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摘要： 压力管道的设计是一个非常重要复杂的工程，本文描述了工业压力管道设计的特点和应注意的事项，在每个环节都必须按照相关规定和要求。
关键词： 压力管道；设计；问题
1. 工业压力管道设计的特点
1.1. 操作参数范围宽
工业压力管道工作压力由0. 1MPa 到42MPa，工作温度由- 200 ℃ ～ 1 260 ℃；
1.2. 工作介质多样
工业压力管道涉及各种工业生产，生产运行环境变化多端，工作介质大多具有有毒、易燃、易爆特性。
1.3. 工业管道设计市场亟需规范
目前，工业压力管道设计市场比较混乱。一些不具备设计许可资格的单位或个人仍在搞工业压力管道设计，对工业压力管道的生产安全构成隐患。究其原因，主要是一些领导同志存在着观念上的误区，认为只要懂得生产工艺设计，就能设计工业压力管道。还有一些具有设计许可的小型设计单位，其设计仅仅是压力管道工艺设计，对于防火、配电、自控等只是提出要求，缺乏其它专业的配套设计文件，如果工程施工执行不到位，势必给项目的安全运行种下祸根。希望国家质监管部门不断加强对压力管道设计市场的管理，尤其对于设计文件质量要严格把关。
2. 工业压力管道设计应注意的问题
2.1.压力管道工艺设计参数的确定正确地确定压力管道的设计压力和设计温度是保证压力管道安全运行的基础，因为介质、压力和温度（ 包括环境温度的影响） 直接决定管道材料的选择、管道的壁厚和安装设计。
需要注意的是，管道的设计压力和设计温度均应按使得管道具有最大壁厚的操作条件组合来确定。设计压力不得低于管道的最大操作压力，设计温度不得低于管道金属材料的最高操作温度，低温工况时，设计温度不得高于管道材料的最低温度。
例如在液氨管道设计时，由于液氨为液化介质，随着温度的变化，饱和压力也不同。当介质温度为20 ℃时，绝对压力为0. 874 MPa； 当介质温度升至45 ℃时，绝对压力为1. 817 MPa ； 当介质温度为- 20 ℃时，绝对压力降至0. 194 MPa 时。因此，对输送液氨管道设计压力的确定，除了考虑正常的操作压力外，考虑最苛刻操作条件下温度变化对液氨压力的影响是相当关键的。也正因此，GB50072—2010《冷库设计规范》规定液氨管道的设计压力一律采用2. 5 MPa。
对于其它液化气体管道，一定要考虑环境温度、阳光辐射、加热或冷却等因素，按介质可能达到的最高的温度来确定其管道的设计压力。
2.2 .关于管道组成件的选用
合理确定工业压力管道的材料和壁厚是保证压力管道安全运行的根本。普通碳钢材料价格低，但其防腐蚀性能较差； 奥氏体不锈钢管道材料防腐蚀性能好，但也不适合输送含氯及硝酸等介质，且价格又较高等等。因此管道材料的选用必须依据管道的使用条件（ 设计压力、设计温度、介质） 、经济性、耐蚀性、材料的焊接及加工等性能综合考虑。
在工业压力管道设计中，管道材料必须符合相关规范提出的材料韧性要求及其它规定。一般应注意以下问题：
2.2.1.在425 ℃以上条件下，如选用碳素钢和碳锰钢管材，应注意钢中的碳化物相的石墨化倾向，或者直接选用铬钼合金钢；
2.2.2.奥氏体不锈钢在525 ℃ 以上高温下使用时，含碳量应大于0. 04%，并且在固溶状态下使用。如应用广泛的S31603 使用温度控制在450 ℃以下；
2.2.3.关于钢材的使用温度下限，除奥氏体钢及有关标准另行规定者外，均为高于- 20 ℃。钢材的使用温度低于或等于- 20 ℃时，应按低温管道的设计规定进行材料选择。
2.2.4.焊接材料选择必须符合NB /T47015—2011《压力容器焊接规程》要求，并明确焊材型号，尤其对于异种钢的焊接，要特别注明焊接方法和焊条。
