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壓力管道的組成（chéng）件一（yī）般都是標準件，因此壓力管道組成件的設計主要是其標（biāo）準件的選用，管（guǎn）道壓力等級的確（què）定也就是其標準件等級的確定。
管道的壓力等級包括（kuò）兩部分:
以公稱壓力表示的標準管件的公稱壓力（lì）等級；
以壁厚等級表示的的標準管件（jiàn）的壁厚等級。
管道的壓力等級：通常把管道中由標準（zhǔn）管件的公稱壓力等級和壁厚等級共同確定的能反映管道承壓特性的參數叫做管道（dào）的壓力等級。而習慣上為簡化描述，常把管道中管件的公（gōng）稱壓力等級（jí）叫做管道的壓力等級。
壓力等級的確定是壓力管道設計（jì）的基礎，也是設計的核心（xīn）。它是壓力管道布置（zhì）、壓力（lì）管道應力校核的設計前提（tí）條件，也是影響壓力管道（dào）基（jī）建投資和管道可靠性的重要因素。
5.1 設計條件
工程上，工藝操作參數不宜直接作為壓力（lì）管道的設計條件，要考慮工藝操（cāo）作的波動、相連設備的影響、環境的影響等因素，而在工藝操作參數（shù）的基礎（chǔ）上給出（chū）一定的安全裕量作為設計條（tiáo）件。這裏所說的（de）設計條件（jiàn）主要是指設計壓力（lì）和設（shè）計溫度。
管（guǎn）道的設計壓力：應不低於正常操作（zuò）時，由內壓(或外壓)與溫度構成的最苛刻條件下（xià）的壓力。
最苛刻條件：是（shì）指導致管（guǎn）子及管道組成件最大壁厚或最高公稱壓力（lì）等（děng）級的條件。
設計壓力確定：考慮介質的靜（jìng）液柱壓力等因素的影響，設計壓力一般應略高於由(或)外壓與溫度構成的（de）最（zuì）苛刻（kè）條件下的最高工作壓力。
a. 一般情況下管道元件的設計壓（yā）力確定（dìng）
一般情況（kuàng）下，為了操作上的方便，在（zài）此不妨采（cǎi）用壓力容器的做法（fǎ），即在相應工作壓力的基礎上增加一個裕度係數。
表（biǎo）5-1 一般情況下（xià）管道元件的設計壓力確定
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工作壓力Pw(MPa) |
設計壓力P(MPa) |
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Pw≤1.8 |
P= Pw+0.18 |
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1.8<Pw≤4.0 |
P= 1.1Pw |
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4.0<Pw≤8.0 |
P= Pw+0.4 |
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Pw>8.0 |
P=1.05 Pw |
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※ 當按該（gāi）原則確定的（de）設計壓力會引起管道壓力等級變化時，應判斷該工作壓力是否就（jiù）是由內壓（yā）(或外壓)與溫度構成的最（zuì）苛（kē）刻條件下的最高工作壓力，如果是，在報請有關技術負責人批準的情況下（xià），設計壓力可（kě）取此時的（de）最高工作壓力，而（ér）不加係數。 |
b. 管道中有（yǒu）安（ān）全泄壓裝置時，
管道中有（yǒu）安全泄壓裝置時預示著該管道（dào）在運行過程中有出現超出其（qí）正常操作壓力的（de）可能。設置安全泄壓裝置(如安全（quán）閥（fá）、爆破片等)的目的，就是在係統中出（chū）現超出其正常操作壓力的情況時，能將壓力自動釋放而使設備、管道等係（xì）統的硬件得到保護。此時（shí）管道的設（shè）計壓力（lì）應不低於安全泄壓裝置的設定（dìng）壓（yā）力。
c. 管道中有高揚程的泵
對於高揚程的泵，尤其是往複泵，在開始啟動的短時間內，往往會在第一道切（qiē）斷閥之前的管道和泵內（nèi）產生一個較高的封閉壓力（lì），有時這個封閉壓力會達到一個很大的值。此時泵的出口管道，其設計壓（yā）力應取泵的最大封閉（bì）壓力值（zhí）。
D. 真空係統
真空係統管道承受的壓力就是其外部的（de）大氣（qì）壓力，故其設計壓力應取0.1MPa外壓；
e. 與塔或容器等設（shè）備（bèi）相連的管道
與塔或容器等（děng）設備相連的管道其設計壓力應不低於所連設備的設計壓力。當管道內有較（jiào）高的液體（tǐ）液柱時，還應考慮該液體靜壓頭的（de）影響。事實（shí）上（shàng），對於管道來（lái）說，其受力要比設備複雜，這是因（yīn）為它除受介質載荷之外，還往往遭受到由（yóu）於管道的熱脹（zhàng）冷縮（suō）而（ér）產生的管係力等。因此，管道（dào）的設計壓力一般應不低於設備的設計壓力。
