压力管道设计技术规定

目 录1 总则2 一般规定2.1 工艺计算2.2 站、场、库与石油化工装置设备和管道布置2.3 输油、输气管道线路工程2.4 材料选用2.5 管道应力设计2.6 管道和设备隔热2.7 管道和设备涂漆2.8 压力管道支吊架设计规定2.9 压力管道强度计算规定2.10 聚乙烯管道设计规定3 压力管道设计遵循的标准和规53 / 541 总则1.1 目的: 为了统一压力管道设计技术要求，提高压力管道设计水平，确保压力管道设计质量，特制定本规定。1.2 遵守的原则：优化设计方案，确定经济合理的工艺与最佳工艺参数；做到技术先进，经济合理，安全适用。1.3 适用围：本规定适用于输油、输气管道工程、给排水与消防工程、热力工程、城市燃气工程与石油化工工程。2 一般规定2.1 工艺计算2.1.1 输油、输气管道需要进行管道的水力计算、温降计算。其计算公式按输油管道工程设计规（GB50253-2014）、输气管道工程设计规（GB50251-2015）城镇燃气设计规（GB50028-2006）执行。2.1.2 对于特殊的管道穿跨越工程按油气输送管道穿越工程设计规（GB 50423-2007）和油气输送管道跨越工程设计规（GB 50459-2009）执行。2.2 站、场、库与石油化工装置设备与管道的布置2.2.1设备布置2.2.1.1 装置的总体布置应根据装置在工厂总平面上的位置以与与有关装置、罐区、主管廊、道路等相对位置确定，并与相邻装置的布置相协调。2.2.1.2 装置的竖向布置应根据装置生产特点，充分考虑操作、检修要求，满足交通运输要求；考虑装置外地坪标高的协调与其外道路、排水的合理衔接，尽量减少土方工程量；装置场地应采用平坡式布置，并采用有组织排水，所有的雨水经过暗管排入地下排水管网。2.2.1.3 设备布置应满足工艺流程、安全生产、环境保护的要求，并应便于操作、维护、检修、防爆与消防，并注意节约用。2.2.1.4 设备布置应按工艺流程顺序和同类设备适当集中相结合的方式，并结合风向条件确定设备、建筑物与其它设施的相对位置。2.2.1.5 设备布置应根据气温、降水量等气候条件和工艺与设备特殊要求，决定是否采用室布置。2.2.1.6 装置的控制室、变配电室、化验室布置在装置的一侧，位于爆炸危险区围以外，并位于甲类设备全年最小频率风向的下风侧。2.2.1.7 设备、建筑物和构筑物应根据生产过程的特点和火灾危险性类别分区布置，其间距符合现行的有关防火规的要求。2.2.1.8 设备之间的距离除要满足防火、防爆的要求外，还要满足下列要求：1) 设备操作、维修、吊装场地与通道；2) 构筑物（包括梯子和平台）的布置；3) 设备基础、地下管道、管沟与排水井的布置；4) 管道与仪表的安装。2.2.1.9 泵布置在室时，应成排布置并满足如下要求：1) 所有的泵端出口中心线应对齐或泵端基础面对齐，两台泵之间的净距0.8m，泵端前操作通道的宽度1m；2) 室布置时，两排泵之间的净距2.0m;3) 泵端/泵侧与墙之间的净距1.0m。2.2.1.10 通道和防火设备的布置要考虑对空间的安全要求，在紧急情况下迅速采取行动，减少对临近的设备的危害。2.2.1.11 装置最小通道宽度为：1)消防通道 6m（弯道半径12m）；2) 公共主干道 6m（弯道半径12m）；3) 主要车行通道 4m（弯道半径9m）；4) 检修通道 4m（弯道半径9m）；5) 次要车行通道 3m（弯道半径6m）；6) 泵区检修通道 2m；7) 操作通道 0.8m。2.2.1.12 装置最小通道高度为：1) 公共主干道 5.0m；2) 消防道路 5.0m；3) 主要车行通道 4.5m；4) 检修通道 4.5m；5) 次要车行通道 3.0m；6) 管带下泵区检修通道 3.0m；7) 人行通道 2.5m；8) 操作通道 2.2m；2.2.1.13 标高的确定为：1) 建筑物室地面应高出室外地面200mm；2) 控制室、配电室室地面应高出室外地面600mm；3) 设备的基础面一般应高出地面200m，泵的基础面视泵的形式而定。