工业管道设计

工业管道设计基础四川省特种设备安全管理协会四川省特种设备安全管理协会1.概述管道运输是与铁路、公路、水路、航空并列的五大运输行业之一；管道的定义及其特点：管道：由管道组成件、管道支吊架等组成，用以输送、分配、混合、分离、排放、计量或控制流体流动（《工业金属管道设计规范》GB50316）。管道组成件：用于连接或装配成管道的元件，包括管子、管件、法兰、紧固件、阀门以及管道特殊件等。压力管道的概念四川省特种设备安全管理协会1.概述特种设备的定义：2009年5月1日开始实施的《特种设备安全监察条例》，对涉及生命安全、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、大型游乐设施和场（厂）内专用机动车辆定为特种设备并实行安全监察。压力管道的定义和范围是：压力管道是指利用一定的压力，用于输送气体或液体的管状设备，其范围规定为最高工作压力大于等于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。《压力管道元件制造许可规则》：本规则所称公称直径根据相关标准，依据不同的管材、管件，可以指公称外径、公称内径、通径和口径、公称尺寸。压力管道的概念1.概述四川省特种设备安全管理协会管道支吊架（GB50316）用于支承管道或约束管道位移的各种结构的总称，但不包括土建结构。固定支架可使管系在支承点处不产生任何线位移，并可承受管道各方向的各种荷载的支架。滑动支架有滑动支承面的支架，可约束管道垂直向下方向的位移，不限制管道热胀或冷缩时的水平位移，承受包括自重在内的垂直方向的荷载。1.概述四川省特种设备安全管理协会管道支吊架（GB50316）

导向架可阻止因力矩和扭矩所产生旋转的支架，可对一个或一个以上的方向进行导向，但管道可沿给定轴向位移。当用在水平管道时，支架还承受包括自重力在内的垂直方向荷载。通常导向架的结构兼有对某轴向或二个轴向限位的作用。限位架可限制管道在某点处指定方向的位移（可以是一个或一个以上方向线位移或角位移）。规定位移值的限位架，称为定值限位架。四川省特种设备安全管理协会1.概述GA类：长输管道GB类：公用管道GB1——城填燃气管道GB2——城填热力管道GC类：工业管道GC类管道按设计压力、设计温度、介质毒性程度、火灾危险性划分为GC1、GC2、GC3三个等级。GD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，划分为GD1级、GD2级。压力管道的类别四川省特种设备安全管理协会1.概述符合下列情况之一的管道为GC1级：毒性程度为极度危害的介质；毒性程度为高度危害的气体，工作温度高于标准沸点的高度危害的液体；设计压力大于等于4.0MPa，火灾危险性为甲、乙类可燃气体或者甲类可燃液体；设计压力大于等于10.0MPa的管道和设计压力大于等于4.0MPa且设计温度大于等于400℃的管道。无毒、非可燃流体介质，设计压力小于等于1.0MPa且设计温度高于-20℃但不高于185℃的管道为GC3级。除GC3级管道外，介质毒性程度、火灾危险性、设计压力和设计温度低于GC1级的管道为GC2级。压力管道的类别四川省特种设备安全管理协会1.概述压力管道是一个系统，相互关联相互影响；压力管道长径比大，极易失稳，受力情况比压力容器更复杂。压力管道内流体流动状态复杂，缓冲余地小，工作条件变化频率比压力容器高（如高温、高压、低温、低压、位移变形、风、雪、地震等都可能影响受力情况）；管道组成件和管道支承件的种类繁多，各种材料各有特点和具体技术要求，材料选用复杂；管道上可能泄漏点多于压力容器；压力管道种类多、数量大，设计、制造、安装、检验、应用管理环节多。压力管道的特点四川省特种设备安全管理协会1.概述压力管道设计属于多学科综合性专业；压力管道设计具有严格的法规性；压力管道设计是详细设计的主导专业；压力管道设计具有高度的依附性；压力管道设计图纸复用率低；压力管道设计工作量大且繁杂；压力管道施工现场服务的时间长；现代的压力管道设计技术对计算机依赖性强。压力管道设计的特点1.概述四川省特种设备安全管理协会压力管道设计的基本要求安全性安全问题涉及人的生命，是最重要的因素，压力管道设计要把安全问题放在设计的首要位置。设计部门的设计装备、设计环境、设计管理水平、设计质量控制水平、设计手段及其设计人员的责任心、技术水平、设计经验等无不对压力管道的安全性产生影响。一个良好的设计单位，应在上述各个方面做得都比较好。经济性指压力管道的一次投资费用和操作维护费用的综合指数。一般情况下，如果说一次投资费用较高，其可靠性好，操作维护费用低。满足工艺要求满足工艺要求是压力管道设计的最基本的要求，工艺流程图是压力管道设计的依据。1.概述四川省特种设备安全管理协会压力管道设计的分级（类）《压力容器压力管道许可规则》压力管道分类GA——长输管道：GB——公用管道；GC——工业管道；GD——动力管道。美国管道ASMEB31管道分类ASMEB31.1——动力管道；ASMEB31.3——工艺管道；ASMEB31.4——液态烃和其他液体管道输送系统；ASMEB31.5——致冷管道；ASMEB31.8——输气和配气管道系统；ASMEB31.9——建筑管道；ASMEB31.11——浆液管道输送系统。1.概述四川省特种设备安全管理协会压力管道设计的分级（类）《化工金属管道工程施工及验收规范》(HG20225)管道液体分类A——输送剧毒介质的管；B——输送可燃介质或有毒介质的管道；C——输送非可燃、无毒介质的管道；D——输送设计压力小于等于1MPa，且设计温度为-29~186

