压力管道安全管理技术基础

压力管道安全管理技术基础
第一章、压力管道基础知识
一、 压力管道基础知识
1、 流体
流体，一般是指以气态和液态形态存在的物质。

凡是能流动的物体我们都称它为流体。

2、 压力
压力对流体的特性影响很大，特别是对气体，随着压力的升高，气体的体积将缩小，流体分子间的密度增加，气体的重度增大。

压力升高对液体介质体积的变化很小，但能提高液体的内能，使其克服管道系统阻力，满足工艺条件需要。

流体受外力的作用，使内部存在一种压缩力，压缩力的大小用压力强度表示。

在物理学中，压力和压强是两个不同的物理概念，压力是均匀垂直作用在物体表面上的力，而压强是均匀垂直作用在物体表面上的单位面积的压力。

在工程技术与日常生活中，习惯上将物理学中的压强成为压力。

压力P 可用公式表示为：
A F P
式中：P ——压力；
F ——垂直作用的力；力的法定计量单位是牛顿（N ），1千克力=牛顿。

A ——力所作用的面积。

压力的计量方法主要有以下几种：
（1） 标准大气压
标准大气压又称为物理大气压，它是地球引力对大气层作用的结果。

1个标准大气压=760毫米水银柱（mmHg ）=公斤力/厘米2（kgf/cm 2）标准大气压一般在化工物理性能计算中作为其计算单位。

（2）工程大气压
1个工程大气压=毫米水银柱（mmHg）=1公斤力/厘米2（kgf/cm2）
工程大气压又可分为表压力和绝对压力。

表压力又称为相对压力，是以当时当地的大气压力作为测量起点，采用压力
表测出的压力。

绝对压力：由于大气压力近似等于，故：
绝对压力（P
绝）.1MPa
P+
≈）
表压力（
表
3、压力单位
在国际单位制中，压力的单位采用帕斯卡（Pa），简称帕。

1Pa=1N/m2（牛顿/米）
由于帕这个单位太小，因而常用“兆帕”（MPa）作为压力的基本单位。

即：1MPa=106Pa
1MPa=cm2
1kgf/cm2=
4、温度
摄氏温标=5/9⨯（华氏温标—32）=开氏温标—
华氏温标=9/5⨯摄氏温标+32=9/5（开氏温标—）+32
开氏温标=摄氏温标+=5/9（华氏温标—32）+
5、热量
热量是由于温度差别而转移的一种能量。

在温度不同的物体间，热量总是由温度高的物体向温度低的物体传递，直到两物体达到相同温度（热平衡）。

热量的单位用“卡”（cal）表示，或用“千卡”或“大卡”（Kcal）表示。

1千卡（Kcal）=1大卡=1000卡（cal）
1克纯水从C︒加热到C︒时所需要的热量为1卡(Cal).
6、粘度
粘度是表示流体层间发生相对运动时所显示的内部摩擦阻力的大小。

流体内部摩擦阻力越大，则其粘度越大。

工程单位制中粘度单位用公斤.秒/米2表示。

7、流速
流速是表示流体流动快慢的一个参数，表示流体单位时间内流经的距离，单位为米/秒。

8、流量
流量表示流体在单位时间里通过的流体总量，用Q表示：
γ
π
γv
d
Fv
Q2
)4
(
=
=
F——截面积
v——流速
γ——比重
二、压力管道的介绍
管道是指由管道组成件和管道支承件组成。

管道组成件包括：管子、管件、法兰、垫片、紧固件、阀门以及膨胀接头、挠性接头、耐压软管、安全保护装置、疏水器、过滤器和分离器等；
管道支承件包括：吊杆、弹簧支吊架、斜拉杆、平衡锤、松紧螺栓、支承杆、链条、导轨、锚固件、鞍座、垫板、滚柱、托座和滑动支架等安装件，管吊、吊（支）耳、圆环、夹子、吊夹、紧固夹板和群式管座等附着件。

（一）压力管道的分类
1、根据管道承受内压情况分类，可以将管道分为：真空管道、低压管道、中压管道、高压管道、超高压管。

其划分界限为：
（1）真空管道＜MPa
（2）低压管道：≤P＜
（3）中压管道：≤P＜10MPa
（4）高压管道：10MPa≤P＜100MPa
（5）超高压管道：P 100MPa
2、根据压力管道输送的介质分类，可以分为工艺管道、燃气管道、蒸汽管道等。