2.2.2管道布置2.2.2.1 管道布置设计应严格遵守管道仪表流程图的设计要求。2.2.2.2 管道布置设计应做到安全可靠、经济合理、在满足施工、操作、维修、消防等方面的要求下，同时尽量做到整齐美观。2.2.2.3 管道应尽可能地上敷设，并集中成排布置。地上管道设在管廊或管墩上，给排水、污水和消防水管道要埋地敷设。2.2.2.4 装置主管廊应留有1020%的预留空间，并考虑其荷载。2.2.2.5 管道布置应满足抗震要求。2.2.2.6 对有特殊工艺要求的管道、高温、高压、大口径与与重要设备连接的管道和需要柔性计算管道的布置，应优先考虑并做好规划，尽量利用管道的自然形状吸收热胀，自行补偿、减少投资。2.2.2.7 与动设备连接的管道，在设计中应充分考虑其弹性、支撑、震动、压力脉动、气蚀等方面的要求，作用于设备接口上的推力和力矩不得大于允许值。2.2.2.8 管道布置应尽量避免出现气袋、液袋和“盲肠”。2.2.2.9 管道除与阀门、仪表和设备之间的连接需要必要的法兰和螺纹连接外，其余均采用焊接连接，避免泄漏。2.2.2.10 管道穿过墙壁和楼板，均应配有套管，套管的直径大于管道隔热层的外径，管道焊缝到套管的端部距离不小于150mm。2.2.2.11 由于管道布置形成的高点或低点，应根据操作、维修等需要，设置放空阀、排液阀。2.2.2.12 阀门的设置应考虑操作的需要，设置在便于操作和维护的地方，同时对较大差压、较大口径、较大压力操作的阀门设置旁通或齿轮操作等。2.2.2.13 阀门设在容易接近、便于操作、维修的地方，成排管道的阀门集中布置，阀门手轮最小间距为100mm；立管上阀门手轮的安装高度宜为1.2m，不宜超过1.8m，如超过2.0m（且经常操作的），应设置梯子与平台。2.2.2.14 为了便于操作、维护和安装，装置区应设置必要的软管站，服务半径为15m。2.2.2.15 管架上敷设的管道无论有无隔热层，其净距应不小于50mm，法兰外缘与相邻管道的净距应不小于25mm；管道外壁或管道隔热层的外壁的最突出部分，距管架或框架的支柱、建筑物墙壁的净距应不小于100mm；有侧向位移的管道应加大其管道间的净距。2.2.2.16 取样系统管道的布置应避免死角或袋形管，取样口的布置应使采集的样品具有代表性；取样阀安装在便于操作的地方，并使设备或管道与取样阀之间的管段尽量短。2.2.2.17 安全阀应直立安装并靠近被保护设备。如不能靠近布置，则从被保护设备到安全阀入口的管道压头总损失，不应超过该阀定压值的3%；其背压不应超过该阀定压值的10%。2.2.2.18 安全泄压装置出口管的布置，应考虑由于泄压排放引起的反作用力，合理设置支架。2.2.2.19 管道上的仪表或测量元件应布置在便于安装、观察和维修的位置；必要时可设置专用的平台或梯子。2.2.2.20 控制阀和相邻管道的布置和支撑要便于控制阀的移开。2.2.2.21 在靠近设备、集中载荷、弯管、大直径三通分支管的附近设置必要的支架。2.2.2.22 管道与其组成件的最小壁厚度应按有关规来计算，并根据介质特性和设计寿命，考虑一定的腐蚀裕度。2.3 输油、输气管道线路工程2.3.1线路走向选择2.3.1.1 线路走向选择原则线路选择应遵循安全、经济、方便，同时达到最佳化的原则，既满足建设单位对工程提出的要求，又使工程费用和运行期间管线的操作维修费用最低。线路走向选择原则如下：1) 管线敷设地区的选择应符合我国现行的有关规定，线路走向应避开城市规划区、文物古迹、风景名胜、自然保护区等。2) 线路应尽可能取直，缩短线路长度，同时线路也要尽可能靠近气田、城镇和工矿企业。3) 线路应尽可能利用现有公路，方便施工和管理。同时应尽可能利用现有国家电网供电，以降低工程费用。