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1、第4章 压力管道安全基础知识4.1 概述4.1.1 压力管道的定义人们在生产、生活中广泛利用管道来输送介质，管道输送已经成为与铁路、公路、水运、航运并列的运输行业之一。在生产、生活中所使用的管道中的部分管道是压力管道，它作为一种特殊承压设备越来越广泛的应用于石油、石化、化工、电力等行业及城市燃气和供热工程中。特种设备安全监察条例（国务院549号令）对压力管道作了明确定义：压力管道是利用一定的压力，用于输送气体或者液体的管状设备，其范围规定为最高工作压力大于或等于0.1MPa(表压)的气体、液化气体、蒸汽介质或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体介质，且公称直径大
2、于25mm的管道。压力管道包括其附属的安全附件、安全保护装置和与安全保护装置相关的设施。4.1.2 压力管道的工作原理及用途对单条压力管道而言，其工作原理就是依靠外界的动力或者是介质本身的驱动力将该条压力管道源头的介质输送到该条压力管道的终点。压力管道的主要用途就是输送介质，而除此用途之外还可以延伸出储存功能（主要用于长输管道）和热交换功能（主要用于工业管道）等。4.2 压力管道输送的介质管道输送的是流体介质，包括0.1MPa以上的气体、液化气体、蒸汽介质或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体介质。具体定义如下：可燃流体：指闪点高于45的流体（在生产操作条件下，
3、可以点燃和连续燃烧的气体或可以汽化的液体），如35#轻柴油、重柴油、变压器油、甘油等。易燃液体：指闪点低于45的液体，如原油、汽油、煤油、乙醚等。易爆（气体、液体）流体：指闪点低于环境温度的流体，如汽油、乙醚、丙酮等。有毒流体：这类物质一旦泄漏，被人吸入或与人体接触，若治疗及时不至于对人体造成不易恢复的危害。相当GB5044职业性接触毒物危害程度分级中级以下危害程度的毒物。如甲醛、乙醚、氯水等剧毒流体：指有极少量这类物质泄漏到环境中，被人吸入或与人体接触，即使迅速治疗，也能对人体造成严重的危害和难以治疗的后果的物质。相当GB5044职业性接触毒物危害程度分级中级危害程度的毒物。如汞、苯、砷化氢
4、、氯乙烯等，最高允许浓度0.1mg/m2。有腐蚀性液体：是指能灼伤人体组织并对管道材料造成损坏的液体，如：硫酸、硝酸等。最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体：指介质在最高工作温度下，处在沸腾状态的液体。4.3 压力管道的分类4.3.1 概述压力管道的用途广泛，品种繁多。不同领域内使用的管道，其分类方法也不同。一般可以按主体材料、敷设位置、输送介质特性和用途等进行分类,另外,为便于安全监督管理,还按照安全监督管理的需要进行分类。4.3.2 压力管道分类（1） 压力管道的一般分类 按主体材料划分，可分为金属管道和非金属管道。金属管道又可分为铸铁管道、碳钢管道、低合金钢管道、不锈钢管道、有色金属管
5、道等。非金属管道包括塑料管道、玻璃钢管道、金属复合管道、非金属复合管道； 按敷设位置划分，可分为架空管道、埋地管道、地沟敷设管道； 按介质压力分类，通常可分为：超高压管道（42MPa）、高压管道（1042MPa）、中压管道（1.610MPa）、低压管道（1.6MPa）； 按介质温度分类，一般可分为：高温管道（200）、常温管道（29200）、低温管道（-29）； 按介质毒性分类，可分为：剧毒管道（极度危害）、有毒管道（非极度危害）、无毒管道； 按介质可燃性分类，分为可燃介质管道、非可燃介质管道； 以介质腐蚀性分类，分为强腐蚀性介质管道、腐蚀性介质管道、非腐蚀性介质管道； 按管道用途分类,分为长
