壓力管道設計基礎

1概述

1.1設計資格

壓力管道的安全涉及設計、制造、安裝、檢驗、使用、修理等多個環節，其中設計是“優生”的基

礎，是能否確保壓力管道安全運行的最重要一環。為此必須把好設計關，對設計單位進行資格認證，是

確保壓力管道設計質量的重要措施。2002年8月14日國家質量監督檢驗檢疫局總局頒布實施《壓力容

器壓力管道設計單位資格許可與管理規則》，對壓力管道按危險程度分成3類6個級別。

類另1」級另U備注

長輸管道GA1國家質檢檢總局

(GA)GA2批準、發證

公用管道GB1省質量技術監督局

(GB)GB2批準、發證

工業管道GC1國家局批準、發證

(GC)GC2省局批準、發證

1.2設計程序和主要內容

在我國，工程設計一般分兩步進行，首先根據已批準的項目建議書和可行性研究報告（設計前期工

作）進行初步設計。初步設計經上級主管部門組織審查、批準后再進行施工圖設計。設計主要內容如下:

1.工藝計算

包括物料衡算、熱量衡算和水力計算等；按照物料的流量及該物料允許的流速確定管徑、

管長。

2.管道材料選擇

按照不同介質的物理化學性質、壓力等級、工作溫度等因數確定管子的材料和閥門、法

蘭等管道附件，初估材料數量。

3.管線的結構設計

包括管線器材的選用（閥門、法蘭、管件、補償器、支吊架）及隔熱、伴熱設計。

4.管道的強度計算

包括靜載計算（壓力、重力）、動載計算（風載、地震）、振動計算、熱應力計算。

5.安全裝置設計

包括安全閥、爆破片、阻火器。

6.繪制草圖和施工圖

繪制流程圖（系統圖）、平面布置圖、立面布置圖、管段圖（空視圖）、管件圖、管架

圖等。

7.編制設計說明書

編制管道安裝一覽表、綜合材料表、油漆保溫一覽表等。

所有設計文件必須進行校對、審核，部分圖紙還要進行審定，最后還要進行各有關專業參加的

綜合會簽，確保設計的質量。

1.3標準規范

壓力管道的初步設計和施工圖設計，都必須按先行標準和規范設計。

原勞動部《壓力管道安全管理與監察規定》（1996）

國家質檢總局《壓力容器壓力管道設計單位資格許可與管理規則》

GB50316-2000《工業金屬管道設計規范》

GB50028-2002《城鎮燃氣設計規范》

GB5001-1991《石油化工企業設計規范》

GB50251-1994《輸氣管道工程設計規范》

GB50253-1994《輸油管道工程設計規范》

HGJ8-87-1994《化工管道設計規范》

SH3054-1993《石油化工企業管道綜合設計規范》

GB50160-1992《石油化工企業設計防火規范》

GBJ16-1994《建筑設計防火規范》

GB50058-1992《爆炸和火災危險環境電力裝置設計規范》

GB50264-1997《工業設備及管道絕熱工程設計規范》

HG/T20549-1998《化工裝置管道布置設計規定》

SHJ40-1991《石油化工企、也蒸氣伴熱管及夾套管設計規范》

HG/T20670-2000《化工、石油化工管架、管墩設計規定》

GB50235-1997《工業金屬管道工程施工及驗收規范》

GB50236-1998《現場設備、工業管道焊接工程施工及驗收規范》

HG20225-1995《化工金屬管道工程施工及驗收規范》

SH3501-2002《石油化工劇毒、可燃介質管道工程施工及驗收規范》

JB4730-1994《壓力容器無損檢測》

GB3323-1987《鋼熔化焊對接接頭射線照相和質量分級》

GB11345-1987《鋼焊縫手工超聲波探傷方法和探傷結果分級》

GB/T8163-1999《輸送流體用無縫鋼管》

GB9948-1988《石油裂化用無縫鋼管》

GB/T12771-1991《輸送流體用不銹鋼焊接鋼管》

GB/T14976-1994《輸送流體用不銹鋼無縫鋼管》

GB9112-9123-1988《鋼制管法蘭》

JB/T74-90-1994《管路法蘭及墊片》

HG20592-20635-1997《鋼制管法蘭、墊片、緊固件》

GB/T17116-1997《管道支吊架》

GB/T12777-1997《金屬波紋管膨脹節》

在進行某個特殊介質的壓力管道設計時，除了按一般通用的標準、規范進行設計外，還要參照該產

品的設計規范。如在進行氧氣管道設計時，必須符合《氧氣站設計規范》要求；進行乙快氣管道設計時,

必須符合《乙快站設計規范》要求。

各種管道組件都有標準，設計中盡量執行各種現行標準。

總之，壓力管道的設計，必須確保安全，必須由有設計資格的單位按有關標準規范進行設計。以免

造成重大的經濟損失和人員傷亡。

2壓力管道總體布置(設計)及安全規程

2.1壓力管道總體設計的基本原則

壓力管道的設計可分為干線壓力管道設計和裝置內壓力管道設計；設計中應考慮到以下幾個方面：

(1)滿足工藝要求、材料、結構形式、柔性、抗振能力、各種組件、附件等適當組合，全面達到生

