压力管道设计概论
压力管道设计概论
5、管系的应力分析与柔性分析
哪些情况下要进行管系应力分析
5、管系的应力分析与柔性分析
管系应力分析的方法
如何求Y？ （1）选择任一端为始 端，另一端为未端 （2）分别计算空间热 胀量
5、管系的应力分析与柔性分析
管系应力分析的方法
5、管系的应力分析与柔性分析
管系应力分析的方法
压力管道设计概论
目 录
1、概述 2、压力管道的材料选用 3、压力管道的布置 4、内压下典型元件的强度计算 5、压力管道的应力分析与柔性分析
1、概 述
基本要求： 压力管道设计单位应当取得相应的设计许可证。 工业压力管道设计应当符合《压力管道安全监察规程—工业管道》 以及GB20801的要求，保证所设计的管道能够安全、持续、稳定、 正常地生产运行。同时，也应当保证使用单位规定的附加要求。
4、内压下典型元件的强度计算
3、
4、内压下典型元件的强度计算
4、
4、典型元件的强度计算
4、内压下典型元件的强度计算
理论上需要的补 强面积
主管增厚多余的 面积
实际需要的 补强面积
支管增厚多余的 面积
补强宽度
或
4、内压下典型元件的强度计算
5、管系的应力分析
为什么要进行应力分析？
——管系的载荷复杂，如：
3、压力管道的布置
3、1 概述
管道布置的实 质是：给出管 系的设计图纸。
3、压力管道的布置
3、1 概述
3、压力管道的布置
3、1 概述
4、内压下典型元件的强度计算
4、内压下典型元件的强度计算
2、 、
4、内压下典型元件的强度计算
从图中可以看出： 从图中可以看出：弯头或弯管内侧应力大于外侧应力
压力管道设计概述分析
审定
2011.10.25-2015.10.25 GA1(2)、GA2、GB1、GB2、GC1(3)、GC2、GC3
3
朱 林
SYS2062-2015
审核
2011.10.25-2015.10.25 GA1(2)、GA2、GB1、GB2、GC1(3)、GC2、GC3
4
沈 青
SYS2901-2015
审核
2011.12.19-2015.12.19 GA1(2)、GA2、GC1(3)、GC2、GC3
压力管道设计许可： 设计许可按照分级管理的原则，分别由国家质检总局和省级质量技术监 督部门负责审批。 压力管道GA类、GC1、GD1级设计单位由国家质检总局负责受理和审批； GB类、GC2、GC3、GD2级设计单位由省级质量技术监督部门负责受理和审批。 设计单位同时含有国家质检总局和省级质量技术监督部门负责受理和审批的 项目时，由国家质检总局负责受理和审批。 从事压力管道设计审核和审定的人员，应当经过压力管道设计鉴定评审 机构考核合格，由国家质检总局公布，取得相应审批范围的压力管道设计审 批人员资格证书。 压力管道设计审批人员的资格有效期为4年。
压力管道设计概述
郝骞
北京中航油工程建设有限公司 2013年08月12日
目 录
一、压力管道设计执行的法规、管理制度和设计技术规定
二、特种设备的定义，压力管道的定义和类别、级别划分
三、设计条件编制与审查制度 四、设计文件编制管理制度 五、设计文件更改管理制度 六、设计文件签署及标准化审查制度 七、设计文件的质量评定及信息反馈管理制度 八、设计工作程序
7
付晓芬
审核
8
武文广
ZSH10-0208
审核
一、压力管道设计执行的法规、管理 制度和设计技术规定
1化工压力管道设计管道设计基础管道概论
第1章 管道概论
第1章 管道概论
一、管道级别、类别 二、管道的设计压力和设计温度 三、公称压力和压力-温度等级 四、公称直径、外径和壁厚系列
五、管材许用应力
一、管道级别、类别
1、我国工业管道的分类、分类
