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壓力管（guǎn）道的組成件一般都（dōu）是標準件，因此（cǐ）壓力管（guǎn）道組（zǔ）成件的（de）設計主要（yào）是其標準件的（de）選用，管道壓（yā）力等級（jí）的確定（dìng）也就是其標（biāo）準件等級的確定。
管道的壓力等級包括兩部分:
以公稱壓力表示的標準管件的公稱壓力等級；
以壁厚等級表示的（de）的標準管件的壁厚等級。
管道的壓力等級：通常把管道中由標準管件的公稱壓力等級和壁厚等級共同確定的能反映管道承壓特性的參數叫做管道的壓力等級。而習慣（guàn）上為簡化描述，常把管道中管（guǎn）件的公（gōng）稱壓力（lì）等級叫做管道（dào）的（de）壓力等級。
壓力等級的確（què）定是壓力管道（dào）設計的基礎，也是設計的核心。它是壓力管道布置、壓力管道應力校核的設計前提條件，也是（shì）影響壓力管道基建投資和管道可靠（kào）性的重要因素。
5.1 設計（jì）條件（jiàn）
工程上，工藝操作（zuò）參數不宜直接作為壓力管道的設計條件，要考慮（lǜ）工藝（yì）操作的波動、相連設（shè）備的影響、環（huán）境的影響等因素（sù），而在工藝操（cāo）作參數的（de）基礎上給出一定的（de）安全裕量作為設計條件。這裏所說（shuō）的設計條件主要是指設計壓力和設計溫度。
管道的設計壓（yā）力：應不低於正常操作時（shí），由內壓(或外壓)與溫度構成的最苛刻條件下的壓力。
最（zuì）苛刻（kè）條件：是指導致管子及管道組（zǔ）成件最大壁厚或最（zuì）高公稱壓力等級的條（tiáo）件。
設計壓力（lì）確（què）定（dìng）：考慮介質的靜液（yè）柱壓力等因素的影響，設計壓力（lì）一般應略高於由(或)外壓與溫（wēn）度構（gòu）成的最苛刻條件下的最高工作壓（yā）力。
a. 一般情況下管道元件的設計壓（yā）力確定
一般（bān）情（qíng）況下，為了操（cāo）作上的方（fāng）便，在此（cǐ）不（bú）妨采用壓力容器的做（zuò）法，即在相應工作壓力的基（jī）礎上增加一個裕度係數。
表5-1 一般情況下管道（dào）元件的（de）設計壓力確定
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工作壓力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（dāng）按該原則確定的設計壓力會引起管道壓力等級（jí）變化時，應判斷該工作壓力（lì）是（shì）否就是由內壓(或外壓)與溫度構成的（de）最苛刻條件下（xià）的最（zuì）高工作壓力，如果是，在報請有關技術負（fù）責人批準的情況下，設（shè）計壓力可取此時的最（zuì）高工作（zuò）壓力，而不加係（xì）數。 |
b. 管道中有安全泄壓（yā）裝置時，
管道中有安（ān）全泄壓裝置時預示著該管道在運行過程中有出（chū）現超出其正常操作壓力的（de）可能（néng）。設置安全泄壓裝置(如安全閥（fá）、爆破片等（děng）)的目的，就是（shì）在係統中出現超（chāo）出其正常操作壓力的情況時（shí），能將壓力自動釋放而使設備、管道（dào）等係（xì）統的硬件得到保護。此時管道的設計壓力應不低於安全泄壓裝置的設定（dìng）壓力（lì）。
c. 管道中有高揚程的泵
對於高揚程的泵，尤其是往複（fù）泵，在開始啟動的短時間內，往往會在第一道切（qiē）斷閥之前的管道和（hé）泵內產生一（yī）個較高的封閉壓（yā）力，有時這個封閉壓力會達到一個很大的值。此時泵的出口管道，其設計壓（yā）力應取泵的最大封閉壓力值。
D. 真空係統
真空係統管道承受的壓力就是其外部的大氣壓力，故其設計壓力應（yīng）取0.1MPa外壓；
e. 與塔或容器等設備相連（lián）的管道（dào）
與（yǔ）塔或容器等設備相連的管道其設計壓（yā）力應不低於所連設備的設計壓力。當管道內有較高的液體液柱時，還應考慮該液體靜壓（yā）頭的（de）影響。事（shì）實（shí）上，對於管道來說，其受（shòu）力要比設備複雜，這是（shì）因為它除受介質載荷之外，還（hái）往往遭受到由於管道的熱脹冷縮而產生的管（guǎn）係力等。因此，管道的設（shè）計壓力一般應不低於設備（bèi）的設計壓力。
5.1.2設計溫度
管道的設計溫度:應不低於正常操作時，由內壓（或外壓）與溫度構成的（de）最苛刻條件下的溫度。