5.1.2設計溫度
管道的設計溫度（dù）:應不低於正（zhèng）常操作時，由內壓（yā）（或外壓）與（yǔ）溫度構成的最苛刻條（tiáo）件下的溫度。
最苛刻（kè）條件: 指導致管子（zǐ）及管道組成件最大壁厚、最高公稱壓力等級或最高材（cái）料等級的條件。
設計溫度的確定:考（kǎo）慮環境、隔熱、操作穩定性等因素的影響，設計溫度應（yīng）略高於由（yóu）內壓(或外壓)與溫度構成的最苛刻（kè）條件下的最高工作溫（wēn）度。
a. 一般情況下管道元件的設計溫（wēn）度確定
一般情況下（xià）為了操作上的方便，在此不妨也采用壓力容（róng）器的做法，在相應工作溫度的（de）基礎上增加（jiā）一個裕度係數（除法蘭和螺栓以外）。
表5－2 一般情（qíng）況下管（guǎn）道元件的設計溫（wēn）度確定
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工作溫度Tw(℃) |
設計溫（wēn）度T(℃) |
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-20<Tw≤15 |
T= Tw-5(最低取－20) |
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15<Tw≤350 |
T= Tw+20 |
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Tw>350 |
T= Tw+(5～15) |
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※當按該原則確（què）定的設計溫度會引起管道壓力等級或材料變化時，應判斷該工作溫度是否
就（jiù）是由內壓(或外壓)與溫度構成的最苛刻條件下的最高工（gōng）作溫（wēn）度（dù），如果是，在報請有關（guān）技（jì）術負責人批準（zhǔn）的情況下，設計溫度可取此時的最高工作溫度，而不加係數。 |
法蘭、墊片的設計溫度（dù）不低於最高（gāo）工作溫（wēn）度（dù）的90％；
螺栓、螺母的設（shè）計溫度應不低於最高工作（zuò）溫度的80％。
b. 夾套或外伴熱（rè）管道
對於夾套或外伴熱的管道當工（gōng）藝介質溫（wēn）度高於伴熱介質（zhì）溫度時，其設計溫度按上表選取；當工藝介質（zhì）溫度低於伴熱介質溫度時，對夾套伴熱取伴熱介質溫度為設計溫度，而對（duì）外伴熱則取伴熱介質溫度減10℃與工藝介質溫度二者的較大值為（wéi）設計溫度；
c. 安全泄壓管道
安全泄壓管道取排放時（shí）可能出現的最高或最低溫（wēn）度為設計溫度；
d. 蒸汽吹掃的管道
采用蒸汽吹掃（sǎo）的管道當介質溫度（dù）高於吹掃蒸汽的溫度（dù）時，則按介質溫度根據（jù）上表確定其設計（jì）溫度。當介質溫度低於吹（chuī）掃蒸汽溫（wēn）度時（shí），應視具體情況而定。例如，按介質溫度選取的管道及（jí）其元件不能承受吹掃介質的條件時，應適當提高等級以（yǐ）適應吹掃介質（zhì）條（tiáo）件。
e. 多種工況下工作的管道
同一根管道，如果在兩種（zhǒng）或兩種以上工況條件下工作時，其設計溫度應取（qǔ）與內壓(或外壓)構成的最苛刻條件下的（de）最高工作溫度，並對其它工況進行校核。
f. 臨氫（qīng）管道
臨氫操作的管道，在查Nelson曲線時（shí），應取設計溫度再加30～50℃作為查曲線的溫（wēn）度參數值。這是因為Nelson曲線為統計值，在鄰近曲線下方選材時而出現氫損傷的實例也（yě）曾發生過；
g. 帶襯裏的管（guǎn）道
帶隔熱耐磨（mó）襯裏的管道（dào），其金屬部分的管道設計溫度應經（jīng）計算或實測確定。一般情況下，宜（yí）取250℃作為設計溫度；
h. 管係（xì）應力（lì）計（jì）算（suàn）時
在進行有（yǒu）彈簧支架的管係應力計算時，宜取介質的正常工作溫度作為（wéi）計算參數。
5.2影響管道壓力等級確定的因素
除了上述的設計溫度和設計壓力是管道壓力等級（jí）確定的基本參數外，還有一些其它因素也將影響到管道壓力等級的確定（dìng）。
5.2.1應用標準體係
不同的標準體係，其（qí）公稱壓力等級（jí）係列是不同的，對應的溫度-壓力表也不相同。或者說，相同的設計條件，而選用不同的（de）應用標準，其公稱壓力等級（jí）是不同的。因此，在確（què）定管道公稱壓力等級（jí）之前，應（yīng）首先（xiān）確定其應用標準體係。
5.2.2材料
