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第六章管道设计 压力管道安全技术 1概述 一压力管道定义和特性 一 前言1 管道运输是与铁路 公路 水路 航空并列的五大运输行业之一 2 管道的定义及其特点 管道的定义 由管道组成件 管道支吊架 隔热层和防腐层组成 用以输送 分配 混合 分离 排放 计量或控制流体流动 的设备 见国标GB50316 工业金属管道设计规范 压力管道的定义 2003年6月1日开始实施的 特种设备安全监察条例 把涉及生命安全 危险性较大的锅炉 压力容器 含气瓶 压力管道 电梯 起重机械 客运索道 大型游乐设施共七类设备 定为特种设备并实行安全监察 压力管道的附属设施包括 安全附件 安全保护装置与安全保护装置相关的设施如 支吊架 防腐绝缘层 阴极保护装置 压力管道的安全保护装置包括 安全泄压装置 安全阀 爆破片 测漏装置 测温测压装置 温度计 压力表 报警装置 紧急切断装置 3 管道的特点 1 管道相互联系 牵扯和影响 且长细比大 易于失稳 受力情况更复杂 2 压力管道设计除了要考虑常规因素外 还需考虑柔性 振动 支撑等特殊因素 3 管内流体流动状态复杂 缓冲余地小 工作条件变化频率大 4 管道的组成件种类繁多 各有各的特点和技术要求 选材和总成困难 5 管道上的可能泄漏点多于压力容器 6 管道在布置 安装和检验方面与压力容器存在很大的差别 另外 在多数情况下管道设计必须由多人合作 共同完成 且与几乎与所有专业都有条件关系 而压力容器则相反 术语 管道组成件 是指用于连接或装配成管道的元件 包括管子 管件 法兰 垫片 紧固件 阀门 以及管道特殊件 管件和阀门的最大允许使用压力和规格通常使用公称压力和公称直径来表达 管道组成件是用于连接或装配成压力密封的管道系统机械元件 包括管子 管件 法兰 垫片 紧固件 阀门 安全保护装置以及诸如膨胀节 挠性接头 耐压软管 过滤器 管路中的仪表 如孔板 和分离器等 一 术语和流体分类 3 压力管道元件 是指受监察范围内的压力管道组成件和支吊架 4 公称压力 PN 按GB T1048的定义 由字母PN和无因次整数数字组成 代表管道组成件的压力等级 5 公称直径 DN 按GB T1047的定义 由字母DN和无因次整数数字组成 代表管道组成件的规格 术语 6 管道支承件 用于支承管道或约束管道位移的各种结构的总称 包括管道支吊架 但不包括土建的结构 有固定支架 滑动支架 刚性支架 导向架 限位架 弹簧支吊架 减振装置和阻尼装置等 管道支承件包括安装件和附着件两部分 安装件是将负载从管子或管道附件上传递到支承结构或设备的元件 有悬挂式和承载式两种 附着件是用焊接 螺栓连接或夹紧等方法附装在管子上的零件 管道支承件是将管道荷载 包括管道的自重 输送流体的重量 由于操作压力和温差所造成的荷载以及振动 风力 地震 雪载 冲击和位移应变引起的荷载等传递到管架结构上去的元件 它分为固定件和结构附件两类 一 术语和流体分类 减振装置是可用于控制管系高频低幅振动或低频高幅晃动的装置 能承受管道振动力而不承受管道的重力 且不限制管系热胀冷缩 阻尼装置是可用于控制管道瞬时冲击载荷或管系高速振动位移装置 能承受管道动力分析所要求的瞬态最大动力载荷 但不限制管系热胀冷缩 7 监察段 在设计温度大于450 的主蒸汽管道和高温再热蒸汽管道的水平段上安装的进行蠕变监督的管段 8 蠕胀测点 设置在监察段或蒸汽管道上 对管道进行蠕变变形测量的装置或标记 术语 9 流体 在管道内流动的物质 也称介质 流体按其状态或性质进行分类 A 按状态分 有气体 液体 液化气体 浆体 B 按性质分 可燃介质 可燃介质是在生产操作条件下可以点燃和连续燃烧的气体或可以气化的液体 毒性介质 指按GB5044定义的极度 高度 中度和轻度危害介质的总称 腐蚀性介质 是指能灼伤人体组织并对管道材料造成损坏的物质 可燃介质 分为可燃气体 液化气体和可燃液体 甲 乙类可燃气体与空气混合物的爆炸下限 体积 分别规定为 甲类可燃气体 10 乙类可燃气体 10 与空气混合的爆炸下限小于10 或上限和下限之差大于20 的称为易燃气体 液化烃 可燃液体的火灾危险性分类 注 