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6.3.1工业管道的设计肖晖河南省锅炉压力容器安全检测研究院1．基础知识GC类－－工业管道：定义：指企业、事业单位所属的用于输送工艺介质的工艺管道、公用工程管道及其他辅助管道。包括延伸出工厂边界线，但归属企、事业单位管辖的工艺管线。分级：GC类分为GC1、GC2和GC3三级。基本特征：工艺流程种类最多；生产制作环境状态最为复杂；输送介质品种较多和输送条件较苛刻；输送压力和温度高。4、压力管道的分类和分级关于工业管道（1）工业管道的范围：工业管道的使用范围仅限于企业、事业单位内部，（包括延伸出工厂边界线，但归属于企、事业单位管辖的工艺管道）主要有别于公用管道。分三类：工艺管道、公用工程管道、辅助管道；（2）工业管道的服务对象：服务对象强调的是为企业、事业单位的生产服务。（3）工业管道的属性：这类压力管道为企、事业单位所有，属于单位管辖。（4）介质特性：介质种类多、压力温度范围大。1．基础知识（1）工业管道设计过程在我国，工程设计一般分两步进行，首先根据已批准的项目建议书和可行性研究报告（设计前期工作）进行初步设计。初步设计经上级主管部门组织审查、批准后再进行施工图设计。设计主要内容如下：1）工艺计算包括物料衡算、热量衡算和水力计算等；按照物料的流量及该物料允许的流速确定管径、管长。2）管道材料选择按照不同介质的物理化学性质、压力等级、工作温度等因素确定管子的材料和阀门、法兰等管道组成件，初估材料数量。3）管道的结构设计包括管道组成件的选用（阀门、法兰、管件、补偿器、支吊架）及隔热、伴热设计。4）管道的强度计算包括静载计算（包括内外压力载荷、管道组成件、支承件的重力、流体重量、冰雪重量）、动载计算（流体冲击、撞击等冲击载荷、压力波动、风载、地震）、振动计算、热应力计算。5）安全装置设计包括安全阀、爆破片、阻火器等。6）绘制草图和施工图绘制流程图（系统图）、平面布置图、立面布置图、管段图（空视图）、管件图、管架图等。施工图设计阶段先绘制详细的管道流程图和设备布置图再设计管道平立面布置图，对温度较高等重要管道进行应力计算，绘制单管图、管口方位图、蒸汽伴热管系图等。7）编制说明书编制管道设计说明书、施工安装说明书、管道安装一览表、综合材料表等。所有设计文件必须进行校对、审核，部分图纸还要进行审定，最后还要进行各有关专业参加的综合会签，确保设计的质量。管道设计控制内容和要求（2）管道的敷设方式管道敷设可分为明装和暗设两种方式。管道是明装还是暗设应根据生产的性质，被输送介质的性质以及操作、安装、检修的情况来确定。管道暗设一般分为埋地敷设或管沟敷设两种方式。输送下述介质的管道可允许直接埋地敷设：1）输送介质为液体、无腐蚀性、毒性或爆炸危险，且粘度较小而不易凝结的管道。2）输送的介质为常温、低压的管道。3）不须经常进行检修的管道。4）停车时管道内积存的介质不会凝固。5）管道本身能经受覆盖土层的压力。6）地坪系普通的地坪，而不是特殊材料地坪，如瓷砖等。如果管道不宜埋地或沿地面敷设，也不能架空敷设或架空敷设有特殊困难时，可考虑敷设在管沟中，管沟的型式一般有三种：1）可通行管沟多用于室外、距离较长、数量较多、且经常检修的管道。这种管沟的特点是人可站在沟中进行安装、检修管道；2）不通行管沟这种管沟人不能站在沟内进行安装、检修管道。一般用于距离较短、数量较少不经常检修的管道。3）半通行管沟型式介于可通行管沟与不通行管沟二者之间。多用于管道较长、较多、须经常检修的管道中，且位于不经常通行的地点，当管道检修时沟盖打开不妨碍其交通或操作。各种管沟底均应有不小于2/1000的纵向坡度，满足排水要求。管道布置应在满足施工、操作、维修方便的前提下，统一规划，力求整齐美观，达到安全可靠、经济合理的要求。各种介质的管道在不同的规范中均有一些特殊的要求，因此，仅提出一般的布置原则。