不同的材料，其機械性（xìng）能是不（bú）同的，那麽它們在標準中的溫度-壓力表上的對應值也是不相同的。因此在（zài）確定管道的公稱壓力之前應首先確定管道及（jí）其元（yuán）件的材料。材料的選用是由設計溫度、設計壓力（lì）和操作介質確定的。
管道中（zhōng）各元件的材（cái）料標準往往是不同的（de），一般情（qíng）況下，管（guǎn）子用管材，法蘭
用鍛材，而閥門多用鑄（zhù）材。無論用什麽材（cái）料標準，它們都應該是同等級的材料，即具有對操（cāo）作條件的同等適應性和等強度； 注意管（guǎn）材（cái）、板材、棒（bàng）材、鑄材的配伍。
5.2.3操作介質
一般情況下，管道的公稱壓力在（zài）對應溫度下的許用壓力（lì）不得超出其設計壓力。
對由於管子及其元件失效而將（jiāng）造成嚴重危害或易於產生（shēng）重（chóng）大事故的介質，在考慮（lǜ）其公稱壓力等級時（shí），不應僅（jǐn）僅按溫度-壓力表來確定，應適當（dāng）提高其公稱壓力等級，即提（tí）高其（qí）安全可靠係數。SH3059、SYJ1064標（biāo）準對此都有（yǒu）詳細的規定，例如：
對輸送劇毒介質的管道，當采用SH標（biāo）準（zhǔn）體係時，無（wú）論介質的操作壓力是多少，其公稱壓力等級應不低於PN5.0MPa；當采用JB標準體（tǐ）係時，應不低於（yú）PN4.0；
對輸送氫氣、氨氣、液態烴等介質的管道，當采用（yòng）SH標準體係時，無論介質（zhì）的操作壓力是多少，其最（zuì）低公稱壓力等級（jí）應（yīng）不低於PN2.OMPa，當采用JB標準體係時，應不低（dī）於PN2.5MPa；
對輸送一般可燃介質的（de）管道，當采用SH標準體係時，其公稱壓力等級應不（bú）低於PN2.0MPa，當（dāng）采（cǎi）用（yòng）JB標（biāo）準體係時，應不（bú）低於PN1.6MPa。
5.2.4介質溫度及管（guǎn）係附加力
許多法蘭標準（zhǔn）都給出這樣一個注（zhù）釋:其溫度-壓力表的對應值是指法（fǎ）蘭不受衝擊載荷的對應值。事實上，法蘭遭受外部管道給予的彎曲、振動、溫度循（xún）環等附加載（zǎi）荷時，都將影響其密封性，甚至影響（xiǎng）到強度的可靠性，此時應將這些（xiē）外部載荷折算成當（dāng）量介（jiè）質壓力來確定管道所需的公稱壓力。
給予（yǔ）法蘭的彎曲載荷主（zhǔ）要是由管係的熱（rè）脹冷縮引起的。一般情況下，對於PN2.0等級的法蘭，當其工作（zuò）溫度大（dà）於200℃時，或PN5.0及（jí）以上等級的法蘭在工作溫度大於400℃時，均應考慮管係對法蘭產生的附加載荷的影響，否則（zé）應提高管係的公稱（chēng）壓（yā）力等級。
5.3影晌壁（bì）厚等級確定的因（yīn）素
5.3.1材料的許用應力
材料的許用應力（lì）是指材料的強度指標除（chú）以相應的安全係數而得到的值。材料的機（jī）械性能指標有（yǒu）屈服極（jí）限、強度極限（xiàn）、蠕變極限（xiàn）、疲勞極限等，這（zhè）些指標（biāo）分別反映了不同狀（zhuàng）態下失效的極限值。為（wéi）了（le）保證管道運行中的強度可靠，常將管道元件中的應力限製在各（gè）強度指標下某一值，該數值即為許用應（yīng）力。當管道元件中（zhōng）的應力超過（guò）其許用應（yīng）力值時，就認為其強度已不能得到保證。因此說，材料的許用應力是確定管道壁厚等級的基本（běn）參數。
不同的設計標準，選取材料的許用應力值（zhí）是不同的（de）。對壓力管道來說，國內的（de）設計（jì）標準是（shì）按GB150《鋼製壓力容器》確定的許用應力值（zhí），ASTM材料則是取按ANSI B31.3《Process Piping》標準確定的許用應（yīng）力值（zhí）。
5.3.2腐蝕餘量
腐蝕餘量（liàng）是考慮因介質對管道的腐蝕而造（zào）成的管道（dào）壁厚減薄，從而增加的管道壁厚值。它的大小直接影響（xiǎng）到管道壁厚的取值，或者說直接影響到壁厚等（děng）級（jí）的（de）確（què）定。
目前我國尚沒有一套有關各種腐蝕介質在不同條（tiáo）件下對各種材料的（de）腐蝕速率數據，因此，工程上（shàng）大（dà）多數情況下仍是憑經驗來確定其腐蝕餘量的（de）。許多國內（nèi）外的工程公司或設計院通常都（dōu）將腐蝕餘量分為如下四級:
a.無腐（fǔ）蝕餘量。對一（yī）般的不鏽鋼管道（dào）多取該值；
b.1.6mm腐（fǔ）蝕餘量。對於腐蝕不嚴重的碳素鋼和鉻鉬（mù）鋼多取該值；
c.3.2mm腐蝕餘量。對於腐蝕比較嚴重（chóng）的碳素鋼和鉻鉬鋼管道多取該（gāi）值（zhí）；
d.加強級(大於3.2mn)腐蝕餘量。對（duì）於有固體顆粒衝（chōng）刷等特殊情況下的管道，根據實（shí）際情況確定其（qí）具體值。.
