压力管道培训课件知识

(-)压力管道设计基本理念

1.冷安装原则

受现场施工条件、施工单位加工厂技术先进的影响，工厂预制、

现场安装的方法更加便捷(机械加工快)、经济(省人工时费)，设

计时尽量考虑成品件，还能保证工程进度、工程质量。

2.限额设计的理念

项目越大，设计及材料选择就越要精确。比如二甲醴一期项目当

时按照设计院材料表，材料误差率达30%,这就意味着投资几千万的

项目，光管道成本就可能多增加几百万。

3.压力管道工程设计标准化

为了减少设计时间，应尽量统一标准，减少材料的多样化。比如

通过计算有些支管不用补强，可以节约成本，但实际计算补强会延迟

设计时间，无形增加了时间成本，应统一补强。

(-)材料性能及选用原则

1.材料性能指标

主要强度指标：抗拉强度、屈服强度、持久强度极限、蠕变极限;

主要硬度指标：洛氏硬度、布式硬度、维氏硬度；

主要韧性指标：冲击吸收功、断后伸长率、韧脆性转变温度；

主要物理性能指标：弹性模量、泊松比、线膨胀系数;

材料工艺性能：DN50以内为锻件、焊接冷裂纹敏感系数（管道

在焊接时容易出现冷裂纹的程度，据此来确定材料焊接前的预热温

度）、热处理性能、耐腐蚀性能。

2.材料的选用原则

工程建设中新技术、新材料、新工艺，标准化、简易化、国产化

的实施越来越多，目前钢管标准97项，还有很多新型材料不断出现。

无论工程设计采用新技术或国外标准材料，工业管道均应符合

TSGD0001-2009《压力管道安全技术监察规程一工业管道》的相关条

款要求。

（三）管系标准

管系标准可分为SH标准、GB标准、ASME标准、HG标准，其中

我们常用的标准系列为HG标准,是小外径系列（大外径系列不常用）,

其他均为大外径系列。HG标准主要有HG20553>GB/T12459、

GB/T13401、GB/14383、HG20592-HG20615o

（四）管道元件压力设计四原则

主要讲解了压力温度额定值方法，该方法在HG20592~20615上

有，是法兰公称压力确定的主要方法。

二、即将颁布的《压力管道规范工业管道》GB/T20801主要修

订内容

(-)修订内容

1.适用范围的调整

①将DN150以下、最高工作压力小于1.6MPaG的输送无毒不可

燃无腐蚀性气体的管道排除；

②通过排除法(增加不包括、不适用范围，如非金属管道或其衬

里层，锅炉、压力容器以及加热炉的内部管道以及设备的外接管道，

设计压力小于O.IMPaG但不低于大气压的输送无毒、不可燃、无腐

蚀流体的管道)，扩大了压力管道的范围。

2.危害介质有关定义的修改

介质为混合物时，毒性危害程度可按照混合物各组成成分的急性

毒性指标LD50/LC50采用加和平均法计算并确定，但浓度W1%的组分

不予考虑。另外，毒性未知的组分如浓度W10%时，可参考A.4.5.1

确定毒性危害级别。

3.增加低温低应力工况

低温下的最大工作压力不大于常温下最大允许工作压力的30%,

管道由压力、总量及位移产生的轴向拉应力总和不大于材料常温许用

应力的30%且不大于50MPa,均为低温低应力工况。低温低应力工况

仅适用于GC2管道，且最低设计温度不低于-104C。

4.对灰铸铁和可锻铸铁管进一步限制使用范围

除了不得用于GC1管道或者剧烈循环工况外，另外规定，用于

GC2时，使用温度不大于150℃,最大允许工作压力应不大于l.OMPao

5.铭铝合金的要求

铭铝合金钢焊管和管件的焊缝应进行100%射线检测或超声检

测，并符合NB/T47013.2规定的II级（RT,UT为I级）要求。并应在

焊后热处理后进行检测。

6.焊缝的要求

管道环焊缝距离支管或管接头的开孔边缘不应小于50mm且不

应小于孔径。焊接管及焊接管件组对时，尽量避免十字焊缝。

（-）ASMEB31.1、ASMEB31.3、GBT20801异同点

1.管道挠度

ASMEB31.1的挠度有明确的规定，为2.5mm,ASMEB31.3规定

常规13mm；相应的，B31.1有比较明确的管道支吊架间距规定，而

B31.3没有关于支吊架间距的规定。

2.管件问题

在B31.3管道里，经常使用法兰连接。在B31.1管道里，法兰使

用的比较少（但是绝对不是不使用），而是直接焊接。这主要是因为

电力管道一般高温（550度司空见惯，600度也稀松平常）高压（有

的管道压力可达47MPa），法兰很难抵挡得住温度和压力的影响而不

泄露流体。B31.3管道会涉及到夹套管，膨胀节，管道直埋等问题;

而B31.1里明文规定禁止在锅炉外部管道加膨胀节,并且不允许直埋。

至于夹套管，由于电厂里面不存在这样的工艺流程，根本不需要。

3.危险程度进行管道分级

B31.3中高危险性的M类（泄漏极少量有毒流体被人吸入或接触

后，即使迅速采取治疗措施也能造成严重的和难以治愈的伤害）接近

于GC1（1）,但范围比GC1（1）要小；D类工况（完全满足输送流体是不

易燃、无毒和对人体无害的；工作压力低于1035KPa,设计温度

-29~186℃条件的流体），相当于原GC3中的一部分；U类（一种由

于产品的清洁度控制水平要求因而选择规范规定之外的制作、检验、

检测和试验方法的要求的流体工况）；K类（温度压力额定值超过

42MPa的流体），20801中不包含该范围。

4.提高了GC1管道设计和检验方面的安全技术要求;