產要求；

(2)管道設計要為安裝施工、操作管理、維護檢修提供方便，保證足夠的空間；

(3)滿足防火、防爆等安全規范的要求，創造安全運行環境；

(4)管道走向合理，避免不必要的往返和轉折，使總體設計經濟合理；

(5)管道排列規范、美觀，框架、管廊立柱對齊、縱橫成行，管道橫平豎直，不在特殊需要的情況下

不用歪斜管道布置方式。

2.2管道總體設計及安全規程

1)一般要求

管道設計要與裝置全部設計統一考慮，必須符合管道儀表流程圖，要有適當的支撐，保證足夠的

強度，對工作溫度較高的管道要作柔性分析、有激振源的管道要作動力分析，使管道既有足夠的強度，

又能吸收熱膨脹位移又有良好的抗振性。在經常出現颶風或地震分區級別高的地區還要考慮抵御風載和

地震載荷的能力。

管道的敷設主要有架空和埋地兩種類型，在選擇何種敷設時可根據具體情況確定，化工和石油化工

企業的工業管道大都采用架空敷設，便于施工、操作、檢查、維修，也較為經濟，大中型裝置的架空管

道都用管廊、管架和管墩成排敷設。對于分散的管道可用支吊架。長輸管道一般采用埋地敷設，它利用

了地下空間。缺點是有腐蝕，檢查和維修困難，尤其是需排液的管道，困難更大。工業管道地卜敷設的

較少，就是地下敷設也大都用管溝，而不是直接敷設在地下。

2)防火安全設計

當管道敷設在管廊上時，為充分利用空間，一般機泵就置于管廊下，管廊的上面放置引風機，管

廊的兩側是主體設備。管廊與它們要保持一定的距離，這個距離要滿足有關防火的規范標準。涉及的問

題是：裝置中的物質火災危險性如何？防火要求如何？與其設備的防火間距應多大？材料的耐火等級與

耐火保護如何？這些問題在GB5001-91《石油化工企業設計規范》中都有詳細而明確的規定。

據統計石油化工企業裝置內，發生火災后的持續時間多數在lh左右，所以必須加耐火保護層。標

準規定耐火層的耐火極限不應低于L5h。

3)防爆安全設計

一般產生爆炸必須具備三個條件：①存在可燃氣體、易燃液體的蒸汽或薄霧；②上述物質與空氣混

合，其濃度達到爆炸極限；③存在足以點燃爆炸性混合物的火花或高溫。

只要設法使這三個條件不同時出現，就基本可以防止出現爆炸?？赏ㄟ^設法防止設備和管道泄漏、

用惰性氣體將易燃物質與空氣隔離、聯鎖保護等措施來達到。

在總體設計中還要設法限制和縮小危險區的范圍。將不同等級的爆炸危險區與非爆炸危險區隔開；

采用露天布置和加強室內通風使爆炸危險物質濃度低于爆炸極限，用測量報警裝置監測爆炸危險物濃度。

4)其他安全設計

(1)輸送易燃易爆介質的埋地管道需要穿越電纜溝，且管道溫度又較高時，必需采取隔熱措施，以

使外表面溫度低于60℃。

(2)經過道路的管道必須有一定的架空高度，只有人員通行的凈高不小于2.2m；通行大型車輛的凈

高要留4.5m；跨越鐵路的凈高則不小于5.5m；以免在車輛通行時撞到管道。萬一出現意外事故有利于車

輛出入。

(3)法蘭的位置避免處于人行通道和機泵上方。輸送腐蝕性介質管道上的法蘭要設安全防護罩。

5)便于檢修、運行操作

管廊的下面-?般布置泵，這樣可以有效利用空間，而且泵與管廊的距離縮短節省管材。為便于泵安

裝、操作、檢修，至少要有3.5m的凈空高度，在管廊下布置設備的還要增加管

廊下的凈空高度。

管廊在道路上空穿越時，凈空高度應為：裝置內檢修道不低于4.5m；主干道和鐵路不低于5.5m；

管廊下的檢修通道不低于3m。

3.壓力管道常用管子材料選用原則

在進行壓力管道設計時，管徑經計算確定以后，就要選擇管子的材料-。壓力管道常用管子材料的

使用是根據所輸送介質的操作條件(如壓力、溫度)及其在該條件下的介質特性決定的。

材料的正確選用是管道安全運行并經濟合理的前提，管道材料的選用應考慮如下因素：

3.1考慮優先選用的管材

在選用管子材料時，?般先考慮采用金屬材料-，金屬材料不適用時，再考慮非金屬材料。金屬材料

優先選擇鋼制管材，后考慮選用有色金屬材料。鋼制管材中，先考慮采用碳鋼，不適用時再選用不銹鋼。

在考慮碳鋼材料時，先考慮焊接鋼管，不適用時再選用無縫鋼管。

3.2考慮介質壓力的影響

輸送介質的壓力越高，管子的壁厚就越厚，對管子材料的要求一般也越高。

(1).介質壓力在L6MPa以上時，可選用無縫鋼管或有色金屬管子。

(2).壓力很高時，如在合成氨、尿素和甲醇生產中，有的管子介質壓力高達32MPa,一般選用材料為20

鋼或15MnV的高壓無縫鋼管。

(3).真空設備上的管子及壓力大于lOMPa時的氧氣管子，一般采用銅和黃銅管。

(4).介質壓力在1.6MPa以下時，可考慮采用焊接鋼管、鑄鐵管或非金屬管子。但鑄鐵管子承受介質的

壓力不得大于LOMPa。非金屬管子所能承受的介質壓力，與非金屬材料品種有關，如硬聚氯乙烯管子，

使用壓力小于或等于L6MPa；增強聚丙烯管子，使用壓力小于或等于l.OMPa；ABS管子，使用壓力小于

或等于0.6MPa?

