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壓力管道的組成件一般都是標準件，因此壓力管道組成件的設計主要是（shì）其標準件的選用，管道壓力等級的確定也就是其標準件等（děng）級的確定。
管道的壓力等級包括兩部（bù）分:
以公稱壓力表示的（de）標準管件的公稱壓力等級；
以（yǐ）壁厚等級表示的的標準管件的壁厚等級。
管道的壓力等級（jí）：通常把管道中由標準管（guǎn）件的公稱壓力等級和壁厚等（děng）級共同確定的能反映管道承壓特性的參數叫做管道的壓力等級。而習慣上（shàng）為簡化描述，常把（bǎ）管道中（zhōng）管件的公（gōng）稱壓力等（děng）級叫做管（guǎn）道的壓力等級。
壓力等（děng）級的確定是壓力管道設計的基礎，也是設計的核心。它是壓力管道布（bù）置、壓力管道應力校核的設（shè）計前提條件，也是影響壓力（lì）管道基建（jiàn）投資和管（guǎn）道（dào）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（wéi）壓（yā）力管道的設計條件，要考慮工藝（yì）操作的波動（dòng）、相連設備的影響、環境的影響等因素，而在工藝操作參數的基礎上（shàng）給（gěi）出一定的（de）安全裕量作為（wéi）設計（jì）條件。這裏（lǐ）所說的設計條件主要是指設（shè）計壓力和設計溫度。
管道的設計壓力：應不低（dī）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的壓力。
最苛刻條件：是指導（dǎo）致管子及管（guǎn）道組成件最大（dà）壁厚或最高公稱壓力等級的條件。
設計壓力（lì）確定：考慮介（jiè）質的靜液（yè）柱壓力等因素的影響，設計壓力一般應略高於由(或)外（wài）壓與溫度（dù）構成的最苛刻條件下的最（zuì）高工作壓力。
a. 一般情況下管道元件的設計壓力確定
一般情況下，為（wéi）了操作上的方便，在此不（bú）妨采用（yòng）壓力容器的做（zuò）法，即在相應工作壓力的基礎上（shàng）增加一個裕度係數。
表5-1 一般情況下管道元件的設計（jì）壓力確定
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工作壓力（lì）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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※ 當按該原則確定的設計壓力會引起（qǐ）管道壓力（lì）等級變（biàn）化時，應（yīng）判斷（duàn）該工作壓力是否就是由內（nèi）壓(或外壓)與溫度構成的最苛刻（kè）條件下的最高（gāo）工作壓力，如果是，在報請有關技術負責人批準的情況下，設計壓力可取此時的最高工作壓力，而（ér）不加係數。 |
b. 管道中有安全泄壓裝置時，
管道中有安全泄壓裝置時預示著該管道在運行（háng）過程中有出現超（chāo）出其正常操（cāo）作壓力的可能。設置安全（quán）泄壓裝置（zhì）(如（rú）安全閥、爆破片等)的目的，就是在係（xì）統中出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、管道等係統的（de）硬件得到保護（hù）。此時管道的設計壓力應不（bú）低於安全泄壓裝置的設定壓力。
c. 管道中有高揚程的泵
對（duì）於高揚程（chéng）的泵，尤其是往複泵，在開始啟（qǐ）動的短時間內，往往會在第一道切斷閥之前的管道和泵內（nèi）產生一個較高的封閉壓力，有時這個封閉（bì）壓力會達到一個很大（dà）的值。此（cǐ）時泵的出口管（guǎn）道，其設計壓力應取泵的（de）最大封閉壓力值。
D. 真空係統
真空係統管道承受（shòu）的壓（yā）力就（jiù）是其外部的大氣壓力，故其設計壓力應取0.1MPa外壓；
e. 與塔或容（róng）器等設備（bèi）相連的管道
與（yǔ）塔或容器等設備相連（lián）的管（guǎn）道其設計壓力應不低於所連設備的設計壓力。當管道內有較高的液體液柱（zhù）時（shí），還應考慮該液體靜壓頭的影響。事實上，對於管道來說（shuō），其受力要比設備複雜，這是因為它除受介質載荷之外，還往往遭受到由於管道的（de）熱（rè）脹冷縮而產生（shēng）的管係力等。因此，管（guǎn）道（dào）的設計壓（yā）力一般（bān）應不低於設備的設（shè）計壓力。
5.1.2設計溫度
管道的（de）設計溫度:應不（bú）低於正常操作時，由內（nèi）壓（或外壓（yā））與（yǔ）溫度構成的最苛刻（kè）條件下的溫度。
