1997《工业设备及管道绝热工程设计规范》

HG/T20549-1998《化工装置管道布置设计规定》

SHJ40-1991《石油化工企业蒸气伴热管及夹套管设计规范》

HG/T20670-2000《化工、石油化工管架、管墩设计规定》

GB50235-1997《工业金属管道工程施工及验收规范》

GB50236-1998《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》

HG20225-1995《化工金属管道工程施工及验收规范》

SH3501-2002《石油化工剧毒、可燃介质管道工程施工及验收规范》

JB4730-1994《压力容器无损检测》

GB3323-1987《钢熔化焊对接接头射线照相利质量分级》

GB11345-1987《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》

GB/T8163-1999《输送流体用无缝钢管》

GB9948-1988《石油裂化用无缝钢管》

GB/T12771-1991《输送流体用不锈钢焊接钢管》

GB/T14976-1994《输送流体用不锈钢无缝钢管》

GB9112-9123-1988《钢制管法兰》

JB/T74-90-1994《管路法兰及垫片》

HG20592-20635-1997《钢制管法兰、垫片、紧固件》

GB/T17116-1997《管道支吊架》

GB/T12777-1997《金属波纹管膨胀节》

在进行某个特殊介质的压力管道设计时，除了按一般通用的标准、规范

进行设计外，还要参照该产品的设计规范。如在进行氧气管道设计时，必

须符合《氧气站设计规范》要求；进行乙快气管道设计时，必须符合《乙

快站设计规范》要求。

各种管道组件都有标准，设计中尽量执行各种现行标准。

总之，压力管道的设计，必须确保安全，必须由有设计资格的单位按有

关标准规范进行设计。以免造成重大的经济损失和人员伤亡。

2压力管道总体布置(设计)及安全规程

2.1压力管道总体设计的基本原则

压力管道的设计可分为干线压力管道设计和装置内压力管道设计;设计

中应考虑到以下几个方面：

(1)满足工艺要求、材料、结构形式、柔性、抗振能力、各种组件、附

件等适当组合，全面达到生产要求；

(2)管道设计要为安装施工、操作管理、维护检修提供方便，保证足够

的空间；

(3)满足防火、防爆等安全规范的要求，创造安全运行环境；

(4)管道走向合理，避免不必要的往返和转折，使总体设计经济合理；

(5)管道排列规范、美观，框架、管廊立柱对齐、纵横成行，管道横平

竖直，不在特殊需要的情况下不用歪斜管道布置方式。

2.2管道总体设计及安全规程

1)一般要求

管道设计要与装置全部设计统一考虑，必须符合管道仪表流程图，要

有适当的支撑，保证足够的强度，对工作温度较高的管道要作柔性分析、

有激振源的管道要作动力分析，使管道既有足够的强度，又能吸收热膨胀

位移又有良好的抗振性。在经常出现飓风或地震分区级别高的地区还要考

虑抵御风载和地震载荷的能力。

管道的敷设主要有架空和埋地两种类型，在选择何种敷设时可根据具体

情况确定，化工和石油化工企业的工业管道大都采用架空敷设，便于施工、

操作、检查、维修，也较为经济，大中型装置的架空管道都用管廊、管架

和管墩成排敷设。对于分散的管道可用支吊架。长输管道一般采用埋地敷

设，它利用了地下空间。缺点是有腐蚀，检查和维修困难，尤其是需排液

的管道，困难更大。工业管道地下敷设的较少，就是地下敷设也大都用管

沟，而不是直接敷设在地下。

2)防火安全设计

当管道敷设在管廊上时，为充分利用空间，一般机泵就置于管廊下，

管廊的上面放置引风机，管廊的两侧是主体设备。管廊与它们要保持一定

的距离，这个距离要满足有关防火的规范标准。涉及的问题是：装置中的

物质火灾危险性如何？防火要求如何？与其设备的防火间距应多大？材

料的耐火等级与耐火保护如何？这些问题在GB5001-91《石油化工企业设

计规范》中都有详细而明确的规定。

据统计石油化工企业装置内，发生火灾后的持续时间多数在lh左右，

所以必须加耐火保护层。标准规定耐火层的耐火极限不应低于1.5ho

3)防爆安全设计

一般产生爆炸必须具备三个条件：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，其浓度达到爆炸极限；③存在足以点燃爆

