压力管道基本知识

第一章、压力管道基本知识压力管道的基本概念1管道管道是指用于输送、分配、混合、分离、排放、计量、控制或者制止流体流动的由管子、管件、阀门、法兰、垫片、螺栓和其它组成件或支承件组成的装配总成;管道组成件是指用于连接或装配成承载压力且密闭的管道系统的元件,包括管子、关键、法兰、垫片、密封件、紧固件、阀门、安全保护装置以及膨胀节、挠性接头、耐压软管、过滤器、节流器和分离器等;管件是用来连接管子、改变方向,接出支路和封闭管道的元件的总称,主要包括弯头、三通、异径管、管帽、活接头等;管道支承件是将管道载荷传递到管架结构上去的元件;包括：吊杆、弹簧支吊架、斜拉杆、平衡锤、松紧螺栓、支撑杆、链条、导轨、锚固件、鞍座、底座、滚柱、托座、滑动支架、管吊、吊支耳、卡环、管夹、U形夹和紧固夹板等附着件;安全保护装置是为保护管道安全运行而装设的元件,包括管道上连接的安全阀、爆破片、压力表、温度计、阻火器、紧急切断阀等;2压力管道广义上讲,凡是利用一定的压力,用于输送气体或者液体的管状设备,无论其压力和管径尺寸的大小,都是压力管道;3安全监察范围内的压力管道特种设备安全监察条例的规定,压力管道监察的范围为最高工作压力高于或者等于表压的气体、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沸点的液体介质,且公称直径大于25mm的管道;压力管道安全技术监察规程—工业管道,规定同时具备下列条件的工艺装置、辅助装置以及界区内公用工程所属的工业管道属于工业管道的安全监察范围：（1）最高工作压力高于或者等于表压的管道；（2）公称直径大于25mm的管道；（3）输送介质为气体、蒸汽、液化气体、最高工作温度高于或者等于其标准沸点的液体或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性的液体的管道;压力管道的分类级别由于不同类型的压力管道存在很大的差异,其危险性也有很大的区别,不同类型、不同级别的压力管道的使用管理、操作的要求也有很大的差别;因此,我国的压力管道管理部门对压力管道实行分类、分级进行使用管理,不同类别和级别的压力管道有不同的使用管理要求;另外我国的压力管道管理部门规定压力管道的操作人员必须持证上岗,而特种设备作业证是根据操作人员的条件,操作工况限定了压力管道作业人员操作压力管道的类别和级别;1.3.1压力管道的分类1、按国家质检总局的压力容器压力管道设计许可规则的规定,压力管道分为四大类：即：长输管道GA类、公用管道GB类、工业管道GC类和动力管道GD类; 长输管道是指产地、储存库、使用单位之间用于输送商品介质的管道;公用管道是指城镇范围内用于公用事业或民间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、公用工程管道及其它辅助管道;动力管道是指火力发电厂用于输送蒸汽、汽水两相介质的管道;2、根据管道承受内压情况分类,比照压力容器的分类方法,可以将管道分为：真空管道、低压管道、中压管道、高压管道、超高压管道;其划分界限为：1真空管道：表压力＜0MPa2低压管道：0MPa≤P＜3中压管道：≤P＜10MPa4高压管道：10MPa≤P≤100MPa5超高压管道：P＞100MPa3、按压力管道的介质温度分类,可分为高温管道、常温管道、低温管道等；4、根据管道的管子材料分类,可以将管道分为碳钢管道、不锈钢管道、合金钢管道、有色金属管道、非金属管道、复合材料管道、特种材料管道等;5、按管子壁厚分类,可以分为厚壁管道和薄壁管道;6、按敷设位置分类,可分为架空及地面敷设管道、地沟敷设管道、埋地管道; 