3、根据管道的材料分类，可以分为碳钢管道、不锈钢管道、合金钢管道、有色金属管道、非金属管道、复合材料管道、特种材料管道等。

4、按管子壁厚分类，可以分为厚壁管道和薄壁管道。

5、按压力管道的操作温度分类，可分为高温管道、常温管道、低温管道等。

6、根据使用管道的分类方法，我国的《压力管道安全管理与监察规定》等规范将我国各行业所有的压力管道按其用途分为三大类：即：工业管道、公用管道和长输管道。

这三类压力管道的定义分别为：
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、公用管道和其它辅助管道。

公用管道是指城镇范围内用于公用事业或民用的燃气管道和热力管道。

长输送管道是指产地、储存库、使用单位之间用于输送商品介质的管道。

三、压力管道的分级
按压力管道的使用状况分级，考虑分级的因素较多，目前，比较全面的压力
管道的分级考虑主要影响因素有：
（1）压力的因素
（2）介质的因素
（3）考虑介质温度的因素
（4）考虑环境的因素
1、工业管道的分级：
（1）毒性程度为基督危害的价值→GC1
（2）火灾危险性为甲乙类可燃气体或甲类可燃液体介质的压力管道分级
0 P设（3）对有毒、可燃流体介质的压力管道分级
0 400 温度C︒（4）对无毒、非可燃流体介质的压力管道分级
0 400 温度C︒注：虚线处的顶级划入高一级。

2、公用管道的分级：
公用管道按燃气管道和热力管道分为GB1、GB2二个级别；
GB1：燃气管道；
GB2：热力管道。

3、长输管道的分级
长输送管道按介质、压力、输送的距离分为GA1、GA2二个级别，具体的分级方法见表.
压力管道用设备、支吊架、阴极保护装置以及安全保护装置如超温、控
制装置和报警装置同样也属于压力管道安全监察的范围。

四、压力管道安全监察的一般规定
1、工业压力管道的安全监察
按照《压力管道使用登记管理规则》和《在用工业管道定期检验规程》和《压力容器压力管道设计单位资格许可与管理规则》规定，永夜压力管道分为GC1、GC2级。

2、公用管道的安全监察
（1）公用管道的建设必须符合城市规划、消防和安全要求。

（2）公用管道的工程设计审查和竣工验收应有当地质量技术监督部门派出的安全监察员参加。

（3）任何单位和个人不得在公用管道上修筑建筑物、构筑物和堆放物品。

3、长输送管道的安全监察
（1）长输送管道的安全监察工作由国家质量监督部门负责。

从事长输送管道安全监察工作的人员由国家质量技术监督部门培训、考核、发证。

A．长输送管道一般要跨省或跨地区；
B．目前先对长输送管道实行国家压力管道安全监察部门负责，进行垂直安全监察试点。

五、压力管道安全监察的内容
（1）对压力管道设计的监察
规定从事压力管道设计的单位，必须具有相应级别的设计资格，取得《压
力容器压力管道设计许可证》。

（2）对压力管道元件制造安全监察
颁发《压力管道元件制造单位安全注册证书》，并授权使用“安全标记”。

（3）对压力管道使用管理、检验检测的安全监察
颁发《压力管道登记管理规则》、《在用工业压力管道检验规程》，规定压力管道投用前压力管道到质量技术监察机构进行使用登记注册，取得使用证，方可投入使用。

在用的压力管道必须进行定期检验。

（4）对新建、改造、维修的安全监察
新建、改建、扩建的压力管道硬进行监督检验。

压力管道的修理和改造单位，应具备压力管道维修许可资质。

压力管道重大改造时，其技术和管理要求与新建压力管道要求一致。

重大的改造压力管道改动后会影响管道运行的安全。

如提高压缩机、调控及测量装置的最高工作压力；长于500米管道的更换；改变管道公称直径；改变管道输送介质的物理、化学性能；扩大调控装置等。

第二章、压力管道的构成和元件的选用
一、 公称直径和公称压力
1、 公称直径
为了简化管道组成件的规格，统一管道组成件连接尺寸，对管道组成件的直 径分级进行标准化，其标准化的尺寸称为公称直径。