最苛刻條件（jiàn）: 指導致管子及（jí）管（guǎn）道組成件最大壁厚（hòu）、最高公稱壓力等級或最高材料等級（jí）的條件。
設計溫（wēn）度的確定:考慮環境（jìng）、隔熱（rè）、操作（zuò）穩（wěn）定性等因素的影響，設計溫度應略高（gāo）於由內壓(或外壓)與（yǔ）溫度構（gòu）成的最苛刻條件下的最高工作溫度。
a. 一般情況下管道元件的設計溫度確定
一般情（qíng）況下為（wéi）了操作上的方便，在此不妨也采用壓（yā）力容器的做法，在相應工作溫度的基礎上增加一個（gè）裕度係數（shù）（除（chú）法蘭和螺栓以外）。
表5－2 一般情（qíng）況下（xià）管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（dī）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（què）定的設計溫度會引起管道壓力等級或材料變化時，應判斷該工作溫度是否（fǒu）
就是由內壓(或外壓)與溫度構成的（de）最（zuì）苛刻條件下的最高（gāo）工作溫（wēn）度，如果是，在報請有關技術負責人批準的情況下，設（shè）計（jì）溫度可取此時的最高工（gōng）作溫度，而不加係數。 |
法蘭、墊片的（de）設（shè）計溫度不低於最高工作溫度的（de）90％；
螺（luó）栓、螺母的設計溫度應（yīng）不（bú）低於最高工作溫度（dù）的80％。
b. 夾套或外伴熱管道
對於夾套或外伴熱的管道當工藝介（jiè）質溫度高於伴熱介質溫（wēn）度時，其（qí）設計溫度按（àn）上表選取；當工藝介質溫度（dù）低於伴熱介質溫度時，對夾套伴熱取伴（bàn）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℃與工藝介質溫度二者的（de）較大值為設計溫度；
c. 安全（quán）泄壓管道
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（zhēng）汽吹掃的管道（dào）
采用蒸汽吹掃的管道當介質溫度高於吹掃蒸汽的（de）溫度時，則按介（jiè）質溫度根據上表確定其設計溫度。當介質溫度低（dī）於吹掃蒸汽溫度時，應視具體情況而定。例如，按介質溫度選（xuǎn）取的管道及其元件不能承受吹掃介質的條件時，應適當提高等級以適應吹（chuī）掃介質條件。
e. 多種工況下工作的管道
同（tóng）一根管（guǎn）道，如果在兩種或兩種以上工況條件下工（gōng）作（zuò）時，其設計（jì）溫度應取與內壓（yā）(或外壓)構成的最苛刻條件下的最高（gāo）工作溫度，並對其它工況進行校核。
f. 臨氫（qīng）管道（dào）
臨氫操（cāo）作的管道，在查Nelson曲線（xiàn）時，應取設計溫度再加30～50℃作（zuò）為查曲線的溫度參數值。這是因為Nelson曲線為統計值，在鄰近曲線下方選材時而出現氫損傷（shāng）的實（shí）例也曾發（fā）生過（guò）；
g. 帶襯裏的管道
帶隔熱耐磨襯裏的管（guǎn）道，其金屬部（bù）分的（de）管道設（shè）計溫度應（yīng）經（jīng）計算或實測確定。一般情況下，宜取250℃作為（wéi）設計溫度；
h. 管係應力計算時
在進行有彈簧支架的管係應力計算時（shí），宜取介質的正常工作（zuò）溫度作為計算（suàn）參數。
5.2影（yǐng）響管道壓力等級確定的因素
除了上述的設計溫度和設計壓力是管道壓力等級確定的基（jī）本參數外，還有一些其它因素也將影（yǐng）響到管道壓力等級的確定。
5.2.1應用標準（zhǔn）體係
不同的標準體係，其公稱壓力等級係列是不同的，對應的（de）溫度-壓力表也不（bú）相同。或者說，相同的設計條件，而選用（yòng）不同的應用標準，其公（gōng）稱壓力等級是不同的（de）。因此，在確定管道公稱壓力等級之前，應首先確定其應（yīng）用標準體係。
5.2.2材料
不同的材料，其機械性能是（shì）不同（tóng）的，那麽它們在標準（zhǔn）中的溫度-壓力表上的對應值也（yě）是不相同的。因此在確定管道的公（gōng）稱壓力之前應首先確定管道及其元件的材料。材料的選用是由設（shè）計溫度、設計壓力和操作（zuò）介質確定的。
管道（dào）中各元件的（de）材料標準往往是不同的，一般（bān）情況下，管子（zǐ）用管材，法蘭
