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壓力管道的組成件一般都是標（biāo）準（zhǔn）件，因此壓力管道組成件的設計主要是其標準件的選用，管（guǎn）道壓力（lì）等級的確定也就是其標準件等（děng）級的確定（dìng）。
管道的壓力等級包括兩部分:
以（yǐ）公稱壓力（lì）表示的標準管件的公稱壓力等級；
以壁厚等級表示的的標準管件（jiàn）的壁厚等級。
管道（dào）的壓力等級：通（tōng）常把管道中由標準管件的公稱壓力等（děng）級和壁厚（hòu）等級共同確（què）定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（cháng）把管道中管件的公稱壓力等級叫做管道的壓力等級。
壓力等（děng）級的確定是壓力（lì）管道設計的基礎，也是設（shè）計的核心。它是壓力管道布置、壓力管道應力校核的設（shè）計前提條件，也是影響壓（yā）力管道基建投（tóu）資和管道可（kě）靠性的重要因素。
5.1 設計（jì）條件
工程上，工藝操（cāo）作參數不宜（yí）直接作為壓力（lì）管道的設計條件，要考慮工藝操作的波動、相連設備的影響、環境（jìng）的影響等因（yīn）素，而在（zài）工藝操作參數（shù）的基礎上給出一定的安（ān）全裕量作為設計條件。這裏所說的設計條件（jiàn）主要是指設計壓力和設計溫度。
管道的設計壓力：應不低（dī）於正常操作時，由內壓(或外壓)與溫度構成的最苛（kē）刻條件（jiàn）下的壓力。
最苛刻條件：是指導致管子及管道組（zǔ）成件最大壁厚或（huò）最高公稱壓力等級的條（tiáo）件。
設計壓力確定：考（kǎo）慮介質的靜液（yè）柱壓力（lì）等（děng）因素的影響，設計壓力一（yī）般應略高於由(或)外壓與溫度構成的最苛刻條件下的最高工作壓力。
a. 一般情況（kuàng）下管道元件的設計壓力（lì）確定
一般情況下，為（wéi）了操作上的方便，在此不妨采用（yòng）壓力容器的（de）做法，即在相應工作壓力的基礎上增加一個裕度係（xì）數。
表5-1 一般情況下管道元件的設計壓力確定
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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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※ 當按該原則確定的（de）設計（jì）壓力（lì）會引（yǐn）起管道壓力等級變化時，應（yīng）判斷該工作壓力是否就是由內壓(或外壓)與溫度構成的最苛刻條件下的最高工作壓力，如果是，在報請有關技術負責人批（pī）準的情況下，設計壓力可取此（cǐ）時的最高工作壓力，而不加係數。 |
b. 管道中（zhōng）有安全泄壓裝置時，
管道中有安全泄壓裝置（zhì）時（shí）預示著該管道在運行過程中有出現超出其正常操作壓力的可能。設置安全泄壓裝置(如安全閥、爆破片（piàn）等)的（de）目的（de），就是在（zài）係（xì）統中出現超出其正常操作壓力（lì）的情況時，能將壓力自（zì）動釋放而使設備、管道等係統的硬件得（dé）到（dào）保護（hù）。此（cǐ）時管道的設計壓力應不低於安全泄（xiè）壓（yā）裝置的設定（dìng）壓力。
c. 管（guǎn）道中有高揚（yáng）程的泵
對於（yú）高揚程的泵（bèng），尤其是往複泵，在開始啟動的短時間內，往往會在第一道（dào）切斷閥之前的管道和泵內產生一個較高的封閉壓力（lì），有時這個封閉壓（yā）力會達到一個很大的值（zhí）。此時泵的出口管道（dào），其設計壓力（lì）應（yīng）取泵的（de）最大封閉（bì）壓力（lì）值。
D. 真空係統
真空係統管道承受的壓力（lì）就是其（qí）外部的大氣壓力（lì），故其設計壓力（lì）應（yīng）取0.1MPa外壓；
e. 與塔或（huò）容器等設備相連的管道
與（yǔ）塔（tǎ）或容器等設備相連的管道其設（shè）計壓力應不低於（yú）所連設備的設計壓力。當管道內有較高的液體液（yè）柱時（shí），還應（yīng）考慮該液體靜壓頭的影響。事實（shí）上，對於管道（dào）來說，其受力要比設（shè）備複雜，這（zhè）是因為它除受介質載荷之外，還往往遭受到（dào）由於管道的熱脹冷縮而產生的管係（xì）力等。因此，管道的設計（jì）壓力一般應不低（dī）於設備的設（shè）計壓力。
