1、第十一章第十一章 压力管道压力管道第一节第一节 压力管道概述压力管道概述 管道是用管子、管子联接件和阀门等管道是用管子、管子联接件和阀门等联接成的用于输送气体、液体或带固体颗粒联接成的用于输送气体、液体或带固体颗粒的流体的装置。的流体的装置。通常，流体经鼓风机、压缩机、泵和锅通常，流体经鼓风机、压缩机、泵和锅炉等增压后，从管道的高压处流向低压处，炉等增压后，从管道的高压处流向低压处，也可利用流体自身的压力或重力输送。也可利用流体自身的压力或重力输送。管道管道的用途很广泛，主要用在给水、排水、供热、的用途很广泛，主要用在给水、排水、供热、供煤气、长距离输送石油和天然气、农业灌供煤气、长距离输送石
2、油和天然气、农业灌溉、水力工程和各种工业装置中。溉、水力工程和各种工业装置中。 从广义上理解，压力管道是指所有承受从广义上理解，压力管道是指所有承受内压或外压的管道，无论其管内介质如何。内压或外压的管道，无论其管内介质如何。压力管道是管道中的一部分，管道是用以输压力管道是管道中的一部分，管道是用以输送、分配、混合、分离、排放、计量、控制送、分配、混合、分离、排放、计量、控制和制止流体流动的，由管子、管件、法兰、和制止流体流动的，由管子、管件、法兰、螺栓连接、垫片、阀门、其他组成件或受压螺栓连接、垫片、阀门、其他组成件或受压部件和支承件组成的装配总称。部件和支承件组成的装配总称。从我国颁发从我国
3、颁发压力管道安全管理与监察压力管道安全管理与监察规定规定以后，以后，“压力管道压力管道”便成为受监察管便成为受监察管道的专用名词。在道的专用名词。在压力管道安全管理与监压力管道安全管理与监察规定察规定第二条中将压力管道定义为：第二条中将压力管道定义为：“在在生产、生活中使用的可能引起燃爆或中毒等生产、生活中使用的可能引起燃爆或中毒等危险性较大的特种设备危险性较大的特种设备”。国务院国务院20032003年年6 6月月1 1日颁发实施的日颁发实施的特种设备安特种设备安全监察条例全监察条例中，将压力管道进一步明确为中，将压力管道进一步明确为“利用一定的压力，用于输送气体或者液体的利用一定的压力，用
4、于输送气体或者液体的管状设备，其范围规定为最高工作压力大于或管状设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于者等于0.1MPa0.1MPa（表压）的气体、液化气体、蒸（表压）的气体、液化气体、蒸汽介质或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性，最汽介质或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性，最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体介质，高工作温度高于或者等于标准沸点的液体介质，且公称直径大于且公称直径大于25mm25mm的管道的管道”。这就是说，现这就是说，现在所说的在所说的“压力管道压力管道”，不但是指其管内或管，不但是指其管内或管外承受压力，而且其内部输送的介质是外承受压力，而且其内部输送的介质是“气体、气体、液
5、化气体和蒸汽液化气体和蒸汽”或或“可能引起燃爆、中毒或可能引起燃爆、中毒或腐蚀的液体腐蚀的液体”物质。物质。压力管道的分类：压力管道的分类：压力管道安装资格类别、级别的划分压力管道安装资格类别、级别的划分: :一、长输管道为一、长输管道为GAGA类，级别划分为：类，级别划分为： 1 1、符合下列条件之一的长输管道为、符合下列条件之一的长输管道为GA1GA1级：级：（1 1）输送有毒、可燃、易燃气体介质，设计压力）输送有毒、可燃、易燃气体介质，设计压力P1.6MpaP1.6Mpa的的管道；管道；（2 2）输送有毒、可燃、易爆液体流体介质，输送距离）输送有毒、可燃、易爆液体流体介质，输送距离200
