壓力管道的設(shè)計(jì)是一個(gè)非常重要復(fù)雜的工程，本文描述了工業(yè)壓力管道設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和應(yīng)注意的事項(xiàng)，在每個(gè)環(huán)節(jié)都必須按照相關(guān)規(guī)定和要求。
工業(yè)壓力管道設(shè)計(jì)的特點(diǎn)
1.1. 操作參數(shù)范圍寬
工業(yè)壓力管道工作壓力由0．1MPa 到42MPa，工作溫度由－200 ℃ ～1 260 ℃;
1.2. 工作介質(zhì)多樣
工業(yè)壓力管道涉及各種工業(yè)生產(chǎn)，生產(chǎn)運(yùn)行環(huán)境變化多端，工作介質(zhì)大多具有有毒、易燃、易爆特性。
1.3. 工業(yè)管道設(shè)計(jì)市場亟需規(guī)范
目前，工業(yè)壓力管道設(shè)計(jì)市場比較混亂。一些不具備設(shè)計(jì)許可資格的單位或個(gè)人仍在搞工業(yè)壓力管道設(shè)計(jì)，對工業(yè)壓力管道的生產(chǎn)安全構(gòu)成隱患。究其原因，主要是一些領(lǐng)導(dǎo)同志存在著觀念上的誤區(qū)，認(rèn)為只要懂得生產(chǎn)工藝設(shè)計(jì)，就能設(shè)計(jì)工業(yè)壓力管道。還有一些具有設(shè)計(jì)許可的小型設(shè)計(jì)單位，其設(shè)計(jì)僅僅是壓力管道工藝設(shè)計(jì)，對于防火、配電、自控等只是提出要求，缺乏其它專業(yè)的配套設(shè)計(jì)文件，如果工程施工執(zhí)行不到位，勢必給項(xiàng)目的安全運(yùn)行種下禍根。希望國家質(zhì)監(jiān)管部門不斷加強(qiáng)對壓力管道設(shè)計(jì)市場的管理，尤其對于設(shè)計(jì)文件質(zhì)量要嚴(yán)格把關(guān)。
工業(yè)壓力管道設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問題
2.1.壓力管道工藝設(shè)計(jì)參數(shù)的確定正確地確定壓力管道的設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度是保證壓力管道安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，因?yàn)榻橘|(zhì)、壓力和溫度( 包括環(huán)境溫度的影響) 直接決定管道材料的選擇、管道的壁厚和安裝設(shè)計(jì)。
需要注意的是，管道的設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度均應(yīng)按使得管道具有最大壁厚的操作條件組合來確定。設(shè)計(jì)壓力不得低于管道的最大操作壓力，設(shè)計(jì)溫度不得低于管道金屬材料的最高操作溫度，低溫工況時(shí)，設(shè)計(jì)溫度不得高于管道材料的最低溫度。
例如在液氨管道設(shè)計(jì)時(shí)，由于液氨為液化介質(zhì)，隨著溫度的變化，飽和壓力也不同。當(dāng)介質(zhì)溫度為20 ℃時(shí)，絕對壓力為0．874 MPa; 當(dāng)介質(zhì)溫度升至45 ℃時(shí)，絕對壓力為1．817 MPa ; 當(dāng)介質(zhì)溫度為－20 ℃時(shí)，絕對壓力降至0．194 MPa 時(shí)。因此，對輸送液氨管道設(shè)計(jì)壓力的確定，除了考慮正常的操作壓力外，考慮最苛刻操作條件下溫度變化對液氨壓力的影響是相當(dāng)關(guān)鍵的。也正因此，GB50072—2010《冷庫設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定液氨管道的設(shè)計(jì)壓力一律采用2．5 MPa。
對于其它液化氣體管道，一定要考慮環(huán)境溫度、陽光輻射、加熱或冷卻等因素，按介質(zhì)可能達(dá)到的最高的溫度來確定其管道的設(shè)計(jì)壓力。
2.2 .關(guān)于管道組成件的選用
合理確定工業(yè)壓力管道的材料和壁厚是保證壓力管道安全運(yùn)行的根本。普通碳鋼材料價(jià)格低，但其防腐蝕性能較差; 奧氏體不銹鋼管道材料防腐蝕性能好，但也不適合輸送含氯及硝酸等介質(zhì)，且價(jià)格又較高等等。因此管道材料的選用必須依據(jù)管道的使用條件( 設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度、介質(zhì)) 、經(jīng)濟(jì)性、耐蝕性、材料的焊接及加工等性能綜合考慮。
在工業(yè)壓力管道設(shè)計(jì)中，管道材料必須符合相關(guān)規(guī)范提出的材料韌性要求及其它規(guī)定。一般應(yīng)注意以下問題:
2.2.1.在425 ℃以上條件下，如選用碳素鋼和碳錳鋼管材，應(yīng)注意鋼中的碳化物相的石墨化傾向，或者直接選用鉻鉬合金鋼；
2.2.2.奧氏體不銹鋼在525 ℃ 以上高溫下使用時(shí)，含碳量應(yīng)大于0．04%，并且在固溶狀態(tài)下使用。如應(yīng)用廣泛的S31603 使用溫度控制在450 ℃以下；
2.2.3.關(guān)于鋼材的使用溫度下限，除奧氏體鋼及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)另行規(guī)定者外，均為高于－20 ℃。鋼材的使用溫度低于或等于－20 ℃時(shí)，應(yīng)按低溫管道的設(shè)計(jì)規(guī)定進(jìn)行材料選擇。
2.2.4.焊接材料選擇必須符合NB /T47015—2011《壓力容器焊接規(guī)程》要求，并明確焊材型號，尤其對于異種鋼的焊接，要特別注明焊接方法和焊條。
2.3. 關(guān)于管道組成件的連接與設(shè)置
在工業(yè)壓力管道設(shè)計(jì)中，管道組成件的連接形式有焊接、法蘭和螺紋連接三種。法蘭連接和螺紋聯(lián)接是為了方便管道與設(shè)備的安裝、維修以及拆換，法蘭連接也用于一些鋼制非金屬襯里管道自身連接。管道的法蘭連接處是最容易產(chǎn)生介質(zhì)泄漏的部位。而螺紋聯(lián)接的密封更不可靠，因此僅在GC3 系列管道設(shè)計(jì)中偶爾用之。