1）按国标规定的施工验收要求分类、分级 2）石油化工管道分级 3）国标《工业金属管道设计规范》的管道分级 4）《压力管道安全管理与监察规定》中管道分级
2、另一类为输送压力小于等于1MPa且设计温度为 -29°C~186°C的非可燃、无毒流体管道阀门。
• 对管道焊缝射线照相检验，国标GB50235-97将管 道划分为三种情况，
1、100%射线照相检验，质量不低于Ⅱ级。这类管 道为：
1）输送剧毒流体的管道；
2）输送设计压力大于等于10MPa或设计压力大于 等于4MPa的非可燃流体、无毒流体的管道；
化氢、敌敌畏、光气、氯丁二烯、一氧化碳、硝基苯
中度危害（Ⅲ级） 轻度危害（Ⅳ级）
苯乙烯、甲醇、硝酸、硫酸、盐酸、甲苯、二甲苯、三氯 乙烯、二甲基甲酰胺、六氯丙烯、苯酚、氢氧化物
设计压力小于10MPa的甲类、乙类可燃气体 和甲A类液化烃、甲B类可燃液体介质管道
乙A类可燃介质管道 乙B类可燃液体介质管道 丙类可燃液体介质管道
3）国标《工业金属管道设计规范》的管道分级 输送5类流体的管道类别分别与流体类别对应
流体类别
适用范围
A1类
某种剧毒流体，相当于《职业性接触毒物危害程度分级》GB5044中Ⅰ级 （极度危害）的毒物
GC2
2
设计压力P＜4.0MPa而设计温度≥400℃的可燃液体、有毒流体管道
3
设计压力P＜10.0MPa而设计温度≥400℃的无毒、不可燃介质管道
压力管道设计方案
压力管道泄漏检测与修复
泄漏检测方法
采用多种泄漏检测方法，如人工巡检、智能巡检、压力测试等，及时发现管道 泄漏问题。
泄漏修复措施
根据泄漏情况采取相应的修复措施，如焊接修复、更换部件等，以确保管道的 安全运行。
05
压力管道设计计算与优化
水力计算
流量计算
根据系统负荷、运行工况等参数，计算管道内的 流量。
压力管道安全防护措施
防爆和防泄漏措施
在管道设计时考虑防爆和防泄漏 的措施，如设置安全阀、防爆阀 等，以及时排放异常气体和防止
爆炸。
静电和雷电防护
根据需要，在管道上设置静电消 除器、防雷击装置等，以防止静 电和雷电对管道及周围环境的影
响。
紧急切断系统
在管道上设置紧急切断系统，以 便在紧急情况下快速切断流体流
耐用性
考虑管道的使用寿命和维护要求，方 便维修和更换。
压力管道设计的前期准备
了解项目需求和设计条件
进行风险评估
收集相关资料，明确设计要求，确定设计 参数和工艺流程。
对可能存在的风险因素进行分析和评估， 制定相应的应对措施。
进行可行性研究
确定设计方案
对设计方案进行技术经济分析，确保方案 的可行性。
根据前期准备工作成果，确定最终的设计 方案，包括管道布置、材料选择、设备选 型等。
无损检测
耐压试验
泄漏检测
防腐层检测
对焊缝进行无损检测，如射线探伤、 超声波探伤等，确保焊缝质量符合要 求。
采用气泡法、涂抹法等方法检测管道 密封性能，确保管道无泄漏。
压力管道验收流程与注意事项
验收申请
施工单位在完成施工 后应向建设单位提交 验收申请。
压力管道设计总结
压力管道设计总结压力管道是一种用于输送液体或气体的管道，其设计至关重要。
压力管道的设计必须符合一些特定的标准和规定，以确保其在运行过程中的安全性和可靠性。
在设计压力管道时，需要考虑多个因素，包括材料的选择、管道的尺寸、工作条件等。
以下是对压力管道设计的总结，共计1000字。
在压力管道的设计过程中，首先要选择合适的材料。
由于压力管道需要承受高压力和高温度，因此必须选择具有良好耐压、耐腐蚀和耐高温性能的材料。
常用的管道材料有碳钢、不锈钢、合金钢等。
对于不同的工况，可以选择不同的材料。
同时，在选择材料时还要考虑其成本和可获得性，以确保设计的经济性。