最苛刻條件: 指（zhǐ）導致管子及管道（dào）組（zǔ）成件（jiàn）最大壁厚、最高公稱壓力等級或最高材（cái）料（liào）等級的條件。
設計溫度的確定:考（kǎo）慮環境、隔（gé）熱（rè）、操作穩定性（xìng）等因素的影（yǐng）響，設計溫（wēn）度應（yīng）略高於由內壓(或外壓)與溫（wēn）度構成的最苛刻條件下的最高工作溫度。
a. 一般情況下（xià）管道元件的（de）設計（jì）溫度確定
一般情況（kuàng）下為了操作上的方便，在此不妨也采用（yòng）壓力容器的做法，在相應工作溫（wēn）度的（de）基礎上（shàng）增加一個裕度係數（除法（fǎ）蘭和螺栓以外）。
表5－2 一般情（qíng）況下管道元件的設計溫度確定
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工作溫度Tw(℃) |
設計溫度T(℃) |
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-20<Tw≤15 |
T= Tw-5(最低取（qǔ）－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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※當按該原則確定（dìng）的設計溫度會引（yǐn）起管道壓力等級或材料變化時，應判斷該工作溫度是否
就是由內（nèi）壓(或外壓)與溫度（dù）構成的最苛刻條件下的最高工（gōng）作溫度（dù），如果是，在報請有關技術負責（zé）人（rén）批準的情況下，設計溫（wēn）度可取此時的最高工作溫度，而不加係數。 |
法蘭、墊片的設計（jì）溫度不低於最（zuì）高工作溫度的90％；
螺栓、螺母的（de）設計溫（wēn）度應不低於最高工作溫度的80％。
b. 夾套或外伴熱管（guǎn）道
對於夾套或外伴熱的管道（dào）當工藝介質溫度高於（yú）伴熱介質溫度時，其設計溫（wēn）度按上表選取；當工藝介質溫度低於伴熱介質溫度時（shí），對夾（jiá）套伴熱取伴熱介質溫度為設（shè）計溫度，而對外（wài）伴熱則取伴熱介質溫度減10℃與工藝介（jiè）質溫度二者的較大值為設計溫度；
c. 安全（quán）泄壓（yā）管道
安全泄壓管道取排放時可（kě）能出現的最高或最低（dī）溫度為設計溫度；
d. 蒸汽吹掃的管道
采（cǎi）用（yòng）蒸汽吹掃的管道當介質溫度高於吹掃蒸汽（qì）的溫度（dù）時，則按介質溫度根據（jù）上表（biǎo）確定其設計溫度。當（dāng）介（jiè）質溫度低於吹掃蒸汽溫度時，應視具體（tǐ）情（qíng）況而（ér）定。例如，按介質（zhì）溫度選取（qǔ）的管道及其元（yuán）件不能承受吹掃介質的（de）條件時，應適當提（tí）高等級以適應（yīng）吹掃介質條件。
e. 多種（zhǒng）工況下工作的管（guǎn）道
同一根管道，如（rú）果在兩種或兩種以上工（gōng）況條件下工作時，其設計溫度應取與內壓(或外壓)構成的最苛刻條件下的最高工作溫度，並對其它工況進行校（xiào）核。
f. 臨氫（qīng）管道
臨氫操作的管道，在查Nelson曲線（xiàn）時，應取設計（jì）溫度再加30～50℃作為查曲線的（de）溫度參（cān）數值（zhí）。這（zhè）是因為Nelson曲線為統計值（zhí），在鄰近曲線下方選材時而出現氫損傷的實例也曾發生過；
g. 帶襯裏的管道
帶隔熱耐磨襯裏的管道，其金屬部分的管道設計溫度（dù）應經計算（suàn）或實（shí）測確（què）定（dìng）。一般情況下，宜（yí）取250℃作為設計溫度；
h. 管係（xì）應力計算時（shí）
在進行有彈簧（huáng）支（zhī）架（jià）的管係應力（lì）計算時，宜取介質的正常（cháng）工作溫度作為計算（suàn）參數（shù）。
5.2影響管道（dào）壓力等級確定的因素
除了（le）上述的設計溫度和設計壓力是（shì）管道（dào）壓力等級確定的基本參數外（wài），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，其公稱壓力等級係列是不（bú）同的（de），對應的溫度-壓力表（biǎo）也（yě）不相同。或者說，相同（tóng）的設計條件，而選用不同（tóng）的應用標準，其（qí）公稱壓力等級是不（bú）同的。因（yīn）此，在確定管道公稱壓力等級之前，應首先確定其應用標準體（tǐ）係。
5.2.2材料