(5).對水管，當水的壓力在1.OMPa以下時，通常采用材料為Q235A的焊接鋼管；當水的壓力大于2.5MPa

時，一般采用材料為20鋼的無縫鋼管。

3.3考慮介質溫度的影響

不同材料的管子，適用于不同的溫度范圍。表5.2

表5.2不同材料的管子，使用溫度范圍

材料牌號使用溫度范圍C材料牌號使用溫度范圍℃

Q235AF0-250純鈦W350

Q235A0-350鋁-268?150

20R-20-475銅、黃銅-196-200

20g-20-475純鋁<120

16MnR一14?475硬鋁W140

16Mn-40?475灰鑄鐵W250

0.5MoW520球墨鑄鐵W350

Crl8Ni9-196-700

3.4考慮介質化學性質的影響

介質化學性質的影響主要體現在腐蝕上，應予以高度重視。

(1).介質呈中性，?般對材料要求不高，可選用普通碳鋼管；

(2).介質呈酸性或堿性，就要選擇耐酸或耐堿的管材。

(3).輸送水及水蒸汽，采用碳鋼材料的管子。

3.5考慮管子本身功能的影響

有些管子除需具備輸送介質的功能外，還要具有吸震的功能、吸收熱脹冷縮的功能，在工作狀況下,

能經常移動的功能。

3.6考慮壓力降的影響

管子的材料初步選定以后，還要進行管道壓力降的計算，確定管子內徑。通過壓力降的計算，看選

用的材料是否符合要求。特別在初步選用塑料管子時，更要重視壓力降的復核。

壓力管道的計算，在工程設計中，一般要根據生產規模進行物料衡算、能量衡算和設備計算，初步確定物料

流量。并參照有關資料，假定一個物料流速，計算出管子內徑，查手冊或標準，選用標準管子，通常選用的標準管

子內徑應等于或略大于計算出的管子內徑。再計算管道的壓力降。利用下式可以對各種情況進行計算：

X

Q=4D2?u（5—1）

式中：D--------內徑（m）；

Q------容積流量（m0/s）；

u------流速（m/s）

幾種情況如下：

（1）已知容積流量，設定某一流速，計算出管子內徑D；

（2）已知管子內徑，并根據輸送介質設定的管道流速，可計算容積流量Q；

（3）己知容積流量和管子內徑，計算流體在管子中的流速u。

根據容積流量和管子內徑，計算出的物料流速應在允許的流速范圍之內。通常情況下，各種物料的流速范圍可

參照表5.3⑶O

表5.3名［料一般流速范圍

流體名稱流速范圍（m/s）

飽和蒸汽主管30-40

支管20-30

低壓蒸汽＜1.0MPa（絕壓）15?20

中壓蒸汽i.o--4.0MPa（絕壓）20-40

高壓蒸汽4.0-?12.0MPa（絕壓）40?60

過熱蒸汽（主管）40?60

（支管）35?40

一般氣體（常壓）10-20

高壓乏氣80-100

蒸汽（加熱蛇管）（入口管）30?40

氧氣0?0.05MPa（表壓）5.0?10

2.0~3.0MPa（表壓）3.0-4.0

車間換氣通風（主管）4.0—15

（支管）2.0?8.0

風管距風機最遠處1.0?4?0

最近處8.0?12

真空管<10

真空蒸發器汽出口（低真空）50-60

（高真空）60-70

廢氣低壓20-30

高壓80-100

自來水主管，0.3MPa（表壓）1.5~3.5

支管，0.3MPa（表壓）1.0?1.5

蛇管冷卻水<1

石棉水泥輸水管中50?250下限0.28?0.4

上限0?9?1

0600—1000下限0.55-0.6

上限2.2?2

泥漿0.5?0.7

油封式真空泵吸入口10-13

易燃易爆液體<1

流體在管道中流動，由于管道內徑不是絕對光滑，不一定是等徑，管道走向也可能有彎曲、升降，加之管道

中有閥門、法蘭等管件，從而使流體在管道中流動必然會產生壓力降。

(1)管內摩擦壓力降

-152z

APf=6.506X10fLW/DP(5-2)

式中：APr一管內摩擦壓力降(kPa)；

f一摩擦系數；

L一管路總長度(包括管子及附件)(m)；

W一氣(液)體的重量流量(kg/h)；

P一氣(液)體的密度(kg//)。

(2)局部壓力降

△Pk=5.1X10-7Kpu2/g(5-3)

式中：△Pk一局部壓力降(kPa)；

g一重力加速度；

K一局部阻力系數。

在工程上還常用當量長度計算法，將各種局部壓力降折合為相當于直管長度的壓力降來計算。

(3)上升管靜壓壓力降

AP?=1.02X10F(H2-H,)(5-4)

式中：△Pu-上升管靜壓壓力降(KPa)

H2、Hi一管段始端和終端的標高(m)

(4)加速度壓力降

AP,—5.1X10,Pu2/g(5—5)

式中：△P、,一加速度壓力降(KPa)

(5)流體粘度引起的壓力降

對于油類、因粘滯性產生的壓力降用下式計算

△P.=40.74LuQ/d2(5-6)

式中：APw——流體粘度引起的壓力降(kPa)；

U——動力粘度(KPa

(6)總壓力降：

AP1.15(APf+APk+AP?+APv+APw)(5-7)