其次，对于压力管道的尺寸设计，需要根据实际工作条件和输送介质的要求来确定。
管道的尺寸包括管道的直径和壁厚等参数。
在设计过程中，需要根据流体的流速、流量以及管道的长度来计算压力损失，从而确定管道的尺寸。
此外，还需要根据管道的支撑和固定要求来设计管道的支座和支架，保证管道的稳定和安全。
在压力管道的设计中，还需要考虑到工作条件。
这包括工作温度、工作压力、介质的特性等。
对于高温度介质，需要采取相应的措施，如保温、防热膨胀等。
对于高压力介质，需要选择更厚的管道壁厚，以确保其耐压性能。
此外，还需要对管道进行排水和排气设计，以防止管道中的积液和气体对管道的影响。
此外，在压力管道的设计中，还需要考虑到工艺和设备的布置。
在设计过程中，需要考虑到管道的安装、维修和检测等方面。
对于需要进行维护和检修的部位，可以设计人孔和检查孔，以方便人员进入。
对于多支管道的布置，还需要进行合理的管道排列，避免交叉和混淆。
最后，在压力管道的设计中，还需要考虑到法规和标准的要求。
不同的国家和地区对于压力管道的设计和使用的规定不同，需要根据相关法规和标准进行设计。
常见的标准包括ASMEB31.3、GB 150等。
在进行设计时，需要详细了解相关法规和标准的要求，确保设计的合规性。
总之，压力管道的设计是一个复杂的工程，需要考虑多个因素。
《压力管道设计》
3）输送流体介质并且设计压力大于或者等于10.0MPa， 或者设计压力大于或者等于4.0MPa，并且设计温度大于或者 等于400℃的管道。
—GC2级： 除规定的GC3级管道外，介质毒性危害程度、火灾危险性 （可燃性）、设计压力和设计温度小于GC1规定的GC1级管道。 —GC3级： 输送无毒、非可燃流体介质，设计压力小于或者等于 1.0MPa，并且设计温度大于－20 ℃ 但是小于185℃的管道。
1.8<Pw≤4.0
P=1.1Pw
4.0<Pw≤8.0 Pw＞8.0
P=Pw+0.4 P=1.05Pw
精选课件
2、压力管道的设计温度：
管道系统中每个管道组成件的设计温度应按操
作中可能遇到的最苛刻的压力和温度组合工况的温
度确定，同一管道中的不同管道组成件的设计温度
可以不同。 （GB/T 20801.3－2006）
时，爆炸危险区域的范围应划分附加2区。
精选课件
3、介质的火灾危险性 介质的火灾危险性分类依据： ⑴《建筑设计防火规范》 GB50016-2006
介质的火灾危险性分为五类： 甲、乙、丙、丁、戊； ⑵ 《石油化工企业设计防火规范》 GB50160-2008 可燃气体分为甲、乙两类； 可燃液体分为甲A/B、乙A/B 、丙A/B三类；
（3）压力管道的特点： 1）应用广泛，种类繁多，数量巨大，设计、制造、安装、
使用、检验和维护管理环节多； 2）跨越空间大，边界条件复杂；
精选课件
3）现场安装工作量大，工作条件较差； 4）管道组成件种类及材料繁多，各有各的特点和技术要 求，选用复杂； 5）管道上的可能泄漏点多，管道在布置、安装和检验方 面要求复杂。 另外，在多数情况下管道设计必须由多人合作，共同完 成，且与几乎与所有专业都有条件关系。
压力管道设计范文
压力管道设计范文压力管道设计是指在一定的压力和温度条件下，合理选用管材、设计管道尺寸和布置方式，满足流体输送要求，并确保管道系统的安全可靠性。
压力管道设计涉及流体力学、材料力学、热力学等多学科知识，设计人员需全面考虑各种因素，以保证设计的成功与可行性。
首先，在压力管道设计中，需要选择合适的管材。
常见的压力管道材料包括钢管、塑料管等。
按照设计要求，需考虑管道原料的抗压性能、化学性质、耐腐蚀性等。
例如，输送腐蚀性液体的管道应选用耐酸碱的塑料管材或不锈钢管材。
