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壓力管道的組成件一般都是標準件（jiàn），因此壓力管道組成件的設計主要（yào）是其標準件的選用，管道壓力等級的確定也（yě）就是其標準件等級的確定（dìng）。
管道的（de）壓力等級（jí）包括（kuò）兩部（bù）分:
以（yǐ）公稱壓（yā）力表示的標準（zhǔn）管件的（de）公（gōng）稱壓力等級（jí）；
以壁厚等（děng）級表示的的標準管件的壁（bì）厚等級。
管道的壓力等級：通常把管道中（zhōng）由標準管件的公（gōng）稱壓力（lì）等級和壁厚等級共（gòng）同確定（dìng）的能反映管道承壓特性（xìng）的參數叫做管道的壓力等級。而習慣上為簡化描述，常把管道中管件的（de）公稱壓力等級（jí）叫做管道的壓力（lì）等級（jí）。
壓力等級的確定是壓力管道設計的基礎，也是設計的核心。它是壓（yā）力管道布置、壓力管道應（yīng）力（lì）校核的設計前提條件，也是影響壓力管道基建投資和（hé）管道可靠性的重要因素。
5.1 設（shè）計條件
工程上（shàng），工藝操作參數不宜直接作為壓力管道的設計條件，要考慮工（gōng）藝操（cāo）作的波動、相連設備的影響、環境的影（yǐng）響等因素，而在工藝操作（zuò）參數的（de）基礎上給出一（yī）定的安全裕量作為設計條件。這裏所說的設（shè）計條件主要（yào）是指設計壓力和（hé）設計溫度。
管道的設計（jì）壓力：應不低於正常操作時，由內壓（yā）(或外壓)與溫度構成的最苛刻條件下的壓力。
最苛（kē）刻條件：是指導（dǎo）致管子及管道組成件最大壁厚或最高公稱壓力等（děng）級的條（tiáo）件。
設計壓力確（què）定：考慮介質的靜液柱壓力等因素的影響，設計（jì）壓力一般（bān）應略高於由(或)外（wài）壓與溫度構（gòu）成的最苛（kē）刻條件下的最高工作（zuò）壓力。
a. 一（yī）般情況下管道元件的（de）設（shè）計壓（yā）力確定（dìng）
一般情（qíng）況下，為了操作上的方（fāng）便（biàn），在此不妨采用壓力容器的做法，即在相應工（gōng）作（zuò）壓力的基礎上增加一個裕度係數。
表5-1 一般情況下管道元件的設計（jì）壓力確定
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工（gōng）作（zuò）壓力Pw(MPa) |
設計壓力P(MPa) |
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Pw≤1.8 |
P= Pw+0.18 |
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1.8<Pw≤4.0 |
P= 1.1Pw |
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4.0<Pw≤8.0 |
P= Pw+0.4 |
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Pw>8.0 |
P=1.05 Pw |
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※ 當按該原（yuán）則確定的設計壓力會引起管道壓力等（děng）級變化時，應判斷該工作壓力是否就（jiù）是由（yóu）內壓(或外壓)與溫度構成（chéng）的最苛刻條件下的最（zuì）高（gāo）工作壓力，如果是，在報請有（yǒu）關技術負責人批準的情況下，設計壓力可取此時的最高工作壓力，而不加係數。 |