5.1.2設（shè）計溫度（dù）
管道的設計溫（wēn）度:應不低於正常操作時，由內壓（或外壓）與溫度構成的最苛（kē）刻條件下的溫度。
最苛刻條件: 指導致管（guǎn）子及管道組（zǔ）成件（jiàn）最（zuì）大壁厚、最高公（gōng）稱壓力等級或最高材料等（děng）級（jí）的條件（jiàn）。
設計溫度的確定:考慮環境、隔熱、操作穩定性等因素的影響，設計溫度應略高於由內壓(或外壓)與溫度構成的（de）最苛刻條件下的（de）最高工作溫度。
a. 一般情況下管道元件的設計溫度確定
一（yī）般情況下為了（le）操作上的方便，在此不妨也采用壓力容器的（de）做法，在相應工作溫（wēn）度的（de）基礎上（shàng）增加一個裕度係（xì）數（除（chú）法蘭和螺栓以外）。
表5－2 一般情況下管道元件的設計（jì）溫度確定
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工（gōng）作溫度Tw(℃) |
設計（jì）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會引起管（guǎn）道（dào）壓力等級（jí）或材料變化時，應判斷該工（gōng）作溫度是否
就是由（yóu）內壓(或外壓)與溫度（dù）構（gòu）成的最苛刻條件（jiàn）下的最高工作溫度，如果是，在報請有關技術負責（zé）人（rén）批準的情況下，設計溫度（dù）可取此時（shí）的（de）最高工作溫度，而不加係數。 |
法蘭、墊片的設計溫度不低於最（zuì）高工作溫度的90％；
螺栓、螺母的設計溫度應不低於最高工作溫度的80％。
b. 夾套或外伴熱（rè）管道
對於夾套或（huò）外伴熱（rè）的管道當工藝介質溫度高於伴熱介質溫度（dù）時，其設計溫度按上表選取（qǔ）；當工藝介質（zhì）溫度低（dī）於伴熱介質溫度時，對夾套伴熱取伴熱介質溫度為（wéi）設（shè）計（jì）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較大值為設計溫度（dù）；
c. 安全泄壓管道
安全泄壓管道取（qǔ）排放時可能出現的（de）最高或最低溫度為設計溫度；
d. 蒸汽吹掃的（de）管道
采用蒸汽吹掃的管道（dào）當（dāng）介質（zhì）溫度高於吹掃蒸汽的（de）溫度時，則按介質溫度根據上表確定其設計溫度。當介質溫度低於吹掃蒸汽溫度時，應視具體情況而定。例如，按介質溫度選取的管道及其元（yuán）件不能承受吹掃（sǎo）介質的條件時，應適當提（tí）高等級以適應（yīng）吹掃介質條件。
e. 多種（zhǒng）工況下工作的管道
同一（yī）根管道，如果（guǒ）在兩種或兩種以上工況條（tiáo）件下工作時，其設計溫度應取與內壓（yā）(或外壓)構成的（de）最苛刻條件下的最高工作溫（wēn）度，並對其它工況進行校核。
f. 臨氫管道
臨氫（qīng）操作的管道，在查Nelson曲線（xiàn）時，應取設計溫度再加30～50℃作（zuò）為查曲（qǔ）線的溫度參（cān）數值。這是（shì）因為Nelson曲線為統計值，在鄰近曲（qǔ）線下方選材時而出現（xiàn）氫損傷的實例也曾發生過；
g. 帶襯裏的管道
帶隔熱耐磨襯裏的管道，其金屬（shǔ）部分的管道設計溫（wēn）度應經計算或實測確定。一般情況下，宜取250℃作為設計溫度；
h. 管（guǎn）係應力計算時
在進（jìn）行有彈簧支（zhī）架的管（guǎn）係（xì）應（yīng）力計算（suàn）時，宜取介質的正常工（gōng）作溫（wēn）度作為計算參數。
5.2影響管道壓（yā）力等（děng）級確定的因素
除了上述的設計溫度和（hé）設計壓力是管（guǎn）道壓力等級（jí）確定的基本參數外，還有一些其它因素也將影響到管道壓力等級的確定。
5.2.1應用標準體係
不同的標準體（tǐ）係，其公稱（chēng）壓力等級係列是不同（tóng）的，對應的溫度-壓力表也不相同。或者說，相同的設計條件，而選用不同的（de）應用標準，其公稱壓力（lì）等級是不同（tóng）的。因此，在確定管道公稱壓（yā）力等級（jí）之前，應首先確定其應用標準體係。
5.2.2材料
不（bú）同的材料，其機械性能是不（bú）同的，那麽它們在標準中的溫度-壓（yā）力表上的對應值（zhí）也是不相同的。因此在確定管道的公稱壓（yā）力之前應首（shǒu）先確定管道及（jí）其元件的材料。材料的選（xuǎn）用是（shì）由設計溫度、設計壓力（lì）和操作介質確定的。