式中：△P,一總壓力降(kPa)；

1.15一考慮15%的裕量。

(7)總壓力降確定以后，尚須注意以下兩個問題：其一是系統的總壓力降，不能超過所選管道的額定壓力；其

二是泵或壓縮機的出口壓力必須超過系統的總壓力降，但不能超過所選管子及其附件的壓力等級。

3.7常用管道的類型

一般用途及選用材料情況參見下表5.4。

表5.4常用管道的類型、選材、一般用途一覽表

管道類型選用材料一般用途

1無縫鋼管

①中低壓用普通碳素鋼、優質碳素鋼,輸送對碳鋼無腐蝕或腐蝕速度

低合金鋼、合金結構鋼很小的各種流體

②高壓用20、15MnV等合成氨、尿素、甲醇生產中大

量使用

③不銹鋼lCrl8Ni9Ti等液堿、丁醛、丁醇、液氮、硝酸、硝鏤溶液的輸送

2焊接鋼管

①水煤氣輸送鋼管Q235-A適用于輸送水、壓縮空氣、煤氣、

②螺旋縫電焊鋼管Q235、16所等乏汽，冷凝水和采暖系統的管路

③不銹鋼焊接鋼管1Cr18Ni9Ti等

3金屬軟管

①釬焊不銹鋼軟管1Cr18Ni9Ti?般適用于輸送帶有腐蝕性氣體

②P2型耐壓軟管低碳鍍鋅鋼帶一般輸送中性的液體、氣體及混合物

③P3型吸塵管低碳鍍鋅鋼帶一般用于通風、吸塵的管道

④PM1型耐壓管低碳鍍鋅鋼帶?般用于輸送中性液體

4有色金屬

①銅管和黃銅管T2.T3.T4.TUP用于一般工業部門，機器和真空設備

TUI、TU2、H68、H62上的管路及壓力小于1OMPa氧氣管路

②鉛及其合金管純鉛，Pb4、Pb5、Pb6,鉛睇合金（硬鉛），PbSb4、PbSb6、PbSb8適用于化學、

染料、制藥及其它工業部門作耐酸材料的管道，如輸送15~65%的硫酸、干或濕的二氧化硫、60%的氫氟酸、

濃度小于80%的醋酸、鉛管的最高使用溫度為200℃,但溫度高于140℃時，不宜在壓力下使用。

鋁及其合金L2、L3、工業純鋁鋁管用于輸送脂肪酸、硫化氫及二氧化碳，鋁管最高使用溫度200℃,溫度高于

160℃時，不宜在壓力下使用，鋁管還可以用于輸送濃硝酸、醋酸、蟻酸、硫的化合物及硫酸鹽。不能用于鹽酸、

堿液，特別是含氯離廣的化合物。鋁管不可用對鋁有腐蝕的碳酸鎂、含堿玻璃棉保溫。

5纖維纏繞玻璃鋼管

承插膠粘直管、對接直管和。型環承插連接直管玻璃鋼一般用在公稱壓力0.6?1.6MPa、公稱直徑大于5

0mm的管道上玻璃鋼管O玻璃鋼O低壓接觸成型直管使用壓力小于等于0.6MPa,長絲纏繞直管，使用壓力

小于等于1.6MPa

6增強聚丙烯管聚丙烯具有輕質高強、耐腐蝕性好、致密性好，價格低等特點。使用溫度為120℃,使用

壓力為小于等于l.OMPa

7玻璃管增強聚氯乙烯復合管玻璃、聚氯乙烯般用于公稱直徑15-400mm,PN小于等于1.6MPa的管

道上

4壓力管道常用閥門的選用

4.1常用閥門的選用原則

1）閘閥

閘閥的密封性能較截止閥好，流體阻力小，具有一定的調節性能。明桿式尚可根據閥桿升降高低調

節啟閉程度，缺點是結構較截止閥復雜，密封面易磨損，不宜修理。閘閥適于制成大口徑的閥門，除適

用于蒸汽、油品等介質外，還適用于含有粒狀固體及粘度較大的介質，并適用于作放空閥和低真空系統

閥門。

2）截止閥

截止閥與閘閥相比，其調節性能好，密封性能差，結構簡單，制造維修方便，流體阻力較大，價格

便宜。適用于蒸汽等介質，不宜用于粘度大含有顆粒易沉淀的介質，也不宜作放空閥及低真空系統的閥

門。

3）節流閥

節流閥的外形尺寸小、重量輕、調節性能較盤形截止閥和針形閥好，但調節精度不高，由于流速較

大，易沖蝕密封面。適用于溫度較低、壓力較高的介質，以及需要調節流量和壓力的部位，不適用于粘

度大和含有固體顆粒的介質。不宜作隔斷閥。

4）止回閥

止回閥按結構可分為升降式和旋啟式兩種。升降式止回閥較旋啟式止回閥的密封性好，流體阻力大，

臥式的宜裝在水平管線上。立式的應裝在垂直管線上；旋啟式止回閥，不宜制成小口徑閥門，它可裝在

水平、垂直或傾斜的管線上，如裝在垂直管線上，介質流向應由下至上。

止回閥一般適用于清凈介質，不宜用于含固體顆粒和粘度較大的介質。

5）球閥

球閥的結構簡單，開關迅速，操作方便，體積小、重量輕、零部件少，流體阻力小，結構比閘閥、

截止閥簡單，密封面比旋塞閥易加工且不易擦傷。適用于低溫、高壓及粘度大的介質，不能作調節流量

用。

6）柱塞閥

柱塞與密封圈間采用過盈配合，通過調節閥蓋上連接螺栓的壓緊力，使密封圈上所產生的徑向分力

大于流體的壓力，從而保證了密封性，杜絕了外泄漏。柱塞閥是國際上近代發展的新穎結構閥門，具有

結構緊湊啟閉靈活、壽命長、維修方便等特點。

7）旋塞閥

旋塞閥的結構簡單，開關迅速，操作方便，流體阻力小，零部件少，重量輕。適用于溫度較低、粘

度較大的介質和要求開關迅速的部位，一般不適用于蒸汽和溫度較高的介質。

8）蝶閥

蝶閥與相同公稱壓力等級的平行式閘板閥比較，其尺寸小、重量輕、開閉迅速、具有一定的調節性

能，適合制成較大口徑閥門用于溫度小于80℃、壓力小于l.OMPa的原油、油品及水等介質。

9）隔膜閥

閥的啟閉是一塊橡膠隔膜，夾于閥體與閥蓋之間。隔膜中間突出部分固定在閥桿匕閥體內襯有橡

膠，由于介質不進入閥蓋內腔，因此無需填料箱。

隔膜閥結構簡單，密封性能好，便于維修，流體阻力小，適用于溫度小于200℃、壓力小于LOMPa

的油品、水、酸性介質和含懸浮物的介質，不適用于有機溶劑和強氧化劑的介質。