炸性混合物的火花或高温。

只要设法使这三个条件不同时出现，就基本可以防止出现爆炸。可通过

设法防止设备和管道泄漏、用惰性气体将易燃物质与空气隔离、联锁保护

等措施来达到。

在总体设计中还要设法限制和缩小危险区的范围。将不同等级的爆炸危

险区与非爆炸危险区隔开；采用露天布置和加强室内通风使爆炸危险物质

浓度低于爆炸极限，用测量报警装置监测爆炸危险物浓度。

4)其他安全设计

(1)输送易燃易爆介质的埋地管道需要穿越电缆沟，且管道温度又较高

时，必需采取隔热措施，以使外表面温度低于60℃。

(2)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不小

于2.2m；通行大型车辆的净高要留4.5m；跨越铁路的净高则不小于5.5m；

以免在车辆通行时撞到管道。万一出现意外事故有利于车辆出入。

(3)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

管廊的下面一般布置泵，这样可以有效利用空间，而且泵与管廊的距离

缩短节省管材。为便于泵安装、操作、检修，至少要有3.5m的净空高度，

在管廊下布置设备的还要增加管

廊下的净空高度。

管廊在道路上空穿越时，净空高度应为：装置内检修道不低于4.5m；

主干道和铁路不低于5.5m；管廊下的检修通道不低于3m。

3.压力管道常用管子材料选用原则

在进行压力管道设计时，管径经计算确定以后，就要选择管子的材料。

压力管道常用管子材料的使用是根据所输送介质的操作条件(如压力、温

度)及其在该条件下的介质特性决定的。

材料的正确选用是管道安全运行并经济合理的前提，管道材料的选用应

考虑如下因素：

3.1考虑优先选用的管材

在选用管子材料时，一般先考虑采用金属材料，金属材料不适用时，再

考虑非金属材料。金属材料优先选择钢制管材，后考虑选用有色金属材料。

钢制管材中，先考虑采用碳钢，不适用时再选用不锈钢。在考虑碳钢材料

时，先考虑焊接钢管，不适用时再选用无缝钢管。

3.2考虑介质压力的影响

输送介质的压力越高，管子的壁厚就越厚，对管子材料的要求一般也越

iRjo

(1).介质压力在L6MPa以上时，可选用无缝钢管或有色金属管子。

(2).压力很高时，如在合成氨、尿素和甲醇生产中，有的管子介质压力高

达32MPa,一般选用材料为20钢或15MnV的高压无缝钢管。

(3).真空设备上的管子及压力大于lOMPa时的氧气管子，一般采用铜和黄

铜管。

(4).介质压力在L6MPa以下时，可考虑采用焊接钢管、铸铁管或非金属

管子。但铸铁管子承受介质的压力不得大于LOMPa。非金属管子所能承受

的介质压力，与非金属材料品种有关，如硬聚氯乙烯管子，使用压力小于

或等于L6MPa；增强聚丙烯管子，使用压力小于或等于1.OMPa；ABS管子,

使用压力小于或等于0.6MPao

(5).对水管，当水的压力在LOMPa以下时，通常采用材料为Q235A的焊

接钢管；当水的压力大于2.5MPa时，一般采用材料为20钢的无缝钢管。

3.3考虑介质温度的影响

不同材料的管子，适用于不同的温度范围。表5.2

表5.2不同材料的管子，使用温度范围

材料牌号使用温度范围℃材料牌号使用温度范围℃

Q235AF0-250纯钛W350

Q235A0-350铝-268〜150

20R-20-475铜、黄铜-196〜200

20g-20-475纯铝W120

16MnR-14-475硬铝W140

16Mn-40〜475灰铸铁W250

0.5MoW520球墨铸铁W350

Crl8Ni9-196-700

3.4考虑介质化学性质的影响

介质化学性质的影响主要体现在腐蚀上，应予以高度重视。

(1).介质呈中性，一般对材料要求不高，可选用普通碳钢管；

(2).介质呈酸性或碱性，就要选择耐酸或耐碱的管材。

(3).输送水及水蒸汽，采用碳钢材料的管子。

3.5考虑管子本身功能的影响

有些管子除需具备输送介质的功能外，还要具有吸震的功能、吸收热胀

冷缩的功能，在工作状况下，能经常移动的功能。

3.6考虑压力降的影响

管子的材料初步选定以后,还要进行管道压力降的计算，确定管子内径。

通过压力降的计算，看选用的材料是否符合要求。特别在初步选用塑料管

子时，更要重视压力降的复核。

压力管道的计算，在工程设计中，一般要根据生产规模进行物料衡算、能量

衡算和设备计算，初步确定物料流量。并参照有关资料，假定一个物料流速，

计算出管子内径，查手册或标准，选用标准管子，通常选用的标准管子内径应

等于或略大于计算出的管子内径。再计算管道的压力降。利用下式可以对各

种情况进行计算：

Q=-D2•u(5—1)

4

式中：D——内径(m)；

Q——容积流量（m'/s）；

u----流速（m/s）

几种情况如下：

（1）已知容积流量，设定某一流速，计算出管子内径D；

（2）已知管子内径，并根据输送介质设定的管道流速，可计算容积流量Q

（3）已知容积流量和管子内径，计算流体在管子中的流速uo

根据容积流量和管子内径，计算出的物料流速应在允许的流速范围之内。

通常情况下，各种物料的流速范围可参照表5.3⑶o

表5.3物料一般流速范围

流体名称流速范围(m/s)

饱和蒸汽主管30〜40

支管20,〜30

低压蒸汽V1.0MPa（绝压）15-20

中压蒸汽1.0〜4.0MPa（绝压）20〜40

高压蒸汽4.0-12.OMPa（绝压）40〜60

过热蒸汽（主管）40〜60

（支管）35〜40

一般气体（常压）10〜20

高压乏气80〜100

蒸汽（加热蛇管）（入口管）30〜40

氧气0~0.05MPa（表压）5.0〜10

2.0~3.0MPa(表压)3.0-4.0

车间换气通风（主管）4.0〜15

（支管）2.0〜8.0

风管距风机最远处1.0~40

最近处8.0—12

真空管<10

真空蒸发器汽出口（低真空）50~60

（高真空）60〜70

废气低压20-30

高压80-100

自来水主管，0.3MPa(表压)1.5〜3.5

支管，0.3MPa(表压)1.0-1.5

蛇管冷却水<1

石棉水泥输水管①50〜250下限0.28~0.4

上限0.9〜1.5

0600—1000下限0.55〜0.6

上限2.2〜2.6

泥浆0.5〜0.7

油封式真空泵吸入口10-13

易燃易爆液体<1

流体在管道中流动，由于管道内径不是绝对光滑，不一定是等径，管道走向

也可能有弯曲、升降，加之管道中有阀门、法兰等管件，从而使流体在管道中

流动必然会产生压力降。

(1)管内摩擦压力降

-1521

AP(=6.506X10fLW/D'p(5-2)

式中：△P.一管内摩擦压力降(kPa)；

f—摩擦系数；

L一管路总长度(包括管子及附件)(m)；

W一气(液)体的重量流量(kg/h)；

P一气(液)体的密度(kg/m。。

(2)局部压力降

-72

△Pk=5.1X10Kpu/g(5-3)