用（yòng）鍛材，而（ér）閥門多用鑄材。無論（lùn）用（yòng）什麽材料標準，它們都應該是同等級的材料，即（jí）具有對（duì）操（cāo）作條件的同等適應性和等（děng）強度； 注意（yì）管材、板（bǎn）材、棒材、鑄材的配伍。
5.2.3操作介質（zhì）
一（yī）般情況下，管道的公稱壓力在對應溫度下的許（xǔ）用壓力不得超出其設計壓（yā）力。
對由於管子及其元件失效而將造成嚴（yán）重危害或易於產生重大事故的介質，在考慮其公稱壓力等級時，不應（yīng）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（tí）高其安全可（kě）靠係數。SH3059、SYJ1064標準對此都有詳細的規定，例如：
對（duì）輸送劇（jù）毒介質的管道，當采用（yòng）SH標準體係時，無論介質的操作壓力是多（duō）少，其公稱壓力（lì）等級應不低於（yú）PN5.0MPa；當采用JB標準體（tǐ）係時，應不低（dī）於PN4.0；
對輸（shū）送氫氣、氨氣、液（yè）態烴等介質的管道，當采用SH標（biāo）準體係時，無論介質的操作壓力是多少，其（qí）最低公稱壓力等級應不低（dī）於PN2.OMPa，當采用（yòng）JB標準體係時，應不低於PN2.5MPa；
對輸送一（yī）般可燃介質的管道，當采（cǎi）用SH標準體係時，其公（gōng）稱壓力等級（jí）應不低於PN2.0MPa，當采用JB標準（zhǔn）體係時（shí），應不低於PN1.6MPa。
5.2.4介質溫度及管係（xì）附加力（lì）
許多法蘭標準都給（gěi）出這樣一個注釋:其溫度-壓力表的對應（yīng）值是指法蘭不受衝擊載荷的對應（yīng）值（zhí）。事實上，法蘭遭受外部管道給予的彎曲、振動、溫（wēn）度循環等（děng）附加載荷時，都將影響其（qí）密封性，甚至影響到強度的可靠性，此時應將這些外部載荷折算（suàn）成當（dāng）量（liàng）介質壓力來確定管道所（suǒ）需的公稱壓力（lì）。
給予法蘭的彎曲載荷主要是由管係的熱脹冷縮引起的。一般情況下，對於PN2.0等級的法蘭，當其工作溫度大於200℃時，或PN5.0及以上等級的法蘭在工作溫度大於400℃時（shí），均應考慮管係對法蘭（lán）產生（shēng）的附加載（zǎi）荷（hé）的影響，否則應（yīng）提高管係的公稱壓力等級。
5.3影晌壁厚等級確定的因素
5.3.1材料的許用（yòng）應力
材料的許用應力是指材（cái）料的強度指標除以相應的安全係數而得到的值。材料的（de）機械性能指標有屈（qū）服極限、強（qiáng）度極限、蠕變極限、疲勞極限等，這些指標分別（bié）反（fǎn）映了不同狀態（tài）下失效（xiào）的極（jí）限值。為了保證管道運行中的強度可靠，常將管道元件中（zhōng）的應力限製在各（gè）強度指標下某一值，該數值即為許用應力。當（dāng）管道元件中的應力超過其許用應力值時，就認為其（qí）強度（dù）已不能得到保（bǎo）證（zhèng）。因此說，材料的許用應力是確定管道壁（bì）厚（hòu）等（děng）級的（de）基本參數。
不同的（de）設計標準，選取材料的許用應（yīng）力值是不同的。對壓力管道來說，國內的（de）設計標準是按GB150《鋼製壓力容器》確定的許用應力值，ASTM材料則是（shì）取（qǔ）按ANSI B31.3《Process Piping》標準確定的許用應（yīng）力（lì）值。
5.3.2腐蝕餘量
腐蝕（shí）餘（yú）量是考慮因（yīn）介質對管道的腐蝕而造（zào）成的管道壁厚（hòu）減薄，從而增加的管道壁厚值。它的大小直接影響到管道壁厚的取值，或者說直接影響到壁厚（hòu）等級的確定。
目前我國尚沒有一套（tào）有關各（gè）種腐蝕介質在不同條件下對各種（zhǒng）材料的腐蝕速率數據，因此，工程上大多數情況下仍是憑經驗來確定其腐蝕餘量的。許多國內外的工程公司或設計院通常都將腐蝕餘量分為如（rú）下四級:
a.無腐蝕餘量。對一般（bān）的不鏽鋼管道多取該值；
b.1.6mm腐（fǔ）蝕餘量。對於腐蝕（shí）不嚴重的碳素鋼和鉻（gè）鉬鋼多取該值；
c.3.2mm腐蝕餘量。對於腐蝕比較嚴重的碳素鋼和鉻鉬鋼（gāng）管道多取該值；
d.加（jiā）強（qiáng）級(大於3.2mn)腐蝕餘量。對於（yú）有固體（tǐ）顆（kē）粒衝刷等（děng）特殊情況下的管道，根據實際情況確定其具體值。.