4.2減壓閥的選用原則

減壓閥是通過啟閉件的節流，將進口的高壓介質降低至某個需要的出口壓力，在進口壓力及流量變

動時，能自動保持出口壓力基本不變的自動閥門。

（1）減壓閥的選用，系根據工藝確定減壓閥流量，閥前、閥后的壓力及閥前流體溫度等條件來確定閥孔

面積，并按此選擇減壓閥的尺寸及規格。

（2）在設計中，減壓閥組不應設置在靠近移動設備或容易受沖擊的地方，應設置在振動較小，周圍較空

之處，以便于檢修。

（3）蒸汽系統的減壓閥組前應設置排凝液疏水閥，為防止長距離輸送的蒸汽管道中夾帶一些渣物，應

在切斷閥（閘閥）之前，設置管道過濾器。

（4）閥組前后應裝設壓力表，以便于調節時觀察。閥組后應設置安全閥，當壓力超過時能起泄壓和報

警作用，保證壓力穩定。

減壓閥均裝在水平管道上，為防止膜片活塞式減壓閥產生嚴重液擊，應將減壓閥底螺栓改裝排水閥

（閘閥DN20或25）。在投入運行時應放盡減壓閥底存水。波紋管減壓閥的波紋管應向下安裝，用于空

氣減壓時需將閥門反向安裝。

4.3疏水閥的選用原則

1）疏水閥的作用

疏水閥（也稱阻汽排水閥、疏水器）的作用是自動排泄蒸汽管道和設備中不斷產生的凝結水、空氣

及其他不可凝性氣體，又同時阻止蒸汽的逸出。它是保證各種加熱工藝設備所需溫度和熱量并能正常工

作的--種節能產品。

2）疏水閥的分類

按工作原理分為：

（1）熱動力型

利用蒸汽、凝結水通過啟閉件（閥片或閥瓣）時的不同流速引起被啟閉件隔開的壓力室和進口處的

壓力差來啟閉疏水閥。這類疏水閥處理凝結水的靈敏度較高，啟閉件小，慣性也小，開關速度迅速（如

微孔式根本沒有內件）。

（2）熱靜力型

利用蒸汽和凝結水的不同溫度引起溫度敏感元件動作，從而控制啟閉件工作。其溫度敏感元件受溫

度變化在開關啟閉件時有滯后現象，對低于飽和溫度一定溫差的凝結水和空氣可同時排放出去，可裝在

用汽設備上部單純作排空氣閥使用。

（3）機械型疏水閥

依靠浮子（球狀或桶狀）隨凝結水液位升降的動作實現阻汽排水作用。小口徑閥的靈敏度較大口徑

的高，浮球式靈敏度高于浮桶式疏水閥。

3）疏水閥的設計要求

①疏水閥都應帶有過濾器。如果不帶過濾器，應在閥前安裝管道過濾器，過濾器應設在易拆卸的

位置。

②疏水閥前后要裝切斷閥。由于旁路管上的旁路閥易漏氣，使新鮮蒸汽竄入凝結水管網，系統背

壓升高，干擾了正常運行，所以一般都不設旁路管。在疏水閥前裝排污閥及管道過濾器，疏水閥后裝窺

視鏡及止回閥（需回收冷凝水時應加止回閥）。

③內螺紋連接的疏水閥一定要在疏水閥前或后的連接管上安裝活接頭，便于檢修、拆卸。

④疏水閥組應盡量靠近蒸汽加熱設備，以提高工作效率，減少熱量損失。但熱靜力型疏水閥，特

別是雙金屬片式疏水閥應離開用汽設備1m左右，這段管路不要保溫以滿足雙金屬片式疏水閥過冷度較大

的工作特點。

⑤用汽設備到疏水閥這段管路，應沿流動方向有-4%的斜度，管路的公稱通徑不應小于疏水閥的公

稱通徑，以免形成蒸汽阻塞，造成排水不暢通。

⑥不同蒸汽壓力的不同用汽設備。不能共用一個疏水閥。因為高壓用汽設備的進出口壓力高，使

低壓用汽設備的出口壓力提高，造成進出口壓差縮小，減少了低壓設備排水量，甚至排不出水，使低壓

用汽設備無法工作。

⑦同一蒸汽壓力的幾個同類型用汽設備，也不允許共同使用一個疏水閥。由于制造和使用情況的

不同，其加熱效率、流體阻力都有所不同，更重要的是這些用汽設備的負荷都不能一致。蒸汽大量從阻

力小的設備中流過，從而影響其他設備通過的蒸汽量，不能滿足用汽設備的工藝要求。

⑧寒冷地區室外安裝疏水閥時應注意防凍。因為凝結水在疏水閥內凍結，會使疏水閥失去阻汽排

水的功能。防止方法是：加強疏水閥前后管路的保溫；對經常停車或間斷使用的疏水閥要在停車時進行

人工放水或安裝自動放水閥：特別是對體內有積水的機械型排水閥，在其閥體下部也要設置排水閥或絲

堵。

⑨對同一設備先后使用蒸汽加熱與冷卻時，建議應分別設置加熱與冷卻兩套完整裝置，以保證疏

水閥的功能并防止蒸汽、凝結水受到混雜。

5壓力管道附屬設施的選用

5.1管法蘭密封組件的選用

管法蘭與墊片和緊固件共同組成管道可拆連接接頭。為使連接接頭能安全運行并獲得滿意的密封效

果，選用時要對管法蘭的結構型式、密封面形式、墊片的材料和結構形式，緊固件的材料和尺、『全面地

進行綜合考慮，正確選用。

1）管法蘭的選用

管法蘭在我國使用的有多個標準：

國家標準GB9112—1988

化工行業標準HG20592-20635-1997

機械行業標準JB80-86-1994

石化行業標準SH3406—1992

新編管法蘭標準HG20592?20635—1997是一套符合國、內外管法蘭實際使用現狀、包括歐洲和美

洲兩大體系、考慮到英制、公制兩個鋼管系列、法蘭、墊片、緊固件綜合選配，內容完整，使用方便的

管法蘭標準。

HG20592~20635—1997管法蘭型式、參數見表5.12和表5.15?

(1)表5.12的幾點說明:

①表中適用鋼管外徑系列分A和B,A系列為國際通用系列(英制管)，B系列為國內沿用系列(公制

管)，其公稱通徑DN由10?2000mm共29種，它們對應的鋼管外徑按表5.13的規定。表列參數適用于公

稱壓力等級16.OMPa以下，PN25.0,MPa(25bar)的管法蘭適用鋼管外徑系列見表5.14?