℃非可燃、无毒介质的管道。《石油化工金属管道工程施工及质量验收规范》(GB50517)管道分级SHA1~SHA4、SHB1~SHB4、SHC1~SHC5四川省特种设备安全管理协会1.概述A1类流体——剧毒流体；A2类流体——有毒流体（高度、中度、轻度危害）

；B类流体——指这些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，这些流体能点燃并在空气中连续燃烧；C类流体——指不包括D类流体的不可燃、无毒的流体；D类流体——指不可燃、无毒、设计压力小于等于1MPa，设计温度在-29~186℃之间的流体。工业金属管道流体的分类（GB50316）四川省特种设备安全管理协会1.概述爆炸性气体混合物：大气条件下气体、蒸气、薄雾状的易燃物质与空气的混合物，点燃后燃烧将在全范围内传播。P9爆炸极限：可燃气体、可燃液体的蒸气或可燃粉尘和空气混合达到一定浓度时，遇到火源就会发生爆炸。达到爆炸的空气混合物的浓度，称之为爆炸极限。爆炸极限通常以可燃气体、蒸气或粉尘在空气中的体积百分数来表示。其最低浓度称为“爆炸下限”，最高浓度称为“爆炸上限”。P9爆炸危险区域：爆炸性混合物出现的或预期可能出现的数量达到足以要求对电气设备的结构、安装和使用采取预防措施的区域。P9压力管道输送介质的特性四川省特种设备安全管理协会1.概述一次危险：设备或系统内潜在着发生火灾或爆炸的危险，但在正常操作状况下，不会危害人身安全或设备完好。P11次生危险：由于一次危险而引起的危险，它会直接危害到人身安全、设备毁坏和建筑物的倒塌等。P11三重安全措施：首先预防一次危险引起的次生危险；其次是一旦发生次生危险则尽可能限制其危害程度和范围；第三是次生危险发生以后，能为及时抢救和安全疏散提供方便条件。P122压力管道输送介质的特性四川省特种设备安全管理协会1.概述按《职业性接触毒物危害程度分级》（GBZ230-2010）GBZ230-2010职业性接触毒物危害程度分级.pdf规定，职业性接触毒物危害程度共分为四级，分别为Ⅰ级（极度危害）、Ⅱ级（高度危害）、Ⅲ级（中度危害）、Ⅳ级（轻度危害）。危害程度不同的分级范围：Ⅳ级（轻度危害）——THI<35

Ⅲ级（中度危害）——THI≥35,<50Ⅱ级（高度危害）——THI≥50,<65Ⅰ级（极度危害）——THI≥65THI——毒物危害指数介质的毒性分类四川省特种设备安全管理协会1.概述一般规定压力管道中介质毒性程度、腐蚀性和火灾危险性的划分应当以介质的“化学品安全技术说明书”（MSDS）为依据，按照GBZ230-2010或TSGD0001的划分原则确定。介质同时具有毒性及火灾危险性时，应当按照毒性危害程度和火灾危险性的划分原则分别定级。

介质为混合物时，应当按照有毒化学品的组成比例及其急性毒性指标（LD50、LC50），采用加权平均法，获得混合物的急性毒性（LD50、LC50）

，然后按照毒性危害级别最高者，确定混合物的毒性危害级别。

介质毒性程度、腐蚀性和火灾危险性划分（TSGD0001）四川省特种设备安全管理协会1.概述毒性危害程度压力管道中介质毒性程度的分级应当符合GBZ230、GB5044《职业性接触毒物危害程度分级》的规定，以急性毒性、急性中毒发病状况、慢性中毒患病状况、慢性中毒后果、致癌性和最高容许浓度等六项指标为基础的定级标准；