b. 管道中有安全泄壓裝（zhuāng）置時，
管道（dào）中有安全泄壓裝置時預示著該管（guǎn）道在運（yùn）行過程（chéng）中有出現超出（chū）其正常（cháng）操作壓力（lì）的可能。設置（zhì）安全泄壓裝置(如安（ān）全閥、爆破片等)的目的（de），就是（shì）在係統中出現超出（chū）其正常操作壓（yā）力的情況時（shí），能將壓力自動釋放而使設（shè）備、管道等係統（tǒng）的（de）硬件得到保護。此時（shí）管道的設計壓力應不低於安全泄壓裝置的設定壓力。
c. 管道中有高揚（yáng）程的泵
對於高揚程的泵，尤其是往複泵，在開始（shǐ）啟動的短（duǎn）時（shí）間（jiān）內，往往會在第一道（dào）切斷閥之前的管道（dào）和泵（bèng）內產生一個較高的封（fēng）閉壓力，有時這個封（fēng）閉壓力（lì）會達到一（yī）個很大（dà）的值。此時泵的出（chū）口管（guǎn）道，其設計壓力應取泵的最大（dà）封閉壓力值。
D. 真空係統
真空係（xì）統管（guǎn）道承受的壓力就是其（qí）外部的大氣壓力，故其設計壓力應取0.1MPa外壓；
e. 與塔（tǎ）或（huò）容器等設備相連的管道
與塔或容器等設備相連的管道其設計壓力應不低於所連設備（bèi）的設計壓力。當管道內（nèi）有較高的液（yè）體液柱時，還應考慮該液體靜壓頭的影（yǐng）響。事實上，對於管道來說，其受力要比（bǐ）設備（bèi）複雜，這是因為它除受介質載（zǎi）荷之外，還往往遭受到由於管道的熱（rè）脹冷縮而（ér）產生的管（guǎn）係力等。因（yīn）此（cǐ），管道的設計壓力一般應（yīng）不低於設備的設計壓力。
5.1.2設計溫度
管道的設計溫度（dù）:應不低於正常操作時，由內壓（或外壓）與溫度構成的最苛刻條件下的溫度。
最苛刻條件: 指導致管子及管道組成件（jiàn）最大壁厚（hòu）、最高公稱壓（yā）力等級或最高材料等級的條件。
設計（jì）溫度的確（què）定:考慮環境、隔熱、操作穩定性等因素的影響，設計溫度（dù）應略高於由內壓(或外壓)與溫度構成的最苛（kē）刻條件下的最高工（gōng）作溫度。
a. 一（yī）般情況下管道元件的設計溫度確定
一般情況下為（wéi）了操作上的（de）方便，在此不妨也采（cǎi）用（yòng）壓（yā）力容器（qì）的做法，在相應工作溫度的基礎上增加一個裕度係數（shù）（除法蘭和螺栓以外）。
表（biǎo）5－2 一般情（qíng）況下管（guǎn）道元件的設計溫度確定
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工作溫度Tw(℃) |
設計溫度T(℃) |
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-20<Tw≤15 |
T= Tw-5(最低取－20) |
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15<Tw≤350 |
T= Tw+20 |
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Tw>350 |
T= Tw+(5～15) |
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※當按該原則確定的設計溫度（dù）會引起管道壓力等級或材料變（biàn）化時，應判斷該工（gōng）作溫度是否
就是（shì）由（yóu）內壓(或外壓)與溫度構成的（de）最苛刻條件下的最高工（gōng）作溫度，如果是，在報請有（yǒu）關技術負責人批（pī）準的情況下，設計（jì）溫度可取此時的最高工作溫度，而不加係數。 |