1.3.2压力管道的分级压力管道安全使用管理部门综合考虑了各方面的因素,将压力管道按长输管道、公用管道、工业管道和动力管道的类别分别进行划分等级;1、工业管道的分级按照压力管道安全技术监察规程—工业管道的规定,工业管道按管道内的介质的危害程度、火灾的危险性、腐蚀性和管道的设计压力、设计温度的大小等因素,划分为GC1、GC2、GC3三个级别,其中GC1的级别为最高,是最重要的压力管道,GC3的级别最低,相对危险性较小;工业管道的级别划分方法如下：GC1级：符合下列条件之一的工业管道为GC1级：（1）输送毒性程度为极度危害介质,高度危害气体介质和工作温度高于其标准沸点的高度危害的液体介质的管道;（2）输送火灾危险性为甲、乙类可燃气体或者甲类可燃液体包括液化烃的管道,并且设计压力大于后者等于的管道;（3）输送除前两项介质的流体介质并且设计压力大于或者等于,或者设计压力大于或者等于,并且设计温度高于或者等于400°C的管道;GC2级：除GC3级外,介质毒性程度、火灾危险性可燃性、设计压力和设计温度低于GC1级的管道;GC3级：输送无毒、非可燃流体介质,设计压力小于或者等于,并且设计温度高于-20℃但是不高于185℃的管道;2、公用管道的分级公用管道按其介质为燃气管道和热力管道,分为GB1、GB2二个级别；GB1级：燃气管道；GB2级：热力管道;3、长输管道按其输送的介质的性质、压力、输送的距离、管径等因素分为GA1、GA2二个级别,划分方法如下：GA1级：（1）输送有毒、可燃、易爆气体介质,设计压力大于的管道;（2）输送有毒、可燃、易爆气体介质输送距离指产地、储存库、用户间用于输送商品介质管道的直接距离大于200公里,且管道公称直径大于等于300mm的管道（3）输送浆体介质、输送距离大于等于50公里,且管道公称直径DN大于等于150mm 的管道;GA2级：（1）输送有毒、可燃、易爆气体介质,设计压力小于等于的管道;（2）GA12范围以外的长输送管道;（3）GA13范围以外的长输送管道;4、动力管道的分级按照压力容器压力管道设计许可规则规定,火力发电厂用于输送蒸汽、汽水两相介质的动力管道,划分为GD1级、GD2级GD1级：设计压力大于或者等于,或者设计温度大于或者等于400℃的管道;GD2级：设计压力小于,且设计温度小于400℃的管道;分级中涉及压力管道介质的危害程度按国家标准GB5044职业性接触毒物危害程度分级依据的方法分级;介质的火灾危险性分类按GB50160石油化工企业设计防火规范和GBJ16建筑设计防火规范的规定分类;第二章、流体介质和流体输送设备基础知识流体介质的基本概念1、流体凡是能流动的物体我们都称它为流体;流体介质包括气体、液体;2、压力压力是均匀垂直作用在物体表面上的力,而压强是均匀垂直作用在物体表面上的单位面积的压力;在工程技术与日常生活中,习惯上将物理学中的压强称为压力;（1）标准大气压在物理学中,把纬度为45度海平面即拔海高度为零上的常年平均大气压力规定为1标准大气压atm;此标准大气压为一定值;1个标准大气压相当于760mm水银柱高度的压力或每平方厘米的面积上受到1.033公斤力作用;（2）工程大气压在工程上,为了计算方便,规定：1个工作大气压=1公斤力/厘米2=毫米水银柱mmHg（3）表压力表压力又称为相对压力,是以当时当地的大气压力作为测量起点,采用压力表测出的管道内的压力,表明管道内部的压力比大气压力高出的数值;压力管道中的设计压力、