公称直径以字母DN 表示，其后附加工程直径的尺寸。

例如：公称直径直径 为100mm ，则表示为DN100。

由于管子的规格大多以外径（用⨯⨯⨯φ表示）为标准，随着管壁厚度的不同，内径略有大小，录入5575.357⨯⨯φφ和的无缝钢管都称其为公称直径50mm 的钢管，但其内径分别为50mm 和47mm 。

因此，工程直径既不是管子的外径，也不一定是管子的内径，它可以等于实际管子的内径，也可以大于或小于管子的内径。

管道附件和阀门的公称直径则一般等于其实际的内径。

2、 公称压力
公称压力是管子、管件、阀门等管道组成件在规定的温度下的最大允许承受 的以压力等级表示的工作压力。

以字母PN 表示。

公称压力单位：公制为MPa 或Bar （kfg/cm 2）。

二、管子分类
管子是管道工程的主体材料，其品种、规格、型号繁多，因此分类方法也很繁多，而以不同的要求、用途、材质等进行分类。

1、按管子材质分类
按管子材质分类，管子可以分为金属管子、非金属管子和复合管子三大类。

（1）金属管子
金属管子包括碳素钢管、合金钢管（包括不休钢管）铸（硅）铁管和有色金
属管（如铜及铜合金、铝及铝合金、铅及铅合金、钛及钛合金等）。

（2）非金属管
非金属管包括聚四氟乙烯（PTFE）管、聚氯乙烯（PVC）管、聚乙烯（PE）管、聚丙烯（PP）管和苯乙烯二烯一丙烯腈共聚体（ABS）管等。

（3）复合管
复合管（包括衬里管）是通过两种材料复合而成的管子，其接触介质的材料（通常称为复层）为耐蚀的不锈钢材料或非金属材料，而承压部分（通常成为基层）为较便宜的碳素钢等材料，衬里管常采用衬塑、衬胶、衬玻璃钢、陶瓷、衬绝热耐磨材料等形式。

2、按管子成形分类
可分为焊接钢管、无缝钢管两大类。

无缝钢管干制造方法又可分为热轧（挤、扩）、冷轧（拨）两种制造方法。

焊接钢管按生产时采用的焊接工艺的不同分为连续炉焊（锻焊）钢管、电阻焊钢管和电弧焊钢管三种。

3、按管子的用途分类
管子按用途的不同可分为输送用、传热用、结构用和特殊用管子，分类方法见表；
三、管件及选用
（一）管件的种类一般包括法兰（包括垫片、螺栓）、活接头、管接头（直管处）、弯头（弯管处）、三通、四通（分支处）、变径管（异径处，、大小头）、管帽、堵头、管封头、法兰盖（管子末端封闭处）及各种管嘴。

1、弯头
弯头的作用主要用来改变管路的走向，根据弯头弯曲的程度不同，管道
中常用的弯头可分为︒
45和
和等各种形式。

根据弯头拐弯的曲率半径不
90
︒
︒180
同，又可将常用弯头分为短半径（曲率半径R=1DN）弯头和长半径（曲率半径R=ＤＮ）弯头两种。

2、三通
当一根管道与另外一根管道相连通，或管道需要有旁路分流时，其接头处的
管件成为三通。

可分为垂直接入的正接三通、有斜度的斜接三通，等径三通，异径三通等等。

3、异径管（大小头）和段接管
将二个不等管径的管口连通起来的管件成为异径管，通常叫大小头。

异径管
有同心异径管和偏心异径管之分。

4、法兰
为便于安装和检修，管道中常常采用可拆卸的连接方法，法兰就是一种最常用的连接管件。

法兰的类型主要有：整体法兰、平焊法兰（板式平焊法兰、带劲平焊法兰）、对焊法兰（带劲对焊法兰）、承插焊法兰、螺纹法兰、翻边活动式法兰（松套法兰）和法兰盖等。

法兰垫片的选用
常用的法兰密封垫片按材料分类有非金属垫片（包括橡胶垫片、石棉垫片、合成树脂垫片等）、半金属垫片（包括长绕式垫片、金属夹套（包）垫片、夹金属丝垫片）、金属垫片（钢、铜、铝；平行、波形、齿形、椭圆形、八角形和透镜垫）。