法蘭、墊（diàn）片的（de）設計（jì）溫（wēn）度不（bú）低於最高工作溫度的90％；
螺栓、螺母的設計溫度應不（bú）低於最高工作溫度的80％。
b. 夾套或外伴熱管道
對於夾套或外伴熱的（de）管道當工藝介質（zhì）溫度高於伴熱介質（zhì）溫度時，其設計溫度按上表選取；當工藝介質溫度低於伴熱介質溫度時，對夾套伴熱取伴熱介質溫度（dù）為設計溫度，而對外伴熱則取伴熱介質溫度減10℃與工藝介（jiè）質溫度二者的較大值為設計溫度；
c. 安（ān）全泄壓管（guǎn）道
安全泄壓管道取排放時可能出現的最高或最低溫度為設計溫度；
d. 蒸汽吹掃的管道
采用蒸（zhēng）汽吹掃的管道當介質溫度高（gāo）於吹掃蒸汽（qì）的溫（wēn）度時，則按介質溫度根據上表確定（dìng）其設計（jì）溫度。當介質溫度（dù）低於吹掃蒸汽溫度時，應視具體情況而定（dìng）。例如，按介質溫度選取的管道及其元件不能承受吹掃介質的條件（jiàn）時，應適當提高等級（jí）以適應吹掃介質條件。
e. 多（duō）種工況下工作的管道
同一根管道（dào），如果在兩種或兩（liǎng）種（zhǒng）以上工況條件下工作時，其（qí）設計溫度應取（qǔ）與內壓(或外壓)構成（chéng）的（de）最苛刻條件下（xià）的最高（gāo）工作溫度，並對其它工況進行校核。
f. 臨氫管道
臨氫操作的管道，在查Nelson曲線時（shí），應取設計溫度再加30～50℃作為查曲（qǔ）線（xiàn）的溫（wēn）度參數值（zhí）。這是因為Nelson曲線為統計值（zhí），在鄰近曲線下方選材時（shí）而出現氫損傷的實例也曾發生過；
g. 帶（dài）襯裏的管道
帶隔熱耐磨襯裏的（de）管（guǎn）道（dào），其金屬部分的管道設計溫度（dù）應經計算或實測確定。一般情（qíng）況下，宜取250℃作為設計（jì）溫度；
h. 管係（xì）應力計（jì）算時
在進行有彈簧支（zhī）架的管係應力計算時，宜取介質的正常工作溫度作為計算參（cān）數。
5.2影響管道壓力等級確定的因素
除了上述的設（shè）計溫度和設計壓力是管道壓力等級確定（dìng）的基本參（cān）數外，還有一些其它因（yīn）素也（yě）將影響到管道壓力等（děng）級的確定。
5.2.1應用標準體係
不同的（de）標準體係，其公稱壓力等級係列是不同的，對應的溫度-壓力表也不相同（tóng）。或者說，相同的設計條件，而選用不同的應用標準，其公稱壓力等（děng）級是不同的。因此，在確定管道公稱壓力等級之（zhī）前，應首先確定其應用標準體係。
5.2.2材料
不同的（de）材料，其機械性能是不同的，那麽它們在標準中（zhōng）的溫度-壓力表上的對應值也是不相同的（de）。因此在確定管（guǎn）道（dào）的公稱壓力之前應首（shǒu）先確定管道及其元件的材料。材料的選用是由設計溫度、設計壓力和操作（zuò）介質確定的（de）。
管（guǎn）道中（zhōng）各元件的材料標準往往是不同的（de），一般情況下，管子用管材，法蘭
用鍛材，而閥門多用鑄材。無論用什麽材料標準，它們都應該是同等級的材料，即具有對（duì）操作條件的同等適應（yīng）性和等強度； 注意管材、板材、棒材、鑄材（cái）的配伍。
5.2.3操作介（jiè）質
一般情況下，管道（dào）的公稱壓力在對應溫度（dù）下的許用壓力不得超（chāo）出其設計壓力。
對（duì）由於管（guǎn）子及其元件失（shī）效而將造成嚴重危害或易（yì）於產生重大事故的介質，在考慮其公稱壓（yā）力等級時，不應僅僅按溫度-壓力表來確定，應適當提高其公稱壓力等級，即提高其（qí）安全可靠係數。SH3059、SYJ1064標準對此都有詳細的規定，例（lì）如：