闪点低于450C的液体称为易燃液体 闪点低于环境温度的液体称为易爆液体 易燃气体和易燃液体统称为易燃流体 易燃介质 极度危害物质也称剧毒物质 介质 是 如有极少量这类物质泄漏到环境中 被人吸入或与人体接触 即使迅速治疗 也能对人体造成严重的和难以治疗的伤害的物质 剧毒物质以外的毒物统称有毒物质 是指在治疗及时的条件下不致于对人体造成不易恢复的危害的毒物 有毒介质系指按GB5044定义的极度 高度和中度危害介质的总称 压力管道输送介质的特性 介质的可燃易爆性 石油化工企业设计防火规范 GB50160和 建筑设计防火规范 GBJ16对可燃气体 可燃液体的火灾危险性分类 按爆炸下限将可燃气体分为甲类 爆炸下限 10 乙类 爆炸下限 10 按闪点将可燃液体分为甲A类 液化烃 15 时蒸汽压力 0 1MPa 甲B类 甲A类以外 闪点 28 乙A类 28 闪点 45 乙B类 45 闪点 60 丙A类 60 闪点 120 丙B类 闪点 120 介质的毒性 职业性接触毒物危害程度分级 GB5044按急性毒性 急性中毒发病状况 慢性中毒患病状况 慢性中毒后果 致癌性 最高容许浓度六项指标的多数归属和实际接触情况 经综合分析确定分为极度危害 高度危害 中度危害 轻度危害四级 介质的腐蚀性工艺介质常常具有一定的腐蚀性 尤其是各种浓度的酸碱盐介质对金属材料有较强的腐蚀性高温高压特性压力管道输送的介质往往具有一定的的压力和温度 输送介质压力的大小直接影响到管道的安全 压力越高 泄漏和爆裂损坏的可能性越大 输送介质的温度对材料的强度产生影响 过高的介质温度使材料的强度下降 材料的选用常常受到温度的限制 压力管道的分类 压力管道按用途划分为 工业管道 动力管道 公用管道和长输管道 见 压力管道安装许可规则 一 按照用途的分类 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 公用工程管道及其他辅助管道 GC类 动力管道 火力发电厂用于输送蒸汽 汽水两相介质的管道 GD类 公用管道 城镇范围内用于公用事业或民用的燃气管道 GB1 和热力管道 GB2 长输管道 产地 储存库 使用单位间用于输送商品介质的管道 GA类 压力管道分类 按材料 非金属管道 铸铁管道碳钢管道合金钢管道不锈钢管道有色金属管道 塑料管道混凝土管道陶瓷管道玻璃管道金属与非金属复合管道 金属管道 按敷设位置 架空及地面敷设管道地沟敷设管道埋地管道 按介质压力分类 工业管道在介质压力作用下 必须满足以下主要要求 1 具有足够的机械强度管道所用的管子与管路附件 以及接头构造 都必须在介质压力作用下安全可靠 特别是高压管道 不但介质压力高 而且还产生振动 所以高压管道还必须注意防震动加固问题 2 具有可靠的密封性保证管子与管路附件以及连接接头 在介质压力作用下严密不漏 这就必须正确的选择连接方法和密封材料 并进行合理地施工安装 工业管道按介质设计压力分类见表2 1 表2 1工业管道按压力分类 按介质温度分类 管道在介质温度作用下 应满足以下主要要求 1 管道耐热的稳定性管材在介质温度的作用下必须稳定可靠 对于同时承受介质温度和介质压力的管道 必须从耐热性能和机械强度两个方面满足工作条件的要求 2 管道热应变的补偿管道在介质温度及外界温度变化作用下 将产生热变形 并使管子承受热应力的作用 所以 输送热介质的管道 应设有补偿器 以便吸收管子的热变形 从而减少管道应力 3 管道的绝热保温为了减少管壁的热交换和温差应力 输送冷介质和热介质的管道 在一般情况下 管外应设绝热层 工业管道按介质温度分类见表2 2 表2 2工业管道按介质温度分类 按输送介质性质分类 工业管道按输送介质性质分类及主要要求见表2 3 压力管道分类 按介质 介质压力 超高压管道 42MPa 高压管道 10 42MPa 中压管道 1 6 10MPa 低压管道 1 6MPa 真空管道 介质温度 高温管道 200 常温管道 29 200 低温管道 29 介质毒性 介质可燃性 可燃介质管道非可燃介质管道 剧毒管道 极度危害 有毒管道 非极度危害 无毒管道 介质腐蚀性 腐蚀性介质管道非腐蚀性截止管道 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 