6、输油气管道、城镇燃气管道、热力管道、工业管道(包括工艺管道、公用工程管道)、动力管道、制冷管道。(2) 安全监督管理的分类为满足安全监督管理的需要, 特种设备目录将压力管道分成长输（油气）管道(输油管道、输气管道)、公用管道(燃气管道、热力管道)、工业管道(工艺管道、制冷管道) 和动力管道4个类别及压力管道元件品种。在安全监督管理中，还对各类压力管道与压力元件品种进行分级以便于分级管理。压力管道安全管理与监察规定将压力管道按其用途划分为长输管道（GA类）、公用管道（GB类）和工业管道（GC类）。长输管道是指产地、储存库、使用单位间的用于输送商品介质的管道（具体讲就是：跨越地、市输送商品介质的管
7、道；跨越省、自治区、直辖市输送商品介质的管道）；公用管道是指城市或乡镇范围内的用于公用事业或民用的燃气管道和热力管道；工业管道是指企业、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输助管道的工业管道。油气田集输管道、发电厂的动力管道和液化石油气储配站站内管道一般划为工业管道的范围。长输（油气）管道的分类分级长输（油气）管道为GA类,分为GA1级和GA2级。a. GA1级是指满足符合下列条件之一的长输管道：a）输送有毒、可燃、易爆气体介质，设计压力P1.6MPa的管道；b）输送有毒、可燃、易爆液体介质，输送距离200km，且管道公称直径DN300mm的管道；c）输送浆体介质，输送
8、距离50km且管道公称直径DN150mm的管道。注：输送距离是指产地、储存库、用户间的用于输送商品介质管道的直接距离。b. GA2级是指满足符合下列条件之一的长输管道：a）输送有毒、可燃、易爆气体介质，设计压力P1.6MPa 的管道；b）GA1（b）范围以外的长输管道；c）GA1（c）范围以外的长输管道。公用管道的分类分级公用管道为GB类，分为GB1级和GB2级。GB1级为燃气管道；GB2级为热力管道。工业管道的分类分级工业管道为GC类,目前有两种分级方法, 一种是压力容器压力管道设计单位行下许可的分级方法，将工业管道分为划分为GC1级、GC2级、GC3级。另一种是压力管道安装单位资格认可实施
9、细则和在用工业管道定期检验规程（试用）的分级方法,将工业管道划分为GC1级、GC2级和GC3级。这两种分级方法的主要区别是后一种分级方法中将第一种分级方法中的GC2级工业管道又划出一部分管道做为GC3级。按在用工业管道检验规程（试用）的分级方法如下：a. 符合下列条件之一的工业管道为GC1级：a）输送GB5044职业性接触毒物危害程度分级中规定的毒性程度为极度危害介质的管道；b）输送GB50160石油化工企业设计防火规范及GBJ16建筑设计防火规范中规定的火灾危险性为甲、乙类可燃气体或甲类可燃液体，并且设计压力4.0MPa的管道；c）输送可燃流体介质、有毒流体介质，设计压力4.0MPa，且设计
10、温度400的管道；d）输送流体介质并且设计压力10.0MPa的管道。b. 符合下列条件之一的工业管道为GC2级：a）输送GB50160石油化工企业设计防火规范及GBJ16建筑设计防火规范中规定的火灾危险性为甲、乙类可燃气体或甲类可燃液体，并且设计压力4.0MPa的管道；b）输送可燃流体介质、有毒流体介质，设计压力4.0MPa，且设计温度400的管道；c）输送非可燃流体介质、无毒流体介质，设计压力10.0MPa，并且设计温度400的管道；d）输送流体介质，设计压力10.0MPa，并且设计温度400的管道。c. 符合下列条件之一的GC2级工业管道划分为GC3级：a）输送可燃流体介质、有毒流体介质，
