工业压力管道的特点及设计注意事项

工业压力管道设计的特点及注意事项

夏德富

（天津长芦海晶集团有限公司天津 300450）

摘要: 着重介绍了工业压力管道设计应注意的几个问题,，强调了工业压力管道设计必须同时符合《压力管道安全技术监察规程-工业管道》、《压力管道规范工业管道》及相关专业规范的要求。关键词:工业压力管道设计

中图分类号: TQ055.8 文章标识码: C

Discussion on the Features and the Key Factors of Industrial Pressure

Pipe Design

Xiadefu

（Tianjin Changlu Haijing Group Co.,Ltd. ,tianjin 300450 China）Abstract: The features and the key factors of industrial pressure pipe design were mainly discussed in this paper. The result showed that industrial pressure pipe design needs to meet the requirements of “Pressure Pipe Safety Technology Supervision Regulation for industrial pressure pipe” and”pressure piping code-industrial pipe”and specialty code.

Keywords: industrial; pressure pipe; desi gn

1.引言

工业压力管道是指工业企业所属的工艺、公用工程和其它辅助管道，用于输送有毒、可燃、易爆或腐蚀等危险性流体。本文所述均指符合《特种设备安全监察条例》中限定的PW≧0.1MPa且DN＞25mm的工业管道，属于特种设备管理范围，其设计必须接受国家质检部门的监督。

据有关文献统计，工业压力管道发生事故原因，属于设计方面缺陷的占到1l％以上。为此，本文拟就工业压力管道设计的特点以及在设计中应注意的问题作一简单分析，希望能对同行有所帮助。。

2．工业压力管道设计的特点

2.1 应用领域广

工业压力管道广泛应用于石油、天然气、石油化工、化工、市政、冶

金、电力、机械、航天航空、轻工等各个行业中，遍布于城乡各个区域，范围涵盖国民经济各个领域。

2.2 操作参数范围宽

工业压力管道工作压力由0.1MPa到42MPa，工作温度由-200℃到1260℃；

2.3 工作介质多样

工业压力管道涉及各种工业生产，生产运行环境变化多端，工作介质大多具有有毒、易燃、易爆特性。

2.4 行业管理部门多

我国现在仍是企业负责，行业管理的安全管理机制。由于工业生产涉及的行业众多，而各自为政的行业管理体制仍未彻底根除，许多行业都有自己的有关压力管道的管理制度和技术规程，对于同一条管道，各行业规范的要求并不统一。

2.5工业管道设计需要多个专业共同完成

工业压力管道的设计涵盖生产工艺和安全生产的双重责任，包含生产工艺、生产设备、工程材料、自控仪表、土建结构、安全生产等专业方面的内容，是设备与管道的安装布臵、管道应力计算、设计调整等不断优化的工作过程，涉及的专业知识范围非常广，所以，工业压力管道的设计是一个非常复杂的系统工程，需要相关专业共同完成。仅就压力管道专业来讲, 压力管道的设计还可分为管道布臵设计、管道材料设计和管道机械设计三部分，即由三个专业分三道工序去作。管道布臵设计包括设备布臵和管道布臵两项,由工艺工程师去作；管道材料设计涉及管道器材标准体系的选用、材料的选用、管道及其元件型式的选用和压力等级的确定，这项工作应由管道材料工程师去作；管道机械工程师研究的核心是管道的机械强度和刚度问题，包括管道及其元件能否满足要求，通过对管系应力、管道

机械振动的力学分析，调整管道的走向和支撑条件，以保证管系的安全可靠。这三个专业是相辅相成的，彼此相互独立而又有联系，管道布臵是目的，管道材料是基础，管道机械是保障。而目前大部分设计单位仍是由工艺一个专业去做压力管道设计，考虑的仅是设备与管道的布臵，而对管道材料、管道机械关注甚少，极有可能造成很大的安全隐患。

2.6 工业管道设计市场亟需规范

目前工业压力管道设计市场比较混乱。一些不具备设计许可资格的单位或个人仍在搞工业压力管道设计，对工业压力管道的生产安全构成隐患。究其原因，主要是一些领导同志存在着观念上的误区，认为只要懂得生产工艺设计，就能设计工业压力管道。还有一些具有设计许可的小型设计单位,其设计仅仅是压力管道工艺设计,对于防火、配电、自控等只是提出要求，缺乏其它专业的配套设计文件，如果工程施工执行不到位，势必给项目的安全运行种下祸根。希望国家质监管部门不断加强对压力管道设计市场的管理，尤其对于设计文件质量要严格把关。

3．工业压力管道设计应注意的问题

3.1压力管道工艺设计参数的确定

正确地确定压力管道的设计压力和设计温度是保证压力管道安全运行的基础，因为介质、压力和温度（包括环境温度的影响）直接决定管道材料的选择、管道的壁厚和安装设计。

需要注意的是，管道的设计压力和设计温度均应按使得管道具有最大壁厚的操作条件组合来确定。设计压力不得低于管道的最大操作压力，设计温度不得低于管道金属材料的最高操作温度，低温工况时，设计温度不得高于管道材料的最低温度。

例如在液氨管道设计时, 由于液氨为液化介质，随着温度的变化, 饱和压力也不同。当介质温度为20 ℃时, 绝对压力为0.874MPa ; 当介质温

度升至45 ℃时, 绝对压力为1.817MPa ；当介质温度为- 20时，绝对压力降至0.194MPa 时。因此, 对输送液氨管道设计压力的确定, 除了考虑正常的操作压力外, 考虑最苛刻操作条件下温度变化对液氨压力的影响是相当关键的。也正因此，GB50072-2010《冷库设计规范》规定液氨管道的设计压力一律采用2.5 MPa。

对于其它液化气体管道，一定要考虑环境温度、阳光辐射、加热或冷却等因素，按介质可能达到的最高的温度来确定其管道的设计压力。

3.2关于管道组成件的选用

合理确定工业压力管道的材料和壁厚是保证压力管道安全运行的根本。普通碳钢材料价格低, 但其防腐蚀性能较差;奥氏体不锈钢管道材料防腐蚀性能好, 但也不适合输送含氯及硝酸等介质, 且价格又较高等等。因此管道材料的选用必须依据管道的使用条件(设计压力、设计温度、介质) 、经济性、耐蚀性、材料的焊接及加工等性能综合考虑。

在工业压力管道设计中，管道材料必须符合相关规范提出的材料韧性要求及其他规定。一般应注意以下问题：

1）在425℃以上条件下，如选用碳素钢和碳锰钢管材，应注意钢中的碳化物相的石墨化倾向，或者直接选用铬钼合金钢；

2）奥氏体不锈钢在525℃以上高温下使用时,含碳量应大于0.04 %，并且在固溶状态下使用。如应用广泛的 S31603使用温度控制在450 ℃以下；

3）关于钢材的使用温度下限, 除奥氏体钢及有关标准另行规定者外, 均为高于- 20 ℃。钢材的使用温度低于或等于- 20 ℃时, 应按低温管道的设计规定进行材料选择。

4）焊接材料选择必须符合NB/T47015-2011《压力容器焊接规程》要求，并明确焊材型号，尤其对于异种钢的焊接，要特别注明焊接方法和焊条。