6、Km200Km且管道公称直径且管道公称直径DN300mmDN300mm的管道；的管道；（3 3）输送浆体介质，输送距离）输送浆体介质，输送距离50Km50Km且管道公称直径且管道公称直径DN150mmDN150mm的管道。的管道。 2 2、符合下列条件之一的长输管道为、符合下列条件之一的长输管道为GA2GA2级：级：（1 1）输送有毒、可燃、易爆气体介质，设计压力）输送有毒、可燃、易爆气体介质，设计压力P1.6MpaP1.6Mpa的的管道管道; ;（2 2）GA1(2)GA1(2)范围以外的管道；范围以外的管道；（3 3）GA1(3)GA1(3)范围以外的管道。范围以外的管道。 二、公用管道为
7、二、公用管道为GBGB类，级别划分如下：类，级别划分如下： GB1GB1燃气管道；燃气管道； GB2GB2热力管道。热力管道。 三、工业管道为三、工业管道为GCGC类，级别划分如下：类，级别划分如下： 1 1、符合下列条件之一的工业管道为、符合下列条件之一的工业管道为GC1GC1级：级：（1 1）输送）输送GB5044GB5044职业性接触毒物危害程度分级职业性接触毒物危害程度分级中中规定毒性程度为极度危害介质的管道；规定毒性程度为极度危害介质的管道；（2 2）输送）输送GB50160GB50160石油化工企业设计防火规范石油化工企业设计防火规范及及GBJ16GBJ16建筑设计防火规范建筑设计
8、防火规范中规定的火灾危险性为甲、中规定的火灾危险性为甲、乙类可燃气体或甲类可燃液体介质且设计压力乙类可燃气体或甲类可燃液体介质且设计压力P4.0MPaP4.0MPa的管道；的管道； （3 3）输送可燃流体介质、有毒流体介质，设计压力）输送可燃流体介质、有毒流体介质，设计压力P4.0MPaP4.0MPa且设计温度且设计温度400400的管道；的管道；（4 4）输送流体介质且设计压力）输送流体介质且设计压力P10.0MPaP10.0MPa的管道。的管道。2 2、符合下列条件之一的工业管道为、符合下列条件之一的工业管道为GC2GC2级：级：（1 1）输送）输送GB50160GB50160石油化工企业
9、设计防火规范石油化工企业设计防火规范及及GBJ16GBJ16建筑设计防火规范建筑设计防火规范中规定的火灾危险性为甲、乙类可燃中规定的火灾危险性为甲、乙类可燃气体或甲类可燃液体介质且设计压力气体或甲类可燃液体介质且设计压力P P4.0MPa4.0MPa的管道；的管道； （2 2）输送可燃流体介质、有毒流体介质，设计压力）输送可燃流体介质、有毒流体介质，设计压力P P4.0MPa4.0MPa且设计温度且设计温度400400的管道；的管道； （3 3）输送非可燃流体介质、无毒流体介质，设计压力）输送非可燃流体介质、无毒流体介质，设计压力P P10MPa10MPa且设计温度且设计温度400400的管道
10、；的管道；（4 4）输送流体介质，设计压力）输送流体介质，设计压力P P10Mpa10Mpa且设计温度且设计温度400400的管道。的管道。3 3、符合下列条件之一的、符合下列条件之一的GC2GC2级管道划分为级管道划分为GC3GC3级级：（1 1）输送可燃流体介质、有毒流体介质，设计压力）输送可燃流体介质、有毒流体介质，设计压力P P1.0MPa1.0MPa且设计温度且设计温度400400的管道；的管道；（2 2）输送非可燃流体介质、无毒流体介质，设计压力）输送非可燃流体介质、无毒流体介质，设计压力P P4.0MPa4.0MPa且设计温度且设计温度400400的管道。的管道。 压力管道的特点
11、压力管道的特点 ： 国务院颁布的国务院颁布的特种设备安全监察条例特种设备安全监察条例明确规定，明确规定，压力管道压力管道和锅炉、压力容器、起重机械和锅炉、压力容器、起重机械并列为不安全因素较多的特种设备。压力管并列为不安全因素较多的特种设备。压力管道的特点包括以下几点。道的特点包括以下几点。 压力管道是一个系统，相互关联相互影响，牵一发动全身。压力管道是一个系统，相互关联相互影响，牵一发动全身。 压力管道长径比很大，极易失稳，受力情况比压力容器更复杂。压压力管道长径比很大，极易失稳，受力情况比压力容器更复杂。压力管道内流体流动状态复杂，缓冲余地小，工作条件变化频率比压力容器力管道内流体流动状态