對輸送劇毒介質的（de）管道，當采用SH標準體係時，無論介質的（de）操作壓力是多少（shǎo），其公（gōng）稱壓力等級應不（bú）低於（yú）PN5.0MPa；當采用JB標準體係時，應不低於PN4.0；
對輸送氫氣、氨氣（qì）、液態烴等介質的管道，當采用SH標準體係時，無論介質的操作壓（yā）力是多少，其最低公稱壓力等級（jí）應不低於PN2.OMPa，當采用JB標準（zhǔn）體係時，應不低於PN2.5MPa；
對輸送一般可燃介質的（de）管道，當采用SH標準體係時，其（qí）公稱壓（yā）力等（děng）級應不低於PN2.0MPa，當（dāng）采用JB標準體係時，應（yīng）不低於PN1.6MPa。
5.2.4介質溫（wēn）度及管係附加（jiā）力
許多法蘭標準都給出（chū）這樣一個注（zhù）釋:其（qí）溫度-壓力表的對應值是指法蘭不受（shòu）衝擊載荷的對（duì）應值。事實上，法（fǎ）蘭遭受外部（bù）管道給予的彎曲、振動（dòng）、溫（wēn）度循環等（děng）附加載荷時，都（dōu）將影響其密封（fēng）性，甚至（zhì）影響到強度的可靠性，此時應將這些外部載荷折算成當量介質壓力來確定管道所需的公稱壓力。
給予法蘭的彎曲載荷主要是由（yóu）管係的（de）熱脹（zhàng）冷縮引起的。一（yī）般情況下，對於PN2.0等級的法蘭，當其工作溫度（dù）大（dà）於200℃時（shí），或PN5.0及（jí）以上等級的法蘭在工作溫度大於400℃時，均應考慮管係對法蘭產生的附（fù）加載荷的影響，否則應提高（gāo）管係的（de）公稱壓力等（děng）級。
5.3影晌壁厚等級確（què）定的因素
5.3.1材料的許（xǔ）用應力
材料的許用應力（lì）是指材料的強度指標除以相應（yīng）的（de）安全（quán）係數而得（dé）到的值（zhí）。材料的（de）機械（xiè）性能指標有屈服極限、強度極限、蠕變極限、疲勞極限等，這些（xiē）指標分（fèn）別反映了不同狀態下失效的極限值。為了保證管道（dào）運行中的強度可靠，常將管道元件中的應力限製在各強度指（zhǐ）標下（xià）某一值，該（gāi）數值即為許用應（yīng）力。當管道元件中的應力（lì）超過（guò）其許用應力值時，就認為其強度已不能得到保證。因此說，材料的許用應（yīng）力是確定管（guǎn）道壁厚等級的基本參（cān）數。
不同的設計（jì）標準，選取材料的許用應力值是不同的（de）。對壓力管道來（lái）說，國內的設計（jì）標準是按GB150《鋼製壓力容（róng）器》確定的許用應力值，ASTM材料則是（shì）取按ANSI B31.3《Process Piping》標準確定的許用應力值。
5.3.2腐蝕餘量
腐蝕餘（yú）量是考慮（lǜ）因介質對管道的腐蝕而造成的管道壁厚減薄，從（cóng）而增加的管道壁厚值。它的大小直接（jiē）影響到管道壁厚的取值，或者說直接影響到壁厚等級的確定。
目前我國尚沒有一（yī）套有關各種腐蝕介質在（zài）不同條件下對各（gè）種（zhǒng）材料的腐蝕速率數據，因此，工程上大多數情況（kuàng）下仍是憑經驗來確定其腐蝕餘量（liàng）的。許多國內外的工程公（gōng）司或設計院通常都將腐蝕餘量分為如下四級（jí）:
a.無腐蝕餘量。對一般的不鏽鋼管道多取該（gāi）值；
b.1.6mm腐蝕餘量。對於腐蝕不嚴重的碳素鋼和鉻鉬鋼（gāng）多（duō）取該值；
c.3.2mm腐蝕餘量。對於腐蝕比較嚴重的碳素鋼和鉻鉬鋼管道多取該值；
d.加強（qiáng）級(大於3.2mn)腐蝕（shí）餘量。對於有固體顆粒衝刷等特殊情況下的管道，根據實際情況確定（dìng）其具（jù）體值。.