最高工作压力、最大允许工作压力及计算管道强度所用的压力都是指表压力;（4）绝对压力实际作用在管道内壁上的压力应该是压力表上指示的压力再加上管道周围的大气压力,这个真实的压力称作绝对压力;由于大气压力近似等于,故：绝对压力P绝≈表压力P表+（5）压力单位在国际单位制中,压力的单位采用帕斯卡Pa,简称帕;其定义为将1牛顿的力N均匀垂直地作用在1平方米的面上所产生的压力,称为1帕斯卡Pa1Pa=1N/m2牛顿/米2由于“帕”这个单位太小,因而常用“兆帕”MPa作为压力的基本单位;即：1MPa=106 Pa过去工程上习惯用的压力单位是千克力/厘米2kgf/cm2;压力的工程单位与法定计量单位之间的换算关系为：1MPa=cm23、温度温度是压力管道的重要操作参数,是表示物料冷热程度的物理量;（1）摄氏温度将在标准大气压下水的结冰温度冰点定为零度,把水的沸腾温度沸点定为100度,在两者之间等分成100格,每一格即为1度,称为摄氏温度,用符号：“℃”表示;（2）华氏温度华氏温度是根据华氏温标是将在标准大气压下水的冰点定为32度,沸点定为212度,两者之间等分成180格,每格作为1度,称为华氏温度,用符合“°F”表示;（3）开氏温度开氏温度是根据开氏温标以水的三相点即冰、水和水蒸汽三相平衡共存时的温度温度定为,其分度法与摄氏温标相同,即摄氏温度相差一度时开氏温度也相差一度,用符合“K”开尔文表示;开氏温度是国际单位,又称热力学温度或绝对温度;4、热量热量是由于温度差别而转移的一种能量;在温度不同的物体间,热量总是由温度高的物体向温度低的流体传递,直到两流体达到相同温度热平衡;热量传递是能量转移的一种方式,热流体放出的热量等于冷物体吸收的热量;5、比热比热是单位质量流体在热传递过程中,当系统不发生相变和化学变化的条件下,温度升高或降低1℃所吸收或放出的热量;各种流体的比热是不同的;对同一种流体,比热的大小又与加热的条件有关,如温度的高低、压力和体积的变化情况有关;6、比重流体的重量和其体积的比值称为比重;7、比容流体的体积和质量的比值称为比容;8、密度单位体积的流体所具有的质量称为密度;通常用符合“ρ”表示;9、粘度粘度是表示流体层发生相对运动时所显示的内部摩擦阻力的大小;是流体的重要物理性质之一,工程上粘度用以区别流体流动的性质;流体内部摩擦阻力越大,则其粘度越大;10、流量流体流动时,每单位时间里通过管道任一截面的的流体总量,称为流体的流量;如果流体量用流体的质量来度量,则称为质量流量,用q m 表示,单位是kg/s或者kg/h；如果流体量用流体的体积来度量,则称为体积流量,用q v表示,单位是m3/s 或者m3/h;11、流速流体在管道内朝一定的方向流动时,流速是表示流体流动快慢的一个参数,表示流体质在单位时间内流经的距离,常用u表示,单位为米/秒;流体在管道内流动时,同一流通截面上的流速是不同的,越靠近管壁,流速越小,中心的流速最大;因此,管道中的流速通常是指整个流通截面上的平均值;各种流体在一定的推动力下,在管道中的流动速度有一定的限制范围,如果超过一定的范围,将使管道的阻力大大增加,或使流体在管道中的流量减少;12、流体的流动型态当流体在圆形截面的管道内流动时,由于管壁表面的阻力远比流体本身的阻力大,如果流体流动的速度较低或流体的粘度较大,管内各点流体的流速是不同的,呈抛物线状,即靠近管壁的流速为零,靠管道中心处的流速为最大,这种流动的状况叫“层流型态”;当流体的流速超过某一数值时,流体在管道内的流动就不可能呈层流型态;流体的质点除向前运动外,并在不同的方向混