12、复杂，缓冲余地小，工作条件变化频率比压力容器高高( (如高温，高压、低温、低压、位移变形、风、雪、地震等都可能影响压如高温，高压、低温、低压、位移变形、风、雪、地震等都可能影响压力管道受力情况力管道受力情况) )。 管道组成件和管道支承件的种类繁多，各种材料各有特点和具体技管道组成件和管道支承件的种类繁多，各种材料各有特点和具体技术要求，材料选用复杂。术要求，材料选用复杂。 管道上的可能泄漏点多于压力容器，仅一个阀门通常就有五处。管道上的可能泄漏点多于压力容器，仅一个阀门通常就有五处。 压力管道种类多，数量大，设计、制造、安装、检验、应用管理环压力管道种类多，数量大，设计、制造、安装、检验、应
13、用管理环节多，与压力容器大不相同。节多，与压力容器大不相同。 管道及其元件生产厂的生产规模较小，产品质量保证较差。管道及其元件生产厂的生产规模较小，产品质量保证较差。 20032003年国务院第年国务院第373373号令号令特种设备安全监察条例特种设备安全监察条例：特种设备是指：特种设备是指涉及生命安全、危险性比较大的压力管道、锅炉、压力容器、电梯、起重涉及生命安全、危险性比较大的压力管道、锅炉、压力容器、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施。机械、客运索道、大型游乐设施。 参见参见20032003年国务院第年国务院第373373号令号令特种设备安全监察条例特种设备安全监察条例。 西气东输建
14、设 中国西部地区天然气向东部地区输送，主要是新中国西部地区天然气向东部地区输送，主要是新疆塔里木盆地的天然气输往长江三角洲地区。输疆塔里木盆地的天然气输往长江三角洲地区。输气管道西起新疆塔里木的轮南油田，向东最终到气管道西起新疆塔里木的轮南油田，向东最终到达上海，延至杭州。我国距离最长、口径最大的达上海，延至杭州。我国距离最长、口径最大的输气管道。途输气管道。途11省区，供气范围覆盖省区，供气范围覆盖中原中原、华东华东、长江三角洲长江三角洲地区。西起地区。西起新疆新疆塔里木轮南油气田，塔里木轮南油气田，向东经过向东经过库尔勒库尔勒、吐鲁番吐鲁番、鄯善鄯善、哈密哈密、柳园柳园、酒泉酒泉、张掖张掖
15、、武威武威、兰州兰州、定西定西、西安西安、洛阳洛阳、信阳信阳、合肥合肥、南京南京、常州常州等大中城市。东西横贯等大中城市。东西横贯新疆、新疆、甘肃甘肃、宁夏宁夏、陕西陕西、山西山西、河南河南、安徽安徽、江苏江苏、上海上海等等9个省区，全长个省区，全长4200千米。千米。2004年年10月月1日全线贯通并投产。日全线贯通并投产。压力管道的基本要求压力管道的基本要求：安全性安全性经济性经济性其他基本要求其他基本要求第二节第二节 管道和管件管道和管件一、管道（管子）一、管道（管子）1 1、分类、分类 焊接钢管焊接钢管 无缝钢管无缝钢管焊接钢管焊接钢管焊接钢管焊接钢管也称也称焊管焊管，是用，是用钢板钢
16、板或或带钢带钢经过卷曲经过卷曲成型后焊接制成的钢管。焊接钢管生产工艺简成型后焊接制成的钢管。焊接钢管生产工艺简单，生产效率高，品种规格多，设备投资少，单，生产效率高，品种规格多，设备投资少，但一般强度低于无缝钢管。但一般强度低于无缝钢管。2020世纪世纪3030年代以来，随着优质带钢连轧生产的年代以来，随着优质带钢连轧生产的迅速发展以及焊接和检验技术的进步，焊缝质迅速发展以及焊接和检验技术的进步，焊缝质量不断提高，焊接钢管的品种规格日益增多，量不断提高，焊接钢管的品种规格日益增多，并在越来越多的领域代替了无缝钢管。焊接钢并在越来越多的领域代替了无缝钢管。焊接钢管按焊缝的形式分为管按焊缝的形式分
17、为直缝焊管直缝焊管和和螺旋焊管螺旋焊管。螺旋焊管螺旋焊管：是将是将低碳碳素低碳碳素结构钢或低合金结构钢钢带结构钢或低合金结构钢钢带按按一定的螺旋线的角度（叫成型一定的螺旋线的角度（叫成型角）卷成管坯角）卷成管坯，然后将，然后将管缝焊管缝焊接起来制成接起来制成，它可以用，它可以用较窄的较窄的带钢生产大直径的钢管带钢生产大直径的钢管。螺旋。螺旋焊管主要用于石油、天然气的焊管主要用于石油、天然气的输送管线。输送管线。无缝钢管无缝钢管 无缝钢管分无缝钢管分热轧热轧和和冷轧（拨）冷轧（拨）无缝钢管两类。无缝钢管两类。按生产方法不同可分为热轧管、冷轧管、冷拔按生产方法不同可分为热轧管、冷轧管、冷拔管、挤压