②法蘭密封面型式：

FF----全平面(適用于非易燃、無毒、低壓)

RF----突面(適用于非易燃、無毒、低壓)

MFM---凹凸面(適用于易燃、有毒、中壓)

TG——梯槽面(適用于劇毒、高溫、高壓)

RJ---環連接面(適用于劇毒、高溫、高壓)(金屬墊片-透鏡墊)

③法蘭公稱壓力PN:

0.250.61.01.62.5

4.06.310.016.025.0

公稱壓力一一管道、管件、閥門等在規定溫度下允許承受的以標準規定的系列壓力等級表示的工

作壓力。

20鋼，100℃時：PN=P,(最大允許工作壓力)

公稱直徑一一管道、管件的名義直徑,與管子的外徑一一對應，內徑與管子的壁厚有關。

(2)表5.15的幾點說明:

①法蘭密封面型式同上。

②公稱壓力等級為：

2.0MPa(Classl50),5.0MPa(Class300),11.90MPa(Class600),15.0MPa(Class900),

26.0MPa(Classl500),42.0MPa(Class2500)

③公稱通徑以英制為基礎，由15?1500mm共38種，它們與鋼管外徑的對應關系見表5.16。

(3)不同介質環境管法蘭的型式選擇參見表5.17o

低壓、非易燃、無毒：突面、平焊法蘭

低壓、易燃、有毒：突面、長頸對焊法蘭

低壓、易燃、有毒：凹凸面、帶頸平焊法蘭

中壓、易燃、有毒：凹凸面、長頸對焊法蘭

2)墊片、緊固件的選用

墊片選用原則：

管法蘭墊片包括:非金屬墊片、聚四氟乙烯包墊、石墨復合墊、

金屬包墊、纏繞墊、齒形組合墊、金屬環墊。

(1)選用墊片時，必須依據介質性質、工作壓力和工作溫度。

(2)榨槽蜜蜂面盡量不用非金屬墊片；

(3)真空系統用橡膠墊；

(4)低壓、無毒場合一般用非金屬墊片；

(5)介質不允許微量纖維混入,易選用石墨復合墊；

(6)介質易燃、有毒，易選用金屬包墊、纏繞墊；

(7)高溫、高壓易選用金屬環墊。

(8)纏繞式墊片具有良好的壓縮性和回彈性，且價格便宜，制造簡單，特別是用膨脹石墨作填充

料時，密封性能優良，一般條件下均宜采用。尤其適用于有松弛、溫度波動、壓力波動、沖擊和振動的

中低壓法蘭密封。

(9)苯對耐油石棉橡膠墊片中的丁睛橡膠有溶解作用，故對于壓力小于或等于2.5MPa,溫度小于或

等于200℃的法蘭，應選用纏繞式墊片。

(10)聚四氟乙烯有優良的耐腐蝕性能，是很好的密封材料，在溫度小于250℃時常選用。其型式有

聚四氟乙烯生料帶纏包石棉橡膠板、聚四氟乙烯板、聚四氟乙烯纏繞墊片和聚四氟乙烯包墊片。

(11)膨脹石墨是一種新型的密封材料，國內外使用證明，它具有優良的密封性能。其型式有纏繞式

墊片、金屬包墊片兩面貼膨脹石墨紙和高強石墨墊片。這些墊片可以在大多數場合下使用。

(12)當墊片在有硫化氫應力腐蝕的場合下使用時，其墊片的金屬材料應選用含Ti的不銹鋼。

(13)當選用金屬墊片時，應在完全退火狀態下使用，盡可能選用較軟的金屬材料，使法蘭表面的硬

度比墊片硬度大布氏硬度HB20為宜。

(14)在有腐蝕的條件下，選用墊片對法蘭盤呈陽性的墊片材料，墊片受腐蝕；選用法蘭盤對墊片呈

陽性的墊片材料，法蘭盤受腐蝕，采用哪一種要根據使用方法和墊片種類來決定。

3)管法蘭、墊片和緊固件的選用見表5.18、5.19?