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前四项规定的管道的附属设施及安全保护装置等 C 现行的压力管道安装法规中将工业管道分为GC1 GC2 GC3三个级别 设计和施工规范中 为了便于对不同类别 级别的管道提出不同的技术要求 也将其适用范围内的管道进行分类或分级 如 1 GB50316和HG20225 95中的流体分类 A1 剧毒 A2 有毒 B 可燃 C 不可燃 无毒 D C类中设计压力小于等于1 0MPa 设计温度高于 20 186 之间的流体 五类 2 DL5031 94的管道分级 按设计压力分为高压 中压和低压三级管道 设计压力大于8MPa的为高压管道 设计压力大于1 6MPa 小于等于8MPa的为中压管道 设计压力小于等于1 6MPa的为低压管道 工业管道按 压力管道安全管理与监察规定 分级 2 4 2 1符合下列条件之一的工业管道为GC1级 1 输送GB5044 职业性接触毒物危害程度分级 中规定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 乙类可燃气体或甲类可燃液体介质且设计压力P 4 0MPa的管道 3 输送可燃流体介质 有毒流体介质 设计压力P 4 0MPa且设计温度 400 的管道 4 输送流体介质且设计压力P 10 0MPa的管道 工业管道按 压力管道安全管理与监察规定 分级 2 4 2 2符合以下条件之一的工业管道为GC2级 1 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 乙类可燃气体或甲类可燃液体介质且设计压力P 4 0MPa的管道 2 输送可燃流体介质 有毒流体介质 设计压力P 4 0MPa且设计温度 400 的管道 3 输送非可燃流体介质 无毒流体介质 设计压力P 10MPa且设计温度 400 的管道 4 输送流体介质 设计压力P 10MPa2 4 2 3符合以下条件之一的工业管道为GC3级 1 输送可燃流体介质 有毒流体介质 设计压力P 1 0MPa且设计温度 400 的管道 2 输送非可燃流体介质 无毒流体介质 设计压力P 4 0MPa且设计温度 400 的管道 GB T20801 2006管道分级 压力管道按其危害程度和安全等级划分为GC1 GC2 GC3三级 1 符合下列条件之一的压力管道应划分为GC1级 1 输送下列有毒介质的压力管道 a 极度危害介质 b 高度危害气体介质c 工作温度高于标准沸点的高度危害液体介质 2 输送下列可燃 易爆介质且设计压力大于或等于4 0MPa的压力管道 a 甲 乙类可燃气体 b 液化烃c 甲B类可燃液体3 设计压力大于或等于10 0MPa的压力管道和设计压力大于或等于4 0MPa且设计温度大于或等于400 的压力管道 2 符合下列条件的压力管道应划分为GC2级 除 3 条规定的GC3级管道外 介质毒性程度 火灾危险性 可燃性 设计压力和设计温度低于1条规定 GC1级 的压力管道 3 符合下列条件的压力管道应划分为GC3级 输送无毒 非可燃流体介质 设计压力小于或等于1 0MPa且设计温度大于 20 但不大于185 的压力管道 4 当输送毒性或可燃性不同的混合介质时 应按其危害程度及其含量 由业主或设计者确定压力管道等级 SH3501 2002管道分级 中华人民共和国劳动部 压力管道安全管理与监察规定 不按压力管道管理1设备本体所属管道军事装备 交通工具上和装置中的管道输送无毒 不可燃 无腐蚀性气体 其管道公称直径小于150mm 且其最高工作压力小于1 6MPa的管道入户 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 压力管道分类 五 压力管道分级的依据 1 介质特性介质毒性 有毒与无毒 介质火灾危险性 分可燃和非可燃 介质腐蚀性 未特别说明 介质压力 GC类以1 0MPa 4 0MPa 10 0MPa为区分 GA类以1 6MPa进行区分 介质温度 按低温 29 以下 常温 29 至400 和高温 400 以上 来区分 介质状态 分气 汽 体和液体 GA类中还有浆体介质 2 