管道设计压力的确定

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2  设计要求

2.1  管道设计压力

2.1.1  管道设计压力的定义

根据 GB 50316 规定，“一条管道及其每个组成件的设计压力不应小于运行中遇到的由内压或外压与温度（最低或最高）相偶合时最严重条件下的压力。最严重条件应为管道强度计算中管道组成件需要最大厚度及最高公称压力（压力除注明者外，均指表压力）时的参数”。

2.1.2  管道设计压力的确定原则

2.1.2.1  管道设计压力应大于最高操作压力。

2.1.2.2  按SH3059 规定，所有与设备或容器相连接的管道，其设计压力不应低于所连接设备或容器的设计压力。

2.1.2.3  装有压力泄放装置的管道，其设计压力不应低于安全泄放装置的开启压力（或爆破压力）。

2.1.2.4  没有压力泄放装置保护或与压力泄放装置隔离的管道，设计压力不应低于流体可达到的最大压力。

2.1.2.5  真空管道的设计压力按外压考虑。

2.1.2.6  输送制冷剂﹑液化烃等气化温度低的流体的管道，设计压力不应小于阀被关闭或流体不流动时在最高环境温度下气化所能达到的最高压力。

2.1.3  管道设计压力的选取

2.1.3.1  设有安全阀的压力管道，设计压力应等于或大于安全阀定压加静液柱压力。

2.1.3.2  与未设安全阀的设备相连的压力管道，设计压力应等于或大于设备设计压力与静压头之和。

2.1.3.3  泵入口管道的设计压力不应低于吸入设备的设计压力加上入口管道静压之和。

2.1.3.4  无安全泄压装置的离心泵出口与第一个带安全阀的设备间管道设计压力应不低于入口设备的设计压力加管道的静压及泵流量为零时的压差之和。当缺乏离心泵的特性曲线时，可按泵所需扬程的1.3倍替代泵流量为零时的压差。

2.1.3.5  往复泵出口管道的设计压力应等于或大于泵出口安全阀开启压力。

2.1.3.6  压缩机排出管道的设计压力应等于或大于安全阀开启压力加压缩机出口至安全阀沿程最大流量下的压力降。

2.1.3.7  真空管道应按外压设计，当装有安全控制装置（真空泄放阀）时，设计压力应取1.25倍最大内外压差或0.1 MPa两者中的低值；无安全控制装置时，设计压力应取0.1MPa（外压）。

2.1.3.8  常温下输送混合液化烃管道的设计压力除考虑操作中压力源的压力外还应考虑静止时液化烃的饱和蒸气压力。管道设计压力应大于或等于 50 ℃的混合液化烃组分的实际饱和蒸汽压来确定。若无实际组分数据或不做组分分析，其管道设计压力应大于或等于表2.1.3.8-1规定的压力。

表 2.1.3.8-1  混合液化烃管道的设计压力

混合液化烃 50℃ 饱和蒸气压力	设计压力，MPa
	无保冷设施	有可靠保冷设施
≤异丁烷50℃饱和蒸气压力	≥50℃异丁烷的饱和蒸汽压力	可能达到的最高工作温度下异丁烷的饱和蒸气压力
>异丁烷50℃饱和蒸气压力 ≤丙烷50℃饱和蒸气压力	≥50℃丙烷的饱和蒸气压力	可能达到的最高工作温度下丙烷的饱和蒸气压力
>丙烷50℃饱和蒸气压力	≥50℃丙烯的饱和蒸气压力	可能达到的最高工作温度下丙烯的饱和蒸气压力

几种常用烃类介质的饱和蒸气压见附录A。

2.1.3.9  除上述情况外管道设计压力也可根据管道中介质的最高操作压力按表2.1.3.9-1选取。

表 2.1.3.9-1  管道的设计压力

最高操作压力（P），MPa（G）	设计压力（DP），MPa（G）
P≤1.77	DP=P+0.18
1.77<P≤3.92	DP=1.1P
3.92<P≤7.85	DP=P+0.4
P>7.85	DP=1.05P

2.2  管道设计温度

2.2.1  管道设计温度的定义

根据 GB 50316规定，“管道的设计温度应为管道在运行时压力和温度相偶合的最严重条件下的温度。对于0℃以下的管道，应考虑流体及环境温度影响，设计温度应取低于或等于管道材料可达到的最低温度”。