此外，管材的尺寸和壁厚也需要根据设计要求和计算结果进行选择，以满足所需输送流量和压力等级。
其次，在设计压力管道时，需要合理选取管道尺寸。
一般通过流体力学计算来确定管道的直径和长度。
在这一过程中，需考虑流体的流速、密度、黏度等因素，并参考相关的流量计算公式。
根据管道输送流量和流速等参数，计算出合适的管道尺寸，以达到要求的流体输送效果。
另外，在压力管道的布置设计中，需要根据实际情况，选择合适的布置方式。
常见的布置方式有耐受压、埋地、暴露等。
耐受压布置主要用于输送高压流体的管道，需采用特殊的支撑结构和保护措施，以确保管道的稳定性。
埋地布置适用于地下管道，可以减少土壤冲蚀、磨损等因素对管道的影响。
暴露布置则一般适用于低压、中小口径的管道，可以降低工程造价和维修难度。
在压力管道设计中，还需要进行力学和热力学计算，以确保管道系统的安全性。
力学计算主要包括管道的自重、外部载荷和内部压力等因素。
根据力学原理和公式，计算得到合适的管道壁厚、支撑结构和支撑点的选取等。
热力学计算主要是考虑管道输送流体的温度、热传导等因素，以避免管道在高温或低温情况下产生破裂、变形等问题。
在设计完成后，还需要进行压力管道的安全评估和监测。
安全评估主要是对管道系统进行实地检查和试验，以验证设计的正确性和合理性。
监测主要包括定期巡视、检查和维护管道系统，以及设备的性能监测等。
总之，压力管道设计是一个复杂的工程，需要设计人员具备全面的技术知识和经验。
压力管道设计基本要求全解
压力管道设计基本要求全解1.材料选用压力管道的材料选用是设计的第一步。
一般要求材料具有足够的强度和刚度来承受压力和负载，同时要具备耐腐蚀和耐磨损等特性。
常见的材料包括碳钢、不锈钢、合金钢和塑料等。
在选择材料时，还需要考虑到介质的性质和工作环境等因素。
2.设计参数设计参数是指压力管道在设计过程中需要确定的各种参数，包括设计压力、设计温度、管道直径和厚度等。
设计压力一般应大于实际工作压力，并考虑到温度变化、压力突变和冲击负荷等因素。
设计温度的选择应根据介质的性质和工作环境来确定。
管道直径和厚度的计算需要考虑到管道的强度和安全性。
3.安全性-抗内压能力：管道必须具备足够的强度来抵抗内部压力的作用，避免发生破裂和漏水等事故。
-抗外力能力：管道还必须能够承受外部负载、地震和其他意外力的作用，保证管道的稳定性和完整性。
-泄漏防止：管道连接和密封设计应确保无泄漏，防止介质外泄，避免对环境和人员造成危害。
-耐腐蚀性：管道在特定介质中应具备良好的耐腐蚀性能，避免管道内壁受腐蚀而破损。
4.可靠性为了保证压力管道的可靠性，设计中还需要考虑管道的使用寿命、维修和检测等方面：-使用寿命：管道在设计阶段应该考虑到预期使用寿命，并在设计和材料选择上进行合理的预测和计算。
-维修和检测：管道的设计和布置应方便维修和检测操作，以便及时发现和修复潜在问题，确保管道的正常运行。
综上所述，压力管道设计的基本要求包括材料选用、设计参数、安全性和可靠性。
通过合理选择材料、确定设计参数，并考虑安全和可靠性方面的要求，可以确保压力管道的设计满足工程需求，并保障其长期稳定运行。
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5、管系的应力分析与柔性分析
若干个基本概念：
应力分类
