第一章 压力管道基础知识

第一章压力管道基础知识第一节压力管道基本概念一、压力管道的定义、工作原理及用途1 、压力管道的定义人们在生产、生活中广泛利用管道来输送介质, 管道输送已经成为与铁路、公路、水运、航运并列的运输行业之一。

在生产、生活中所使用的管道中的部分管道是压力管道,它作为一种特殊承压设备越来越广泛的应用于石油、石化、化工、电力等行业及城市燃气和供热工程中。

《特种设备安全监察条例》对压力管道做了明确定义: 压力管道是指利用一定的压力, 用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者等于0.1MPa(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25mm的管道。

压力管道包括其附属的安全附件、安全保护装置和与安全保护装置相关的设施。

2 、压力管道的工作原理及用途对单条压力管道而言, 其工作原理就是依靠外界的动力或者是介质本身的驱动力将该条压力管道源头的介质输送到该条压力管道的终点。

压力管道的主要用途就是输送流体介质, 而除此用途之外还可以延伸出以下一些功能, 如储存功能 (主要用于长输管道) 和热交换 (主要用于工业管道) 等。

二、压力管道的压力与温度1、压力垂直作用于物体表面单位面积上的力则应称为压强，人们习惯于将压强称为压力，以后所说的压力实际上就是压强。

P=F/S式中： P：压强 F：压力 S：受力面积（2）、绝对压力：管道内介质的实际压力称为绝对压力，用符号“Pa”来表示。

（3）、用各种压力表测量管道介质的压力得到的压力数值称为表压力或表压用“MPa”表示。

①、当管道内介质的压力等于大气压力时，压力表的指针指在零位，即表压为零。

②、当管道内介质的压力大于大气压力时，压力表的指针才会转动，表上才有读数。

此时压力表的读数就是管道内介质压力超出大气压力的部分，即表压为正压力。

③、当管道内介质的压力低于外界大气压力时，真空表的压力值即为介质的压力低于大气压力的部分，表压为负压力或真空，简称负压。

④、绝对压力、表压力及大气压力三者之间的关系为：P绝二P表+P大气⑤、人们通常所说的容器压力或介质压力均指表压力。

（4）、常见压力单位①、兆帕（MPa）：千帕（kPa）：帕（Pa）②、千克力/厘米2（kgf/cm2）③、巴和毫巴符号为 bar 和 mbar（4）、常见压力单位换算：1兆帕（MPa）=10千克力/厘米2（kgf/cm2）= 10bar2、温度（1）、温度是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。

（2）、目前国际上用得较多的温标有华氏温标(°F)、摄氏温标（°C）、热力学温标(K)（3）、我国使用摄氏度，其结冰点是0°C，沸点为100°C。

（4）、华氏度结冰点是32°F,沸点为212°F。

（5）、绝对零度：当达到这一温度时所有的原子和分子热运动都将停止。

是温度的最低极限，相当于－273.15℃，（6）、使用温度：系指管道运行时，用测温仪表测得工作介质的温度。

（7）、设计温度：管道在正常工作过程中，在相应设计压力下，设定的管道壁金属温度，其值略高于管道壁金属可能达到的最高金属温度。

三、压力管道输送的介质1、概述压力管道输送的介质均为流体介质, 如上所述, 包括气体、液化气体、蒸汽或者可燃、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。

气体的种类很多,常见的有空气、氮气、氧气、氯气、天然气等。

蒸汽介质则特指水蒸汽。

液化气体常见的有液化烃(液化天然气、液化乙烯、液化环氧乙烷、液化石油气等)及液氯、液氨、液氧、液氮等。

具备下述5种特性之一的液体属于压力管道介质范围。

(1)、可燃可燃液体:《建筑设计防火规范》(GBJ16―1987 2001年版)中所定义的乙类液体和丙类液体的曾用名称。

乙类液体指闪点大于或者等于28℃至闪点小于60℃的液体;丙类液体指闪点大于或者等于60℃的液体。

《石油化工企业设计防火规范》(GB50516―1992 1999年版)中直接使用可燃液体的概念,指的是除液化烃外的闪点小于28℃的可燃液体和闪点大于或者等于28℃的可燃液体。

需要说明的是易燃液体是《建筑设计防火规范》(GBJ16―1987 2001年版)中所定义的甲类液体的曾用名称, 指闪点小于28℃的液体。

在《石油化工企业设计防火规范》(GB50516―1992 1999年版)中没有提出易燃液体的概念,只是对液化烃专门做出定义, 而将除液化烃外的闪点小于28℃的液体归于可燃液体。

(2)、易爆在危险、有害物质识别时, 常将易燃、易爆物质定义为引燃、引爆后在短时间内释放出大量能量的物质。

易爆液体属于易燃、易爆物质的范畴。

常用的“爆炸危险介质”的定义为: 气体或液体蒸汽、薄雾与空气混合形成爆炸混合物, 且其爆炸下限小于10%, 或爆炸上限与下限的差值大于或者等于20%的介质。

(3)、有毒有毒液体是呈液态的有毒物质的总称。

有毒物质是指以较小剂量作用于生物体,能使生物体的生理功能或者机体正常结构发生暂时或永久性病理改变、甚至死亡的物质。

工业有毒物质的危害程度按照《职业性接触毒物危害程度分级》GB5044—1985)分极度危害(I级)、高度危害(Ⅱ级)、中度危害(Ⅲ级)和轻度危害(Ⅳ级)。

常说的剧毒流体, 即相当于极度危害物质。

压力管道定义中所说的有毒液体,包括四种危害程度的有毒物质。

但是, 有些标准将这四种危害程度的介质分成剧毒流体和有毒流体,此时所谓的有毒流体指除剧毒物质外的其他有毒物质。

（4)、有腐蚀性有腐蚀性液体是指能灼伤人体组织并对管道材料造成损坏的液体, 如: 硫酸、硝酸等。

(5)、最高工作温度高于或者等于标准沸点液体的标准沸点是指在1个大气压下的沸点, 如水的标准沸点是100℃。

最高工作温度等于标准沸点的液体, 如表压力为零, 则处在沸腾状态。

2、介质的火灾危险性压力管道介质的火灾危险性有2种分类方法,即《石油化工企业设计防火规范》(GB50516―1992 1999年版)和《建筑设计防火规范》(GBJ16―1987 2001年版)。