2.3. 关于管道组成件的连接与设置
在工业压力管道设计中，管道组成件的连接形式有焊接、法兰和螺纹连接三种。法兰连接和螺纹联接是为了方便管道与设备的安装、维修以及拆换，法兰连接也用于一些钢制非金属衬里管道自身连接。管道的法兰连接处是最容易产生介质泄漏的部位。而螺纹联接的密封更不可靠，因此仅在GC3 系列管道设计中偶尔用之。
因此，在工业压力管道设计中，管道连接尽量采用焊接方式，避免采用法兰连接及螺纹联接，不能避免时一定要严格按照相关规范要求进行法兰型式、垫片型式、密封面形势以及螺栓连接件的选择。为了减小法兰连接渗漏風险，设计中应注意降低法兰连接处的外力，或将法兰的压力等级提高1 级～2 级。
2.4.关于工业压力管道设计规范的选用
目前，我国工业压力管道设计依据的法规及标准规范主要有： 国务院第549 号令《特种设备安全监察条例》、国务院令第591 号《危险化学品安全管理条例》、国家安全监管总局令第43 号《危险化学品输送管道安全管理规定》、TSG D0001—2009《压力管道安全技术监察规程-工业管道》（ 以下称《工业管规》） 、GB /T20801. 1 - 6 - 2006《压力管道规范工业管道》、GB50316—2000《工业金属管道设计规范》、GB50235 - 2010《工业金属管道工程施工规范》，GB50236—2011《现场设备，工业管道焊接工程施工规范》、GB50184—2011《工业金属管道施工质量验收规范》、GB50683—2011《现场设备、工业管道焊接工程施工质量验收规范》。另外还有一些专业设计规范，如： GB50028—2006《城镇燃气设计规范》、GB50029—2003《压缩空气站设计规范》、GB50072—2010《冷库设计规范》和GB50030—2007《氧气站设计规范》、GBJ50016—2006《建筑设计防火规范》、GB50160—1992《石油化工企业设计防火规范》。此外，还有化工以及石油化工等行业颁布实施的关于压力管道的设计规范，工程施工验收规范等。
另外，还有各相关行业颁布的技术规程和规定，如： 《钢铁企业氧气管网的若干技术规定》、《氧气安全规程》、《氢气使用安全技术规程》、《工业企业煤气安全规程》、《氯气安全规程》、《氨制冷系统安装工程施工及验收规范》等，作为工业管道设计人员也应学习掌握。
需要注意的是，对于一些特殊的工业管道，各设计规范的要求并不一致，依据不同规范标准设计出来的同一条管道，在材料选用、无损检测比例以及耐压试验等方面上存在较大差距。
如氨制冷压力管道设计可采用两个标准：GB50072—2010《冷库设计规范》和GB50316 - 2000《工业金属管道设计规范》。GB50072 规定，氨介质的管道可以采用10 号、20 号碳素钢钢管，而GB50316 - 2000 规定，随着使用温度的不同，需要采用不同材料的无缝钢管，如： 10 号、20 号、16Mn、09MnD，钢管在正火状态下的使用温度下限分别为- 29 ℃、- 20 ℃、- 40 ℃、- 50 ℃； 同时由于两个标准对设计温度定义的不同，对于工作温度低于-29℃的同一条氨制冷压力管道，其射线检测比例分别为5%和100%。
3.结语
作为一名工业压力管道设计人员，一定要树立终身学习的理念，不仅要学习精通工业生产工艺专业知识，同时还要加强设备、材料、自控、建筑、给排水等相关专业知识的学习，熟悉与掌握相应的法规和规范，在实际工程设计中按照从严的原则，保证压力管道设计的安全性。作为工业压力管道设计单位的领导，要重视压力管道各设计专业的配套建设，不断提高压力管道设计安全意识。
参考文献：
[1]TSG R1001—2008，压力容器压力管道设计许可规则[S].
[2]TSG D0001—2009，压力管道安全技术监察规程- 工业管道[S].