（3）地上管道布置1）地上管道布置的一般规定①压力管道布置时应满足工艺及管道和仪表流程图的要求，应对整个装置的管道系统进行全盘规划，统一考虑。②管道布置应满足为便于生产操作、安装、检修的要求。③具有热胀冷缩的管道，布置中配合柔性计算的范围应符合规范的规定。（9.2.1）④管道布置应按规范要求控制管道振动。2）管道的净空高度及净距架空管道穿过道路、铁路及人行道等的净空高度系指管道隔热层或支承构件最低点的高度，应符合GB50316-2000《工业金属管道设计规范》8.1Ⅱ《管道的布置》的规定。在外管架（廊）上敷设管道时，管架边缘至建筑物或其他设施的水平距离除按以下要求外，还应符合现行国家标准《石油化工企业设计防火规范》GB50160、《工业企业总平面设计规范》GB50187及《建筑设计防火规范》GBJ16的规定。3）地上管道布置的一般要求GB50316-2000《工业金属管道设计规范》8.1Ⅲa．多层管廊的层间距离应满足管道的安装要求。腐蚀性强的管道应布置在下层。高温管道应布置在对电缆没有影响的下方位置。b．沿地面敷设的管道穿越人行通道时，必须设跨越桥。c．在道路、铁路上方的管道不应安装阀法兰、螺纹接头及带有填料的补偿器等可能泄漏的组成件。d．沿墙布置的管道不应影响门、窗的打开。e．输送腐蚀性液体的管道，不应布置在转动设备上方。f．与泵连接的管道应符合有关要求。（8.1.14）g．与容器连接的管道布置应符合有关要求。（8.1.15）h．布置管道应留有转动设备维修、操作和设备内填充物装卸及消防车道等所需的空间。i．设备内件抽出区域、设备法兰拆卸区域及吊装孔范围内不应布置管道。j．就地指示仪表接口的位置应设在操作人员看得清的高度。k．管道上的仪表接口应按仪表专业的要求设置，并应满足元件装卸所需的空间。l．设计压力小于等于6.3MPa或设计温度小于等于425℃的蒸汽管道，仪表接口公称直径不应小于15mm。大于上述条件及有振动的管道，仪表接口公称直径不应小于20mm，当主管公称直径小于20mm时，仪表接口不应小于主管径。管道的结构应符合下列规定：两条对接焊缝的距离，不应小于3倍焊件的厚度，需焊后热处理的管道焊缝不宜小于6倍焊件的厚度，且应符合下列要求：公称直径小于50mm的管道，焊缝的间距不宜小于50mm；大于等于50mm的管道，焊缝的间距不宜小于100mm；m．管道环焊缝不宜设在支架管托范围内。需热处理的从外侧距支吊架边缘距离宜大于焊缝宽度的5倍，且大于等于100mm。n．不宜在管道的焊缝上开孔与接管，当不可避免时，应经强度校核。o．管道现场玩管的弯曲半径不宜小于3.5倍的管外径，焊缝距弯管的起弯点不宜小于100mm，且不宜小于管外径。p．在螺纹连接的管道上，每个分支应在阀门等维修件附近设置一个活接头，但采用法兰连接阀门可不设。q．除端部带直管的对焊管件外，不应将标准的对焊管件与滑套法兰连接。r．蒸汽管道或可凝性气体管道的支管宜从主管的上方接出蒸汽冷凝液支管应从收回总管的上方接入。s．管道布置时应流出试生产、施工、催、吹扫等所需的临时接口。t．管道穿过安全隔墙时应加套管。套管内的管段不应有焊缝，管子与套管的间隙应以不燃烧的软质材料填满。u．管道的高点与低点应分别备有排气口和排液口，并位于容易接近的地方。如该处（相同高度）有其他接口可利用时可不接排气口和排液口。管径小于等于25mm的管道（除管廊上管道外）可不设排气口，对于蒸汽伴热管迂回时出现的低点处，可不设排液口。v．高点排气管的公称直径最小应为15mm；低点排液管的公称直径最小应为20mm；当主管的公称直径最小应为15mm时，可采用等径排液口。w．气体管道的高点排气口可不设阀门，接管口可采用法兰盖或管帽等加以封闭。x．所有排液口的最低点离地面的距离不宜小于150mm.y．饱和蒸汽管道的低点应设集液包及蒸汽疏水阀。4）B类流体管道的布置GB50316-2000《工业金属管道设计规范》8.1Ⅳ（4）管沟内管道的布置GB50316-2000《工业金属管道设计规范》8.2管沟内布置的管道应符合以下规定：1）沟内管道的布置应方便检修，沟内应有排水措施。