压力管道基础知识

压力管道基础知识
1压力管道的定义与分类
1.1 压力管道的定义
国务院令第549 号《特种设备安全监察条例》规定，特种设备是指涉及生命安全、危险性较大的锅炉、压力容器（含气瓶，下同）、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。

承压类特种设备：锅炉、压力容器（含气瓶）、压力管道
机电类特种设备：电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施和场（厂）内机动车辆
《条例》第九十九条规定：
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。

压力管道分类：
长输管道：产地、储存库、使用单位之间的用于输送商品介质的管道；
公用管道：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：企业、事业单位所属的用于输送工艺介质的工艺管道、公用工程管道及其它辅助管道。

动力管道：是指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。

1.2 压力管道的分类
按照 TSG R1001-2008《压力容器压力管道设计许可规则》附件B，压力管道的类别、级别划分方法如下：
GA类（长输管道）
GB类（公用管道）
GC类（工业管道）
GD类（动力管道）
1.2.1 GA 类（长输管道）
长输（油气）管道：是指产地、储存库、使用单位之间的用于输送商品介质
的管道，划分为GA1级和 GA2级。

GA1级：
符合下列条件之一的长输管道为GA1：
a.输送有毒、可燃、易爆气体介质，最高工作压力大于 4.0MPa的长输管道；
b. 输送有毒、可燃、易爆液体介质，最高工作压力大于或者等于6.4MPa, 并且输送距离( 指产地、储存库、用户间的用于输送商品介质管道的长度) 大于或者等于200km的长输管道。

GA2级：
GA1级以外的长输（油气）管道为GA2级。

1.2.2 GB 类（公用管道）
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。

划分为 GB1级和 GB2级。

GB1级：城镇燃气管道。

GB2级：城镇热力管道。

1.2.3 GC 类（工业管道）
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，划分为GC1级、 GC2级、 GC3级。

GC1级：
符合下列条件之一的工业管道为GC1级：
a.输送 GB5044-85《职业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、高度危害气体介质和工作温度高于标准沸点的高度危害液体介质的
管道；
b.输送 GB50160-1999《石油化工企业设计防火规范》及 GB50016-2006 《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
（包括液化烃），并且设计压力大于或者等于 4.0MPa的管道 ;
c. 输送流体介质并且设计压力大于或者等于 10.0MPa，或者设计压力大于或者等于 4.0MPa，并且设计温度大于或者等于 400℃的管道。

GC2级：
除 GC3级管道外，介质毒性危害程度、火灾危险性（可燃性）、设计压力
和设计温度小于 GC1级的管道。

GC3级：
输送无毒、非可燃流体介质，设计压力小于或者等于 1.0MPa,并且设计温度大于 - 20℃但是小于 185℃的管道。

注意： TSG D33001-2009《压力管道安装许可规则》附件 A 规定：
输送无毒、非可燃流体介质，设计压力小于或者等于 1.0MPa且设计温度高于-20℃、但是不高于 185℃的工业管道为 GC3级。

不高于 185℃应该是小于或者等于185℃，即≤ 185℃。

1.2.4 GD 类（动力管道）
动力管道：是指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。

GD1级：设计压力大于等于 6.3MPa，或者设计温度大于等于400℃的管道。

GD2级：设计压力小于 6.3MPa，且设计温度小于400℃的管道。

钢的分类和命名方法
钢和铸铁的成份虽然复杂，但都是由铁和碳两种元素组成的，通常把钢和铸铁统称为铁碳合金。

合金：是由两种或者两种以上的金属或者金属与非金属元素相互熔合而成
的。

一般把含碳量为 0.02%～ 2.11%的铁碳合金称为钢；含碳量大于 2.11%的称为铸铁；含碳量小于 0.02%的称为工业纯铁。

钢按化学成分：分为碳素钢（简称碳钢）与合金钢两大类。

碳钢是由生铁冶炼获得的合金，属于非合金钢范畴。

除铁、碳为其主要成分外，还含有少量的锰、硅、硫、磷、氧、氮、氢等杂质。

这些元素不是为了改善钢的性能而加入的，而是由于冶炼过程无法去除，或者是由于冶炼工艺需要而加入的。

这些元素在碳钢中被称为杂质元素。

碳钢具有一定的机械性能，又有良好的工艺性能，且价格低廉，因此碳钢获得了广泛的应用。

随着现代工业与科学技术的迅速发展，碳钢的性能已不能完全满足需要，于
是人们研制了各种合金钢。

合金钢是在碳钢基础上，有目的地加入某些元素（称为合金元素）而得到的
多元合金。

与碳钢相比，合金钢的性能有显著的提高，故应用日益广泛。

由于钢材品种繁多，为了便于生产、保管、选用与研究，必须对钢材加以分类。

按钢材的用途、化学成分、质量的不同，可将钢分为许多类。

一．按用途分类
按钢材的用途可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢三大类。

结构钢：
1.用作各种机器零件的钢。

它包括渗碳钢、调质钢、弹簧钢及滚动轴承钢。

2．用作工程结构的钢。

它包括碳素钢中的甲、乙、特类钢及普通低合金钢。

工具钢：用来制造各种工具的钢。

根据工具用途不同可分为刃具钢、模具钢与量具钢。

特殊性能钢：是具有特殊物理化学性能的钢。

可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等。

二．按化学成分分类
按钢材的化学成分可分为碳素钢和合金钢两大类。

碳素钢按含碳量又可分：
（1）为低碳钢（含碳量≤ 0.25%）；
（2）中碳钢（ 0.25%＜含碳量＜ 0.6%）；
（3）高碳钢（含碳量≥ 0.6%）。

合金钢按合金元素含量又可分为：
（1）低合金钢（合金元素总含量≤ 5%，或单一合金元素的含量＜ 3%）；
（2）中合金钢（合金元素总含量 =5%--10%，或单一合金元素的含量 3%～5%）；
（ 3）高合金钢（合金元素总含量＞10%，或单一合金元素的含量＞5%）。