18、管等。管、挤压管等。 2 2、钢管的尺寸系列、钢管的尺寸系列公称直径公称直径壁厚系列壁厚系列二、管件二、管件 将管子连接成管路的零件将管子连接成管路的零件，用来，用来改改变管道方向、改变管径大小，进行管道变管道方向、改变管径大小，进行管道分支、实现特殊连接等作用的管道元件分支、实现特殊连接等作用的管道元件。多用与管子相同的材料制成。多用与管子相同的材料制成。 有弯头、三通管、四通管有弯头、三通管、四通管( (十字头十字头) )和异径管和异径管( (大小头大小头) )等。等。 管子、管子联接件、阀门和设备上的管子、管子联接件、阀门和设备上的进出接管间的进出接管间的联接方法联接方法，由，由流体的性
19、质、流体的性质、压力和温度以及管子的材质、尺寸和安装压力和温度以及管子的材质、尺寸和安装场所等因素决定场所等因素决定，主要有，主要有螺纹联接、法兰螺纹联接、法兰联接、承插联接联接、承插联接和和焊接焊接等四种方法。等四种方法。 承插焊承插焊三通承插焊承插焊三通高压管件45度承插焊承插焊弯头 螺纹联接螺纹联接主要适用于主要适用于小直径管道小直径管道。联接时，一。联接时，一般要在螺纹联接部分缠上氟塑料密封带，或涂般要在螺纹联接部分缠上氟塑料密封带，或涂上厚漆、绕上麻丝等密封材料，以防止泄漏。上厚漆、绕上麻丝等密封材料，以防止泄漏。在在1.61.6兆帕以上压力时，一般在管子端面加垫兆帕以上压力时，一般
20、在管子端面加垫片密封。这种联接方法简单，可以拆卸重装，片密封。这种联接方法简单，可以拆卸重装，但须在管道的适当地方安装活接头，以便于拆但须在管道的适当地方安装活接头，以便于拆装。装。法兰联接法兰联接适用的适用的管道直径范围较大管道直径范围较大。联接时根。联接时根据流体的性质、压力和温度选用不同的法兰和据流体的性质、压力和温度选用不同的法兰和密封垫片，利用螺栓夹紧垫片保持密封。在需密封垫片，利用螺栓夹紧垫片保持密封。在需要经常拆装的管段处和管道与设备相联接的地要经常拆装的管段处和管道与设备相联接的地方，大都采用法兰联接。方，大都采用法兰联接。 承插联接承插联接主要用于铸铁管、混凝土管、主要用于铸
21、铁管、混凝土管、陶土管及其联接件之间的联接，只适用于在陶土管及其联接件之间的联接，只适用于在低压常温条件下工作的给水、排水和煤气管低压常温条件下工作的给水、排水和煤气管道。联接时，一般在承插口的槽内先填入麻道。联接时，一般在承插口的槽内先填入麻丝、棉线或石棉绳，然后再用石棉水泥或铅丝、棉线或石棉绳，然后再用石棉水泥或铅等材料填实，还可在承插口内填入橡胶密封等材料填实，还可在承插口内填入橡胶密封环，使其具有较好的柔性，容许管子有少量环，使其具有较好的柔性，容许管子有少量的移动。的移动。焊接联接焊接联接的强度和密封性最好，适用于的强度和密封性最好，适用于各种管道，省工省料，但拆卸时必须切断管各种管
22、道，省工省料，但拆卸时必须切断管子和管子联接件。子和管子联接件。第三节第三节 管道的支吊架管道的支吊架管道可能承受许多种外力的作用，包括本身的管道可能承受许多种外力的作用，包括本身的重量、流体作用在管端的推力、风雪载荷、土重量、流体作用在管端的推力、风雪载荷、土壤压力、热胀冷缩引起的热应力、振动载荷和壤压力、热胀冷缩引起的热应力、振动载荷和地震灾害等。地震灾害等。为了保证管道的强度和刚度，必为了保证管道的强度和刚度，必须设置各种支须设置各种支(吊吊)架，如活动支架、固定支架、架，如活动支架、固定支架、导向支架和弹簧支架等。导向支架和弹簧支架等。管道支吊架的作用 第一：承受管道的重量荷载（包括自
23、重、介质重等）； 第二：起限位作用，防止管道发生非预期方向的位移； 第三：控制振动，用来控制摆动、振动或冲击。支架的设置根据管道的直径、材质、管子壁厚和载荷等条件决定。第四节第四节 管道的应力管道的应力管道应力分析的原则 管道应力分析应保证管道在设计条件下具有足够的柔性，防止管道因热胀冷缩、管道支承或端点附加位移造成应力问题。 管道上可能承受的荷载（1）重力荷载：包括管道自重、保温重、介质重和积雪重等；（2）压力荷载：压力载荷包括内压力和外压力；（3）位移荷载：位移载荷包括管道热胀冷缩位移、端点附加位移、支承沉降等；（4）风荷载；（5）地震荷载；（6）瞬变流冲击荷载：如安全阀启跳或阀门的快速启