式中：△尸卜一局部压力降(kPa)；

g一重力加速度；

K一局部阻力系数。

在工程上还常用当量长度计算法，将各种局部压力降折合为相当于直管长度

的压力降来计算。

(3)上升管静压压力降

6

APn=1.02X10-()(5-4)

式中：△尸H一上升管静压压力降(KPa)

H?、〃i一管段始端和终端的标高(m)

(4)加速度压力降

2

APv=5.1X10-7Pu/g(5-5)

式中：APv一加速度压力降(KPa)

(5)流体粘度引起的压力降

对于油类、因粘滞性产生的压力降用下式计算

2

△Pw=40.74LUQ/d(5-6)

式中：APv——流体粘度引起的压力降(kPa)；

〃——动力粘度(KPa・S)。

(6)总压力降:

△Pt=1.15(APr+APk+△PH+△FV+△(5-7)

式中：AP,一总压力降(kPa)；

1.15一考虑15%的裕量。

(7)总压力降确定以后，尚须注意以下两个问题：其一是系统的总压力降，

不能超过所选管道的额定压力；其二是泵或压缩机的出口压力必须超过系统的

总压力降，但不能超过所选管子及其附件的压力等级。

3.7常用管道的类型

•般用途及选用材料情况参见下表5.40

表5.4常用管道的类型、选材、一般用途一览表

管道类型选用材料一般用途

1无缝钢管

①中低压用普通碳素钢、优质碳素钢,输送对碳钢无腐蚀或腐蚀速度

低合金钢、合金结构钢很小的各种流体

②高压用20、15MnV等合成氨、尿素、甲醇生产中大量使用

③不锈钢ICrl8Ni9Ti等液碱、丁醛、丁醇、液氮、硝酸、硝

钱溶液的输送

2焊接钢管

①水煤气输送钢管Q235-A适用于输送水、压缩空气、煤气、

②螺旋缝电焊钢管Q235、16Mn等乏汽，冷凝水和采暖系统的管路

③不锈钢焊接钢管1Cr18Ni9Ti等

3金属软管

①钎焊不锈钢软管ICrl8Ni9Ti一般适用于输送带有腐蚀性气体

②P2型耐压软管低碳镀锌钢带一般输送中性的液体、气体及混合物

③P3型吸尘管低碳镀锌钢带一般用于通风、吸尘的管道

④PM1型耐压管低碳镀锌钢带一般用于输送中性液体

4有色金属

①铜管和黄铜管T2,T3.T4.TUP用于一般工业部门，机器和真空设备

TU1、TU2、H68、H62上的管路及压力小于1OMPa氧气管路

②铅及其合金管纯铅，Pb4、Pb5、Pb6,铅睇合金（硬铅），PbSb

4、PbSb6、PbSb8适用于化学、染料、制药及其它工业部门作耐酸材料

的管道，如输送15〜65%的硫酸、干或湿的二氧化硫、60%的氢氟酸、浓度

小于80%的醋酸、铅管的最高使用温度为200C,但温度高于140℃时，不宜

在压力下使用。

铝及其合金L2、L3、工业纯铝铝管用于输送脂肪酸、硫化氢及二氧化碳，

铝管最高使用温度200℃,温度高于160℃时，不宜在压力下使用，铝管还可

以用于输送浓硝酸、醋酸、蚁酸、硫的化合物及硫酸盐。不能用于盐酸、碱液,

特别是含氯离子的化合物。铝管不可用对铝有腐蚀的碳酸镁、含碱玻璃棉保温。

5纤维缠绕玻璃钢管

承插胶粘直管、对接直管和0型环承插连接直管玻璃钢一般用在公称压力

0.6~1.6MPa、公称直径大于50mm的管道上玻璃钢管K2玻璃钢KU低

压接触成型直管使用压力小于等于0.6MPa,长丝缠绕直管，使用压力小于等

于1.6MPa

6增强聚丙烯管聚丙烯具有轻质高强、耐腐蚀性好、致密性好，价格低

等特点。使用温度为120℃,使用压力为小于等于1.OMPa

7玻璃管增强聚氯乙烯复合管玻璃、聚氯乙烯一般用于公称直径15-4

00mm,PN小于等于1.6MPa的管道上

4压力管道常用阀门的选用

4.1常用阀门的选用原则

'1）闸阀

闸阀的密封性能较截止阀好，流体阻力小，具有一定的调节性能。明杆

式尚可根据阀杆升降高低调节启闭程度，缺点是结构较截止阀复杂，密封

面易磨损，不宜修理。闸阀适于制成大口径的阀门，除适用于蒸汽、油品

等介质外，还适用于含有粒状固体及粘度较大的介质，并适用于作放空阀

和低真空系统阀门。

2）截止阀

截止阀与闸阀相比，其调节性能好，密封性能差，结构简单，制造维修

方便，流体阻力较大，价格便宜。适用于蒸汽等介质，不宜用于粘度大含

有颗粒易沉淀的介质，也不宜作放空阀及低真空系统的阀门。

3）节流阀

节流阀的外形尺寸小、重量轻、调节性能较盘形截止阀和针形阀好，但

调节精度不高，由于流速较大，易冲蚀密封面。适用于温度较低、压力较

高的介质，以及需要调节流量和压力的部位，不适用于粘度大和含有固体

颗粒的介质。不宜作隔断阀。

4）止回阀

止回阀按结构可分为升降式和旋启式两种。升降式止回阀较旋启式止回

阀的密封性好，流体阻力大，卧式的宜装在水平管线上。立式的应装在垂

直管线上；旋启式止回阀，不宜制成小口径阀门，它可装在水平、垂直或

倾斜的管线上，如装在垂直管线上，介质流向应由下至上。

止回阀一般适用于清净介质，不宜用于含固体颗粒和粘度较大的介质。

5）球阀

球阀的结构简单，开关迅速，操作方便，体积小、重量轻、零部件少,

流体阻力小，结构比闸阀、截止阀简单，密封面比旋塞阀易加工且不易擦