2）沟与铁路道路建筑物的距离应根据建筑物的结构、路基、管道敷设深度、管径、流体压力等结构条件决定，并应符合GB50316附录F的规定。3）在无可靠的通风条件及无安全措施时，不得在通行管沟内布置窒息性及B类流体的管道。4）B类流体的管道不宜设置在密闭的沟内。在明沟中不宜敷设密度比环境空气大的B类气体管道。当不可避免时，应在沟内填满细纱。（5）埋地管道的布置GB50316-2000《工业金属管道设计规范》8.31）大直径薄壁管道深埋时，应满足土壤压力下的稳定性及刚度要求。2）从道路下面穿越的管道，其顶部至路面不宜小于0.7m。3）从铁路下面穿越的管道应设套管，套管顶至铁轨底的距离不应小于1.2m。4）管道埋深应在冰冻线以下。当无法实现时，应有可靠的防冻保护措施。5）B类流体、氧气和热力管道与其它管道的交叉净距应不小于0.25m；C类及D类流体管道间的交叉净距应不小于0.15m；6）设有补偿器、阀门及其它需维修的管道组成件的时，应将其布置在符合安全要求的井室中，并应有宽度大于等于0.5m的维修空间。7）有加热保护的（如伴热）管道不应直接埋地，应设在管沟内。8）带有隔热层及外护套的埋地管道，布置时应有足够的柔性，并在外套内有内管热胀的余地。无补偿直埋管道，可用于温度小于或等于120℃的D类流体的管道，并应按国家现行直埋供热管道标准的规定设计与施工。（6）管道编号的编制管道编号是表示其身份的唯一的编号。管道的编号应体现出该管道输送的介质、管子的公称直径、材料、管道的区位号、管道的顺序号，有些还包括管道压力等级、保温等信息。举例如下：PL101200SS（1）（2）（3）（4）（5）1）介质代号介质代号一般以介质的英文缩写字母表示，各行业标准略有差别，化工行业标准HG20519.36-92《物料代号》规定的物料代号如表6.3.1所示。2）区位号，以一个工程或厂区取一个代号。3）管道序号，以管道的顺序编号。4）管径无缝钢管、钢板卷管、塑料管、有色金属管等的管径以公称直径表示。5）材料代号（7）管道的识别色、识别符号和安全标识压力管道的外表面涂刷识别色、识别符号和安全标识的国家标准是GB7231-2003《工业管道的基本识别色、识别符号和安全标识》。该标准规定了工业管道的基本识别色的颜色、识别符号和安全标识。石化、化工、电力等行业也根据国家标准制定了行业压力管道的识别色、识别符号的规定。1）识别色识别色是指用以识别工业管道内物质种类的颜色。有的行业规定称为表面色。一般情况下，在地面上的有隔热层的管道均应涂刷识别色。但是采用有色金属、不锈钢、陶瓷、塑料（含玻璃钢）等材料制成或表面已采用搪瓷、镀锌等处理的管道宜保持材料本色，不应再涂识别色，但应有识别符号（标志）。国家标准GB7231规定的基本识别色按照物质的性质分为八类，见表6.3.2。2）识别符号识别符号是指用以识别工业管道内物质名称和状态的记号。有的标准称为标志色。工业管道的识别符号包括：管道内介质名称、流向（介质双向流动时用双箭头）、管号、主要工艺参数等。其标识的方法为：a．在管道全长上标识；b．在管道上以长方形的识别色标牌标识；c．在管道上以宽为150mm色环标识：d．在管道上以带箭头的长方形识别色标牌标识；e．在管道上以系挂识别色标牌标识。识别符号标识的位置为：管道的起点、终点、交叉点、转弯处、阀门和穿墙孔两侧，二个标识之间的最小距离为10米。3）安全标识安全标识是危险化学品标识，表示工业管道内的物质为危险化学品。国家标准GB7231-2003《工业管道的基本识别色、识别符号和安全标识》规定，凡属于GB13690所列的管道内的危险化学品物质应设置安全标识。安全标识表示的方法为：在管道基本色的标识上涂150mm宽黄色，在黄色的两侧各涂25mm宽的黑色的色环或色带。（8）设计文件工业管道设计文件的种类及主要内容包括：1）管道设计说明管道设计说明主要有两部分:一般资料；设计说明。一般资料主要涉及的内容有项目