4) 线路尽可能避开高烈度地震区、沙漠、沼泽、滑坡、泥石流等不良工程地质地区和施工困难地区。5) 站场与大、中型河流穿、跨越位置选址应服从大的线路走向，线路局部走向应服从站场和穿、跨越工程的位置。2.3.1.2 线路勘察根据设计的不同的阶段，对工程线路按不同的容和深度，进行线路勘察，一般可分为踏勘、初勘和详勘三个阶段。勘察容和深度要求按有关规执行。2.3.1.3 定线应遵循的原则定线是根据批准的初步设计所推荐的走向方案，确定线路中线位置。定线是线路施工图设计的基础，对线路走向的每个桩位置 进行认真推敲，力求定出一条安全可靠、经济合理的线路。线路定线时遵循下述原则和要求1) 线路应力求顺直，以缩短长度；2) 应尽量减少线路与公路、铁路、河流等天然和人工障碍的交叉，当必须交叉时，宜垂直交叉。3) 宜避开多年生经济作物区和重要的农田水利设施；4) 应尽量靠近公路，方便施工和管理；5) 线路必须避开重要的军事设施、易燃易爆仓库、国家重点文件保护单位的安全保护区，线路还应避开机场、火车站、码头、自然保护区；6) 线路宜避开滑坡、沼泽、软土、泥石流等不良工程地质地段，确需通过时，需经技术经济对比和采取可靠的工程措施。7) 线路应避开地震烈度大于7度的地震断裂带，无法避开时，应采取抗震措施。2.3.2管道敷设2.3.2.1 管道敷设的方式的确定管道的敷设方式可分为埋地敷设和架空敷设两种。埋地敷设可采用沟埋敷设和筑土堤敷设；架空敷设可分为低架（管墩支撑）和高架（管架）敷设。将管线裸露敷设于地面的方式只适用于临时管线。埋地敷设方式不影响农业耕作和地面人类活动，还可以保护管线，减少自然和人为的损坏，因此，长输管道应尽量采用埋地敷设方式。1) 埋地敷设(1) 埋深要求管道埋深是指管顶至地面覆土深度。管道的最小埋深是根据地区级别、农田耕作深度、地面负荷对管道的强度和稳定性的影响等因素综合考虑决定的。一般最小埋深要求见表2.3-1。表2.3-1 埋地管线最小埋深要求（m）地区等级土 壤 类岩 石 类干 旱水 田一级0.60.80.5二级0.60.80.5三级0.80.80.5四级0.80.80.5在不能满足最小埋深要求或外载荷过大，外部作业可能危与管道安全的地方，应采取措施对管道加以保护。当输送管道通过有冻胀危害的冻土地区时，管线应埋设在冻土深度以下。管道实际设计埋深根据地形、土质和管线弯头数量综合考虑确定。当地形起伏较大，若采用统一埋深，必然增加弯头数量，增加管线焊口数量；而减少弯头数量，又会导致管线埋深增加，增加管沟开挖和回填土石方工程量。确定设计埋深就是在满足最小埋深的前提下，在弯头数量和土石方工程两者之间求得一个投资最小的工程量平衡。(2) 管沟管沟截面形状和尺寸大小是根据地质条件、施工方法和管径大小决定。当管沟深度小于3m时，管沟底宽按下式确定式中：b沟度宽度，m；D管子外径，cm；C沟底加宽裕量（按表2.3-2确定），m。管沟边坡坡度应根据土壤类别和物理力学性质（如粘聚力、摩擦角、湿度、容重等）确定。当无上述土壤的物理性质资料时，对土壤构造均匀、无地下水、水文地质条件良好、深度不大于5m，且不加支撑的管沟，其边坡可按表2.3-3确定。深度超过5m的管沟，可将边坡放缓或加筑平台。表2.3-2 沟底加宽裕量（m）施工方法沟上组装焊接沟下组装焊接地质条件旱 地沟有积水岩 石旱 地沟有积水岩 石C0.50.70.90.81.00.9表2.3-3 管沟允许边坡坡度土壤名称边坡坡度人工挖土机械挖土沟下挖土沟上挖土中、粗砂1:11:0.751:1亚砂土、含卵砾石土1:0.671:0.51:0.75粉土1:0.51:0.331:0.75粘土、泥灰岩、白垩土1:0.331:0.251:0.67干黄土1:0.251:0.11:0.33未风化岩石1:0.1粉细砂1:11:1.5次生黄土1:0.5注：当采用多斗挖沟机挖沟时，管沟边坡坡度不受本表限制。