淺析工業壓力管道設計問題與措施

摘要： 壓力管道的設計是一個非常重要復雜的工程，本文描述了工業壓力管道設計的特點和應注意的事項，在每個環節都必須按照相關規定和要求。

關鍵詞： 壓力管道；設計；問題

1. 工業壓力管道設計的特點

1.1. 操作參數范圍寬

工業壓力管道工作壓力由0. 1MPa 到42MPa，工作溫度由- 200 ℃ ～ 1 260 ℃；

1.2. 工作介質多樣

工業壓力管道涉及各種工業生產，生產運行環境變化多端，工作介質大多具有有毒、易燃、易爆特性。

1.3. 工業管道設計市場亟需規范

目前，工業壓力管道設計市場比較混亂。一些不具備設計許可資格的單位或個人仍在搞工業壓力管道設計，對工業壓力管道的生產安全構成隱患。究其原因，主要是一些領導同志存在著觀念上的誤區，認為只要懂得生產工藝設計，就能設計工業壓力管道。還有一些具有設計許可的小型設計單位，其設計僅僅是壓力管道工藝設計，對于防火、配電、自控等只是提出要求，缺乏其它專業的配套設計文件，如果工程施工執行不到位，勢必給項目的安全運行種下禍根。希望國家質監管部門不斷加強對壓力管道設計市場的管理，尤其對于設計文件質量要嚴格把關。

2. 工業壓力管道設計應注意的問題

2.1.壓力管道工藝設計參數的確定正確地確定壓力管道的設計壓力和設計溫度是保證壓力管道安全運行的基礎，因為介質、壓力和溫度（ 包括環境溫度的影響） 直接決定管道材料的選擇、管道的壁厚和安裝設計。

需要注意的是，管道的設計壓力和設計溫度均應按使得管道具有最大壁厚的操作條件組合來確定。設計壓力不得低于管道的最大操作壓力，設計溫度不得低于管道金屬材料的最高操作溫度，低溫工況時，設計溫度不得高于管道材料的最低溫度。

例如在液氨管道設計時，由于液氨為液化介質，隨著溫度的變化，飽和壓力也不同。當介質溫度為20 ℃時，絕對壓力為0. 874 MPa； 當介質溫度升至45 ℃時，絕對壓力為1. 817 MPa ； 當介質溫度為- 20 ℃時，絕對壓力降至0. 194 MPa 時。因此，對輸送液氨管道設計壓力的確定，除了考慮正常的操作壓力外，考慮最苛刻操作條件下溫度變化對液氨壓力的影響是相當關鍵的。也正因此，GB50072—2010《冷庫設計規范》規定液氨管道的設計壓力一律采用2. 5 MPa。

對于其它液化氣體管道，一定要考慮環境溫度、陽光輻射、加熱或冷卻等因素，按介質可能達到的最高的溫度來確定其管道的設計壓力。

2.2 .關于管道組成件的選用

合理確定工業壓力管道的材料和壁厚是保證壓力管道安全運行的根本。普通碳鋼材料價格低，但其防腐蝕性能較差； 奧氏體不銹鋼管道材料防腐蝕性能好，但也不適合輸送含氯及硝酸等介質，且價格又較高等等。因此管道材料的選用必須依據管道的使用條件（ 設計壓力、設計溫度、介質） 、經濟性、耐蝕性、材料的焊接及加工等性能綜合考慮。

在工業壓力管道設計中，管道材料必須符合相關規范提出的材料韌性要求及其它規定。一般應注意以下問題：

2.2.1.在425 ℃以上條件下，如選用碳素鋼和碳錳鋼管材，應注意鋼中的碳化物相的石墨化傾向，或者直接選用鉻鉬合金鋼；

2.2.2.奧氏體不銹鋼在525 ℃ 以上高溫下使用時，含碳量應大于0. 04%，并且在固溶狀態下使用。如應用廣泛的S31603 使用溫度控制在450 ℃以下；

2.2.3.關于鋼材的使用溫度下限，除奧氏體鋼及有關標準另行規定者外，均為高于- 20 ℃。鋼材的使用溫度低于或等于- 20 ℃時，應按低溫管道的設計規定進行材料選擇。