11、设计压力1.0MPa，并且设计温度400的管道；b）输送非可燃流体介质、无毒流体介质，设计压力4.0MPa，并且设计温度400的管道。4.4 压力管道的主要工艺参数及特点4.4.1 压力管道的主要工艺参数由于压力管道种类繁多，运行工况多样化和复杂化，通常认为压力管道的工作参数包括以下几个方面：（1）设计压力在相应的设计温度下，用以确定管道及其它元件尺寸的压力值，该压力为管道的内压力时，称为设计内压力，为外部压力时称设计外压力。设计压力不得低于工作过程中可能出现的由压力与温度形成的最苛刻条件下的压力。（2）操作压力在稳定操作条件下，压力管道系统内介质的压力。（3）最大操作压力在正常操作条件下，压
12、力管道系统中的最大实际操作压力。（4）最大允许操作压力压力管道系统遵循相关标准的规定，所能连续操作的最大压力，等于或小于设计压力。（5）设计温度压力管道在正常工况下，管壁或元件金属可能达到的最高或最低温度。设计温度不得高于（或低于）工作过程中可能出现的由压力与温度形成的最苛刻条件下的最高温度（最低温度）。（6）管输介质温度管道输送介质在管道内输送时的流动温度。（7）公称直径（DN）由字母DN和无因次整数数字组合的尺寸标志，代表管道组成件的规格。数字反映管道组成件连接端部的孔径或外径（mm）。公称是一种数字标记，作为尺寸、容积、额定值或其它特征的标称，不是一种精确的度量。（8）公称压力(PN)由
13、字母PN和无因次整数数字组合的尺寸标志，代表管道组成件的压力等级,数字反映管道组成件的（以bar计）。（9）设计壁厚在相应的设计内压力和公称直径下，根据选用钢管的许用应力，设计得出满足工艺条件的管壁厚度。4.4.2 压力管道的特点（1）应用广泛, 随着经济的发展，管道的数量越来越多。由于应用的领域不同，各个领域所使用的压力管道又各有其特点，如化工、石化系统有大量的压力管道，它们的工作条件各种各样，工作压力由真空、负压到300MPa以上的高压、超高压。而工作温度由200到1000以上，所传载的介质又多是有毒、易燃、易爆。（2）管道体系庞大，由多个组成件、支承件组成，任一环节出现问题都会造成整条管
14、线的失效。（3）管道的空间变化大。要么是长距离却经过复杂多变的地质条件、地形地貌、人文环境、天气环境；要么是在一个环境里，但是其立体空间变幻莫测。（4）腐蚀机理与材料损伤的复杂性。易受周围介质或设施的影响，容易受诸如腐蚀介质、杂散电流影响，而且还容易遭受第三方破坏。（5）失效的模式多样。地质灾害、采空区、洪水、第三方破坏等导致的非控因素的失效。（6）载荷的多样性，除介质的压力外，还有重力载荷、土壤载荷以及位移载荷等。（7）材质的多样性，可能一条管道上就需要用几种材质。（8）安装方式多样，有的架空安装，有的埋地敷设。（9）实施检验的难度大，如对于高空和埋地管道的检验始终是难点。（10）压力管道元
15、件数量多，标准多。另外，我们在研究压力管道时，始终要注意管道是整个设备装置系统的一部分，有时还是最主要的一部分。研究管道也要从系统的角度去考虑问题。4.5 压力管道的组成4.5.1 概述压力管道由管子、管件、阀门、法兰、补偿器等压力管道元件以及安全保护装置(安全附件)、附属设置等组成。安全保护装置包括紧急切断装置（紧急切断阀等）；安全泄压装置（安全阀、爆破片等）；测漏装置（气密性试验、氨渗透试验、卤素检漏试验、氦检漏试验等）；测温测压装置（温度表、压力表）、静电接地装置、阻火器、液位测试装置（液位计）和泄漏气体安全报警装置（声、光报警）。附属设施指阴极保护装置、压气站、泵站、阀站、调压站、监控系统等。不同用途的压力管道，如长输管道中的输油管道和输气管道、城镇燃气管道、热力管道、各种工业管道等，其组成各有特点，有时差别很大。4.5.2 长输(油气)管道的组成长输(油气)管道主要集中在石油、石化、燃气系统中，按输送介质的不同分为输油管道、输气管道、油气混输管道，其中输油管道又分为原油和成品油两类。(1) 输油管道输油管道分为原油管道与成品油管道。原油管道是将油田生产的原油输