[3]冯秋良. 实用管道工程安装技术手册[M]. 北京： 中国电力出版.
关键词： 压力管道；设计；问题
1. 工业压力管道设计的特点
1.1. 操作参数范围宽
工业压力管道工作压力由0. 1MPa 到42MPa，工作温度由- 200 ℃ ～ 1 260 ℃；
1.2. 工作介质多样
工业压力管道涉及各种工业生产，生产运行环境变化多端，工作介质大多具有有毒、易燃、易爆特性。
1.3. 工业管道设计市场亟需规范
目前，工业压力管道设计市场比较混乱。一些不具备设计许可资格的单位或个人仍在搞工业压力管道设计，对工业压力管道的生产安全构成隐患。究其原因，主要是一些领导同志存在着观念上的误区，认为只要懂得生产工艺设计，就能设计工业压力管道。还有一些具有设计许可的小型设计单位，其设计仅仅是压力管道工艺设计，对于防火、配电、自控等只是提出要求，缺乏其它专业的配套设计文件，如果工程施工执行不到位，势必给项目的安全运行种下祸根。希望国家质监管部门不断加强对压力管道设计市场的管理，尤其对于设计文件质量要严格把关。
2. 工业压力管道设计应注意的问题
2.1.压力管道工艺设计参数的确定正确地确定压力管道的设计压力和设计温度是保证压力管道安全运行的基础，因为介质、压力和温度（ 包括环境温度的影响） 直接决定管道材料的选择、管道的壁厚和安装设计。
需要注意的是，管道的设计压力和设计温度均应按使得管道具有最大壁厚的操作条件组合来确定。设计压力不得低于管道的最大操作压力，设计温度不得低于管道金属材料的最高操作温度，低温工况时，设计温度不得高于管道材料的最低温度。
例如在液氨管道设计时，由于液氨为液化介质，随着温度的变化，饱和压力也不同。当介质温度为20 ℃时，绝对压力为0. 874 MPa； 当介质温度升至45 ℃时，绝对压力为1. 817 MPa ； 当介质温度为- 20 ℃时，绝对压力降至0. 194 MPa 时。因此，对输送液氨管道设计压力的确定，除了考虑正常的操作压力外，考虑最苛刻操作条件下温度变化对液氨压力的影响是相当关键的。也正因此，GB50072—2010《冷库设计规范》规定液氨管道的设计压力一律采用2. 5 MPa。
对于其它液化气体管道，一定要考虑环境温度、阳光辐射、加热或冷却等因素，按介质可能达到的最高的温度来确定其管道的设计压力。
2.2 .关于管道组成件的选用
合理确定工业压力管道的材料和壁厚是保证压力管道安全运行的根本。普通碳钢材料价格低，但其防腐蚀性能较差； 奥氏体不锈钢管道材料防腐蚀性能好，但也不适合输送含氯及硝酸等介质，且价格又较高等等。因此管道材料的选用必须依据管道的使用条件（ 设计压力、设计温度、介质） 、经济性、耐蚀性、材料的焊接及加工等性能综合考虑。
在工业压力管道设计中，管道材料必须符合相关规范提出的材料韧性要求及其它规定。一般应注意以下问题：
2.2.1.在425 ℃以上条件下，如选用碳素钢和碳锰钢管材，应注意钢中的碳化物相的石墨化倾向，或者直接选用铬钼合金钢；
2.2.2.奥氏体不锈钢在525 ℃ 以上高温下使用时，含碳量应大于0. 04%，并且在固溶状态下使用。如应用广泛的S31603 使用温度控制在450 ℃以下；
2.2.3.关于钢材的使用温度下限，除奥氏体钢及有关标准另行规定者外，均为高于- 20 ℃。钢材的使用温度低于或等于- 20 ℃时，应按低温管道的设计规定进行材料选择。
2.2.4.焊接材料选择必须符合NB /T47015—2011《压力容器焊接规程》要求，并明确焊材型号，尤其对于异种钢的焊接，要特别注明焊接方法和焊条。
2.3. 关于管道组成件的连接与设置
