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精品文档第一章 压力管道基础知识第一节 压力管道基本概念一、压力管道的定义、工作原理及用途 1 、 压力管道的定义人们在生产、 生活中广泛利用管道来输送介质, 管道输送已经成为与铁路、公路、 水运、 航运并列的运输行业之一。在生产、 生活中所使用的管道中的部分管道是压力管道,它作为一种特殊承压设备越来越广泛的应用于石油、石化、化工、电力等行业及城市燃气和供热工程中。特种设备安全监察条例 对压力管道做了明确定义: 压力管道是指利用一定的压力, 用于输送气体或者液体的管状设备, 其范围规定为最高工作压力大于或者等于0.1MPa(表压)的气体、液化气体、蒸汽介质或者可燃、 易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体介质, 且公称直径大于25mm的管道。压力管道包括其附属的安全附件、安全保护装置和与安全保护装置相关的设施。2 、 压力管道的工作原理及用途对单条压力管道而言, 其工作原理就是依靠外界的动力或者是介质本身的驱动力将该条压力管道源头的介质输送到该条压力管道的终点。压力管道的主要用途就是输送流体介质, 而除此用途之外还可以延伸出以下一些功能, 如储存功能 (主要用于长输管道) 和热交换 (主要用于工业管道) 等。二、压力管道的压力与温度1、压力垂直作用于物体表面单位面积上的力则应称为压强，人们习惯于将压强称为压力，以后所说的压力实际上就是压强。P=F/S 式中： P：压强 F：压力 S：受力面积 （2）、绝对压力：管道内介质的实际压力称为绝对压力，用符号“Pa”来表示。（3）、用各种压力表测量管道介质的压力得到的压力数值称为表压力或表压用“MPa”表示。、当管道内介质的压力等于大气压力时，压力表的指针指在零位，即表压为零。、当管道内介质的压力大于大气压力时，压力表的指针才会转动，表上才有读数。此时压力表的读数就是管道内介质压力超出大气压力的部分，即表压为正压力。、当管道内介质的压力低于外界大气压力时，真空表的压力值即为介质的压力低于大气压力的部分，表压为负压力或真空，简称负压。、绝对压力、表压力及大气压力三者之间的关系为： P绝二P表+P大气、人们通常所说的容器压力或介质压力均指表压力。（4）、常见压力单位、 兆帕（MPa）： 千帕（kPa）： 帕（Pa）、千克力/厘米2（kgf/cm2） 、巴和毫巴符号为 bar 和 mbar （4）、常见压力单位换算：1兆帕（MPa）=10千克力/厘米2（kgf/cm2）= 10bar2、温度（1）、温度是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。（2）、目前国际上用得较多的温标有华氏温标(F)、摄氏温标（C）、热力学温标(K)（3）、我国使用摄氏度，其结冰点是0C，沸点为100C。 （4）、华氏度结冰点是32F,沸点为212F。 （5）、绝对零度：当达到这一温度时所有的原子和分子热运动都将停止。是温度的最低极限，相当于273.15，（6）、使用温度：系指管道运行时，用测温仪表测得工作介质的温度。（7）、设计温度：管道在正常工作过程中，在相应设计压力下，设定的管道壁金属温度，其值略高于管道壁金属可能达到的最高金属温度。三、压力管道输送的介质1、概述压力管道输送的介质均为流体介质, 如上所述, 包括气体、 液化气体、蒸汽或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、 最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体。气体的种类很多,常见的有空气、氮气、氧气、氯气、天然气等。蒸汽介质则特指水蒸汽。液化气体常见的有液化烃(液化天然气、液化乙烯、液化环氧乙烷、液化石油气等)及液氯、液氨、液氧、液氮等。具备下述5种特性之一的液体属于压力管道介质范围。(1)、可燃可燃液体:建筑设计防火规范(GBJ161987 2001年版)中所定义的乙类液体和丙类液体的曾用名称。乙类液体指闪点大于或者等于28至闪点小于60的液体;丙类液体指闪点大于或者等于60的液体。石油化工企业设计防火规范(GB505161992 1999年版)中直接使用可燃液体的概念,指的是除液化烃外的闪点小于28的可燃液体和闪点大于或者等于28的可燃液体。