伤。适用于低温、高压及粘度大的介质，不能作调节流量用。

6）柱塞阀

柱塞与密封圈间采用过盈配合，通过调节阀盖上连接螺栓的压紧力，使

密封圈上所产生的径向分力大于流体的压力，从而保证了密封性，杜绝了

外泄漏。柱塞阀是国际上近代发展的新颖结构阀门，具有结构紧凑启闭灵

活、寿命长、维修方便等特点。

7)旋塞阀

旋塞阀的结构简单，开关迅速，操作方便，流体阻力小，零部件少，重

量轻。适用于温度较低、粘度较大的介质和要求开关迅速的部位，一般不

适用于蒸汽和温度较高的介质。

8)蝶阀

蝶阀与相同公称压力等级的平行式闸板阀比较，其尺寸小、重量轻、开

闭迅速、具有一定的调节性能，适合制成较大口径阀门用于温度小于80C、

压力小于LOMPa的原油、油品及水等介质。

9)隔膜阀

阀的启闭是一块橡胶隔膜，夹于阀体与阀盖之间。隔膜中间突出部分固

定在阀杆上，阀体内衬有橡胶，由于介质不进入阀盖内腔，因此无需填料

箱。

隔膜阀结构简单，密封性能好，便于维修，流体阻力小，适用于温度小

于200℃、压力小于1.OMPa的油品、水、酸性介质和含悬浮物的介质，不

适用于有机溶剂和强氧化剂的介质。

4.2减压阀的选用原则

减压阀是通过启闭件的节流，将进口的高压介质降低至某个需要的出口

压力，在进口压力及流量变动时，能自动保持出口压力基本不变的自动阀

门。

(1)减压阀的选用，系根据工艺确定减压阀流量，阀前、阀后的压力

及阀前流体温度等条件来确定阀孔面积，并按此选择减压阀的尺寸及规格。

(2)在设计中，减压阀组不应设置在靠近移动设备或容易受冲击的地

方，应设置在振动较小，周围较空之处，以便于检修。

(3)蒸汽系统的减压阀组前应设置排凝液疏水阀，为防止长距离输送

的蒸汽管道中夹带一些渣物，应在切断阀(闸阀)之前，设置管道过滤器。

(4)阀组前后应装设压力表，以便于调节时观察。阀组后应设置安

全阀，当压力超过时能起泄压和报警作用，保证压力稳定。

减压阀均装在水平管道上，为防止膜片活塞式减压阀产生严重液击，应

将减压阀底螺栓改装排水阀（闸阀DN20或25）。在投入运行时应放尽减压

阀底存水。波纹管减压阀的波纹管应向下安装，用于空气减压时需将阀门

反向安装。

4.3疏水阀的选用原则

1）疏水阀的作用

疏水阀（也称阻汽排水阀、疏水器）的作用是自动排泄蒸汽管道和设备

中不断产生的凝结水、空气及其他不可凝性气体，又同时阻止蒸汽的逸出。

它是保证各种加热工艺设备所需温度和热量并能正常工作的一种节能产

品。

2）疏水阀的分类

按工作原理分为：

（1）热动力型

利用蒸汽、凝结水通过启闭件（阀片或阀瓣）时的不同流速引起被启闭

件隔开的压力室和进口处的压力差来启闭疏水阀。这类疏水阀处理凝结水

的灵敏度较高，启闭件小，惯性也小，开关速度迅速（如微孔式根本没有

内件）。

（2）热静力型

利用蒸汽和凝结水的不同温度引起温度敏感元件动作,从而控制启闭件

工作。其温度敏感元件受温度变化在开关启闭件时有滞后现象，对低于饱

和温度一定温差的凝结水和空气可同时排放出去，可装在用汽设备上部单

纯作排空气阀使用。

（3）机械型疏水阀

依靠浮子（球状或桶状）随凝结水液位升降的动作实现阻汽排水作用。

小口径阀的灵敏度较大口径的高，浮球式灵敏度高于浮桶式疏水阀。

3）疏水阀的设计要求

①疏水阀都应带有过滤器。如果不带过滤器，应在阀前安装管道过滤

器，过滤器应设在易拆卸的位置。

②疏水阀前后要装切断阀。由于旁路管上的旁路阀易漏气，使新鲜蒸

汽窜入凝结水管网，系统背压升高，干扰了正常运行，所以一般都不设旁

路管。在疏水阀前装排污阀及管道过滤器，疏水阀后装窥视镜及止回阀（需

回收冷凝水时应加止回阀）。

③内螺纹连接的疏水阀一定要在疏水阀前或后的连接管上安装活接

头，便于检修、拆卸。

（4）疏水阀组应尽量靠近蒸汽加热设备，以提高工作效率，减少热量损

失。但热静力型疏水阀，特别是双金属片式疏水阀应离开用汽设备1m左右,

这段管路不要保温以满足双金属片式疏水阀过冷度较大的工作特点。

⑤用汽设备到疏水阀这段管路，应沿流动方向有-4%的斜度，管路的公

称通径不应小于疏水阀的公称通径，以免形成蒸汽阻塞，造成排水不畅通。

⑥不同蒸汽压力的不同用汽设备。不能共用一个疏水阀。因为高压用

汽设备的进出口压力高，使低压用汽设备的出口压力提高，造成进出口压

差缩小，减少了低压设备排水量，甚至排不出水，使低压用汽设备无法工

作。

⑦同一蒸汽压力的几个同类型用汽设备，也不允许共同使用一个疏水

阀。由于制造和使用情况的不同，其加热效率、流体阻力都有所不同，更

重要的是这些用汽设备的负荷都不能一致。蒸汽大量从阻力小的设备中流

过，从而影响其他设备通过的蒸汽量，不能满足用汽设备的工艺要求。

⑧寒冷地区室外安装疏水阀时应注意防冻。因为凝结水在疏水阀内冻

结，会使疏水阀失去阻汽排水的功能。防止方法是：加强疏水阀前后管路

的保温；对经常停车或间断使用的疏水阀要在停车时进行人工放水或安装

自动放水阀；特别是对体内有积水的机械型排水阀，在其阀体下部也要设

置排水阀或丝堵一。

⑨对同一设备先后使用蒸汽加热与冷却时，建议应分别设置加热与冷