不同的材料，其機械性能是不同的，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。因此在確定（dìng）管道的公稱壓力之前應首先確定管道及其元件的材料。材料的選用是由設計溫度、設計壓力和操作介質確定的。
管道中各元（yuán）件的材料標準（zhǔn）往往是不同的，一般情況下，管（guǎn）子（zǐ）用管材，法（fǎ）蘭
用鍛材（cái），而（ér）閥門多用鑄材。無論用什（shí）麽材料標準，它們都應該是同等級的材料，即具有對操作條件的同等適（shì）應性和等強度； 注意管材（cái）、板材、棒材、鑄材（cái）的（de）配伍。
5.2.3操作介質
一般情況（kuàng）下，管道的公稱壓力在對應溫（wēn）度下的許用壓力不得超出其設計壓力。
對由於管子及其（qí）元件失效而（ér）將（jiāng）造成嚴（yán）重危害或易於產生（shēng）重大事故的（de）介質，在考（kǎo）慮其公稱壓力等（děng）級時，不（bú）應僅（jǐn）僅按溫度-壓力表來（lái）確定，應適當提高其公稱壓力等級，即提高其安全可靠係數。SH3059、SYJ1064標準對此都有詳細的規定，例如：
對輸送劇毒（dú）介（jiè）質（zhì）的管道（dào），當（dāng）采（cǎi）用SH標準體係時，無論介（jiè）質的操作壓力是多少，其公稱壓力等（děng）級應不低於PN5.0MPa；當采用JB標（biāo）準體係（xì）時，應不低於PN4.0；
對輸送氫（qīng）氣、氨氣、液態（tài）烴等介質的管道，當采（cǎi）用SH標準體係時，無論介質（zhì）的操作壓力是（shì）多少，其最低公（gōng）稱壓力等級應不低於PN2.OMPa，當采用JB標準體係時，應不（bú）低於PN2.5MPa；
對輸送一般可燃介質的管道，當采用SH標準（zhǔn）體係時，其公稱壓力等級應不低於PN2.0MPa，當采用JB標準體係（xì）時，應不低（dī）於PN1.6MPa。
5.2.4介（jiè）質溫度及（jí）管係附加力
許多法蘭標準都給出這（zhè）樣（yàng）一個注釋:其溫度-壓力（lì）表的對應值（zhí）是指法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、溫度循環（huán）等附加載荷時，都將影響其密封性，甚至影響到強度的可靠性，此時應將這些外部載荷折算成當量介質壓力來確定管道（dào）所需的公稱壓力。
給予法蘭的彎曲載荷主要是由管係（xì）的熱脹冷縮引起的。一般情況下（xià），對於PN2.0等級的法蘭，當其工作溫度大於200℃時，或PN5.0及以上等級的法蘭在工作溫度大於（yú）400℃時，均應考慮管係對法蘭（lán）產生的附加載荷的影響，否則應提高管係的公稱壓力等級。
5.3影晌壁厚等級確定的因素
5.3.1材料的許（xǔ）用應（yīng）力
材（cái）料的許用應力是指材料的強度指標除以相應的安全係數而得（dé）到的值。材料的機械性能指標有屈服極限、強度極限、蠕變極限、疲（pí）勞極限等，這些指標分別反映了不同（tóng）狀態下失效的極限值。為了保（bǎo）證管道運行中的強度可（kě）靠，常將管（guǎn）道元件中（zhōng）的應力限製在各（gè）強度指標下某一（yī）值（zhí），該數（shù）值即為許用應力。當管道元（yuán）件中的應（yīng）力（lì）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參數。
不同的（de）設計標準，選取材料的許用應力值是不同的（de）。對壓力管道來說，國內的設計標準是按GB150《鋼製壓力容（róng）器》確定的許用應力值，ASTM材料則是取按ANSI B31.3《Process Piping》標準確定的許用應力值。
5.3.2腐蝕餘量
腐（fǔ）蝕餘量是考慮因介質對管道的腐蝕而造（zào）成的（de）管（guǎn）道壁厚減薄，從而（ér）增加的管（guǎn）道壁厚值。它的大小直接影響到管道壁厚的取值，或（huò）者說直接影響到壁厚等級的確定。
目前我國尚沒有一套有關各種腐蝕介質在不同條件下對各（gè）種材料的腐蝕速率數據，因此，工程上（shàng）大多數情況下仍是憑經驗來（lái）確（què）定其腐蝕餘量（liàng）的。許多國內外（wài）的（de）工程公司或設計院通常（cháng）都（dōu）將腐蝕餘量分為如下四級:
a.無腐蝕餘量。對（duì）一（yī）般的不鏽鋼管道多取該值；
b.1.6mm腐（fǔ）蝕餘量。對於腐蝕不嚴（yán）重的碳素鋼和鉻鉬鋼多取該值；
c.3.2mm腐蝕餘量。對於（yú）腐蝕比較嚴重的碳素鋼和鉻鉬鋼管道多取該值；
d.加強級（jí）(大於3.2mn)腐蝕餘量。對（duì）於有固體顆粒衝刷等特殊情況下的（de）管道，根（gēn）據實際情況確定其具體值。.