5.碳钢、低合金钢管道最低设计温度由B31.3中规定的-29C修

改为-20C,删除了低温降应力工况(保留了低温低应力工况)，删

除了允许按照材料实际冲击韧性，降低材料最低设计温度的规定；

6.结合国情，补充了EN/PN系列管道组成件的标准；

7.增加外加荷载下，法兰当量压力折算和法兰刚度校核计算方

法，补充压力-面积法作为三通和异型管件的开孔补强计算方法；

8.提出了必须进行管道应力分析的限定条件和按中国荷载规范

进行风载和地震校核的规定。

9.碳钢、低合金钢管道的最低设计温度，由V-29C修改为大

于-20C；

三、压力管道设计与计算实例

(-)设计条件和设计准则

1.基本概念

应力分析主要有静力分析和动力分析，通常，动力分析会转为精

力分析进行计算。

其中，静力分析主要有以下几种情况：

①计算管道中的应力，保证自身安全；②计算管道与其相连的机

器，设备的作用力，使其满足标准规范；③计算管道对支吊架和土建

结构的作用力，为支吊架设计和土建结构设计提供依据；④计算管道

位移，防止位移过大造成支架脱落或管道碰撞，并为弹簧支吊架选用

提供依据。

而动力分析不常用，主要有如下情况需要做动力分析：

①管道地震分析；②往复压缩机和泵的固有频率和振型分析，避

免发生机械共振；③往复压缩机和泵的强迫振动分析，防止管道因振

动发生疲劳破坏；④往复压缩机管道气体压力脉动的声学模拟，避免

气柱共振和压力脉动过大；⑤水锤，安全阀泄放载荷和两相流所产生

的支架载荷计算。

2.设计条件和依据

ASMEB31.3；ASMEB31.1；SH/T3041；项目合同；现场条件；

专业统一规定。

3.设计主要过程

编制应力分析统一规定；确定需要详细应力分析计算的管道；接

受管道应力分析相关条件；对管系进行分析计算；编制计算书并提交

相关专业。

4.计算前需要准备的资料

管线情况表填写完整，注意管道材质和流体物态；工艺专业提供

管线操作的不同工况，比如吹扫，开停工，事故工况等；相关专业提

供图纸和管嘴允许受力和位移要求；管道上刚性元件，比如阀门，法

兰的重量，注意考虑螺栓重量。

(-)管道支吊架和管道柔性分析

1.管道支吊架标准

MSSSP-58；BS3974.1；GB17116.1；SH/T3073

2.管道支吊架的分类及选用原则

支吊架主要有：刚性支吊架，导向支架，限位支架，固定支架，

弹簧支吊架，阻尼器。选用原则如下：

①计算时要记住更改摩擦系数，不同的摩擦面摩擦系数不同；

②焊后需要热处理的管道支吊架不适合进行焊接；

③架空敷设、热膨胀超过100mm的管道，支吊架应增加管托；

④设置支吊架时需要注意可用空间；

⑤弹簧支吊架的许用载荷变化率为25%,如情况有变，最大不应

超过此值。

3.应力分析

根据GB17U6.1管道应力系数总和不应超过1.0,即拉伸或压缩