却两套完整装置，以保证疏水阀的功能并防止蒸汽、凝结水受到混杂。

5压力管道附属设施的选用

5.1管法兰密封组件的选用

管法兰与垫片和紧固件共同组成管道可拆连接接头。为使连接接头能安

全运行并获得满意的密封效果，选用时要对管法兰的结构型式、密封面形

式、垫片的材料和结构形式，紧固件的材料和尺寸全面地进行综合考虑，

正确选用。

1）管法兰的选用

管法兰在我国使用的有多个标准：

国家标准GB9112—1988

化工行业标准HG20592-20635-1997

机械行业标准JB80〜86—1994

石化行业标准SH3406—1992

新编管法兰标准HG20592~20635—1997是一套符合国、内外管法兰实

际使用现状、包括欧洲和美洲两大体系、考虑到英制、公制两个钢管系列、

法兰、垫片、紧固件综合选配，内容完整，使用方便的管法兰标准。

HG20592~20635—1997管法兰型式、参数见表5.12和表5.15。

⑴表5.12的几点说明：

①表中适用钢管外径系列分A和B,A系列为国际通用系列（英制管），

B系列为国内沿用系列（公制管），其公称通径DN由10〜2000mm共29种，

它们对应的钢管外径按表5.13的规定。表列参数适用于公称压力等级

16.OMPa以下，PN25.0,MPa（25bar）的管法兰适用钢管外径系列见表5.14。

②法兰密封面型式：

FF-----全平面（适用于非易燃、无毒、低压）

RF-----突面（适用于非易燃、无毒、低压）

MFM----凹凸面（适用于易燃、有毒、中压）

TG——桦槽面（适用于剧毒、高温、高压）

RJ一一环连接面（适用于剧毒、高温、高压）（金属垫片-透镜垫）

③法兰公称压力PN:

0.250.61.01.62.5

4.06.310.016.025.0

公称压力一一管道、管件、阀门等在规定温度下允许承受的以标准

规定的系列压力等级表示的工作压力。

20钢，100℃时：PN=Pw(最大允许工作压力)

公称直径一--管道、管件的名义直径,与管子的外径一一对应，内径

与管子的壁厚有关。

(2)表5.15的几点说明：

①法兰密封面型式同上。

②公称压力等级为：

2.0MPa(Classl50),5.0MPa(Class300),11.90MPa(Class600),

15.0MPa(Class900),26.0MPa(Classl500),42.0MPa(Class2500)

③公称通径以英制为基础，由15〜1500mm共38种，它们与钢管外径

的对应关系见表5.16。

(3)不同介质环境管法兰的型式选择参见表5.17。

低压、非易燃、无毒：突面、平焊法兰

低压、易燃、有毒：突面、长颈对焊法兰

低压、易燃、有毒：凹凸面、带颈平焊法兰

中压、易燃、有毒：凹凸面、长颈对焊法兰

2)垫片、紧固件的选用

垫片选用原则：

管法兰垫片包括:非金属垫片、聚四氟乙烯包垫、石墨复合垫、

金属包垫、缠绕垫、齿形组合垫、金属环垫。

(1)选用垫片时，必须依据介质性质、工作压力和工作温度。

(2)梯槽蜜蜂面尽量不用非金属垫片；

(3)真空系统用橡胶垫；

(4)低压、无毒场合一般用非金属垫片；

(5)介质不允许微量纤维混入,易选用石墨复合垫；

(6)介质易燃、有毒，易选用金属包垫、缠绕垫；

(7)高温、高压易选用金属环垫。

(8)缠绕式垫片具有良好的压缩性和回弹性，且价格便宜，制造简单,

特别是用膨胀石墨作填充料时，密封性能优良，一般条件下均宜采用。尤

其适用于有松弛、温度波动、压力波动、冲击和振动的中低压法兰密封。

(9)苯对耐油石棉橡胶垫片中的丁月青橡胶有溶解作用，故对于压力小

于或等于2.5MPa,温度小于或等于200C的法兰，应选用缠绕式垫片。

(10)聚四氟乙烯有优良的耐腐蚀性能，是很好的密封材料，在温度小

于250C时常选用。其型式有聚四氟乙烯生料带缠包石棉橡胶板、聚四氟

乙烯板、聚四氟乙烯缠绕垫片和聚四氟乙烯包垫片。

(11)膨胀石墨是一种新型的密封材料，国内外使用证明，它具有优良

的密封性能。其型式有缠绕式垫片、金属包垫片两面贴膨胀石墨纸和高强

石墨垫片。这些垫片可以在大多数场合下使用。

(12)当垫片在有硫化氢应力腐蚀的场合下使用时，其垫片的金属材料

应选用含Ti的不锈钢。

(13)当选用金属垫片时，应在完全退火状态下使用，尽可能选用较软

的金属材料，使法兰表面的硬度比垫片硬度大布氏硬度HB20为宜。

(14)在有腐蚀的条件下，选用垫片对法兰盘呈阳性的垫片材料，垫片

受腐蚀；选用法兰盘对垫片呈阳性的垫片材料，法兰盘受腐蚀，采用哪一

种要根据使用方法和垫片种类来决定。

3)管法兰、垫片和紧固件的选用见表5.18、5.19。

管法兰、垫片和紧固件的选用应严格按照此表的要求匹配

5.2弯头、异径管、三通、活接头、丝堵材料的选用。

这些管件直接和输送介质接触，因此在选用时，必须由输送介质的化学

性质和物理状况来选用材料。

(1)根据介质的化学性质，选用不同材料的弯头、异径管、三通等。一般

情况下选用与管子本身相同的材料或优于管子本身的材料。

(2)根据介质的温度、压力等状态来选用不同材料的弯头、异径管、三通:

当介质的压力小于等于4.OMPa、温度小于等于200℃,一般采用材料为

10g、20g的冲压弯头;

当介质的压力小于等于2.5MPa、温度小于等于200℃,一般采用材料

Q235A或20g的焊制弯头；

当介质的压力小于等于L6MPa、温度小于等于175℃,可选用材料为可

锻铸铁的弯头、异径管等。

5.3视镜的选用

视镜多用于排液或受槽前的回流、冷却水等液体管路上以观察液体流动

情况。

1)视镜的种类

钢制视镜、不锈钢视镜、铝制视镜、硬聚氯乙烯视镜、耐酸酚醛塑料视

镜、玻璃管视镜等。

2)视镜的选用

视镜系根据输送介质的化学性质、物理状态及工艺对视镜功能的要求来

选用。视镜的材料基本上和管子材料相同。如碳钢管采用钢制视镜，不锈

钢管子采用不锈钢视镜，硬聚氯乙烯管子采用硬聚氯乙烯视镜，需要变径

的可采用异径视镜，需要多面窥视的可采用双面视镜，需要它代替三通功

能的可选用三通视镜。视镜的操作压力小于等于0.25MPa,钢制的视镜，

操作压力小于等于0.6MPa0

5.4阻火器的选用

阻火器是一种防止火焰蔓延的安全装置，通常安装在易燃易爆气体管路

±o

当某一段管道发生事故时，不至于影响另一段的管道和设备。某些易燃

易爆的气体如乙焕气，充灌瓶与压缩机之间的管道，要求设三个阻火器。

1)阻火器的种类

碳素钢壳体镀锌铁丝网阻火器；

不锈钢壳体不锈钢丝网阻火器；

钢制砾石阻火器；

碳钢壳体铜丝网阻火器；

波形散热片式阻火器；

铸铝壳体铜丝网阻火器等。

2)阻火器的选用

(1)阻火器的壳体要能承受介质的压力和允许的温度，还要能耐介质的

腐蚀。

(2)填料要有一定强度，且不能和介质起化学反应。

(3)阻火器主要是根据介质的化学性质、温度、压力来选用合适的阻火

器。

一般介质，使用压力小于等于l.OMPa,温度小于80C时均采用碳钢镀

锌铁丝网阻火器。特殊的介质如乙焕气管道，特别是压力大于0.15MPa的

高压乙快气管道上，采用特殊的阻火器。

5.5过滤器的选用

管道过滤器多用于泵、仪表(如流量计)、疏水阀前的液体管道上。

1)过滤器的种类

种类有管螺纹连接Y型过滤器、法兰连接Y型过滤器、钢制直角式过滤

器、低温钢直角式过滤器、不锈钢制直角式过滤器、中低压管路用锥形过

滤器、高压用锥形过滤器。

2)过滤器的选用

(1)一般根据介质的性质和温度、压力来选用适当的过滤器。

(2)过滤器承受的压力等级有：LOMPa、1.6MPa>2.5MPa、4.OMPa,

6.3MPa,lOMPa,一般比管子内介质的压力高一个档次。

5.6压力管道热变形补偿结构设计与选用

防止管道因热胀冷缩产生过大的应力，在配管设计中，利用管子和管件

构成的弯管或其它形状，使管道系统保持适当的柔性。抵消因管道热胀冷

缩而产生的变形，防止生产事故的发生，确保管路的安全。其主要措施有:

(1)在设计中，常将管子设计成：L型、Z型、U型。

(2)在管路中加膨胀节(补偿器)。

(3)在压缩机前后加吸震软管，压力高的管道加金属软管，有腐蚀性的

介质可加不锈钢金属软管。

1)膨胀节(补偿器)的类型

(1)补偿器类型见表5.20。

波纹管类别A型：通用型单式轴向型复式轴向型

波纹管类别B型：通用型复式带座轴向型角向型

万向角型小拉杆三向型大拉杆三向型

钱链横向型万向较横向型直管压力平衡型

曲管压力平衡型外压单式轴向型

外压复式带座型振动补偿器

2)管系中使用无约束型补偿器的原则

(1)任何两个相邻的固定支座只设一个补偿器；

(2)各类固定支座应有足够的强度和刚度；

(3)安装时不允许以补偿器的变形来强行适应管道安装偏差；

(4)任何两个相邻的次固定支座间管径应相同，并成一直线走向；

(5)对补偿量很大的补偿器，宜在管道安装前进行预拉伸(或预压缩),

以减少补偿器对支座的弹性反力，同时使补偿器处于最佳工作状态。

3)管线设计与补偿器选型

任何一项工程管路系统的设计都要受到生产工艺流程、设备(或装置)、

安装布局、空间环境、地质条件及工程造价等因素的制约，因此管路系统

的走向和支撑体系往往相当复杂，这就给补偿器的选型带来一定的难度。

完成管路系统的补偿往往有多种方案，而补偿器的正确选型则是关键。

这就要求管系设计者综合考虑管线的走向、支撑体系的布局、补偿器类型

的选择等，以取得既安全可靠、又经济合理的方案。

(1)补偿器选型一般程序如下:

①管系分解，无论多么复杂的管系，均可以通过固定支座将它们分解为

“一”、“L”、“门”、“Z”、“V”等典型管段(或称之为膨胀单元)。变复

杂管系为简单管系。

②根据典型管线工作条件和膨胀形式选择波纹补偿器类型。

③计算典型管段的膨胀量，确定补偿器的波数并得出在规定疲劳寿命下

补偿器的额定补偿量，从而确定补偿器的数量。

④在装有无约束型补偿器的管段上，设置固定支座(MA)。而装有约束

型补偿器的管段上，无须因补偿器的设置而另加主固定支座。

⑤根据补偿器的变型轨迹及稳定性要求设置相应的导向支座G或平面

导向支座PGO

(2)补偿器选型必须考虑的主要因素:

①公称通径DN、接口尺寸及法兰标准；

②工作压力Pw；

③工作温度T,核校设计温度，考虑温度修正系数；

④材料，取决于介质性质；

⑤补偿量——轴向、横向、角向；

⑥寿命——考虑使用年限或大修、更换周期；

⑦安全系数。

(3)是否有承受压力推力的构件一补偿器压力推力约束机构:

①TA、TB、ZA、DZA、ZB、WDB、XHB、DB均无压力推力约束机构，

称为无约束型补偿器；

②IB、WJB、DHB、IHB、WHB.ZPB、QPHB等具有压力推力约束机构，

称为约束型补偿器。

4）补偿器基本应用形式及特点

常用管系支座名称、代号及符号见表5.21。其基本应用形式：

主固定支座次固定支座导向支座平面导向支座

定向主固定支座定向次固定支座弹簧吊架

（1）通用补偿器（TA、TB）

——该补偿器结构简单、价格较低，可吸收轴向位移和数量不大的多

向组合位移，因而凡是可能的地方可优先予以考虑。

①用一个通用补偿器吸收直管段的轴向位移。

②用不同直径的通用补偿器吸收异径直管段的轴向位移。

③用多个通用补偿器分别吸收各分支管段的轴向位移。

④用通用补偿器吸收Z形管段的轴向位移时，应注意以Z形管段的偏斜

程度应尽量小；各直管段的端部附近应设置导向支座，以限制弯矩对管道

的影响；偿器应靠近一个固定支座。通用补偿器在L形管段的长腿上吸收

轴向位移和少量横向位移；在L形管段的短腿上吸收横向位移和少量轴向

位移。

用复式补偿器吸收直管段的较大轴向位移。

（2）平面角向型补偿器

——这种补偿器结构紧凑、应用灵活、安装方便且对支座无压力推力

作用。单式角向补偿器只能作角偏转，因此必须两个以上配套使用而不允

许单独出现。

用一对角向补偿器吸收横向位移时，角位移量一定，其所能吸收的横

向位移量与两补偿器较链之间的距离成正比，在这种情况下尽量加大两补

偿器之间的距离将能更有效发挥其补偿功能。

①当水平管线较长（管段能够弹性变形）时，用两个补偿器吸收平面

Z形和L形管段的位移

②或用以吸收同一平面内设备与其连接管道的组合位移。

③用三个补偿器吸收L形管段的位移。

用两个补偿器吸收立式容器与主管之间的不同垂直位移量。

(3)万向型补偿器

——这种补偿器可在任意平面内作角偏转O使用时应以两个一组或三

个一组来吸收空间管段的位移。

大拉杆横向型补偿器和钱链横向型补偿器——这两种补偿器通过波纹

管的角偏转可吸收各方位横向位移，且补偿能力较大，加之对支座无内压

推力作用，结构比较简单，因而在各种位移量大的L形及Z形管段上应用

广泛。

用单式大拉杆补偿器吸收L形管段的位移，根据配管要求和补偿量大小

可有“冷紧”和“不冷紧”两种安装方式。冷紧又分50%“冷紧”和100%

“冷紧”。前者可减少50%弹性力，后者主要用于系统压力较高，而补偿量

又较大的场合，其目的是使波纹管在工作时处于直线状态，提高补偿器的

稳定性。

6压力管道的绝热设计

GB50264-1997《工业设备及管道绝热工程设计规范》工程设计

适用于工业设备及管道外表面温度在-196℃至850℃的绝热。

6.1绝热的功能及范围

绝热包括保温与保冷，是为了防止管道向周围环境散发或吸收热量。

1)绝热的功能

用绝热.方法，可以减少管道及其附件的热(冷)量损失，保证操作

人员安全，改善劳动条件，防止烫伤和减少热量散发到操作区。在冬季，

用保温来延缓或防止管道内液体的冻结。当管道内的介质温度低于周围空

气露点温度时，采用绝热可防止管道的表面结露。

2)绝热的范围

管道及其附件有下列情况之一时，应采取绝热措施。

①外表面温度大于50c以及外表面温度小于或等于50℃但工艺需要

保温的管道及其附件。

②工艺生产中需要减少介质的温度降或延迟介质凝结时。

③介质温度低于周围空气露点温度时，以及在环境温度下，为防止管

道外表面凝露时。

④对于工艺生产中不需要保温的管道及其附件，当其外表面温度超过

60℃,而需经常操作维护时。在无法采用其它措施防止烫伤时，应进行防

烫伤绝热。例如距地面或工作平台的高度小于2.1m或接近操作平台，平面

距离小于0.75m时均应进行防烫伤绝热。

⑤减少冷介质在生产或输送过程中的冷量损失以及制冷系统中的冷管

道。

可不绝热的管道及其附件主要有：要求散热或必须裸露的管道；要求

及时发现泄漏的管道法兰；工艺上无特殊要求的放空、排凝管道；要求经

常监测、防止发生损坏的部位。

6.2常用绝热材料性能