5.3.3管子及其元件的製（zhì）造壁厚偏差
管子及其元件在製造過程（chéng）中，相（xiàng）對（duì）於其公（gōng）稱壁厚(或者叫理論壁厚)都會有正、負偏差，因此在確定（dìng）管子及其元件公稱壁厚時一（yī）定要（yào）考慮可能出現的負偏（piān）差值。各種鋼管標準中規定的負偏差值是不完全相同（tóng）的，GB/T8163《流體輸送用無縫（féng）鋼管》、GB/T14976《流體輸送用不（bú）鏽鋼無縫鋼管》規定（dìng）的壁厚偏差值如下：
表5－3 常用標準的壁（bì）厚偏差值
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材料標準 |
壁厚（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焊縫係數
金屬的焊接過程，實質上是一個冶金過程，其（qí）組（zǔ）織帶有明顯的鑄造組織特征。一般情況下，鑄造組織（zhī）缺陷較多，材料性能也（yě）有所下降。對於有縱焊縫和螺旋焊縫的（de）焊接管（guǎn）子及其元（yuán）件，相對於無縫管子及其元件來（lái）說，工程上常給它一個強度降低係（xì）數(即焊縫係數)，以（yǐ）衡量其機械性能下降的程度（dù）。其焊縫係數的取（qǔ）值見表5-4
表5-4 焊（hàn）接鋼管的焊（hàn）縫係數
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序號 |
焊接方法 |
接頭形式 |
焊縫型式 |
檢驗（yàn）型（xíng）式 |
焊縫係數 |
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1 |
鍛焊 |
對焊 |
直線 |
按標準要求 |
0.6 |
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2 |
電（diàn）阻焊 |
對焊 |
直線或螺旋形 |
按標準要求 |
0.85 |
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3 |
電弧焊（hàn） |
單麵（miàn）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設計壽命
a. 設計壽命與壓力管道的腐（fǔ）蝕餘量有關（guān）。
對於均勻（yún）腐蝕來說，當知道其年腐蝕速率後，根據預定的設（shè）計壽命，就很（hěn）容易算（suàn）出（chū）其應取的腐蝕餘量了。
b. 設計壽命還與交變應力作用的荷載變化次數、氫損傷的孕育（yù）時間、斷（duàn）裂因子的擴展期（qī）等影響因素有關，
c. 與壓力管道的一次性投資、資金代嚐期和技術更新周（zhōu）期有（yǒu）關。
d. 美（měi）國一雜誌（zhì）上推薦（jiàn）的設計使用壽命為:碳鋼為5年；鉻鉬（mù）鋼和不鏽鋼為10年。
SH3059標準規定的設（shè）計壽命為15年。
國外的（de）一些工程公（gōng）司對總承包項目規（guī）定一般為10年（nián）；非總包項目一般為15年，以便從中獲取較大的利潤（rùn）。
5.4 常用壓力管道器材的設計標準
1) GB50316-2000《工業金屬管道設計規範》；
2) GB50251-94 《輸氣管道工程設（shè）計規範（fàn）》；
3) GB50253-94 《輸油管（guǎn）道工（gōng）程設計規範》；
4) GB50028-93 《城鎮燃氣設計（jì）規範》(1998年版)(2002年局（jú）部修訂條文)；
5) GB50030-91 《氧氣站設（shè）計（jì）規範》；
6) SH3059-2001 《石油化工管道設計（jì）器材選用通則》；
7) SH3064-1994 《石油化工鋼製（zhì）通用閥（fá）門選用、檢驗（yàn）及驗收》；
8) HG/T20646 《化工裝置管道材料設計規定》。 |