需要说明的是易燃液体是建筑设计防火规范(GBJ161987 2001年版)中所定义的甲类液体的曾用名称, 指闪点小于28的液体。在石油化工企业设计防火规范(GB505161992 1999年版)中没有提出易燃液体的概念,只是对液化烃专门做出定义, 而将除液化烃外的闪点小于28的液体归于可燃液体。(2)、易爆在危险、有害物质识别时, 常将易燃、 易爆物质定义为引燃、引爆后在短时间内释放出大量能量的物质。易爆液体属于易燃、易爆物质的范畴。常用的“爆炸危险介质”的定义为: 气体或液体蒸汽、薄雾与空气混合形成爆炸混合物, 且其爆炸下限小于10%, 或爆炸上限与下限的差值大于或者等于20%的介质。(3)、有毒有毒液体是呈液态的有毒物质的总称。有毒物质是指以较小剂量作用于生物体,能使生物体的生理功能或者机体正常结构发生暂时或永久性病理改变、甚至死亡的物质。工业有毒物质的危害程度按照职业性接触毒物危害程度分级GB50441985)分极度危害(I级)、高度危害(级)、 中度危害(级)和轻度危害(级)。常说的剧毒流体, 即相当于极度危害物质。压力管道定义中所说的有毒液体,包括四种危害程度的有毒物质。但是, 有些标准将这四种危害程度的介质分成剧毒流体和有毒流体,此时所谓的有毒流体指除剧毒物质外的其他有毒物质。（4)、有腐蚀性有腐蚀性液体是指能灼伤人体组织并对管道材料造成损坏的液体, 如: 硫酸、 硝酸等。(5)、最高工作温度高于或者等于标准沸点液体的标准沸点是指在1个大气压下的沸点, 如水的标准沸点是100。最高工作温度等于标准沸点的液体, 如表压力为零, 则处在沸腾状态。2、介质的火灾危险性压力管道介质的火灾危险性有2种分类方法,即石油化工企业设计防火规范(GB505161992 1999年版)和建筑设计防火规范(GBJ161987 2001年版)。(1)、石油化工企业设计防火规范(GB505161992 1999年版)的分类方法该标准按可燃气体和液化烃、可燃气体进行火灾危险性分类。、可燃气体的火灾危险性分类见表11。表11可燃气体的火灾危险性分类类别可燃气体与空气混合物的爆炸下限举例甲10%（体积）一氧化碳、溴甲烷 、液化烃、可燃液体的火灾危险性分类见表12。见表12液化烃、可燃液体的火灾危险性分类类别名称特征举例甲A液化烃15时的蒸汽压力0.1MPa的烃类液体及其他类似的液体液化天然气、液化石油气B可燃液体甲A以外，闪点456035号轻柴油。环戊烷丙A闪点60120轻柴油、重柴油B闪点120蜡油、100号重油(2)、建筑设计防火规范(GBJ161987 2001年版)对火灾危险性的划分。该标准所划分的生产的火灾危险性共有甲、乙、丙、丁、戊5个生产类别,其中火灾危险性特征部分涉及压力管道介质。3 介质的毒性危害程度压力管道介质的毒性危害程度分级方法。空气中最高容许浓度分别为：极度危害（I级）01 mg/m3；高度危害（级）0. 1 10 mg/m3；中度危害（级）10 42MPa)、高压管道(1042MPa)、中压管道(1.610MPa)、低压管道(1,6MPa)。（3）、城镇燃气管道根据输气压力P分为：、高压A (25 MPaP4OMPa)；、高压B (16MPaP25 MPa)；、次高压A (08 MPaP16 MPa)；、次高压B (04 MPaP08MPa)； 、中压A (02 MPap04 MPa)； 、中压B (00l MPaP02 MPa)；、低压 (P200)、常温管道(29200)、低温管道(29)。（5）、按介质毒性分类, 、剧毒管道(极度危害)、 、有毒管道(非极度危害)、无毒管道。（6）、按介质燃烧特性分类, 、分为可燃介质管道、非可燃介质管道。（7）、以介质腐蚀性分类, 、强腐蚀性介质管道、腐蚀性介质管道、 、非腐蚀性介质管道。（8）、按毒性、燃烧特性等特征对流体进行分类,分为A1类流体、A2类流体、B类流体、D类流体、C类流体。然后根据流体分类方便地提出内部为相应介质管道的要求。、A1类流体: 指剧毒流体, 在输送过程中如有极少量的流体泄漏到环境中,被人吸入或与人体接触时, 能造成严重中毒, 脱离接触后, 不能治愈。相当于现行国家标准职业性接触毒物危害程度分级(GB5044)中I级(极度危害)的毒物。、A2 类流体: 指有毒流体, 接触此类流体后, 会有不同程度的中毒, 脱离接触后可治愈: 相当于现行国家标准职业性接触毒物危害程度分级(GB5044)中级(高度、 中度、 轻度危害)的毒物。