此外，根据钢中所含主要合金元素种类不同，也可分为锰钢、铬钢、铬镍
钢、铬锰钛钢等。

三．按质量分类
按钢材中有害杂质磷、硫的含量可分为：
（1）普通碳素钢（含磷量≤ 0. 045%、含硫量≤ 0.055%；或磷、硫含量
均≤0.050%）；
（2）优质碳素钢（磷、硫含量均≤ 0.040%）；
（3）高级优质碳素钢（含磷量≤ 0.035%、含硫量≤ 0.030%）。

按冶炼炉的种类，将钢分为：
（1）平炉钢（酸性平炉、碱性平炉）
（2）空气转炉钢（酸性转炉、碱性转炉、氧气顶吹转炉钢）
（3）电炉钢。

按冶炼时脱氧程度，将钢分为：
（1）沸腾钢（脱氧不完全）
（2）镇静钢（脱氧比较完全）
（3）半镇静钢。

钢厂在给钢的产品命名时，往往将用途、成分、质量这三种分类方法结合起来。

如将钢称为普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、高级优质碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢等。

金属材料（金属及合金）的性能包括：力学性能（也称为机械性能）、物理
性能、化学性能和工艺性能。

金属材料的力学性能包括：
1.常温下的强度、硬度、弹性、塑性、韧性等，例如屈服点或屈服强度σS （σ0.2 ）、抗拉强度σb、伸长率δ、断面收缩率ψ、冲击韧性 Ak 等；
2.特定条件下的力学性能，例如高温强度、低温冲击韧性、疲劳极限、断裂力学性能等。

金属力学性能试验：是测定金属力学性能指标所进行的试验。

包括拉伸试验、弯曲试验、剪切试验、冲击试验、硬度试验、蠕变试验、应力松驰试验、疲劳试验、断裂韧性试验、磨损试验等。

应当注意新的力学性能指标表示方法：
抗拉强度 Rm
上屈服强度（ ReH）
下屈服强度 ReL
规定非比例延伸强度Rp0.2
断后伸长率 A
断面收缩率 Z
冲击吸收功（ AK）
时效冲击功
室温夏比冲击吸收功Akv
脆性转变温度FATT（ 50％脆性断口）
屈服强度（ MPa）抗拉强度（MPa）断后伸长率（%）断面收缩率（%）备注s bδψ旧ReL ReH Rm A Z新Ys Ts A Z国外
钢材的性能
（一）、钢材的物理性能
钢材的物理性能包括：
密度：一般碳素钢的密度为7.85g/cm3
熔点：低碳钢的熔点约1500℃
导电性：通常以材料的电阻率来衡量
导热性：传导热量的性能
热膨胀性：线胀系数
导磁性：
（二）、钢材的化学性能
耐腐蚀性：钢材抵抗周围介质腐蚀作用的能力。

不锈钢具有相对优良的耐腐蚀性能。

抗氧化性：钢材在一定温度条件和外力作用下抵抗氧化的能力。

耐热钢具有相对良好的抗氧化性，不锈钢的抗氧化性更好。

（三）、钢材的力学性能
钢材在一定的温度条件和外力作用下抵抗变形和断裂的能力，称为力学性能。

1.常规力学性能，如强度、塑性、硬度和韧性等。

2.高温性能，如抗蠕变性能、持久强度、瞬时强度和热疲劳性等。

3.低温性能，如低温冲击韧性、脆性转变温度等。

常规力学性能指标
屈服强度： Re ReH ReL （σ s）单位MPa，N/mm2或KN/cm2
规定非比例延伸强度RP0.2（σs0.2 ）
规定总延伸强度Rt0.5 （σs0.5 ）
抗拉强度： Rm（σ b）
断后伸长率： A（δ ）单位%
断裂总伸长面收缩率：At单位%
断面收缩率： Z（ψ ）
硬度：布氏硬度HB、洛氏硬度 HR、维氏硬度 HV、肖氏硬度 HS和里氏硬度HL。

冲击韧性： Ak单位J
单位换算： MPa、N/mm2与 KN/cm2 的关系
1 MPa = 1 N/mm
2 =0.1 KN/cm2
475℃脆化
高铬铁素体钢
在加热和冷却时都不发生
相变，始终保持铁素体组织。

钢中含铬量（质量分数）一般为 17%以上。

这类钢由于含有较高的铬，故抗氧化性强，并在各种腐蚀性介质中有良好的耐蚀性。

但这类钢中使用中存在下列问题：其一，由于加热和冷却时不发生相变，因
而无法用热处理方法改变其组织和改善其性能。

高温加热和焊接时易造成晶粒粗
化，且不能通过热处理再使晶粒细化。

其二，高铬铁素体不锈钢在400~500℃长期加热后，常会出现强度升高，韧性急剧下降，并且耐蚀性也降低。

这种现象多发生
在 475℃附近加热之后，故称为 475℃脆化。

其三，高铬铁素体钢在 500~820℃范围内长期加热后，会产生
相，引起钢的韧性大幅度下降。