应力与许用拉伸或压缩应力的比值、弯曲应力与许用弯曲应力的比值

之和不应超过l.Oo

管道跨度选择时，要注意管道的挠度(管道垂直方向上的线位移

量)，最大不应超过2mm；设备的热膨胀会影响计算结果，进行应

力计算时需要注意。

4.柔性系数计算

通常Cii中自带，不用专门计算；但有些特殊情况需要专门计算

该值,此时可在environment-reviewSIFsatIntersectionNodes中查看。

(三)风载荷和地震载荷的计算

1.风载荷

设计依据为GB50009和UBC,但UBC为美标，国内数据不符合,

我们设计可完全参考GB50009；另外需要提供风压值。在CII中可以

选择风况和参考标准。

2.地震载荷

设计依据为GB50009和SH/T3039,GB50009上对于地震载荷只

有结构专业相关数据，没有管道专业的相关数据和计算方法，因此，

地震载荷的计算需要依据SH/T3039o

(四)管系中阀门开关时的动载分析

安全阀和水锤的动载分析在CII中都可以找到，在需要计算的管

道上选择Forces/Moment,并填写相关数据。

1.安全阀的泄放反力

输入条件有泄放量(kg/s)、泄放系数k、温度T(K)、密度M

(kg/Kmol)＞阀门泄放面积A(mm2)＞压力P(KPa),计算公式

为F=129*W*(KT/(K+l)*M)1/2+AP/1000；通常安全阀厂家会提供泄放反

力。我们只需要在应力计算时考虑就行。

当安全阀对大气放空时，弯头向上，泄放反力转化为静力，为厂

家提供值的2倍；当汇总排放时水平方向的反力为2倍，竖直方向为

1倍。另外，值得注意的是，通常安全阀为了避免泄放反力的破坏，

应该在安全阀出口尽早连接弯头，对空排放时弯头向上，汇总排放时

需要下弯，并45°斜接入主管。

2.水锤的计算

按照水锤理论，假设L为管道长度（m）,a为波速（m/s）,当

阀门关闭时间T小于2L/a时，这时候产生的水锤最大，AP=10-6paAv。

水锤载荷Fw=l（y6paAAv（A为管道流体截面积，mm2）；

波速a=103｛（K/p）/[l+KDi/EtF/2；（K为流体体积弹性模量，MPa；

Di为管道内径，mm；E为管道材料弹性模量，MPa；t为管道壁厚，

mm）

3.偶然工况

风载荷、地震载荷、安全阀泄放反力、水锤均为偶然工况，应力

分析时偶然工况的载荷不叠加。对于偶然工况的处理办法是加阻尼

器，但阻尼器的成本太高，通常是采用导向支架或者止推。安全阀的

止推要尽量靠近弯头位置。

四、标准规范选用疑难问题解析

1.GB50316、GB/T20801的许用应力以哪个为准？

以GB/T20801为准，该标准许用应力来自ASME31.3,经过了大

量实验分析和回归曲线，数据更为准确。

2.GC3取消后有什么影响？

压力等级的变化只是为了调整政府监管的范