2.2.2  管道设计温度的确定原则

2.2.2.1  以传热计算或实测得出的正常工作过程中介质的最高（或最低）操作温度下的管道壁温作为设计温度。

2.2.2.2  在不易进行传热计算或介质为危险品不便实测管壁温度的情况下，应以正常工作过程中介质的最高（或最低）操作温度作为管道的设计温度。

2.2.2.3  管道的设计温度应是包括开工、停工等各种操作过程中管道所能达到的极限温度（最高或最低温度）。

2.2.3  管道设计温度的选取

2.2.3.1  不保温管道

2.2.3.1.1  介质温度为0℃～65℃时，管道设计温度可取65℃或取介质的最高温度。

2.2.3.1.2  介质温度大于65℃时，管道的设计温度不应低于95%的介质最高温度。

2.2.3.2  外部保温管道：除了经过计算、试验或根据测量所得的操作数据可以选取其它温度外，管道的设计温度应取介质的最高温度。

2.2.3.3  内部保温管道（用绝热材料衬里）：管道的设计温度应由经传热计算的管壁温度或实测的管壁温度来确定。

2.2.3.4  安装在环境温度高于介质最高温度的环境中的管道（已采取防护措施除外），管道设计温度应取环境温度。

2.2.3.5  带夹套或伴热管的管道：带夹套的管道应取伴热介质温度为设计温度；带外伴热的管道应取伴热介质温度减10℃作为设计温度。

2.2.3.6  安全泄压管道：应取泄压排放时可能出现的最高或最低温度作为设计温度。

2.2.3.7  要求吹扫的管道：管道设计温度按SH3059规定应由设计者根据具体条件确定。管道的设计应同时满足操作工况和吹扫工况的要求。对于需要吹扫的管道，当吹扫介质的操作压力和（或）操作温度比设计条件苛刻时，在管道表中除标注设计压力和设计温度外，还应用＊号标注吹扫介质的操作压力和操作温度。吹扫介质的操作压力和操作温度可按以下情况选取：

2.2.3.7.1  当吹扫介质为惰性气体、压缩空气、水等介质时，可取该吹扫介质的操作压力和操作温度。

2.2.3.7.2  当吹扫介质为1.0MPa 蒸气时，若管道系统无背压，可根据管道介质的最高操作压力，选取吹扫介质的操作压力和操作温度：

a)  管道介质操作压力小于或等于0.5MPa 时，可取吹扫介质的操作压力为0.6 MPa，操作温度为160℃；

b)  管道介质最高操作压力大于0.5MPa时，可取吹扫介质的操作压力为1.0MPa，操作温度为 180℃。

2.2.3.7.3  当吹扫介质为1.0MPa蒸汽时，若管道系统有背压，可根据管道介质的最高操作压力加背压值，按2.2.3.7.2选取吹扫介质的操作压力和操作温度。

2.2.3.7.4  当管道系统进行试压时，此管道可按管道介质的设计压力、设计温度和吹扫介质的操作压力、操作温度分别计算试验压力，取二者中较大值为管道的试验压力（管道系统试验压力的规定见附录 B）。

2.2.3.8  工艺专业如知道管道在正常工作过程中介质的最高（或最低）工作温度或最高工作温度下的壁温，就可将其作为管道的设计温度。工艺专业如不知道管道在正常工作过程中介质的最高（或最低）工作温度，可将正常工作温度加上（或减去）一定裕量作为设计温度。计算原则见表2.2.3.8-1。

表 2.2.3.8-1  管道设计温度的选取

介质温度 t，℃	设计温度
t<-20 ℃	介质正常工作温度减 0 ℃～10 ℃
-20 ℃≤t<15 ℃	介质正常工作温度减 5 ℃（但最低仍高于-20 ℃）
15 ℃≤t≤350 ℃	介质正常工作温度加 20 ℃
t>350 ℃	介质正常工作温度加 15 ℃～30 ℃

2.2.3.9  当介质温度接近所选材料允许使用温度极限时，应结合具体情况慎重选取设计温度，以免增加投资或降低安全性。若增加温度裕量后会引起更换高一档的材料时，从经济上考虑，允许按工程设计要求，可不加或少加温度裕量，但工艺必须有措施，使操作中不至于超温。