在工业压力管道设计中，管道组成件的连接形式有焊接、法兰和螺纹连接三种。法兰连接和螺纹联接是为了方便管道与设备的安装、维修以及拆换，法兰连接也用于一些钢制非金属衬里管道自身连接。管道的法兰连接处是最容易产生介质泄漏的部位。而螺纹联接的密封更不可靠，因此仅在GC3 系列管道设计中偶尔用之。
因此，在工业压力管道设计中，管道连接尽量采用焊接方式，避免采用法兰连接及螺纹联接，不能避免时一定要严格按照相关规范要求进行法兰型式、垫片型式、密封面形势以及螺栓连接件的选择。为了减小法兰连接渗漏風险，设计中应注意降低法兰连接处的外力，或将法兰的压力等级提高1 级～2 级。
2.4.关于工业压力管道设计规范的选用
目前，我国工业压力管道设计依据的法规及标准规范主要有： 国务院第549 号令《特种设备安全监察条例》、国务院令第591 号《危险化学品安全管理条例》、国家安全监管总局令第43 号《危险化学品输送管道安全管理规定》、TSG D0001—2009《压力管道安全技术监察规程-工业管道》（ 以下称《工业管规》） 、GB /T20801. 1 - 6 - 2006《压力管道规范工业管道》、GB50316—2000《工业金属管道设计规范》、GB50235 - 2010《工业金属管道工程施工规范》，GB50236—2011《现场设备，工业管道焊接工程施工规范》、GB50184—2011《工业金属管道施工质量验收规范》、GB50683—2011《现场设备、工业管道焊接工程施工质量验收规范》。另外还有一些专业设计规范，如： GB50028—2006《城镇燃气设计规范》、GB50029—2003《压缩空气站设计规范》、GB50072—2010《冷库设计规范》和GB50030—2007《氧气站设计规范》、GBJ50016—2006《建筑设计防火规范》、GB50160—1992《石油化工企业设计防火规范》。此外，还有化工以及石油化工等行业颁布实施的关于压力管道的设计规范，工程施工验收规范等。
另外，还有各相关行业颁布的技术规程和规定，如： 《钢铁企业氧气管网的若干技术规定》、《氧气安全规程》、《氢气使用安全技术规程》、《工业企业煤气安全规程》、《氯气安全规程》、《氨制冷系统安装工程施工及验收规范》等，作为工业管道设计人员也应学习掌握。
需要注意的是，对于一些特殊的工业管道，各设计规范的要求并不一致，依据不同规范标准设计出来的同一条管道，在材料选用、无损检测比例以及耐压试验等方面上存在较大差距。
如氨制冷压力管道设计可采用两个标准：GB50072—2010《冷库设计规范》和GB50316 - 2000《工业金属管道设计规范》。GB50072 规定，氨介质的管道可以采用10 号、20 号碳素钢钢管，而GB50316 - 2000 规定，随着使用温度的不同，需要采用不同材料的无缝钢管，如： 10 号、20 号、16Mn、09MnD，钢管在正火状态下的使用温度下限分别为- 29 ℃、- 20 ℃、- 40 ℃、- 50 ℃； 同时由于两个标准对设计温度定义的不同，对于工作温度低于-29℃的同一条氨制冷压力管道，其射线检测比例分别为5%和100%。
3.结语
作为一名工业压力管道设计人员，一定要树立终身学习的理念，不仅要学习精通工业生产工艺专业知识，同时还要加强设备、材料、自控、建筑、给排水等相关专业知识的学习，熟悉与掌握相应的法规和规范，在实际工程设计中按照从严的原则，保证压力管道设计的安全性。作为工业压力管道设计单位的领导，要重视压力管道各设计专业的配套建设，不断提高压力管道设计安全意识。
参考文献：
[1]TSG R1001—2008，压力容器压力管道设计许可规则[S].
[2]TSG D0001—2009，压力管道安全技术监察规程- 工业管道[S].
[3]冯秋良. 实用管道工程安装技术手册[M]. 北京： 中国电力出版.