管法蘭、墊片和緊固件的選用應嚴格按照此表的要求匹配

5.2彎頭、異徑管、三通、活接頭、絲堵材料的選用。

這些管件直接和輸送介質接觸，因此在選用時，必須由輸送介質的化學性質和物理狀況來選用材料。

(1)根據介質的化學性質，選用不同材料的彎頭、異徑管、三通等。一般情況下選用與管子本身相同的

材料或優于管子本身的材料。

(2)根據介質的溫度、壓力等狀態來選用不同材料的彎頭、異徑管、三通：

當介質的壓力小于等于4.0MPa、溫度小于等于200C,一般采用材料為10g、20g的沖壓彎頭；

當介質的壓力小于等于2.5MPa、溫度小于等于200℃,一般采用材料Q235A或20g的焊制彎頭；

當介質的壓力小于等于1.6MPa、溫度小于等于175℃,可選用材料為可鍛鑄鐵的彎頭、異徑管等。

5.3視鏡的選用

視鏡多用于排液或受槽前的回流、冷卻水等液體管路上以觀察液體流動情況。

1)視鏡的種類

鋼制視鏡、不銹鋼視鏡、鋁制視鏡、硬聚氯乙烯視鏡、耐酸酚醛塑料視鏡、玻璃管視鏡等。

2)視鏡的選用

視鏡系根據輸送介質的化學性質、物理狀態及工藝對視鏡功能的要求來選用。視鏡的材料基本上和

管子材料相同。如碳鋼管采用鋼制視鏡，不銹鋼管子采用不銹鋼視鏡，硬聚氯乙烯管子采用硬聚氯乙烯

視鏡，需要變徑的可采用異徑視鏡，需要多面窺視的可采用雙面視鏡，需要它代替三通功能的可選用三

通視鏡。視鏡的操作壓力小于等于0.25MPa,鋼制的視鏡，操作壓力小于等于0.6MPa。

5.4阻火器的選用

阻火器是一種防止火焰蔓延的安全裝置，通常安裝在易燃易爆氣體管路上。

當某一段管道發生事故時，不至于影響另一段的管道和設備。某些易燃易爆的氣體如乙快氣，充灌

瓶與壓縮機之間的管道，要求設三個阻火器。

1)阻火器的種類

碳素鋼殼體鍍鋅鐵絲網阻火器；

不銹鋼殼體不銹鋼絲網阻火器；

鋼制礫石阻火器；

碳鋼殼體銅絲網阻火器；

波形散熱片式阻火器；

鑄鋁殼體銅絲網阻火器等。

2)阻火器的選用

(1)阻火器的殼體要能承受介質的壓力和允許的溫度，還要能耐介質的腐蝕。

(2)填料要有一定強度，且不能和介質起化學反應。

(3)阻火器主要是根據介質的化學性質、溫度、壓力來選用合適的阻火器。

一般介質，使用壓力小于等于LOMPa,溫度小于80℃時均采用碳鋼鍍鋅鐵絲網阻火器。特殊的介

質如乙快氣管道，特別是壓力大于0.15MPa的高壓乙快氣管道上，采用特殊的阻火器。

5.5過濾器的選用

管道過濾器多用于泵、儀表(如流量計)、疏水閥前的液體管道上。

1)過濾器的種類

種類有管螺紋連接Y型過濾器、法蘭連接Y型過濾器、鋼制直角式過濾器、低溫鋼直角式過濾器、

不銹鋼制直角式過濾器、中低壓管路用錐形過濾器、高壓用錐形過濾器。

2)過濾器的選用

(1)一般根據介質的性質和溫度、壓力來選用適當的過濾器。

(2)過濾器承受的壓力等級有：l.OMPa、1.6MPa、2.5MPa、4.OMPa,6.3MPa,lOMPa,一般比管子內介質

的壓力高一個檔次。

5.6壓力管道熱變形補償結構設計與選用

防止管道因熱脹冷縮產生過大的應力，在配管設計中，利用管子和管件構成的彎管或其它形狀，使

管道系統保持適當的柔性。抵消因管道熱脹冷縮而產生的變形，防止生產事故的發生，確保管路的安全。

其主要措施有：

(1)在設計中，常將管子設計成：L型、Z型、U型。

(2)在管路中加膨脹節(補償器)。

(3)在壓縮機前后加吸震軟管，壓力高的管道加金屬軟管，有腐蝕性的介質可加不銹鋼金屬軟管。

1)膨脹節(補償器)的類型

(1)補償器類型見表5.20。

波紋管類別A型：通用型單式軸向型復式軸向型

波紋管類別B型：通用型復式帶座軸向型角向型萬向角型小拉桿三向型

大拉桿三向型

較鏈橫向型萬向較橫向型直管壓力平衡型

曲管壓力平衡型外壓單式軸向型

外壓復式帶座型振動補償器

2)管系中使用無約束型補償器的原則

(1)任何兩個相鄰的固定支座只設一個補償器；

(2)各類固定支座應有足夠的強度和剛度；

(3)安裝時不允許以補償器的變形來強行適應管道安裝偏差；

(4)任何兩個相鄰的次固定支座間管徑應相同，并成一直線走向；

(5)對補償量很大的補償器，宜在管道安裝前進行預拉伸(或預壓縮)，以減少補償器對支座的彈

性反力，同時使補償器處于最佳工作狀態。

3)管線設計與補償器選型

任何一項工程管路系統的設計都要受到生產工藝流程、設備(或裝置)、安裝布局、空間環境、地

質條件及工程造價等因素的制約，因此管路系統的走向和支撐體系往往相當復雜，這就給補償器的選型

帶來一定的難度。

完成管路系統的補償往往有多種方案，而補償器的正確選型則是關鍵。這就要求管系設計者綜合考

慮管線的走向、支撐體系的布局、補償器類型的選擇等，以取得既安全可靠、又經濟合理的方案。

(1)補償器選型一般程序如下：

①管系分解，無論多么復雜的管系，均可以通過固定支座將它們分解為"一"、“L”、“門”、

“Z”、“V”等典型管段(或稱之為膨脹單元)。變復雜管系為簡單管系。

②根據典型管線工作條件和膨脹形式選擇波紋補償器類型。

③計算典型管段的膨脹量，確定補償器的波數并得出在規定疲勞壽命下補償器的額定補償量，從而

確定補償器的數量。

④在裝有無約束型補償器的管段上，設置固定支座(MA)?而裝有約束型補償器的管段匕無須因

補償器的設置而另加主固定支座。

⑤根據補償器的變型軌跡及穩定性要求設置相應的導向支座G或平面導向支座PGo

(2)補償器選型必須考慮的主要因素：

①公稱通徑DN、接口尺寸及法蘭標準；

②工作壓力匕；

③工作溫度T，核校設計溫度，考慮溫度修正系數；

④材料，取決于介質性質；

⑤補償量---軸向、橫向、角向；

⑥壽命——考慮使用年限或大修、更換周期；

⑦安全系數。

(3)是否有承受壓力推力的構件——補償器壓力推力約束機構：

①TA、TB,ZA、DZA、ZB、WDB、XHB、DB均無壓力推力約束機構，稱為無約束型補償器；

②IB、WJB、DHB、IHB、WHB、ZPB、QPHB等具有壓力推力約束機構，稱為約束型補償器。

4)補償器基本應用形式及特點

常用管系支座名稱、代號及符號見表5.21。其基本應用形式：

主固定支座次固定支座導向支座平面導向支座

定向主固定支座定向次固定支座彈簧吊架

(1)通用補償器(TA、TB)