管道规格管道直径 在GA类中以150mm和300mm为界 管道长度 在GA类中以200km为界 压力管道安全 根据原劳动部调查 240例 其中40例为国外案例 压力管道事故 124起发生人员伤亡 共死亡184人 伤296人 直接经济损失三千多万元 1994年3月1日至1995年3月30日 8起压力管道重大事故 死亡56人 伤150人 1996年4月 压力管道安全与监察规定 事故原因分析 13起2000年发生的压力管道事故 设计安装不合理 3起 23 元件质量不合格 5起 38 5 维护操作不当 2起 15 4 管道腐蚀泄漏 3起 23 1 5起2000年压力管道严重事故 元件不合格 1起 20 设计与制造不合格 2起 40 腐蚀泄漏 2起 40 燃气管道发生泄漏较多 其造成的危害与损失较大 压力管道事故现场 压力管道事故现场 压力管道事故现场 应对策略 按照有关法规标准正确地进行压力管道安全检测 确保压力管道的安全运行 解决问题 压力管道的安全检测技术水平不高 法规与标准并完善 3我国压力管道安全法规标准现状3 1工业管道 GC类 1991年建设部 劳动部 公安部令 第10号 城市燃气安全管理规定 1997年12月建设部62号令 城市燃气管理办法 各地政府基本上制订了燃气保护条例 主要是从政策方面作了规定 据调研 关于管道本身安全检测方面的规定不是很翔实 主要问题 维护与检验规程存在几个方面缺陷 1所有规则均是10 20年前所颁布 已不符合当今的生产实际 如 一些检验 分类方法已经过时 2而随着国家机构的改革与调整 执法主体发生了变化 所制订规则的实施效果难以保证 3由于当时评价技术水平所限 对工业管道检验发现问题的处理 并没有进行明确规定 3我国压力管道安全法规标准现状3 1工业管道 GC类 解决办法 国家质检总局特种设备安全监察局按照工业管道的管理实行 企业负责 政府监督 的原则 结合国家 九五 科技攻关成果 并根据 压力管道安全管理与监察规定 组织检验机构 科研院所 高校 企业共同编写了 在用工定管道定期检验规程 在用工定管道定期检验规程 特点 在用工业管道的定期检验分为在线检验和全面检验 在缺陷处理方面 按照 放开一大片 抓住一小撮 的思路 对检验单位与人员资格 以及质量方面提出明确的责任要求 并将最新的科研成果写入 保证了先进性 3我国压力管道安全法规标准现状3 2公用管道 GB类 现状 1991年建设部 劳动部 公安部令 第10号 城市燃气安全管理规定 1997年12月建设部62号令 城市燃气管理办 各地政府基本上制订了燃气保护条例 主要是从政策方面作了规定缺少关于管道本身安全检测方面的规定 问题 1 安全检测的标准较为缺乏 城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程 CJJ95 2003 城镇燃气管网抢修和维护技术规程 CJJ51 92中国工程建设标准化协会颁发的CECS121 2001 城镇供热管网维修技术规程 3我国压力管道安全法规标准现状3 2公用管道 GB类 问题 2 技术标准较少 城镇燃气设计规范 2005 城镇输气输配工程施工及验收规范 CJJ33 2005原因管理格局相关实现的目标 按照 3R 的管理原则 主动预防 搞好危险源 高风险段的管理 实行第3方定期检验 中国特检中心编写了 在用埋地压力管道检验规程 3我国压力管道安全法规标准现状3 2公用管道 GB类 问题 1 安全检测的标准较为缺乏 城镇燃气埋地钢质管道腐蚀控制技术规程 CJJ95 2003 城镇燃气管网抢修和维护技术规程 CJJ51 92中国工程建设标准化协会颁发的CECS121 2001 城镇供热管网维修技术规程 2 技术标准较少 城镇燃气设计规范 2005 城镇输气输配工程施工及验收规范 CJJ33 2005 ChinaSpecialEquipmentInspectionandResearchCenter 3我国压力管道安全法规标准现状3 3长输管道 GC类 现状 1 法规规定33号 石油 天然气管道保护条例 后为2001年8月2日颁发的国务院令第313号 石油天然气管道保护条例 国家经贸委2000年4月颁发了 石油天然气管道安全监督与管理暂行规定 勘察设计 