（二）管件的连接方式
（1）焊接连接
（2）承插连接
（3）螺纹连接
（4）法兰连接
四、阀门及选用
阀门的分类
1、按阀门的用途和作用分类
（1）切断阀类其作用是用于接通或截断管道内的介质，如闸阀、截止阀、球阀、蝶阀、隔膜阀等。

（2）调节阀类其作用是用于调节介质的流量、压力的参数，如调节阀、节流阀、减压阀等。

（3）止回阀类其作用是防止管道内的介质倒流，如止回阀、底阀等。

（4）分流阀类其作用是用于分配、分离或混合管道中的介质，如分配阀、疏水阀、调节阀等。

（5）安全阀类其作用是防止管道中介质压力超过规定值，从而对管道和设备提供超压保护，如各种形式的安全阀。

2、按驱动形式分类
按驱动方式可以分为手动、动力或自动驱动三大类，具体为：
（1）手动阀类阀门靠人力操纵手轮、手柄或链轮驱动阀门。

（2）动力类驱动阀门阀门利用各种动力源进行驱动，主要有电动头、
气动头和电磁阀等。

（3）自动类此类阀门利用介质本身的能量使阀门动作，不需外力驱动，如止回阀、安全阀、疏水阀、自励式减压阀等。

3、按公称压力分类
（1）真空阀门工作压力低于标准大气压；
（2）低压阀门公称压力PN≤；
（3）中压阀门公称压力～；
（4）高压阀门公称直径PN10～80MPa；
（5）超高压阀门公称直径PN≧100MPa。

4、按工作温度分类
（1）常温阀门 -40℃≤t≤120℃；
（2）中温阀门 120℃＜t＜450℃；
（3）高温阀门 t≧450 ℃；
（4）低温阀门 -80℃≤t＜-40℃；
（5）超低温阀门 t＜-80℃。

5、按综合作用原理和结构形式分类
这是一种通常的分类方法。

一般分为闸阀、截止阀、旋塞阀、球阀、蝶阀、隔膜阀、节流阀、止回阀、安全阀、减压阀、疏水阀、调节阀等。

五、管道的支吊架
（一）支吊架的分类
1、承重支架
主要用来承受管道的重力及其它向下载荷的支吊架。

（1）滑动支架：在支撑点下方支撑的托架，除垂直方向支撑力及水平
方向摩擦力外，没有其他任何阻力。

（2）杆式吊架：在支承点的上方一悬吊的方式承受管道的重力及其它垂直向下的载荷，吊杆处于受接状态
（3）可变弹簧支吊架：用于一定范围内有垂直方向位移的管道、设备的支吊。