、B 类流体:该类流体在环境或操作条件下是一种气体或可闪蒸产生气体的液体,这些液体能点燃并在空气中连续燃烧。、D 类流体: 指不可燃、无毒、设计压力小于或等于1.0MPa和设计温度高于20186之间的流体。、C 类流体: 指不包括D类流体的不可燃、无毒的流体。工业金属管道设计规范(GB50316-2000)采用该种分类方法。（9）、按管道用途分类,、长输油气管道、城镇燃气管道、 、热力管道、 、工业管道(包括工艺管道、 公用工程管道)、 、动力管道、制冷管道。六、安全监督管理的分类（一）、压力管道安全管理与监察规定的分类说明1、为满足安全监督管理的需要,压力管道安全管理与监察规定将压力管道按其用途划分为长输管道(GA类)、公用管道(GB类)和工业管道(GC类),并给出了定义。长输管道是指产地、 储存库、使用单位间的用于输送商品介质的管道(具体讲就是: 跨越地、市输送商品介质的管道; 跨越省、(自治区、直辖市)输送商品介质的管道);公用管道是指城市或乡镇范围内的用于公用事业或民用的燃气管道和热力管道;工业管道是指企业、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的工业管道。2、在压力管道安全管理与监察规定之后颁布的特种设备目录将压力管道作为一个种类, 分成长输(油气)管道(输油管道、 输气管道)、 公用管道(燃气管道、 热力管道)和工业管道(工艺管道、动力管道和制冷管道)3个类别。3、压力管道安全管理与监察规定 中所称的长输管道与特种设备目录 所称的长输(油气)管道的含义基本相同。油气田集输管道、发电厂的动力管道和液化石油气储配站站内管道一般划为工业管道的范围。（二）、压力管道安全技术规范对各类压力管道进行了分级,具体规定如下:1、长输(油气)管道的分类分级长输(油气)管道为GA类,分为GA1级和GA2级。（1）、GA1级是指满足符合下列条件之一的长输管道:、输送有毒、 可燃、 易爆气体介质, 设计压力p1.6MPa的管道; 、输送有毒、 可燃、 易爆液体介质, 输送距离L200km,且管道公称直径DN300mm的管道; 、输送浆体介质,输送距离L50km且管道公称直径DN150mm的管道。注:输送距离是指产地、 储存库、 用户间的用于输送商品介质管道的直接距离。（2）、GA2级是指满足符合下列条件之一的长输管道:、输送有毒、 可燃、 易爆气体介质, 设计压力p1.6MPa的管道;、GA1中b)范围以外的长输管道;、GA1中c)范围以外的长输管道。2、公用管道的分类分级公用管道为GB类, 分为GB1级和GB2级。、GB1级为燃气管道、GB2级为热力管道3、工业管道的分类分级工业管道为GC类, 目前有两种分级方法, 一种是压力容器压力管道设计单位资格许可与管理规则的分级方法,将工业管道划分为GC1级、GC2级。另一种是压力管道安装单位资格认可实施细则和在用工业管道检验规程(试用)的分级方法,将工业管道划分为GC1级、GC2级和GC3级。这两种分级方法的主要区别是后一种分级方法中将第一种分级方法中的GC2级工业管道又划出一部分管道做为GC3级。4、在用工业管道检验规程(试用)的分级方法如下:（1）、符合下列条件之一的工业管道为GC1级:、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、乙类可燃气体或甲类可燃液体,并且设计压力p4.0MPa的管道;、 输送可燃流体介质、有毒流体介质,设计压力P4.0MPa,且设计温度t400的管道;、输送流体介质并且设计压力P10.0MPa的管道。（2）、符合下列条件之一的工业管道为GC2级:、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,并且设计压力p4.0MPa的管道; 、输送可燃流体介质、有毒流体介质,设计压力4.0MPa,并且设计温度t400的管道;、输送非可燃流体介质、无毒流体介质,设计压力p10.0MPa,并且设计温度t400的管道; 、输送流体介质,设计压力p10.0MPa,并且设计温度t0.250.60%的钢。强度及塑性适中，用于紧固件和锻件如：35钢。高碳钢C0.60%的钢 强度和硬度高、塑性差，可制作弹簧、钢丝绳等。