压力管道中介质的毒性危害程度包括极度危害、高度危害以及中度危害三个级别。（注：GBZ230、GB5044规定为极度危害、高度危害、中度危害和轻度危害四个级别）介质毒性危害程度的级别应当不低于以急性毒性和最高容许浓度两项指标分别确定的最高危害程度级别。如果以急性中毒发病状况、慢性中毒患病状况、慢性中毒后果和致癌性四项指标确定的介质毒性危害程度高于

按照上一条确定的危害程度级别时，应当根据压力管道具体工况，综合分析，全面权衡，适当提高介质的毒性危害程度级别

介质毒性程度、腐蚀性和火灾危险性划分（TSGD0001）四川省特种设备安全管理协会1.概述介质毒性程度、腐蚀性和火灾危险性划分（TSGD0001）有些行业对苯、丙烯腈、二硫化碳等介质的分类与GB5044不同

介质标准苯二硫化碳光气（碳酰氯）丙烯腈氟化氢GB5044-1985极度危害高度危害——高度危害高度危害HG20660-2000高度危害中度危害极度危害高度危害高度危害GB50517-2010极度危害高度危害高度危害高/极度危害高度危害四川省特种设备安全管理协会1.概述腐蚀性压力管道中的腐蚀性液体系指:与皮肤接触,在4h内出现可見坏死现象，或55℃时，对20钢的腐蚀率大于6.25mm/y(年)的流体（注：介质腐蚀性与压力管道分级无关）。

介质毒性程度、腐蚀性和火灾危险性划分（TSGD0001）四川省特种设备安全管理协会1.概述火灾危险性压力管道中介质的火灾危险性包括GB50160《石油化工企业设计防火规范》及GB50016《建筑设计防火规范》中规定的甲、乙类可燃气体、液化烃和甲、乙类可燃液体。工作温度超过其闪点的丙类可燃液体，应当视为乙类可燃液体

国家安全生产监督管理总局颁布的《危险化学品名录》中的第1类爆炸品、第2类第2项易燃气体、第4类易燃固体、自燃物品和遇湿易燃物品以及第5类氧化剂和有机过氧化物，应当根据其爆炸或者燃烧危险性、闪点和介质的状态（气体、液体）视为甲、乙类可燃气体、液化烃或者甲、乙类可燃液体

甲类可燃气体指可燃气体与空气混合物的爆炸下限小于10％（体积）；乙类可燃气体指可燃气体与空气混合物的爆炸下限大于或者等于10％（体积）；液化烃指15℃时的蒸气压力大于0.1MPa的烃类液体和类似液体；甲类可燃液体指闪点小于28℃的可燃液体；乙类可燃液体指闪点高于或者等于28℃，但小于60℃的可燃液体；工作温度超过闪点的丙类可燃液体（闪点大于等于60℃），应当视为乙类可燃液体