管沟断面形状一般选用倒梯形断面，当深度较大，或土壤较松散时可选用下部为矩形上部为梯混合断面管沟。管沟断面形状一般由施工单位根据施工经验自行确定，以保证施工安全为原则。(3) 管沟基础处理一般土方地区，管沟底铲平夯实即可。在岩石地区，为了防止岩石棱角扎坏防腐层，需垫土或细砂0.2m厚。如遇管沟底为建筑垃圾等腐蚀性较强的填土地段，沟底基础需换土夯实；在自重湿陷性黄土地区的斜坡、陡坎地段，为了防止雨水渗入沟底造成沟底沉陷，需采用2:8（体积比）灰土进行沟底基础处理。(4) 管沟回填管道下沟后，应保证与沟底相接触。管底至管顶以上0.3m围，回填土中不得有块石、碎石等，以免损伤防腐层。回填土应夯实，其密实度应大于0.9。回填土高度应高出地表为0.3m，让其日后自然沉陷，避免沿管沟形成低畦地带而积水。输送管道出土端与弯头两侧，回填时应分层夯实。当管沟纵坡较大时，应根据土壤性质，采取防止回填土下滑措施。在沼泽、水网（含水田）地区的管道，当覆土层不足以克服管子浮力时，应采取稳管措施。(5) 土堤敷设当长输管道采用土堤埋设时，土堤高度和顶部宽度，应根据地形、工程地质、水文地质、土壤类别与性质确定，并应符合下列规定：管道在土堤中的覆土厚度不应小于0.6m；土堤顶部宽度应大于管道直径两倍且不得小于0.5m。土堤的边坡坡度，应根据土壤类别和土堤的高度确定。粘性土土堤，压实系数宜为0.940.97。堤高小于2m时，边坡坡度宜采用1:0.751:1.1；堤高为25m时，宜采用1:1.251:1.5。土堤受水浸淹没部分的边坡，宜采用1:2的坡度。位于斜坡上的土堤，应进行稳定性计算。当自然地面坡度大于20%时，应采取防止填土沿坡面滑动的措施。当土堤阻碍地表水或地下水泄流时，应设置泄水设施。泄水能力根据地形和汇水量按防洪标准重现期为25年一遇的洪水量设计，并应采取防止水流对土堤冲刷的措施。土堤的回填土，其透水性能宜相近。沿土堤基底表面的植被应清除干净。2) 架空敷设架空敷设的管架高度应根据使用要求确定，一般以不防碍交通，便于检修为原则，通常管底至地面净空高度应符合表5-4的规定。表5-4 管道架设高度规定类 别净空高度，m人行道路公 路铁 路电气化铁路荒 山2.25.56.011.00.20.3常用管道支架有钢支架、钢筋混凝土支架和管墩，根据不同高度、位置和受力状况经计算后确定3）埋地输油（输气）管道与其它埋地管道，埋地通信电缆交叉敷设时，其垂直净距不应小于0.3(0.5)m，并应在交叉点处管道两侧各10m围采取加强（特加强）防腐的措施。2.3.2.2 长输管道采用弹性敷设时应符合下列规定：(1) 弹性敷设管道与相邻的反向弹性弯管之间与弹性弯管和人工弯管之间，应采用直管侧面连接；直管段长度不应小于管子外径值，且不应小于500mm。(2) 弹性敷设管道的曲率半径应满足管子强工要求，且不得小于钢管外直径的1000倍。垂直面上弹性敷设管道的曲率半径尚应大于管子在自重作用下产生的挠度曲线的曲率半径，其曲率半径应按下式计算： （4.3.14）式中 R管道弹性弯曲曲率半径（m）；D管道的外径（cm）；管道的转角（）。(3) 输油、输气管道平面和竖向不宜同时发生转角。弯头和弯管不得使用褶皱弯或虾米弯。管子对接偏差不得大于3。2.3.3 管道穿越工程2.3.3.1 水下穿越工程1) 穿越点的选择穿越点的选择应考虑走向以与不同的穿越方法对施工场地的要求。穿越点宜选择在河道顺直，河岸基本对称，河床稳定，水流平缓，河底平坦，两岸具有宽阔漫滩，河床地质构成单一的地方。不宜选择含有大量有机物的淤泥地区和船泊抛锚区。穿越点距大中型桥梁(多孔跨径总长大于30m)大于100m，距小型桥梁大于50m。穿越河流的管线应垂直于主槽轴线，特殊情况需斜交时不宜小于60。2) 穿越工程设计容在选定穿越位置后，根据水文和工程地质情况决定穿越方式、管身结构、稳管措施管材选用、管道防腐措施、穿越施工方法等提出两岸河堤保护措施并绘制穿越段平面图和穿越纵断面图。