①管道的二次应力通常是由位移载荷引起的（如热 膨胀量、附加位移，安装误差，振动载荷） （一）一次应力。一次应力指的是由压力、重力和其他外力载荷作用所产生的正 ②二次应力是自限性的，当局部屈服和产生少量塑 应力和剪切应力，一次应力必须满足外部和内部的力和力矩的平衡法则。一 性变形时,通过变形协调就能使应力降低下来。 次应力是非自限性的，它始终随所加载荷的增加而增加，超过材料的屈服极 ③二次应力的许用极限是基于周期性和疲劳断裂模 限或持久强度时，将使管道发生塑性破坏或总体变形，因此在管系的应力分 式，不取决于一个时期的应力水平，而是取决于交 变的应力范围和交变的循环次数。 析中，首先应使一次应力满足许用应力值。
4、内压下典型元件的强度计算
3、
4、内压下典型元件的强度计算
4、
4、典型元件的强度计算
4、内压下典型元件的强度计算
理论上需要的补 强面积
主管增厚多余的 面积
实际需要的 补强面积
支管增厚多余的 面积
补强宽度
或
4、内压下典型元件的强度计算
5、管系的应力分析
为什么要进行应力分析？
——管系的载荷复杂，如：
哪些情况下要进行管系应力分析
5、管系的应力分析与柔性分析
哪些情况下要进行管系应力分析
5、管系的应力分析与柔性分析
管系应力分析的方法
如何求Y？ （1）选择任一端为始 端，另一端为未端 （2）分别计算空间热 胀量
5、管系的应力分析与柔性分析
管系应力分析的方法
5、管系的应力分析与柔性分析
管系应力分析的方法
1、概 述
目前大多数工程界认为：压力管道设计包括3个方面： ——管道的材料设计 ——管道的布置设计 ——管道的机械设计 上述的3个方面的内容是3个专业，也是3个设计工序。 管道的材料设计是基础，管道的布置设计是目的，管道的机械设 计是安全保障。
2、压力管道的材料设计
管道设计的特点是：配管制，即：选择管 子、管件等管道元件的规格、压力等级、 材 概述
管道布置的实 质是：给出管 系的设计图纸。
3、压力管道的布置
3、1 概述
3、压力管道的布置
3、1 概述
4、内压下典型元件的强度计算
4、内压下典型元件的强度计算
2、 、
4、内压下典型元件的强度计算
从图中可以看出： 从图中可以看出：弯头或弯管内侧应力大于外侧应力
管道材料设计涉及到管道标准体系的选用、材料选用、压力等级的 确定、管道及其元件型式的选用
管道标准体系的选用：管道标准体系是指管道压力等级、管道规格的 标准系列，从管子外径、法兰等级上体现有两大类标准体系，即：
以德国为代表的欧洲体系：管子开始采用小外径体系，后改为大外径 体系，法兰等级从PN0.1, PN0.25, PN0.6 ,PN1.0, PN1.6 , PN2.5, PN4.0, PN6.4, PN10, PN16 , PN32, PN40等。 苏联和我国的许多标准都采用欧洲体系。但国际工程中很少采用。
2、压力管道的材料设计
2、3 压力等级的确定
《规程》第四十一条明确了管道组成件压力的选用要求。 注意：设计压力应当不小于在操作中可能的最苛刻的压力温度 组合工况。
压力等级的确定三原则：弹性准则、等强度原则、靠系列原则。 注意法兰等级的确定：因为在标准法兰压力等级中没有考虑管系 载荷，因此，需要校核压力等级。
5、管系的应力分析与柔性分析
为什么要进行应力分析？
——管系的变形复杂，如： 温差引起的变形必须加以约束，否则，与之相连的设备刚性较大，无法 吸收其变形而引起设备破坏。 支撑作用的影响：不同支撑方式和位置会产生不同的附加应力。 管道的空间方位的影响：具有角向变形，产生扭矩。 管道附件和介质的自重影响：具有弯曲变形，产生弯曲应力
压力管道设计概论
目 录
1、概述 2、压力管道的材料选用 3、压力管道的布置 4、内压下典型元件的强度计算 5、压力管道的应力分析与柔性分析
1、概 述