钢管制造 管道施工 管道运行 管道检测 事故调查和处理 管道检测 规定中 将石油管道的定期检测分为一般性检测与全面检测两种 2 技术标准 石油天然气管道安全规程 SY6186 1996 原油管道输送安全规定 SY5737 1995 含硫天然气管道安全规程 SY6457 2000 城镇输气输配工程施工及验收规范 CJJ33 2005 3 4建立我国压力管道的安全检测法规标准 法规标准目标 提出以动态信息管理系统为平台的管道风险检测观念 对风险因子较大的管段进行重点维护与检测 法规标准比较研究 压力管道的设计 元件制造 安装 使用 检验 维护 改造等7个环节加强对易燃易爆等危险性较大的压力管道的监察力度 压力管道安全监察规定 工业管道安全技术监察规程 压力管道元件制造监督检验规程 压力管道元件型式试验监督管理规则 在用埋地压力管道检验规程 特种设备检验检测机构核准规则 埋地钢质管道腐蚀防护工程检验 GB T19285 2003 埋地管道外防腐层的检测与分级评价方法 管道风险评估方法 工业管道设计规范的现状 压力管道规范工业管道 GB T20801 2006 目前工业管道设计主要国家和行业标准 工业管道设计规范及其适用范围 压力管道的检验 一 压力管道检验前准备二 现场检验工作内容及要求 一 压力管道检验前准备 1 资料审查2 现场确认3 与企业沟通4 编制检验方案 资料审查 原始设计资料审查 设计规范 工艺参数 管道材料等 安装竣工资料审查 设计变更 焊接记录 无损检测报告 热处理报告 耐压试验记录 监检报告等 管道运行记录审查 管道实际操作压力 温度波动情况 维修改造情况记录等 现场确认 资料审查结束 一定要到检验现场进行实地验证确认检验工作量 便于编写检验方案 准备检验工装 设备 人员配备 与企业沟通 与被检单位查询管道使用管理情况 协商检验时间及检验配合工作 以上工作结束后 对整个需检验的管道工作量有了初步认识和了解 接下来就要编制检验大纲或检验方案 编制检验方案 依据国家质检总局颁布 压力管道安全技术监察规程 工业管道 和 在用工业管道定期检验规程 试行 以下简称 管检规 注意这里边工业管道划分级别的条件有区别 再有为什么只提这两个规则 压力管道从1996年劳动部140号文 压力管道安全管理与监察规定 到2009年 压力管道安全技术监察规程 工业管道 在这中间有几个规则就不一一说了 考虑石油 化工 冶金 制药等不同行业其管道介质工况特点 可参考中国石油化工总公司制定 工业管道维修检修规程 原化工部颁发 化工企业压力管道检验规程 冶金部颁发 冶金工业管道管理若干规定 等 作为补充 结合管道实际使用工况 介质的危害程度和失效引起经济损失程度 如 毒性介质的泄露将造成人员伤亡 易燃 易爆介质泄露可能引起二次爆炸 造成人员和物质损失 引起整个生产装置损毁或停产造成重大损失 检验方案应包括的内容 明确检验工作量 明确拆保温或防腐层位置 无损探伤位置 管道打磨 除漆 搭脚手架等 明确检验评定的依据和标准 确定无损检测的方法 比例 数量等 检验工作进度时间保证 建立质量保证体系 确立项目负责人 配备检验仪器 设备 动火 射线探伤隔离保护 电源 水源 高空作业等安全保护措施 绘制管道单线图 标示管道的走向及附件如阀门 补偿器的位置 检测结束后标注检验测厚位置 探伤位置和硬度位置等 安全保护装置检验 现场联络及配合等内容 二 现场检验工作内容及要求 1 宏观检验2 测厚检验3 无损检测4 理化检验5 压力试验和严密性试验6 安全保护装置的检验7 检验记录的汇总和安全状况等级评定 1 宏观检验 1 1泄露检查 管道法兰 接头 焊缝 阀门填料等连接处可能产生泄露点地方 1 2振动检查 固定支架是否变形 活动支架位移情况和导向性能是否满足要求 管与管之间 管与相邻物体之间应无摩擦 1 3管道表面裂纹 局部腐蚀 变形 过热等 1 4焊接接头裂纹 咬边 错边 凹陷 焊瘤等 1 5防腐层 保温层的破损情况 1 6阀门 法兰 膨胀节 支吊架检查 1 7阴极保护装置检查和高温蠕胀测点检查 1 8对输送易燃 易爆介质的管道进行接地电阻和法兰间接触电阻值测定 以上具体要求见 管检规 2 测厚检验 2 1测厚一般选择在弯头和三通等介质流动速度变化大