压力管道技术第4章.docVIP

第四章 管道压力等级 前面已经提及，压力管道的组成件一般都是标准件，因此，压力管道组成件的设计主要是其标准件的选用，管道压力等级的确定也就是其标准件等级的确定。对于一般的压力管道来说，其标准件可以分为两大类：其一是以公称压力表示，并规定了压力－温度对应值的标准管道配件（如管法兰、阀门、过滤器）等；其二是给出压力等级（也叫壁厚等级）系列但未规定压力－温度对应值的标准管道配件（如管子、弯头、三通、异径管等）。因此，管道的压力等级应包括两部分：其一是以公称压力表示的标准管件的公称压力等级；其二是以壁厚等级表示的标准管件的壁厚等级。通常把管道中由标准管件的公称压力等级和壁厚等级共同确定的能反映管道承压特性的参数叫做管道的压力等级。而习惯上为简化描述，常把管道中管件的公称压力等级叫做管道的压力等级。管道压力等级的确定是压力管道设计的基础，也是设计的核心。它是压力管道布置、压力管道应力校核的设计前提条件，也是影响压力管道基建投资和管道可靠性的重要因素。 在平常的设计中，有时总会遇到少量的超出标准规格要求的管道元件或者非标准的管道元件。碰到这类管道元件，应进行有关的强度设计，并由此来确定其结构尺寸。 此章涉及到的理论知识是配管力学的知识，但在专业分工上此章所涉及的内容却是管道材料专业研究的内容，它属于管道材料和管道机械两个专业的交叉部分。因此在看此部分内容之前，最好先了解一下第六章第一节所介绍的内容。 第一节 设计条件 工程上，工艺操作参数不宜直接作为压力管道的设计条件，它要考虑工艺操作的波动、相连设备的影响、环境的影响等因素，而在工艺操作参数的基础上给出一定的安全裕量。也就是说，设计条件是在工艺操作条件的基础上，同时考虑其它因素的影响而得到的。这里所说的设计条件主要是指设计压力和设计温度。 一、设计压力 一般情况下，管道的设计压力应不低于正常操作时，由内压（或外压）与温度构成的最苛刻条件下的压力。最苛刻条件是指导致管子及管道组成件最大壁厚或最高公称压力等级的条件。考虑介质的静液柱压力等因素的影响，设计压力一般应略高于由内压（或外压）与温度构成的最苛刻条件下的最高工作压力。为了操作上的方便，在此不妨采用压力容器的做法，即在相应工作压力的基础上增加一个裕度系数。裕度系数见表4-1： 表4-1 一般情况下管道元件的设计压力确定 工作压力（Pw） Mpa 设计压力（P）MPa Pw≤1.8 8Pw≤4.0 4.0Pw≤8.0 Pw8.0 P=Pw+0.18 P=1.1Pw P=Pw+0.4 P=1.05Pw 当按该原则确定的设计压力会引起管道压力等级变化时，应判断该工作压力是否就是由内压（或外压）与温度构成的最苛刻条件下的最高工作压力，如果是，在报请有关技术负责人批准的情况下， 设计压力可取此时的最高工作压力，而不必再加系数。 除此之外，对于下列特殊情况应特殊考虑其设计压力： a、管道中有安全泄压装置时，往往预示着该管道在运行过程中有出现超出其正常操作压力的可能。设置安全泄压装置（如安全阀、爆破片等）的目的，就是在系统中出现超出其正常操作压力的情况时，能将压力自动释放而使设备、管道等系统等硬件得到保护。此时管道的设计压力应不低于安全泄压装置的设定压力与按表4-1确定的压力二者中的最大值； b、对于高扬程的泵，尤其是往复泵，在开始启动的短时间内，往往会在第一道切断阀之前的管道和泵内产生一个较高的封闭压力，有时这个封闭压力会达到一个很大的值。此时泵的出口管道，其设计压力应取泵的最大封闭压力值。这个压力值由工艺和机械专业提供； c、真空系统管道承受的压力就是其外部的大气压力，故其设计压力应取0.1MPa外压； d、与塔或容器等设备相连的管道，其设计压力应不低于所连设备的设计压力。当管道内有较高的液体液柱时，还应考虑该液体静压头的影响。事实上，对于管道来说，其受力要比设备复杂，这是因为它除受介质载荷之外，还往往遭受到由于管道的热胀冷缩而产生的管系力等。因此，管道的设计压力一般应不低于设备的设计压力。 二、设计温度 一般情况下，管道的设计温度应不低于正常操作时，由内压（或外压）与温度构成的最苛刻条件下的温度，最苛刻条件是指导致管子及管道组成件最大壁厚、最高公称压力等级或最高材料等级的条件。考虑环境、隔热、操作稳定性等因素的影响，设计温度应略高于由内压（或外压）与温度构成的最苛刻条件下的最高工作温度。为了操作上的方便，在此不妨也采用压力容器的做法，即在相应工作压力的基础上增加一个裕度系数。除法兰和螺栓以外，其它管道元件的设计温度可按表4-2选取： 表4-2 一般情况下管道元件的设计温度确定 最高工作温度（Tw）℃ 设计温度（T）℃ -20Tw≤15 15Tw≤350 Tw350 T=Tw