基本要求： 压力管道设计单位应当取得相应的设计许可证。 工业压力管道设计应当符合《压力管道安全监察规程—工业管道》 以及GB20801的要求，保证所设计的管道能够安全、持续、稳定、 正常地生产运行。同时，也应当保证使用单位规定的附加要求。
（二）二次应力。二次应力指的是由热胀、冷缩、端点位移等位移载荷作用的产 生的正应力或剪应力，二次应力不直接与外力平衡，而是为满足位移约束条 件或管道自身变形要求而必须产生的应力。
（三）峰值应力。峰值应力是指局部应力集中或局部结构不连续或局部热应力等 所引起的较大的应力。
5、管系的应力分析与柔性分析
GB20801.2中(37)式.计及轴向弯 曲应力和扭矩的剪应力
管道系统中的管子、管道元件或接头中的位移应力范围超过 许用应力范围的0.8倍，同时当量循环次数N超过7000次。
GB20801.2中(35)式.折算为最大 应力范围时的循环次数
5、管系的应力分析与柔性分析
管系应力分析的目的
5、管系的应力分析与柔性分析
2、压力管道的材料设计
以美国为代表的欧洲体系： 以美国为代表的欧洲体系：
2、压力管道的材料设计
2、压力管道的材料设计
2、2 材料选用要求
压力管道用材料的基本要求是：强度、塑性、韧性、材料稳定性、工艺性、 可焊性、与输送介质的相容性。（相容性包括了耐腐蚀性、介质温度的 要求） ——（见《规程》第二十一条），尤其注意延伸率不低于14%。 ——管道设计应有足够的腐蚀裕量。腐蚀裕量应当根据预期的管道使用寿命 和介质对材料的腐蚀速率确定，并且还应当考虑介质流动时对管道或受 压元件的冲蚀量和局部腐蚀以及应力腐蚀对管道的影响，以满足管道的 安全运行。（《规程》第四十八条）。 ——介质温度考虑高温、低温和环境温度对材料的影响。例： 当金属管道外壁温度受大气环境条件影响，压力管道设计时所考虑的最 低环境温度，可以按照该地区气象资料，取历年来月平均最低气温的最 低值。 （《规程》第四十四条）。
5、管系的应力分析与柔性分析
管系应力分析的方法
管道竣工资料 管道走线
服役条件
管道几何参数、 管道几何参数、约束条件
载荷分析
绘制管系空视 图
建立CAESARⅡ模型 建立CAESARⅡ模型 CAESARⅡ
上机进行应力解析
应力校核
提供计算结果
谢
谢
请批评指正
若干个基本概念：
安定状态
5、管系的应力分析与柔性分析 若干个基本概念：
安定状态
5、管系的应力分析与柔性分析 若干个基本概念：
安定状态
GB20801.2中（32）式的由来，注意符号上不一致。
5、管系的应力分析与柔性分析
若干个基本概念：
应力评定准则
5、管系的应力分析与柔性分析
若干个基本概念：
剧烈循环工况：
2、压力管道的材料设计
2、2 材料选用要求
——注意几种特殊材料的使用限制 注意几种特殊材料的使用限制 灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁的使用（ 规程》第二十四、二十五条） 灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁的使用（《规程》第二十四、二十五条） 碳素结构钢的使用（ 规程》第二十六、二十七条） 碳素结构钢的使用（《规程》第二十六、二十七条） 碳钢、碳锰钢、低温用镍钢不宜长期在 碳钢、碳锰钢、低温用镍钢不宜长期在425℃以上使用（《规程》第二十九 ℃以上使用（ 规程》 条） 奥氏体不锈钢使用温度高于540 ℃时，应当控制材料含碳量不低于 应当控制材料含碳量不低于0.04%， 奥氏体不锈钢使用温度高于 ， 并且在固溶状态下使用。 并且在固溶状态下使用。（《规程》第三十条） 规程》第三十条） 不同制造方法的钢管的使用（ 规程》第二十八条） 不同制造方法的钢管的使用（《规程》第二十八条）