（4）恒力弹簧支吊架：用于有较大垂直方向位移的管道支架。

（5）滚动支架：采用滚动支架，减少管道因轴向位移而产生对支架的推力（6）带聚四氟乙烯的支架：在支架摩擦面粘贴聚四氟乙烯板，减小管道因轴向位移而产生对支架的推力。

2、限制性支架
（1）导向支架：使管道只能沿轴向移动的支架，并能限制侧向位移的作用。

（2）限位支架：限位架的作用是限制轴向、侧向位移。

在某一个方向上限制管道的位移所要求的数值，称为定值限位架。

（3）固定支架：不允许支撑点有三个方向的线位移和角位移。

3、减震支架
主要用于控制或减小除重了和热膨胀以外的任何力（如物料冲击、机械振动、风力及地震等外部载荷）的作用所产生的管道震动的支架。

减震支架主要形式有减震器和阻尼器。

其中减震器主要有弹簧式减震器、鼓轮式减震器；阻尼器主要有液压式阻尼器和机械式阻尼器。

（二）支吊架结构的组成部分
支吊架结构由管部附件、链接配件、特殊功能件、辅助钢结构及生根件等组
成。

1、管部附件：管托、管卡、U行螺栓、吊耳、支耳、支腿等。

2、连接配件：指连接的零部件、吊杆等。

3、特殊功能件：指弹簧支吊架、限位杆等部件，起到特殊功能作用。

4、辅助钢结构：一般由型钢和钢板制造。

作用是将管道支承点的力传递给土建结构或设备外壁。

5、支架生根件附在设备或土建钢筋混凝土机构上，从管道支架的设计方面看，可作为支架一个重要组成部分。

过滤器
过滤器是除掉流体中固体杂质的设备，用以保护主要设备的正常运转。

一般设置在润滑油进入设备之前；燃料油进入喷嘴之前，蒸气凝结水进入疏水阀之前的各类官道上。

补偿器
补偿器是利用其补偿能力，使管道系统保持适当的柔性。

抵消管道热胀冷缩产生的变形，防止管道事故的发生，确保关系的安全。

六、管道的识别色、识别符号和安全标识
1、识别色
2、识别符号
工业管道的识别符号包括：管道内介质名称、流向、主要工艺参数等。

表中国石油化工总公司管道识别色和标志色
3、安全标识
凡属于GB13690所列的管道内的危险化学物品应设置危险标识；
表示的方法为：在管道基本色的标识2上涂150m宽黄色，在黄色的两侧各涂25mm宽的黑色的色环或色带；
4、消防标识：对消防专用管道按GB13495-1992规定在管道上标识“消防专用标识”。

第三章、压力管道设计基础
一、压力管道的设计条件和基准
1、设计压力
2、设计温度
3、材料的许用应力
4、腐蚀裕量
5、管道元件的制造壁厚偏差
6、焊缝系数
7、设计寿命
8、压力管道的敷设方式
管道敷设可分为明装跟暗装两种方式。

9、压力管道的布置
压力管道布置应在满足施工、操作、维修方便的前提下，统一规划，力求整体美观，达到安全可靠、经济合理的要求。

分为地上、管沟、埋地三种布置。

10、压力管道管线编号的编制
11、压力管道载荷和应力
12、压力管道的柔性分析
13、压力管道的振动
第五章、管道图绘制
一、管道图的基本知识
1、正投影
2、轴测投影
3、管道图
平常我们看到的管道图主要有两种，一种是采用正投影规则绘制的管道布置图（平面和竖面布置图，又称为配管图）
另一种是用轴测图投影规则绘制的立体图，称为空视图或轴测图、管段图、单线图，用以表示管道在某一空间位置的直接走向。

第六章、压力管道安全保护装置
一、安全泄压装置的作用
安全泄压装置是压力管道中重要的安全附件，主要包括安全阀、爆破片装置、紧急切断装置等。

防止压力管道超压。

二、安全阀
安全阀是一种常用的安全泄放装置
（一）安全阀的分类和使用范围
1、按阀瓣的开启程度分类
（1）全启动式安全阀
（2）微启式安全阀
2、按加载机构型式分类
（1）杠杆式安全阀
（2）弹簧式安全阀
3、按作用的原理分类
分为直接载荷式和非直接载荷式
4、按介质的排放方式分类
分为封闭式、半封闭式和敞开式安全阀
（二）安全阀的选用
1、根据工作压力选用
2、安全阀泄放量选用应适当
3、按工况条件选择
（1）对于介质为气、蒸汽、液化气或大型蒸汽锅炉等泄放量大的压力管道选用全启式安全阀；
（2）对于液体介质、小型蒸汽锅炉等泄放量小的气罐、要求管道内压力较
平稳的选用微启式安全阀。

（3）对于有毒、易燃、易爆等介质，应选用封闭式安全阀。

（4）对于一般无害介质应采用敞开式安全阀。

（5）对于介质为空气、水蒸汽及要求安全阀作定期开启试验的，应选用带提升扳手型安全阀；对于有毒、易爆易燃的不宜或不许用带提升扳手型安全阀。

三、压力表
压力表是用来测量压力管道内介质压力的一种计量仪表
1、压力表的选用
（1）从压力表的量程选择
压力表的量程一般为压力容器最高工作压力的到3倍，最好取2倍。

（2）从压力表的测量精度选择
低压管道上装设的压力表精度应不低于级，中压、高压和超高压管道装设的压力表精度不应低于级。

（3）一般情况下，压力表的表盘直径不应小于100mm。

2、压力表的装设
（1）当压力容器的工作介质为蒸汽时，在压力表与压力容器之间应装有一段弯管，使蒸汽在该弯管内冷凝，以免温度引起表内弹性元件的变形，影响压力表的精度。