—該補償器結構簡單、價格較低，可吸收軸向位移和數量不大的多向組合位移，因而凡是可能

的地方可優先予以考慮。

①用一個通用補償器吸收直管段的軸向位移。

②用不同直徑的通用補償器吸收異徑直管段的軸向位移。

③用多個通用補償器分別吸收各分支管段的軸向位移。

④用通用補償器吸收Z形管段的軸向位移時，應注意以Z形管段的偏斜程度應盡量??；各直管段的

端部附近應設置導向支座，以限制彎矩對管道的影響；償器應靠近一個固定支座。通用補償器在L形管

段的長腿上吸收軸向位移和少量橫向位移；在L形管段的短腿上吸收橫向位移和少量軸向位移。

用復式補償器吸收直管段的較大軸向位移。

(2)平面角向型補償器

—這種補償器結構緊湊、應用靈活、安裝方便且對支座無壓力推力作用。單式角向補償器只能

作角偏轉，因此必須兩個以上配套使用而不允許單獨出現。

用一對角向補償器吸收橫向位移時，角位移量一定，其所能吸收的橫向位移量與兩補償器錢鏈之

間的距離成正比，在這種情況下盡量加大兩補償器之間的距離將能更有效發揮其補償功能。

①當水平管線較長(管段能夠彈性變形)時，用兩個補償器吸收平面Z形和L形管段的位移

②或用以吸收同一平面內設備與其連接管道的組合位移。

③用三個補償器吸收L形管段的位移。

用兩個補償器吸收立式容器與主管之間的不同垂直位移量。

(3)萬向型補償器

——這種補償器可在任意平面內作角偏轉。使用時應以兩個一組或三個一組來吸收空間管段的位

移。

大拉桿橫向型補償器和較鏈橫向型補償器——這兩種補償器通過波紋管的角偏轉可吸收各方位橫

向位移，且補償能力較大，加之對支座無內壓推力作用，結構比較簡單，因而在各種位移量大的L形及

Z形管段上應用廣泛。

用單式大拉桿補償器吸收L形管段的位移，根據配管要求和補償量大小可有“冷緊”和“不冷緊”

兩種安裝方式。冷緊又分50%“冷緊”和100%“冷緊”。前者可減少50%彈性力，后者主要用于系統壓

力較高，而補償量又較大的場合，其目的是使波紋管在工作時處于直線狀態，提高補償器的穩定性。

6壓力管道的絕熱設計

GB50264-1997《工業設備及管道絕熱工程設計規范》工程設計

適用于工業設備及管道外表面溫度在-196C至850c的絕熱。

6.1絕熱的功能及范圍

絕熱包括保溫與保冷，是為了防止管道向周圍環境散發或吸收熱量。

1）絕熱的功能

用絕熱的方法，可以減少管道及其附件的熱（冷）量損失，保證操作人員安全，改善勞動條件，

防止燙傷和減少熱量散發到操作區。在冬季，用保溫來延緩或防止管道內液體的凍結。當管道內的介質

溫度低于周圍空氣露點溫度時，采用絕熱可防止管道的表面結露。

2）絕熱的范圍

管道及其附件有下列情況之一時，應采取絕熱措施。

①外表面溫度大于50C以及外表面溫度小于或等于50℃但工藝需要保溫的管道及其附件。

②工藝生產中需要減少介質的溫度降或延遲介質凝結時。

③介質溫度低于周圍空氣露點溫度時，以及在環境溫度下，為防止管道外表面凝露時、

④對于工藝生產中不需要保溫的管道及其附件，當其外表面溫度超過60C,而需經常操作維護時。

在無法采用其它措施防止燙傷時，應進行防燙傷絕熱。例如距地面或工作平臺的高度小于2.hn或接近操

作平臺，平面距離小于0.75m時均應進行防燙傷絕熱。

⑤減少冷介質在生產或輸送過程中的冷量損失以及制冷系統中的冷管道。

可不絕熱的管道及其附件主要有：要求散熱或必須裸露的管道；要求及時發現泄漏的管道法蘭；

工藝上無特殊要求的放空、排凝管道；要求經常監測、防止發生損壞的部位。

6.2常用絕熱材料性能

絕熱材料應具有密度小、導熱系數小、化學性能穩定、對管道沒有腐蝕，并且能長期在工作溫度

下運行等性能。絕熱材料的性能要求如下：

（1）絕熱層材料的性能要求

①絕熱層材料應選擇能提供具有隨溫度變化的導熱系數方程式或圖表的產品。對于松散或可壓縮

的絕熱材料，應提供在使用密度下的導熱系數方程式或圖表的產品。

②保溫材料在平均溫度低于350℃時，導熱系數不得大于0.12W/（m?℃）,保冷材料在平均溫度

低于27c時，導熱系數應不大于0.064W/（m?℃）。

③保溫硬質材料密度一?般不得大于300kg/m3；軟質材料及半硬質制品密度不得大于200kg/m3；保

冷材料密度不得大于200kg/m\

④耐振動硬質材料抗壓強度不得小于0.4MPa；用于保冷的硬質材料抗壓強度不得小于0.15MPa0

⑤吸水率要小。保溫材料的質量含水率不得大于7.5%；保冷材料的質量含水率不得大于現。用于

直埋管道上的保溫材料，含水率應小于3%?

⑥絕熱層材料應選擇能提供具有允許使用溫度和不燃性、難燃性、可燃性）性能檢測證明的產品：

對保冷材料尚需提供吸濕性、吸水性、增水性檢測證明。對硬質絕熱材料尚需提供材料的線膨脹或收縮

率數據。

絕熱層材料按被絕熱對象外表面的溫度，其燃燒性能應符合GB8624-85的規定：

外表面溫度T0>100℃時，絕熱層材料應符合不燃類A級材料性能要求；

外表面溫度ToWlOOC時，絕熱層材料不得低于難燃類B1級材料的性能要求，對泡沫塑料其氧指數

應大于或等于32%；

外表面溫度T0<50℃時，有保護層的泡沫塑料類絕熱層材料不得低于?般可燃性B2級材料的性能

要求。

⑦化學穩定性能好，對被絕熱的金屬表面無腐蝕作用。

與奧氏體不銹鋼表面接觸的隔熱材料應符合BGJ126《工'業設備及管道絕熱工程施工驗收規范》有

關氯離子含量的規定。

⑧價格低廉、施工方便，盡可能選用制品和半制品材料，如板、瓦及氈等材料。

（2）防潮層材料的性能要求

①抗蒸汽滲透性好，防水防潮力強，吸水率不大于1虬

②防潮層材料的燃燒性能同對絕熱材料的要求。

③化學穩定性好，無毒或低毒耐腐蝕并不得對絕熱層和保護層材料產生腐蝕或溶解作用。

④防潮層材料在夏季不軟化，不起泡，不流淌，低溫使用時不脆化、不開裂、不脫落。

⑤涂抹型防潮材料軟化溫度不低于65C,粘接強度不小于0.15MPa,揮發物不大于30%。

（3）保護層材料的性能要求

①保護層材料應選擇強度高，在使用環境下不軟化、不脆裂、外表整齊美觀、抗