24、闭时的压力冲击：（7）两相流脉动荷载；（8）压力脉动荷载：如往复压缩机往复运动所产生的压力脉动；（9）机械振动荷载：如回转设备的振动。 管道如不能自由地伸缩，就会产生巨大的附加应力。因此，在温度变化较大的管道和需要有自由位移的常温管道上，需要设置膨胀节，使管道的伸缩得到补偿而消除附加应力的影响。管道热补偿管道热补偿 防止管道因温度升高引起热伸长产生的应力而遭到破坏所采取的防止管道因温度升高引起热伸长产生的应力而遭到破坏所采取的措施。主要是利用管道弯曲管段的弹性变形或在管道上设置补偿器。措施。主要是利用管道弯曲管段的弹性变形或在管道上设置补偿器。 利用管道的弯曲管段（如利用管道的弯曲管段（如L
25、L形或形或Z Z形）的弹性变形来补偿管道的热形）的弹性变形来补偿管道的热伸长，称自然补偿，所能补偿的管段较短。伸长，称自然补偿，所能补偿的管段较短。方形补偿器补偿器补偿器套管补偿器套管补偿器波纹管补偿器波纹管补偿器球形补偿器球形补偿器套管补偿器（填料函补偿器）因填料容易套管补偿器（填料函补偿器）因填料容易松弛很少使用。松弛很少使用。球形补偿器 波纹管补偿器波纹管补偿器习惯上也叫膨胀节、伸缩节，是用以利用波纹管补偿习惯上也叫膨胀节、伸缩节，是用以利用波纹管补偿器的弹性元件的有效伸缩变形来吸收管线、导管或容器由热胀冷缩等器的弹性元件的有效伸缩变形来吸收管线、导管或容器由热胀冷缩等原因而产生的尺寸变
26、化的一种补偿装置，属于一种补偿元件。可对轴原因而产生的尺寸变化的一种补偿装置，属于一种补偿元件。可对轴向，横向，和角向位移吸收，用于在管道、设备及系统的加热位移、向，横向，和角向位移吸收，用于在管道、设备及系统的加热位移、机械位移吸收振动、降低噪音等机械位移吸收振动、降低噪音等. .适用于低压大直径管道，一般在适用于低压大直径管道，一般在0.5-3mm0.5-3mm薄不锈钢板制造，耐压低，是管道中的薄弱环节，制造困难，薄不锈钢板制造，耐压低，是管道中的薄弱环节，制造困难，价格高。价格高。 球形补偿器（又称球形接头），球形补偿器（又称球形接头），主要依靠球体的角位移来吸收或补偿主要依靠球体的角位
27、移来吸收或补偿管道一个或多个方向上的横向位移，该补偿器应成对使用，单只球形管道一个或多个方向上的横向位移，该补偿器应成对使用，单只球形补偿器没有补偿能力补偿器没有补偿能力 ，可作管道万向接头使用。该补偿器具有补偿，可作管道万向接头使用。该补偿器具有补偿量大，密封采用可注组合密封技术，实现长期可靠密封。量大，密封采用可注组合密封技术，实现长期可靠密封。 第五节第五节 管道的防腐、保温与标管道的防腐、保温与标志志管道防腐管道防腐指的是为减缓或防止管道在内外指的是为减缓或防止管道在内外介质的化学、电化学作用下或由微生物的介质的化学、电化学作用下或由微生物的代谢活动而被侵蚀和变质的措施。代谢活动而被侵
28、蚀和变质的措施。管道防腐选用什么材料，要根据主体管道管道防腐选用什么材料，要根据主体管道防腐层材料的不同而定。防腐层材料的不同而定。 隔热：减少散热隔热：减少散热保温：减少外部热量向内部侵入保温：减少外部热量向内部侵入 管道表面色和标志管道表面色和标志 基本识别色标识方法基本识别色标识方法工业管道的基本识别色标识方法，使用方应工业管道的基本识别色标识方法，使用方应从以下五种方法中选择。从以下五种方法中选择。a)a)管道全长上标识；管道全长上标识；b)b)在管道上以宽为在管道上以宽为150mm150mm的色环标识；的色环标识；c)c)在管道上以长方形的识别色标牌标识；在管道上以长方形的识别色标牌标识；d)d)在管道上以带箭头的长方形识别色标牌标识；在管道上以带箭头的长方形识别色标牌标识；e)e)在管道上以系挂的识别色标牌标识。在管道上以系挂的识别色标牌标识。 色环八种基本识别色和色样及颜色标准编号八种基本识别色和色样及颜色标准编号