如65Mn（C0.620.7）（2）普通碳素钢Q 235 A F F: 沸腾钢，b 半镇静钢，镇静钢省略 A：质量等级号,A级不做冲击试验,B级做常温V形缺口冲击试验;C、D两级常用在重要场合下 235： 屈服强度235MPa：分别为195、215、235、255、275五个等级Q ：“屈”字汉语拼音第一个字母。（3）按品质分类 优质碳素钢（P0.04 S 0.04%）高级优质钢（P0.03 S 0.02%） （4）脱氧程度、沸腾钢 A3F在浇铸前不用硅和铝脱氧, 钢液中含氧量多,浇注及凝固时会产生大量CO气泡，在钢锭模内产生沸腾现象,这类钢叫沸腾钢。 、镇静钢 A3而脱氧较完全,浇铸时钢水在钢锭模内不产生CO气体,这类钢叫镇静钢。成材率低,成本高。但镇静钢中气体含量低,时效倾向小,钢镜中气泡、疏松较少,质量较好。、半镇静钢A3b进行中等程度脱氧,介于沸腾钢和镇静钢之间的钢(四)、优质碳素钢：1、优质碳素钢中的有害杂质元素S、P比普通碳素钢低,不仅如此,二者的冶炼方法也多有不同,普通碳素钢多用成本最低转炉冶炼,而优质碳钢则采用平炉或纯氧顶吹转炉冶炼,脱氧较好,杂质含量较低,故其综合机械性能、耐蚀性等均优于普通碳素钢。2、优质碳素钢与高级优质碳素钢相比,价格不高,是工程上应用最广泛的碳素钢。3、优质碳素钢的表示方法和代号20 g （25g） 锅炉钢 C:0.170.24% 4、压力管道中常用的牌号为08、10、20三种。（五）高级优质碳素钢高级优质碳素钢各方面性能略优于优质碳素钢,但价格较高，工程上用的并不多。一般情况下,如果采用优质碳素钢不能满足使用条件要求时，将考虑选用相应的合金钢而不用高级优质碳素钢。高级优质碳素钢在优质碳素钢的牌号后加A四、合金钢1、合金钢分类见表13 表13合金钢分类(用途)第一层第二层分类第三层分类特点及用途合金钢 合金结构钢低合金钢1低碳型合金钢，合金元素总量一般3；2强度明显高于碳素钢，有较好的塑性和韧性，可焊性尚可；3用于中高温、抗氢、抗高温硫腐蚀等。调质钢1 中碳型合金钢，合金元素含量较低；2 强度较高；3用于高温螺栓、螺母材料等。弹簧钢1含碳量比调质钢高；2经调质处理，强度较高 抗疲劳强度较高；3用于弹簧材料。滚动轴承钢1高碳型合金钢，合金含量较高；2具有高而均匀的硬度和耐磨性；3用于滚动轴承。特殊性能钢不锈钢1低碳高合金钢；2抗腐蚀性好；3用于抗腐蚀、部分可做耐热材料。耐热钢1低碳高合金钢；2耐热性能好；3用于耐热材料、部分可做抗腐蚀材料。低温钢1低碳合金钢，根据耐低温程度合金元素有高有低；2抗低温性好；3用于低温材料（专用钢为镍钢）。2、合金钢的优点合金钢与碳素钢相比,它具有较高的强度,较好的耐热性,较好的耐低温性能,较好的耐腐蚀性能等优点,甚至有些生产环境采用碳素钢是满足不了要求的。故合金钢是压力管道中常用的也是很重要的材料。3、常用合金钢压力管道中常用的合金钢有低合金钢、调质钢、不锈钢、耐热钢和低温钢。其它钢种有时也会偶尔碰到在此不再作进一步的介绍。合金钢表示方法及代号 XX XXXX X 特殊用途标记,同优质碳钢部分。对高级优质合金钢,在其后加“A” 主要合金元素符号及其含量,其中前两位为元素符号,后两位数字为该合金元素的平均百分比含量。数字为一位数时则用一个数字表示,含量不足1.5时可省略不注。有多个合金元素时则依次按此规则填写。 两位数字,表示钢中平均含碳量的万分之几。25 Cr2 Mo V A 高级优质合金钢 合金元素含量1.5% X 仅标合金元素 1.52.49% 标“2” 2.53.49 标“3” 3.54.49 标“4” 1719.00 标“18”含碳量25/10000（两位数字表示）4、不锈钢（1）不锈钢特点、合金元素含量比较高,均超过10,有的高达50%甚至更多；、它含有大量的合金元素,故其耐热、耐蚀等性能大大优于碳素钢和低合金钢,但随之而来的是其价格也远远高于碳素钢和低合金钢。（2）分类（按常温的组织不同）奥氏体型奥氏体-铁素体双相型铁素体型马氏体型沉淀硬化型（3）表示方法1Cr18Ni9Ti 0Cr18Ni9 00Cr18Ni18 合金元素表示方法同低合金钢含碳量千分之几（一位数表示）C0.1% 用“0”表示“低碳” C 0.03% 用“00”表示“超低碳”5、常用不锈钢1）、奥氏体不锈钢、根据其含碳量的不同分为高碳型、低碳型(C0.08)、和超低碳型；、常温为单一奥氏体组织，消除了组织间的电位差,故有利于抗电化学腐蚀；、它含有大量耐蚀合金元素，抗高温化学腐蚀；、具有良好的机械性能和可焊性；、价格较高。2）、铁素体型