绝热材料应具有密度小、导热系数小、化学性能稳定、对管道没有腐

蚀，并且能长期在工作温度下运行等性能。绝热材料的性能要求如下：

(1)绝热层材料的性能要求

①绝热层材料应选择能提供具有随温度变化的导热系数方程式或图表

的产品。对于松散或可压缩的绝热材料•，应提供在使用密度下的导热系数

方程式或图表的产品。

②保温材料在平均温度低于350℃时，导热系数不得大于0.12W/

(m・C),保冷材料在平均温度低于27℃时，导热系数应不大于0.064W/

(m,℃)o

③保温硬质材料密度一般不得大于300kg/m3；软质材料及半硬质制品

密度不得大于200kg/m3；保冷材料密度不得大于200kg/m3o

④耐振动硬质材料抗压强度不得小于0.4MPa；用于保冷的硬质材料抗

压强度不得小于0.15MPa。

⑤吸水率要小。保温材料的质量含水率不得大于7.5%；保冷材料的质

量含水率不得大于1机用于直埋管道上的保温材料，含水率应小于3%。

⑥绝热层材料应选择能提供具有允许使用温度和不燃性、难燃性、可

燃性)性能检测证明的产品；对保冷材料尚需提供吸湿性、吸水性、增水

性检测证明。对硬质绝热材料尚需提供材料的线膨胀或收缩率数据。

绝热层材料按被绝热对象外表面的温度，其燃烧性能应符合GB8624-85

的规定：

外表面温度T°>100℃时，绝热层材料应符合不燃类A级材料性能要求;

外表面温度T°W100℃时，绝热层材料不得低于难燃类B1级材料的性

能要求，对泡沫塑料其氧指数应大于或等于32%；

外表面温度T°W50℃时，有保护层的泡沫塑料类绝热层材料不得低于

一般可燃性B2级材料的性能要求。

⑦化学稳定性能好，对被绝热的金属表面无腐蚀作用。

与奥氏体不锈钢表面接触的隔热材料应符合BGJ126《工业设备及管道

绝热工程施工验收规范》有关氯离子含量的规定。

⑧价格低廉、施工方便，尽可能选用制品和半制品材料，如板、瓦及

毡等材料。

(2)防潮层材料的性能要求

①抗蒸汽渗透性好，防水防潮力强，吸水率不大于1%。

②防潮层材料的燃烧性能同对绝热材料的要求。

③化学稳定性好，无毒或低毒耐腐蚀并不得对绝热层和保护层材料产

生腐蚀或溶解作用。

④防潮层材料在夏季不软化，不起泡，不流淌，低温使用时不脆化、

不开裂、不脱落。

⑤涂抹型防潮材料软化温度不低于65℃,粘接强度不小于0.15MPa,

挥发物不大于30%o

(3)保护层材料的性能要求

①保护层材料应选择强度高，在使用环境下不软化、不脆裂、外表整

齐美观、抗老化、使用寿命不得小于设计使用年限，国家重点工程的保温

保护层材料的使年限应在10年以上。保冷时应达到12〜18年。

②保护层材料应具有防水、防潮、抗大气腐蚀性能，化学稳定性好，

对接触的防潮层或绝热层不产生腐蚀或溶解作用。

③保护层材料应采用不燃或难燃性材料P但贮存或输送易燃、易爆物

料的设备及管道，以及与其邻近的管道，其保护层必须采用不燃性材料。

（4）粘接剂、密封剂和耐磨剂主要性能要求

①保冷用粘接剂能在使用的低温范围内保持良好的粘接性，粘接强度

在常温时大于0.15MPa,软化温度大于65℃。泡沫玻璃用粘接剂在T90℃

时的粘接强度应大于0.05MPao

②对金属壁不腐蚀，对保冷材料不溶解。

③固化时间短密封性好，在设计使用年限内不开裂。

④有明确的使用温度范围和有关性能数据。在伸缩振动情况下，耐磨

剂应能防止泡沫玻璃因自身或与金属相摩擦而受损。

6.3绝热结构设计

1）对绝热结构的要求

绝热结构在能保证热损失不超过国家规定的热能最大损耗允许值时，

应有足够的机械强度，能承受自重及外力的冲击，在受风力、雪载荷、空

气温度波动及雨水的影响下，不致脱落以保证结构的完整性。

绝热结构要有良好的保护层，使外部的水蒸汽、雨水以及潮湿泥土的

水分不能进入绝热材料内，否则使绝热材料的导热系数增加，还会使其变

软、腐烂、发霉，降低机械强度，破坏绝热结构的完整性。

绝热结构要简单，使用寿命要长。此外还要考虑施工方便、外表整齐

美观，尽量就地取材，减少建设投资。

2）绝热结构的种类：

保温结构：绝热层，保护层（埋地管道应设防潮层，地沟内管道宜设防

潮层）

保冷结构：防锈层，绝热层，防潮层，保护层

根据采用保温材料的性质及保温层的结构形式和安装方法不同，保温

结构的种类有：

填充结构、包扎结构、复合结构、浇灌型、喷涂法、予制块结构等。

6.4绝热计算（保温层厚度计算）

经济厚度——绝热后，年散热损失所花费的费用和绝热工程投资的年

摊销费用之和为最小值时的计算厚度。

管道的计算分界线为公称直径小于或等于W1000的管道（按圆筒面）

计算，大于陇1000的管道可视为设备（作平壁面）计算。

（1）保温厚度计算原则：

①保温厚度无特别工艺要求时，应以“经济厚度”的方法计算厚度，

当经济厚度偏小以致放热损失超过最大允许热损失量标准时，应用最大允

许热损失量下的厚度进行校核。而经济厚度太厚以致影响安装及管架费用

剧增时，保温厚度可取此二者中间某一值。

②防止烫伤的保温厚度，按表面温度法计算，保温层外表面不得超过