管道中各（gè）元件的材料標準往往是不同的（de），一（yī）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，即具有對操作條件（jiàn）的同等適應性和等強度； 注意管材、板材（cái）、棒（bàng）材、鑄材的配伍。
5.2.3操作介質
一般情況下，管道的公稱壓力在對應溫度下的許用壓（yā）力不得超出其設計壓力。
對由於（yú）管子及其元（yuán）件失效而將（jiāng）造成（chéng）嚴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，不應僅僅按（àn）溫（wēn）度-壓力表來確定，應適當提高其公（gōng）稱壓力等級，即提高其安全可靠係數。SH3059、SYJ1064標準對此都（dōu）有詳細的規定，例如（rú）：
對輸送劇毒（dú）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，其公稱壓力（lì）等（děng）級應不低於PN5.0MPa；當采用JB標準體係時，應不低於（yú）PN4.0；
對輸送氫氣、氨氣、液態烴等介質的管道，當采用SH標準體係時，無論（lùn）介質的操作壓力是（shì）多少，其最（zuì）低公稱壓力等（děng）級（jí）應不低於PN2.OMPa，當采用JB標準體係時，應不低於PN2.5MPa；
對輸（shū）送一般可燃介質的管道，當采用SH標準體係時，其公稱壓力等級應不低於PN2.0MPa，當（dāng）采用JB標準體係時，應不低於PN1.6MPa。
5.2.4介（jiè）質溫度及管係附加力
許多法蘭標準都給出這樣一個注釋:其溫度-壓力（lì）表的對應值是指法蘭不受衝擊載荷的對應值。事實上，法蘭遭受外部管道（dào）給予的彎曲、振動、溫度循（xún）環等附加載荷時，都將影響其密封性，甚至影響到強度的可靠性，此時應將這些（xiē）外部載荷折算成當（dāng）量介質壓力來確定管道（dào）所需的公（gōng）稱壓力。
給予法蘭（lán）的彎曲載荷主要是由管係的熱脹冷縮引（yǐn）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（shí），或PN5.0及以上（shàng）等級的法蘭在工作溫度大於400℃時，均應考慮管係對法蘭產（chǎn）生（shēng）的附加載荷（hé）的影響，否則應提高管係的公稱壓力等（děng）級。
5.3影晌壁厚等級確定的因素
5.3.1材料的許用應力
材料的（de）許用應力是指材料的強度（dù）指標除以相應的安全係數而得到的值。材料的機械性能指標有屈（qū）服極限、強度極限（xiàn）、蠕變極限、疲勞極限等，這些指標分（fèn）別反映了不同狀態下失效（xiào）的（de）極限（xiàn）值。為了保證管道運行中的強度可靠，常將管道元件中的應力（lì）限製在各強度指（zhǐ）標（biāo）下某一值，該數（shù）值即為許用應力。當管道元件中的應力超過其許用應力值時，就認為其強度已不能得（dé）到保證。因此說，材料的許（xǔ）用應力是確定管道壁厚等級（jí）的基本參數。
不同的設計標準，選取材料的許用應力值（zhí）是不同的（de）。對壓力管道來說，國內的設計標準是按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（fǔ）蝕（shí）餘量是考慮因介質對管道的腐蝕而造成的管道壁厚減薄，從而增加的管道壁厚值。它的大小（xiǎo）直（zhí）接（jiē）影響到管（guǎn）道壁厚的取值，或者說（shuō）直（zhí）接影響（xiǎng）到壁厚等級的確定。
目前我國（guó）尚沒有一套有關各（gè）種腐蝕介質在不同條件下對各種材料的腐蝕速率數據，因此，工程上大多數情況下（xià）仍是憑經驗來確定其腐蝕餘量的（de）。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下四級（jí）:
a.無腐蝕餘（yú）量。對（duì）一般的不鏽鋼管道多取該（gāi）值；
b.1.6mm腐蝕餘量。對於腐蝕（shí）不嚴（yán）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管道多（duō）取該值；
d.加強級(大於3.2mn)腐蝕餘量。對於（yú）有固體顆粒衝刷等特殊情況下的管（guǎn）道，根據實際情況確定其（qí）具體值（zhí）。.