5.3.3管子及其元件的製造壁厚偏差
管子及其（qí）元件在製造過程中，相對於其公稱壁厚（hòu）(或者叫理論壁厚)都會有正、負偏差，因此（cǐ）在確定管子及其元件公稱壁厚（hòu）時一定要考慮可能出現的負偏差值。各種鋼管標準中規定的負偏差值是不（bú）完全相同的，GB/T8163《流體輸送用無縫鋼（gāng）管》、GB/T14976《流（liú）體輸送用不鏽鋼（gāng）無縫鋼管》規定的壁厚偏差值如下：
表5－3 常用標準的壁厚偏差值（zhí）
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材料標準 |
壁厚（hòu）（mm） |
偏差值（％） |
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GB/T8163 |
≤20 |
+15，-10，+12，-5，-10 |
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GB/T14976 |
<15
≥15 |
+15，-12.5
+20，-15 |
5.3.4焊縫係（xì）數
金屬的焊接過程，實質上是（shì）一個冶金過程，其組織帶（dài）有明顯的鑄造組織特征。一般情況下，鑄造組織缺陷較多，材料性能也有所下降。對於有（yǒu）縱（zòng）焊縫和螺旋焊縫的焊接管子及其元件，相對於無縫（féng）管子及其元（yuán）件來說，工程上常給（gěi）它一個強度降低係數(即焊縫係數)，以衡量其（qí）機械性（xìng）能（néng）下降的程度。其焊縫係數的取值見表5-4
表5-4 焊接鋼管的焊縫係數
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序號 |
焊接方法 |
接頭形式 |
焊縫型式 |
檢驗型式 |
焊縫係數 |
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1 |
鍛焊 |
對焊 |
直線 |
按標準要求（qiú） |
0.6 |
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2 |
電阻焊 |
對焊 |
直線或螺旋形（xíng） |
按標準要求 |
0.85 |
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3 |
電弧焊 |
單麵對焊 |
直線或（huò）螺旋形 |
無RT
10%RT
100%RT |
0.8
0.9
1.0 |
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雙麵對焊 |
直線或螺旋形 |
無RT
10%RT
100%RT |
0.85
0.9
1.0 |
RT 射線探傷
5.3.5設（shè）計壽命
a. 設計壽命與壓力管道的腐蝕（shí）餘量有（yǒu）關。
對於均勻腐蝕來說，當知道其年腐蝕速率後，根據預定的設計壽命，就很容易算出其應取的腐蝕餘量了（le）。
b. 設計壽命還與交（jiāo）變（biàn）應力作用的荷（hé）載變化次（cì）數、氫損傷的孕育時間、斷裂因子的擴展期等影響因（yīn）素有關，
c. 與壓力管（guǎn）道的一次性投資、資金代嚐期和技術更（gèng）新周期有關。
d. 美國一雜誌上（shàng）推薦的設計使用壽命為:碳鋼為5年；鉻鉬鋼和不鏽鋼為10年。
SH3059標準規定的設計壽命為15年。
國外的一些工程公司（sī）對總承包項目規定（dìng）一般為10年；非總包項目一般為15年，以便從中（zhōng）獲取較大的（de）利潤。
5.4 常用壓力管道器材的設計標準
1) GB50316-2000《工（gōng）業金屬（shǔ）管道設計規範》；
2) GB50251-94 《輸氣管道工程設計規範》；
3) GB50253-94 《輸油（yóu）管道工程設計規（guī）範》；
4) GB50028-93 《城鎮燃氣設計規範》(1998年版)(2002年局（jú）部修（xiū）訂條文)；
5) GB50030-91 《氧氣站設計規範》；
6) SH3059-2001 《石油化工管（guǎn）道設計器材（cái）選用通則》；
7) SH3064-1994 《石油化工鋼製（zhì）通用閥門選用、檢驗及驗收》；
8) HG/T20646 《化工裝置管道材料設（shè）計規定（dìng）》。 |