5.3.3管子及（jí）其（qí）元件的製造壁（bì）厚偏差
管子及其元件（jiàn）在製造過程（chéng）中，相對於其公稱壁（bì）厚(或者叫理論壁厚)都會（huì）有正、負（fù）偏差，因此在確定管子及其（qí）元件公（gōng）稱壁（bì）厚時一定要考慮（lǜ）可能出（chū）現的負偏差值。各種鋼（gāng）管標準中規定的負偏差值是不完全相同的，GB/T8163《流體輸送用無縫鋼管》、GB/T14976《流體輸送用不鏽鋼無縫鋼管》規定的壁厚（hòu）偏差值如下：
表5－3 常用（yòng）標準的壁厚偏差值（zhí）
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材料標準 |
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焊縫係數
金屬的焊接（jiē）過程，實質上是一個冶金過程，其組織帶（dài）有明顯的鑄造組織特征。一般情況下，鑄造組（zǔ）織缺陷較多，材料性能也有所下降。對於有（yǒu）縱焊縫和螺旋焊縫（féng）的焊接管子及其元件，相對於無縫管子及（jí）其元件來說，工程上常給它一個強度降低係數（shù）(即焊縫（féng）係數)，以衡量其機械性能（néng）下降的程度。其焊縫係數的取值（zhí）見表5-4
表5-4 焊接鋼管的焊縫係數
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序號（hào） |
焊接方法 |
接（jiē）頭形式 |
焊縫型式 |
檢驗型式 |
焊縫係數 |
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1 |
鍛焊 |
對焊 |
直線 |
按標準要求 |
0.6 |
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2 |
電（diàn）阻（zǔ）焊 |
對焊 |
直線或螺旋形 |
按（àn）標（biāo）準要求 |
0.85 |
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3 |
電弧焊 |
單（dān）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 |
直線或螺旋形 |
無（wú）RT
10%RT
100%RT |
0.85
0.9
1.0 |
RT 射線探傷
5.3.5設計壽命
a. 設計壽命與壓力（lì）管道的腐蝕餘量有關。
對於均勻腐蝕來說，當知道其年腐（fǔ）蝕速率後，根據預定的設計壽命，就很容易算出（chū）其應取的腐蝕餘量了。
b. 設（shè）計壽命還與交變應力作用的荷載變化次數、氫損傷的孕育（yù）時間、斷裂因子的擴展期等影響因（yīn）素有（yǒu）關，
c. 與壓力管道的一次性投資、資金代嚐期和技術更新周期有關。
d. 美國一雜誌上推薦的設計使用壽命為:碳鋼為5年；鉻鉬鋼和不鏽鋼為10年。
SH3059標準規（guī）定的設計壽（shòu）命（mìng）為15年。
國外的一些工程（chéng）公司對總承包項目規定一般為10年；非總包（bāo）項目一（yī）般為15年，以便從中獲取（qǔ）較大的利潤。
5.4 常用壓力管道器材的設計標準（zhǔn）
1) GB50316-2000《工（gōng）業金屬管道設計規範》；
2) GB50251-94 《輸氣管道工程設計規範》；
3) GB50253-94 《輸（shū）油管道工（gōng）程設計規範》；
4) GB50028-93 《城鎮燃氣設計規範》(1998年版)(2002年局部修訂條文)；
5) GB50030-91 《氧氣站設計規範》；
6) SH3059-2001 《石油化工管（guǎn）道設計器材選用通則》；
7) SH3064-1994 《石油化工鋼製通用閥門選用、檢驗及驗收（shōu）》；
8) HG/T20646 《化工裝置管道材料設計規定》。 |