介质毒性程度、腐蚀性和火灾危险性划分（TSGD0001）四川省特种设备安全管理协会2.GB20801、TSGD0001GBT20801-2006《压力管道规范工业管道》由下面六个部分组成：——第一部分：总则（GBT20801.1-2006）；——第二部分：材料（GBT20801.2-2006）；——第三部分：设计和计算（GBT20801.3-2006）；——第四部分：制作与安装（GBT20801.4-2006）；——第五部分：检验与试验（GBT20801.5-2006）；——第六部分：安全防护（GBT20801.6-2006）；标准的组成四川省特种设备安全管理协会2.GB20801、TSGD0001公称压力为PN420以上的管道发生事故时会导致放射性辐射的管道，如核工业装置的管道石油、天然气、地热等勘探和采掘装置的管道钢铁工业冶炼设备的管道电气、电讯的专用管道移动设备上的压力管道如汽车、飞机等城镇市政公用设施管道油气输送管道和油气田内部集输管道不适用的范围四川省特种设备安全管理协会2.GB20801、TSGD0001定型设备和其它输送或加工流体设备内部管道的内部管道以及设备的外接管口采暖通风专业的管道水电站专用的压力管道火力发电厂的汽水管道不适用的范围四川省特种设备安全管理协会2.GB20801、TSGD0001图纸目录设计说明设计说明书.doc首页图首页图.dwg带控制点工艺流程图设备表管道特性表（管道数据表）管道特性表.xls管道材料等级表管道材料等级表样例（L1B）.doc设备布置图压力管道设计文件四川省特种设备安全管理协会2.GB20801、TSGD0001管道布置图管口方位图轴测图（管段表）空视图.dwg管段表.xls防腐表保温表管架表综合材料表强度计算书管道应力分析书压力管道设计文件四川省特种设备安全管理协会2.GB20801、TSGD0001平焊法兰不得用于温度频繁变化的管道，特别是法兰未做隔热的场合剧烈循环工况的管道采用法兰连接时选用带颈对焊法兰胀接法兰、螺纹法兰不得用于GC1级管道和腐蚀性极强的环境中扩口翻边接头不得用于剧烈循环工况法兰连接的紧固件符合预紧与操作条件下垫片的密封要求，低强度紧固件不得用于剧烈循环工况下的法兰接头垫片根据流体性质、使用温度、压力以及法兰密封面等因素选用，垫片的密封荷载与法兰的压力等级、密封面型式和表面粗糙度以及紧固件相匹配GC1级管道以及有毒、可燃介质管道，规定其法兰接头的紧固载荷和紧固程序，确保法兰接头的密封性能。法兰设计的原则四川省特种设备安全管理协会3.GB50316B类流体的管道不得安装在通风不良的厂房内、室内的吊顶内及建（构）筑物封闭的夹层内B类流体的管道不得穿过与其无关的建筑物B类流体的管道不应在高温管道两侧相邻布置，也不应布置在高温管道上方有热影响的位置B类流体的管道与氧气管道的平行净距不应小于500mm，交叉净距不应小于250mm。当管道采用焊接连接结构并无阀门时，其平行净距可取上述净距的50%B类流体管道布置要求四川省特种设备安全管理协会3.GB50316高硅铸铁不得用于A2类流体的管道应采用防止阀杆填料处泄漏的可靠的密封结构型式的阀门气体排放口应符合环保的要求，液体不应直接排入下水道不宜采用板式平焊法兰不应使用带填料密封的补偿器不应在可通行沟内布置A2类流体的管道A2类气体管道应进行气密试验A2类流体管道的规定四川省特种设备安全管理协会3.GB50316管道的设计温度小于或等于-50℃或大于等于100℃，均应为柔性计算的范围

对柔性计算的公称直径范围应按设计温度和管道布置的具体情况在工程设计时确定上述条件外，但符合下列条件之一的管道，应列入柔性计算的范围（1）受室外环境温度影响的无隔热层长距离的管道（2）管道端点附加位移量大，不能用经验判断其柔性的管道（3）小支管与大管连接，且大管有位移并会影响柔性的判断时，小管应与大管同时计算管道柔性计算的范围四川省特种设备安全管理协会3.GB50316安全阀应分别按排气（汽）体或液体进行选用，并考虑背压的影响

安全阀的开启压力（整定压力）除工艺有特殊要求外，为正常最大工作压力的1.1倍，最低为1.05倍需防止流体倒流的管道上，应设置上回阀正常运行中，某些阀门必须严格控制在开或关的位置时，设计中应附加锁定或铅封的要求，并应在设计图中用代号表示

L.O.或C.S.O——开启状态下锁住（未经批准不得关闭）

L.C.或C.S.C——关闭状态下锁住（未经批准不得开启）

管道系统的安全规定四川省特种设备安全管理协会

排放气体或蒸汽时，选用全启式安全阀

排放液体时，选用全启式或微启式安全阀，一般选用微启式安全阀排放空气时，可选用带板手的安全阀对设定压力大于3MPa，温度超过235℃

的气体用安全阀，则选用带散热片的安全阀，以防止泄放介质直接冲蚀弹簧排放介质允许泄漏至大气的，选用开式阀帽安全阀，不允许泄漏至大气的，选用闭式阀帽安全阀排放有剧毒、有强腐蚀、有极度危险的介质，选用波纹管安全阀

安全阀形式的选择四川省特种设备安全管理协会3.GB50316下列情况应设阻火设施

（1）与明火设备连接的B类气体的减压后的管道，包括火炬管道（2）需隔断易着火的管道（包括放空管道）与其连接的设备时

管道系统的安全规定四川省特种设备安全管理协会4.GB50235主要相关标准

项目GB50235-2010GB50184-2011GB/T20801-2006GB50236-2011适用范围工业金属管道施工工业金属管道质量验收压力管道规范工业管道

现场设备工业管道焊接施工介质性质毒性无毒及GB5044中规定的毒物无毒及GB5044中规定的毒物无毒及GB5044中规定的毒物无毒及GB5044中规定的毒物火灾危险性可燃介质和非可燃介质可燃介质和非可燃介质可燃介质和非可燃介质可燃介质和非可燃介质参数设计压力≤42MPa（含真空）≤42MPa（含真空）0.1≤最高工作压力≤42MPa≤42MPa（含真空）设计温度材料允许使用的温度材料允许使用的温度无毒非可