5.3.3管子及其元（yuán）件的製造壁（bì）厚偏差
管子及其元（yuán）件在製造過程中，相對於其公稱壁厚(或（huò）者叫理論壁（bì）厚)都會（huì）有正、負偏差，因此在確定管子及其元件公稱壁厚時一定要（yào）考慮可能出現的負偏差值（zhí）。各種鋼管標（biāo）準中規定的負偏差值是不完全相同的（de），GB/T8163《流（liú）體（tǐ）輸送用無縫鋼管》、GB/T14976《流體輸送用不鏽（xiù）鋼無縫鋼管》規定的壁厚偏差（chà）值（zhí）如下：
表5－3 常用標準的壁厚偏差值
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材料（liào）標準 |
壁厚（mm） |
偏差值（％） |
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GB/T8163 |
≤20 |
+15，-10，+12，-5，-10 |
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GB/T14976 |
<15
≥15 |
+15，-12.5
+20，-15 |
5.3.4焊（hàn）縫係數
金屬的焊接過程，實質上是一個冶金過程，其組織帶有明顯的鑄造組織特征。一般情況下，鑄造組織缺陷較多，材料性能也有所下降。對於有縱（zòng）焊縫和螺旋焊縫的焊接管子及其元（yuán）件，相對於無縫管子（zǐ）及（jí）其元件來說，工程上常給它（tā）一（yī）個強（qiáng）度（dù）降低係數(即焊縫係數)，以衡量其機械性（xìng）能下降的程度。其焊縫係數的（de）取（qǔ）值（zhí）見表5-4
表（biǎo）5-4 焊（hàn）接鋼管的焊縫係數
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序號 |
焊接方法 |
接頭形（xíng）式 |
焊縫型式 |
檢驗型式 |
焊縫係數 |
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1 |
鍛焊 |
對焊（hàn） |
直線 |
按標準要求 |
0.6 |
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2 |
電阻焊 |
對焊 |
直線（xiàn）或螺旋形 |
按標（biāo）準要求 |
0.85 |
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3 |
電弧（hú）焊（hàn） |
單麵對焊 |
直線或螺旋形 |
無RT
10%RT
100%RT |
0.8
0.9
1.0 |
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雙麵對焊 |
直（zhí）線或（huò）螺旋形 |
無RT
10%RT
100%RT |
0.85
0.9
1.0 |
RT 射（shè）線探傷
5.3.5設計壽命
a. 設計壽命與壓力管道的腐蝕餘量有關。
對於均（jun1）勻腐蝕來說，當（dāng）知道其年腐蝕速率後，根據預定（dìng）的設計壽命，就很容易算出其應取的腐（fǔ）蝕（shí）餘量了。
b. 設（shè）計壽命還與交變應力（lì）作用的荷載變化次（cì）數、氫損傷的孕育時間、斷（duàn）裂因子的（de）擴展期等影響因素有關，
c. 與（yǔ）壓力管道的一次性投資、資金代嚐（cháng）期和技術更新（xīn）周期有關。
d. 美國一雜誌上推薦的設計使用（yòng）壽（shòu）命為:碳鋼為5年；鉻鉬鋼和不鏽鋼為10年。
SH3059標準規定的設計壽命為15年。
國外（wài）的一些（xiē）工程公司對總承包項目規定一般為10年；非總包（bāo）項目（mù）一般為15年，以便從中獲取較大的利潤（rùn）。
5.4 常用壓力管道器材的設計標準
1) GB50316-2000《工業金屬（shǔ）管道設計規範》；
2) GB50251-94 《輸氣（qì）管道工（gōng）程設計規範》；
3) GB50253-94 《輸油管道工程設計規範》；
4) GB50028-93 《城鎮燃氣設計規範》(1998年版（bǎn）)(2002年局部（bù）修訂條文)；
5) GB50030-91 《氧氣站設計規範》；
6) SH3059-2001 《石油化工管道（dào）設計器材選用通則》；
7) SH3064-1994 《石油化工鋼製（zhì）通用閥門選用、檢驗及驗收》；
8) HG/T20646 《化工裝（zhuāng）置管道材料設計（jì）規定》。 |