管道压力等级的确定

一、压力等级    除设计温度和设计压力是确定管道压力等级的基本参数外，还有一些其他因素会影响到管道压力等级的确定。其中，应用标准体系、材料、介质和操作条件都是重要因素。
1 应用标准体系的选择    由于不同的标准体系下公称压力等级系列不同，对应的温度-压力表也不同。因此，即便在相同的设计条件下，如果选用不同的应用标准，其公称压力等级也可能存在差异。因此，在确定管道的公称压力等级之前，需要先明确所采用的应用标准体系。2 管道系统所使用的材料   不同材料的机械性能是有差异的，因此它们在标准温度-压力表上的对应值也会有所不同。在确定管道的公称压力前，需要优先考虑管道及其元件的材料选择，因为材料的选用要依据设计温度、设计压力以及操作介质来进行。   通常情况下，管道的不同元件所采用的材料标准也不相同。例如，管子一般使用管材，法兰则多采用锻材，而阀门则多数采用铸材。   无论所采用的材料标准是什么，它们应该具备同等级的材料特性，即适应相同的操作条件和具有相同的强度；此外还需注意管材、板材、棒材以及铸材之间的匹配。
   法兰压力-温度等级是指法兰在不同工作温度下所能承受的最高无冲击工作压力或最大允许工作压力。它与法兰材料及其高温机械性能、法兰所采用的计算方法等诸因素密切相关。根据法兰在不同工作温度下的最高无冲击工作压力，合理选择法兰及法兰附件的公称压力以达到和各附件相互协调，确保管道附件安全可靠地在管道装置中运行。如果法兰接头的螺栓和垫片符合相关限定条件，而且法兰接头的找正和装配符合优良规程，则这样的法兰接头可适用于压力-温度的额定值。   相应于额定压力的额定温度是指法兰和法兰管件的承压容器的壳体温度。一般情况下，这个温度与储存流体的温度相同。当温度在-29℃（-20℉）以下时，选用的压力额定值应不大于-29℃（-20℉）时的额定值。   压力-温度选用表中给出的各种材料的压力-温度等级是指在所示工作温度下的最高无冲击工作压力（以表压计）；对于中间温度的压力，允许用线性插值法计算。   工作温度系指在压力作用下法兰金属的温度。工作温度低于20℃时，法兰的最高无冲击工作压力值与20℃时相同。对于铁素体钢，100℃时的最高无冲击工作压力值可使用至120℃；奥氏体不锈钢20℃时的最高无冲击工作压力值可使用至50℃。   压力-温度等级用于法兰连接时，应考虑到由于管道连接中产生的力和力矩而引起的泄漏的危险。因此，在温度变化急剧和热循环工况下，温度高于260℃时，建议不使用螺纹法兰。3 操作介质的特性    一般情况下，管道的公称压力应在对应温度下的许用压力范围内，不得超出其设计压力。    对于会因管子及其元件失效而造成严重危害或易于产生重大事故的介质，在考虑其公称压力等级时，不能只按照温度-压力表来确定，而应适当提高其公称压力等级，即提高其安全可靠系数。SH3059《石油化工管道设计器材选用通则》等标准有详细规定，例如：    运输剧毒介质的管道，无论介质的操作压力是多少，其公称压力等级应不低于PN5.0MPa（SH标准体系）或PN4.0（JB标准体系）；
 运输氢气、氨气、液态烃等介质的管道，其最低公称压力等级应不低于PN2.0MPa（SH标准体系）或PN2.5MPa（JB标准体系）；    运输一般可燃介质的管道，其公称压力等级应不低于PN2.0MPa（SH标准体系）或PN1.6MPa（JB标准体系）。4 介质操作温度及管系附加力   许多法兰标准都注明，其温度-压力表对应值是指法兰未受冲击载荷时的对应值。实际上，外部管道施加在法兰上的弯曲、振动、温度循环等载荷，都会影响其密封性和可靠性强度。因此，在确定管道所需的公称压力时，应将这些外部载荷转化为当量介质压力。   管系的热胀冷缩常会引起法兰的弯曲载荷。对于PN2.0等级的法兰，当其工作温度大于200℃时，或PN5.0及以上等级的法兰在工作温度大于400℃时，均应考虑管系对法兰产生的附加载荷的影响。否则，应提高管系的公称压力等级。   当工作温度接近材料蠕变温度时，法兰连接处会逐渐松弛，从而持续降低螺栓载荷，进而影响连接紧密性。因此，有必要定期拧紧螺栓以防止泄漏。  工作温度高于表列温度而缺乏确切（额定）数值时，可根据使用经验或计算，由设计者自行确定。   采用表列以外的材料时，法兰的最高无冲击工作压力可根据材枓许用应力相当的原则，参照表列材料予以确定，但不得大于公称压力。
二、壁厚等级1 材料的许用应力   材料的许用应力是指材料的强度指标除以相应的安全系数而得到的值。材料的机械性能指标有屈服极限、强度极限、蠕变极限、疲劳极限等，这些指标分别反映了不同状态下失效的极限值。   为了保证管道运行中的强度可靠，常将管道元件中的应力限制在各强度指标下某一值，该数值即为许用应力。当管道元件中的应力超过其许用应力值时，就认为其强度已不能得到保证。   因此说，材料的许用应力是确定管道壁厚等级的基本参数。   不同的设计标准，选取材料的许用应力值是不同的。对压力管道来说，国内的设计标准是按GB 150钢制压力容器确定的许用应力值，ASTM材料则是取按ANSI B31.3 Process Piping标准确定的许用应力值。2 腐蚀余量的取值   腐蚀余量是管道壁厚减薄后增加的值，是考虑介质对管道腐蚀所需的。该值直接影响到管道壁厚取值，或者说影响到壁厚等级的确定。目前我国尚未建立涵盖各种腐蚀介质在不同条件下对各种材料腐蚀速率数据的体系。   因此，在工程中通常仍然按照经验来确定腐蚀余量。国内外许多工程公司或设计院通常将腐蚀余量分为四级：   a）无腐蚀余量，即腐蚀余量为0。一般情况下适用于不锈钢管道；   b）1.6mm腐蚀余量。对于腐蚀情况不严重的碳素钢和铬钼钢管道通常选择该值；   c）3.2mm腐蚀余量。对于腐蚀比较严重的碳素钢和铬钼钢管道多数情况下采用该值；   d）加强级（大于3.2mm）腐蚀余量。对于存在固体颗粒冲刷等特殊情况的管道，需要根据实际情况确定其具体的腐蚀余量。3 管子及其元件的制造壁厚偏差   在制造管子及其元件过程中，相对于公称壁厚（或理论壁厚），通常会存在正、负偏差。因此，在确定管子及其元件公称壁厚时一定要考虑到负偏差值的可能性。  各种钢管标准中规定的负偏差值是不完全相同的，GB/T8163流体输送用无缝钢管、GB/T 14976流体输送用不锈钢无缝钢管规定的壁厚偏差值如下：常用标准的壁厚偏差值

简介--运输剧毒介质的管道，无论介质的操作压力是多少，其公称压力等级应不低于PN5.0MPa（SH标准体系）或PN4.0（JB标准体系）； 运输氢气、氨气、液态烃等介质的管道，其最低公称压力等级应不低于PN2.0MPa（SH标准体系） ...-登录查看全文