3) 敷设方式(1) 裸露敷设裸露敷设适用于基岩河床和稳定的卵石河床。管道采用厚壁管、复壁管，或石笼等方法加重管线稳管，将管线敷设在河床上。裸露敷设只适用于水流很低、河床稳定、不通航的中、小河流上的小口径管线或临时管线。(2) 水下沟埋敷设采用水下挖沟设备和机具，在水下河床上挖出一条水下管沟，将管线埋设在管沟称沟埋敷设。沟埋敷设应将管道埋设在河床稳定层中。沟槽开挖宽度和放坡系数视土质、水深，水流速度和回淤量确定，当无水文地质资料，采用水下挖掘机具时可参照表2.3-4选定沟底宽度和边坡系数。开沟务须平直，沟底要平坦，管线下沟前须进行水下管沟测量，务必达到设计深度。管线下沟后可采用人工回填和自然回淤回填。前者是在当地就地取材，选用一定密度的物质，如卵石、块石等填入管沟；后一种方法是在河流有泥沙回淤，并且管线在自然回淤过程中仍具有一定容重的情况下，采用河流自然回淤达到管沟回填之目的。表2.3-4 水下管沟尺寸土质名称沟底最小宽度m管沟边坡沟深2.5的不等腿U形弯管管道或近似直线的锯齿状管道。2.5.2.5 应力分析方法采用应力分析程序-CAESARII。2.5.3 管道柔性设计计算条件2.5.3.1 计算温度取设计温度2.5.3.2 计算压力取设计压力。2.5.4 管道柔性设计要求2.5.4.1 管系柔性设计保证管道在设计条件下有足够的柔性，防止管道因热胀冷缩、端点附加位移、管道支承设置不当等原因造成下列问题：管道应力过大或金属疲劳引起管道或支架破坏；管道连接处产生泄漏；管道推力或力矩过大，使与其相连接的设备产生过大的应力或变形，影响设备正常运行。2.5.4.2 在管道柔性设计中除考虑管道本身的热胀冷缩外，还考虑下列管道端点的附加位移：1) 塔或其它立式设备产生热胀冷缩时对连接管道施加的附加位移；2) 管壳式换热器与其它卧式设备滑动支座移动造成连接管道的附加位移。3) 转动设备热胀冷缩在连接管口处产生的附加位移；4) 几台设备互为备用时，不操作管道对操作管道的影响；5) 不和主管一起分析的支管，将分支处主管的位移做为支管端点的附加位移；6) 根据需要，考虑固定架与限位架的刚度影响。2.5.4.3 对于分支较多、管系较复杂的管道用固定点将其划分成几个形状较为简单的管段，再进行分析计算。2.5.4.4 确定管道固定点位置时，两固定点间的管段能自然补偿。2.5.4.5 管道首先利用改变走向获得必要的柔性，但由于布置空间的限制或其它原因也可采用波形膨胀节或其它类型补偿器获得柔性。2.5.4.6 在剧毒与易燃可燃介质管道中严禁使用填料函式补偿器。2.5.4.7 型补偿器，应将其设置在两固定点中部。2.5.4.8 连接转动设备的管道不使用冷紧，其它管道也尽量避免使用冷紧。2.5.4.9 对于材料在蠕变温度下(碳素钢380以上)工作的管道，冷紧比(即冷紧值与全补偿量的比值)宜取0.7。对于材料在非蠕变温度下工作的管道，冷紧比宜采取0.5。冷紧有效系数热态取2/3，冷态取1。2.5.4.10 作用于管道中固定点和机泵上的荷载应考虑滑动支架的摩擦力影响，摩擦系数f如下所示：接触面摩擦系数钢对混凝土0.3；钢对钢0.6；聚四氟乙烯对不锈钢0.1；滚动摩擦钢对钢0.1。2.5.4.11 往复式压缩机和复式泵的进出口管道除进行柔性设计外，还应考虑流体压力脉动的影响。2.5.5 评定标准2.5.5.1 管道由于热胀和其它位移受约束而产生的二次应力不得大于下式的许用应力围：r=f(1.2520+0.25t)(3)式中：r管材的许用应力，MPa；20管材在20时的许用应力，MPa；t管材在设计温度下的许用应力，MPa；f在预计寿命，考虑循环总次数影响许用应力围的减小系数，按下表取值：减小系数f值循环次数f7,0001.07,00014,0000.914,00022,0000.822,00045,0000.745,000100,0000.6100,000250,