（2）为了便于拆装压力表，压力表的接管上应装设三通旋塞或针型阀，旋塞应设在垂直管道上，并使旋塞手柄与管线同时为开启状态。

（3）盛装高温、强腐蚀或高粘度介质的压力管道上装设压力表时，应在压力表与管道的连接管路上装设有隔离介质的缓冲装置。

（4）每支压力表应固定在相同压力的管道上，在压力表的刻度盘上划出警戒红线。

3、压力表的安全使用和维护
压力表是重要的安全装置，安装前应进行校验。

并应按国家计量部门的有关规定定期进行校验和维护。

凡发现下列情况，压力表应停止使用：
（1）有限止钉的压力表，在无压力时，指针不能回到限止钉出；无限止钉的压力表，在无压力时，指针距零位的数值超过压力表的允许误差。

（2）表盘封面玻璃破裂或表盘刻度模糊不清。

（3）封印损坏或超过校验有效期限。

（4）表内弹簧管泄漏或压力表指针松动。

（5）其他影响压力表准确指示的缺陷。

4、阻火器
阻火器（有名防火器）是用来防止可燃气体和易燃液体蒸汽火焰蔓延和防止回火而引起爆炸的安全设备。

第七章、压力管道的腐蚀和防护
一、腐蚀的定义和分类
压力管道的腐蚀是由于管道受到内部物料介质及外部环境介质的化学或电化学作用（包括机械因素共同作用）而发生的破坏。

腐蚀破坏是压力管道失效的最常用的形式之一。

压力管道腐蚀按腐蚀的形态分类，可分为8大类：即：全面腐蚀（均匀腐蚀）、孔蚀（点蚀）、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、应力腐蚀、氢腐蚀、磨损腐蚀（冲刷腐蚀）、双金属腐蚀。

二、压力管道的常见腐蚀
1、全面腐蚀
腐蚀介质对不形成保护膜的材料表面发生程度相同的腐蚀，使材料厚度逐渐均匀减薄，并使其产生韧性破坏，这种腐蚀成为全面腐蚀，也称作为均匀腐蚀。

（1）韧性失效
因介质的均匀腐蚀使结构材料发生大面积的全面减薄，当设备或管道被腐蚀减薄到内压引起的膜应力超过材料的屈服强度时，将导致明显的塑性变形和鼓胀。

（2）脆断失效
由于均匀腐蚀导致金属的全面脆化就会引起脆断。

2、局部腐蚀
（1）点蚀（孔蚀）
集中发生在金属表面个别小点上的腐蚀称为点蚀或孔蚀。

（2）缝隙腐蚀
当管道输送物料为电解质溶液时，在管道表面的缝隙、焊缝、垫片或沉积物处，发生阳极溶解，产生缝隙腐蚀，其破坏形态为沟缝状。

（3）磨损腐蚀冲蚀
磨损腐蚀又称冲刷腐蚀，流体对金属表面的磨损和腐蚀同时产生，在流体的高速冲击下，金属表面的保护膜破损，加速了破口处的腐蚀。

（4）局部腐蚀失效破坏形式
a．局部鼓胀变形及爆破失效
b．泄漏时效
c．低应力脆断
d．脆化引起的脆断
3、晶间腐蚀
晶间腐蚀是一种沿材料晶界发生的腐蚀破坏。

常见的奥氏体不锈钢的晶间腐蚀主要发生在焊接区，特别是母材的焊接热影响区，而宏观上表现为母材（除热影响区以外）的情况良好。

4、应力腐蚀
应力腐蚀是金属材料在腐蚀介质和应力（主要是拉应力）共同作用下产生的一种腐蚀破坏形式。

（1）应力腐蚀裂纹的形貌特征
用肉眼或借助放大镜观察这类裂纹，发现应力腐蚀裂纹宏观上具有多源、分叉、宏观总体走向与最大主应力基本相垂直等三大特征。

5、氢腐蚀
在高温高压下，氢引起材料的组织结构发生变化，引起力学性能的变化，成为氢腐蚀。

氢腐蚀的特征是：钢或软钢的表面可见鼓泡，微观组织沿晶界可以看到许多微裂纹。

发生氢腐蚀的材料强度、塑性性能下降、容易脆断。

三、管道腐蚀的检查。