(1)、《石油化工企业设计防火规范》(GB50516―1992 1999年版)的分类方法该标准按可燃气体和液化烃、可燃气体进行火灾危险性分类。

①、可燃气体的火灾危险性分类见表1—1。

表1—1可燃气体的火灾危险性分类类别可燃气体与空气混合物的爆炸下限举例甲<10%（体积）乙炔、氢气、硫化氢、乙烯、甲烷等乙>10%（体积）一氧化碳、溴甲烷②、液化烃、可燃液体的火灾危险性分类见表1—2。

见表1—2液化烃、可燃液体的火灾危险性分类类别名称特征举例甲 A 液化烃15℃时的蒸汽压力>0.1MPa的烃类液体液化天然气、液化石油气及其他类似的液体B 可燃液体甲A以外，闪点<28℃汽油、戊烷、二硫化碳乙 A 闪点≥28℃至≤45℃丙笨、煤油B 闪点>45℃≤60℃35号轻柴油。

环戊烷丙 A 闪点>60℃≤120℃轻柴油、重柴油B 闪点>120℃蜡油、100号重油(2)、《建筑设计防火规范》(GBJ16―1987 2001年版)对火灾危险性的划分。

该标准所划分的生产的火灾危险性共有甲、乙、丙、丁、戊5个生产类别,其中火灾危险性特征部分涉及压力管道介质。

3 介质的毒性危害程度压力管道介质的毒性危害程度分级方法。

空气中最高容许浓度分别为：极度危害（I级）<0．1 mg/m3；高度危害（Ⅱ级）0. 1 ～<1．0 mg/m3；中度危害（Ⅲ级）1．0 ～<10 mg/m3；轻度危害（1V级）≥10 mg/m3.四、压力管道的主要工艺参数及特点1、压力管道的主要工艺参数由于压力管道种类繁多，运行工况多样化和复杂化, 通常认为压力管道的工作参数包括以下几个方面:(1)、设计压力在相应的设计温度下, 用以确定管道及其它元件尺寸的压力值, 该压力为管道的内压力时, 称为设计内压力, 为外部压力时称设计外压力。

设计压力不得低于工作过程中可能出现的由压力与温度形成的最苛刻条件下的压力。

(2)、操作压力在稳定操作条件下, 压力管道系统内介质的压力。

(3)、最大操作压力在正常操作条件下, 压力管道系统中的最大实际操作压力。

(4)、最大允许操作压力压力管道系统遵循相关标准的规定, 所能连续操作的最大压力, 等于或小于设计压力。

(5)、设计温度压力管道在正常工作下, 管壁或元件金属可能达到的最高或最低温度。

设计温度不得高于(或低于)工作过程中可能出现的由压力与温度形成的最苛刻条件下的最高温度(最低温度)。

(6)、管输介质温度管道输送介质在管道内输送时的流动温度。

(7)、公称直径(DN)由字母DN和无因次整数数字组合的尺寸标志, 代表管道组成件的规格。

数字反映管道组成件连接端部的孔径或外径(mm)。

公称是一种数字标记, 作为尺寸、容积、额定值或其它特征的标称, 不是一种精确的度量。

(8)、公称压力(PN)是由字母PN和无因次整数数字组合的压力标志, 代表管道组成件的压力等级, 数字反映管道组成件的压力等级数值(以“bar”计)。

(9)、设计壁厚在相应的设计内压力和公称直径下，根据选用钢管的许用应力,设计得出满足工艺条件的管壁厚度。

2 、压力管道的特点（1）、应用广泛。

随着经济的发展,管道的数量越来越多。

由于应用的领域不同,各个领域所使用的压力管道又各有其特点,如化工、石化系统有大量的压力道,它们的工作条件各种各样, 工作压力由真空、负压到300MPa以上的高压超高压。

而工作温度由-200℃到1000℃以上, 所传载的介质又多是有毒易燃、易爆。

(2)、管道体系庞大。

由多个组成件、支承件组成, 任一环节出现问题都会造成整条管线的失效。

(3)、管道的空间变化大。

要么是长距离却经过复杂多变的地质条件、地形地貌、人文环境、天气环境; 要么是在一个环境里, 但是其立体空间变幻莫测。

(4)、腐蚀机理与材料损伤的复杂性。

易受周围介质或设施的影响,容易受诸如腐蚀介质、杂散电流影响, 而且还容易遭受第三方破坏。

(5)、失效的模式多样。

(6)、载荷的多样性。

除介质的压力外, 还有重力载荷以及位移载荷等。

(7)、材质的多样性。

可能一条管道上就需要用几种材质。

(8)、安装方式多样。

有的架空安装，有的埋地敷设。

(9)、实施检验的难度大。

如对于高空和埋地管道的检验始终是难点。

(10)、压力管道元件数量多, 标准多。

另外, 我们在操作压力管道时, 始终要注意管道是整个设备装置系统的一部分, 有时还是最主要的一部分。

操作管道也要从系统的角度去考虑问题。

五、压力管道的分类1、概述压力管道的用途广泛, 品种繁多。