2.2.3.10  当操作压力和相应的操作温度有各种不同工况或周期性的变动时，工艺设计人员应将各种工况数据详细列出并向配管专业加以书面说明。

2.3  其它

2.3.1  确定管道的设计压力、设计温度时，除考虑正常操作工况外，还应考虑开工、停工工况、改变进料工况和预期实际操作可能波动的工况等。

2.3.2  管道组成件的材料许用应力，应按现行GB150的规定选用。

2.3.3  对于非正常操作工况，压力和温度可能有变动，在满足下列要求时允许按2.3.4的规定有适当波动而不影响设计条件的确定：

a)    管道中无铸铁或其它非韧性金属材料制造的组成件；

b)    操作压力在管道中产生的应力不超过材料在该温度下的屈服极限；

c)    考虑临时荷载的管道，其纵向组合应力能满足对临时荷载的应力限制；

d)    管道在全部运行期间，总的应力循环次数不超过7000次；

e)    在任何情况下，提高后的压力不得超过管道的系统试验压力，且阀门和管道的连接点处的密封元件不会由于这种压力、温度的变化而降低或失去其应有的密封性能。

2.3.4  能够满足2.3.3各项要求的金属管道，超过设计条件的非经常性压力、温度变动应符合下列要求。

2.3.4.1  当任何一次发生变动持续时间不超过10h，且全年累计不超过100h时，允许超过其压力参数值或超过其在提高状态温度下的压力设计的许用应力，可在2.3.2规定基础上提高33%。

2.3.4.2  当任何一次发生变动持续时间不超过50h，且全年累计不超过500h时，允许超过其压力参数值或超过其在提高状态温度下的压力设计的许用应力，可在2.3.2规定基础上提高20%。

2.3.5  最高操作压力、最高（或最低）操作温度不同时出现在一种工况时，不应把所有的苛刻条件组合在一起来确定设计条件，这样做是不必要的，也是不经济的。如某一工艺，其正常工况为高压低温，而再生工况为低压高温，应按这两种工况的温度和压力，分别计算管道壁厚和确定材料，管道壁厚和材料应能满足此两种工况的要求。

2.3.6  催化裂化装置反应再生系统的压力取决于主风机出口压力，主风机出口管道的压力应以主风机自保压力作为设计压力。

2.3.7  凡介质骤然气化会造成急剧降温的管道，如液化烃、氨等的节流阀或泄压阀后的一段管道，要取可能达到的最低温度作为设计温度。如果因此导致材料升级，可采取局部伴热的措施，并在管道流程中注明最小伴热长度从而提高设计温度，避免材料升级。

2.3.8  管道中的“盲肠”、放空、排凝部分，当其预计最低温度是冬季最低环境温度时，应核对按照主管道所选的管道等级能否符合最低环境温度的要求；否则应修改管道等级或采取局部伴热的措施。

2.3.9  当一根管路中隔断阀两侧的管道等级不同时，该隔断阀应按较高等级来选取（如图 2.3.9-1）；如果阀门远离高温集合管（或设备）而在较低温度下操作时，阀门可按较低等级来选取（如图 2.3.9-2）。但阀门及其配对法兰应能承受阀门两侧管道的水压试验。

图 2.3.9-1  隔断阀按较高等级选取

图 2.3.9-2  隔断阀按较低等级选取

附录 A  几种常用烃类介质的饱和蒸气压

表 A  几种常用烃类介质的饱和蒸气压

介质名称	饱和蒸气压，MPa（A）
	40 ℃	50 ℃	60 ℃
顺－2－丁烯	0.335	0.442	0.572
反－2－丁烯	0.372	0.490	0.635
丁烷	0.380	0.498	0.642
1－丁烷	0.459	0.598	0.766
异丁烯	0.469	0.611	0.783
异丁烷	0.532	0.686	0.871
丙烷	1.377	1.723	2.128
丙烯	1.660	2.068	2.545

附录 B  管道系统压力试验

按 SH 3501 规定，管道压力试验时，试验时温度、应力值应符合下列规定：     

a)  当设计温度高于试验温度时，管道的试验压力应按式（B）计算：

（B）

式中：

    Pt——试验压力，MPa；

    K——系数，液体压力试验取1.5，气体压力试验取1.15；

    P0——设计压力，MPa；

    [σ]1——试验温度下材料的许用应力，MPa；

    [σ]2——设计温度下材料的许用应力，MPa。

b） 液体管道压力试验时的应力值，不得超过试验温度下材料屈服点的90%；

c） 气体管道压力试验时的应力值，不得超过试验温度下材料屈服点的80%；

d） 真空管道压力试验的压力为0.2MPa。