2.2.4.焊接材料選擇必須符合NB /T47015—2011《壓力容器焊接規程》要求，并明確焊材型號，尤其對于異種鋼的焊接，要特別注明焊接方法和焊條。

2.3. 關于管道組成件的連接與設置

在工業壓力管道設計中，管道組成件的連接形式有焊接、法蘭和螺紋連接三種。法蘭連接和螺紋聯接是為了方便管道與設備的安裝、維修以及拆換，法蘭連接也用于一些鋼制非金屬襯里管道自身連接。管道的法蘭連接處是最容易產生介質泄漏的部位。而螺紋聯接的密封更不可靠，因此僅在GC3 系列管道設計中偶爾用之。

因此，在工業壓力管道設計中，管道連接盡量采用焊接方式，避免采用法蘭連接及螺紋聯接，不能避免時一定要嚴格按照相關規范要求進行法蘭型式、墊片型式、密封面形勢以及螺栓連接件的選擇。為了減小法蘭連接滲漏風險，設計中應注意降低法蘭連接處的外力，或將法蘭的壓力等級提高1 級～2 級。

2.4.關于工業壓力管道設計規范的選用

目前，我國工業壓力管道設計依據的法規及標準規范主要有： 國務院第549 號令《特種設備安全監察條例》、國務院令第591 號《危險化學品安全管理條例》、國家安全監管總局令第43 號《危險化學品輸送管道安全管理規定》、TSG D0001—2009《壓力管道安全技術監察規程-工業管道》（ 以下稱《工業管規》） 、GB /T20801. 1 - 6 - 2006《壓力管道規范工業管道》、GB50316—2000《工業金屬管道設計規范》、GB50235 - 2010《工業金屬管道工程施工規范》，GB50236—2011《現場設備，工業管道焊接工程施工規范》、GB50184—2011《工業金屬管道施工質量驗收規范》、GB50683—2011《現場設備、工業管道焊接工程施工質量驗收規范》。另外還有一些專業設計規范，如： GB50028—2006《城鎮燃氣設計規范》、GB50029—2003《壓縮空氣站設計規范》、GB50072—2010《冷庫設計規范》和GB50030—2007《氧氣站設計規范》、GBJ50016—2006《建筑設計防火規范》、GB50160—1992《石油化工企業設計防火規范》。此外，還有化工以及石油化工等行業頒布實施的關于壓力管道的設計規范，工程施工驗收規范等。

另外，還有各相關行業頒布的技術規程和規定，如： 《鋼鐵企業氧氣管網的若干技術規定》、《氧氣安全規程》、《氫氣使用安全技術規程》、《工業企業煤氣安全規程》、《氯氣安全規程》、《氨制冷系統安裝工程施工及驗收規范》等，作為工業管道設計人員也應學習掌握。

需要注意的是，對于一些特殊的工業管道，各設計規范的要求并不一致，依據不同規范標準設計出來的同一條管道，在材料選用、無損檢測比例以及耐壓試驗等方面上存在較大差距。

如氨制冷壓力管道設計可采用兩個標準：GB50072—2010《冷庫設計規范》和GB50316 - 2000《工業金屬管道設計規范》。GB50072 規定，氨介質的管道可以采用10 號、20 號碳素鋼鋼管，而GB50316 - 2000 規定，隨著使用溫度的不同，需要采用不同材料的無縫鋼管，如： 10 號、20 號、16Mn、09MnD，鋼管在正火狀態下的使用溫度下限分別為- 29 ℃、- 20 ℃、- 40 ℃、- 50 ℃； 同時由于兩個標準對設計溫度定義的不同，對于工作溫度低于-29℃的同一條氨制冷壓力管道，其射線檢測比例分別為5%和100%。

3.結語

作為一名工業壓力管道設計人員，一定要樹立終身學習的理念，不僅要學習精通工業生產工藝專業知識，同時還要加強設備、材料、自控、建筑、給排水等相關專業知識的學習，熟悉與掌握相應的法規和規范，在實際工程設計中按照從嚴的原則，保證壓力管道設計的安全性。作為工業壓力管道設計單位的領導，要重視壓力管道各設計專業的配套建設，不斷提高壓力管道設計安全意識。

參考文獻：

[1]TSG R1001—2008，壓力容器壓力管道設計許可規則[S].

[2]TSG D0001—2009，壓力管道安全技術監察規程- 工業管道[S].

[3]馮秋良. 實用管道工程安裝技術手冊[M]. 北京： 中國電力出版.