因此，在工業(yè)壓力管道設(shè)計(jì)中，管道連接盡量采用焊接方式，避免采用法蘭連接及螺紋聯(lián)接，不能避免時(shí)一定要嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行法蘭型式、墊片型式、密封面形勢以及螺栓連接件的選擇。為了減小法蘭連接滲漏風(fēng)險(xiǎn)，設(shè)計(jì)中應(yīng)注意降低法蘭連接處的外力，或?qū)⒎ㄌm的壓力等級提高1 級～2 級。
2.4.關(guān)于工業(yè)壓力管道設(shè)計(jì)規(guī)范的選用
目前，我國工業(yè)壓力管道設(shè)計(jì)依據(jù)的法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范主要有: 國務(wù)院第549 號令《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》、國務(wù)院令第591 號《危險(xiǎn)化學(xué)品安全管理?xiàng)l例》、國家安全監(jiān)管總局令第43 號《危險(xiǎn)化學(xué)品輸送管道安全管理規(guī)定》、TSG D0001—2009《壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程－工業(yè)管道》( 以下稱《工業(yè)管規(guī)》) 、GB /T20801．1 －6 －2006《壓力管道規(guī)范工業(yè)管道》、GB50316—2000《工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB50235 －2010《工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范》，GB50236—2011《現(xiàn)場設(shè)備，工業(yè)管道焊接工程施工規(guī)范》、GB50184—2011《工業(yè)金屬管道施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》、GB50683—2011《現(xiàn)場設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》。另外還有一些專業(yè)設(shè)計(jì)規(guī)范，如: GB50028—2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》、GB50029—2003《壓縮空氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB50072—2010《冷庫設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB50030—2007《氧氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》、GBJ50016—2006《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》、GB50160—1992《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》。此外，還有化工以及石油化工等行業(yè)頒布實(shí)施的關(guān)于壓力管道的設(shè)計(jì)規(guī)范，工程施工驗(yàn)收規(guī)范等。
另外，還有各相關(guān)行業(yè)頒布的技術(shù)規(guī)程和規(guī)定，如: 《鋼鐵企業(yè)氧氣管網(wǎng)的若干技術(shù)規(guī)定》、《氧氣安全規(guī)程》、《氫氣使用安全技術(shù)規(guī)程》、《工業(yè)企業(yè)煤氣安全規(guī)程》、《氯氣安全規(guī)程》、《氨制冷系統(tǒng)安裝工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》等，作為工業(yè)管道設(shè)計(jì)人員也應(yīng)學(xué)習(xí)掌握。
需要注意的是，對于一些特殊的工業(yè)管道，各設(shè)計(jì)規(guī)范的要求并不一致，依據(jù)不同規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)出來的同一條管道，在材料選用、無損檢測比例以及耐壓試驗(yàn)等方面上存在較大差距。
如氨制冷壓力管道設(shè)計(jì)可采用兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn):GB50072—2010《冷庫設(shè)計(jì)規(guī)范》和GB50316 －2000《工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范》。GB50072 規(guī)定，氨介質(zhì)的管道可以采用10 號、20 號碳素鋼鋼管，而GB50316 －2000 規(guī)定，隨著使用溫度的不同，需要采用不同材料的無縫鋼管，如: 10 號、20 號、16Mn、09MnD，鋼管在正火狀態(tài)下的使用溫度下限分別為－29 ℃、－20 ℃、－40 ℃、－50 ℃; 同時(shí)由于兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)對設(shè)計(jì)溫度定義的不同，對于工作溫度低于－29℃的同一條氨制冷壓力管道，其射線檢測比例分別為5%和100%。

作為一名工業(yè)壓力管道設(shè)計(jì)人員，一定要樹立終身學(xué)習(xí)的理念，不僅要學(xué)習(xí)精通工業(yè)生產(chǎn)工藝專業(yè)知識，同時(shí)還要加強(qiáng)設(shè)備、材料、自控、建筑、給排水等相關(guān)專業(yè)知識的學(xué)習(xí)，熟悉與掌握相應(yīng)的法規(guī)和規(guī)范，在實(shí)際工程設(shè)計(jì)中按照從嚴(yán)的原則，保證壓力管道設(shè)計(jì)的安全性。作為工業(yè)壓力管道設(shè)計(jì)單位的領(lǐng)導(dǎo)，要重視壓力管道各設(shè)計(jì)專業(yè)的配套建設(shè)，不斷提高壓力管道設(shè)計(jì)安全意識。