5.3.3管子及其元件的製造壁厚偏差
管子及其元件在製造過程中，相對於其公稱壁厚(或者叫理論壁厚)都會有正（zhèng）、負偏差（chà），因此在確定管（guǎn）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。各種（zhǒng）鋼管標（biāo）準中（zhōng）規（guī）定的負偏差值是不（bú）完全相同的（de），GB/T8163《流體輸送用無（wú）縫鋼管》、GB/T14976《流體輸送用（yòng）不鏽（xiù）鋼無縫鋼管（guǎn）》規定（dìng）的（de）壁厚偏差值如（rú）下：
表5－3 常用標準的壁厚偏差值
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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（hàn）縫係數
金屬的焊接過程，實質上（shàng）是一個冶（yě）金過程，其組織帶有明顯的鑄（zhù）造組織特征。一般情況下，鑄造組織缺陷較（jiào）多，材料性能也有（yǒu）所下降。對（duì）於（yú）有縱焊縫（féng）和螺旋焊縫的焊接（jiē）管子及其元件，相（xiàng）對於無縫管（guǎn）子及其元件來說，工程上常給它一個強度降低係數(即焊縫係（xì）數)，以衡量其機械性能下降的程度。其焊縫係（xì）數的取值見表5-4
表5-4 焊接（jiē）鋼管的焊縫係數
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序號 |
焊接方法 |
接頭形式 |
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 |
電阻（zǔ）焊 |
對焊 |
直線或（huò）螺旋形 |
按標準要求（qiú） |
0.85 |
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3 |
電弧焊 |
單麵對焊（hàn） |
直線或螺（luó）旋形 |
無RT
10%RT
100%RT |
0.8
0.9
1.0 |
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雙麵對焊（hàn） |
直線或螺旋（xuán）形 |
無RT
10%RT
100%RT |
0.85
0.9
1.0 |
RT 射線探（tàn）傷
5.3.5設（shè）計壽命
a. 設計壽命（mìng）與壓力管道的腐蝕餘量有關。
對於均勻腐蝕來說，當（dāng）知道其年腐蝕速率（lǜ）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（le）。
b. 設計（jì）壽命還與交變應力作用的荷載變化次數、氫損傷的孕育時間、斷裂因子的擴展（zhǎn）期等影響（xiǎng）因素有關，
c. 與壓力管（guǎn）道的一次性投資、資金代（dài）嚐期和技（jì）術更新周期有關。
d. 美（měi）國一雜誌（zhì）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（shè）計壽命為15年。
國外的一（yī）些工程公司（sī）對總（zǒng）承包項目規定一般為10年；非總包項目一般為15年，以（yǐ）便從中獲取較大的利潤。
5.4 常用壓力管（guǎn）道器材的設計標準
1) GB50316-2000《工業金屬管道（dào）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（dào）工程設計規範》；
4) GB50028-93 《城鎮燃氣設計規範》(1998年版)(2002年局（jú）部修訂條文)；
5) GB50030-91 《氧氣（qì）站設計規範》；
6) SH3059-2001 《石油化工管（guǎn）道設計器材選用通（tōng）則》；
7) SH3064-1994 《石油化（huà）工鋼製通用閥門選用、檢驗及驗收》；
8) HG/T20646 《化工裝置管（guǎn）道材料設計規定》。 |