乱交错运动,形成了不规则的流动型态;从而使整个管子截面上的流速接近拉平,这种流动状况称为“湍流型态”;湍流比层流的传热效果要好;管路的阻力损失与下列因素有关：（1）对直管道,阻力与管道的长度有关,管道越长阻力越大；同时阻力与管道内径大小有关,内径越小阻力越大;（2）阻力损失与管道内流体的流速大小有关,流速越大阻力就越大；同时与流体的流动状态有关,在湍流状态下与管道内壁的粗糙度有关;内壁越光滑阻力越小;（3）对于流体改变流动方向,变化速度、变化管径,以及分支或汇集的管道,流体都将产生阻力损失,如管道中的大小头,弯头、三通、阀门等都要产生局部阻力损失;流体介质的状态1、物质状态及变化自然界中物质所呈现的聚集状态通常有气态、液态和固态三种;其中任何一种状态只能在一定的条件下温度、压力等存在;当条件发生变化时,物质分子间的相互位置就会发生相应的变化,即表现为状态的变化;在三态转变过程中存在着几种不同的物理变化过程;（1）汽化：物质从液态变成气态的过程;在其过程中,要吸收大量的热;汽化过程中一般有两种方式,一是蒸发,二是沸腾;蒸发：液体表面发生的汽化现象叫蒸发;蒸发现象有下列特征：（A）液体在任何温度下都可以蒸发；（B）蒸发仅发生在液体的表面,温度越高,暴露面越大,液面附近该物质蒸汽密度越小,则蒸发越快;（2）液化：物质从气体变为液体的过程叫做液化;（3）凝固：物质从液体变为固体的过程叫凝固;（4）升华：物质从固体不经液化直接变为气体的过程叫升华;2、相平衡物质的形态,在热力学上称为相;如液态称为液相,气态称为气相;在一个密闭的容器中,飞离液面的分子数与返回液面的分子数恰好相等,也就是气相中分子数不再增加,液相中的分子数也不再减少,这种现象称为气、液两相动态平衡;只要条件如温度、压力保持不变,这种动态平衡也持续不变;当气、液两相达到动态平衡状态时,称为饱和状态;饱和状态下的液体为饱和液体,其密度为饱和密度;在饱和液体界面上的蒸汽称为饱和蒸汽,其密度和压力分别称为饱和蒸汽密度和饱和蒸汽压力;3、临界状态物质的气、液两相能平衡共存的一个边缘状态称为临界状态;在这种状态下,液体和它的饱和蒸汽密度相同,因而它们的分界面消失;临界状态只能在一定温度和压力下实现;（1）临界温度临界温度是指当某气体的温度降低到某一温度以下时,对其施加压力才能使其液化;也就是说临界温度是气体以液态状态出现的最高温度;气体的临界温度越高,就越容易液化；其温度比临界温度越低,液化所需的压力就越小;对于已经液化的物质,一旦温度升至临界温度时,就必然会由液态迅速转变为气态;（2）临界压力物质处于临界状态时的压力称为临界压力;对于气体,临界压力就是气体在临界温度时使气体液化所需要的最小压力;对于液体,临界压力就是液体在临界温度时的饱和蒸汽压;各种物质的临界压力是不同的;（3）临界密度物质处于临界状态时的密度称为临界密度;不同物质临界压力不同,所以它们的临界密度也不相同;流体输送设备常见的流体输送方式主要有：流体输送机械送料、压缩空气送料、真空抽料、高位槽送料等输送方式;1、流体输送机械送料是指利用泵、压缩机等流体输送机械实现流体输送的操作,是工业生产中最常见的流体输送方式;2、压缩空气送料是工业生产中常见方法之一;一般将输送介质放入容器,然后通入压缩空气,在压力作用下,通过压力管道将介质输送到目标设备;3、真空抽料是指通过真空系统造成负压实现流体介质从一个设备输送到另外一个设备的操作,主要用在间隙送料的场合;4、高位槽送料是利用各容器、设备之间存在一定的位差,当工艺要求将处在高位设备内的液体输送到低位设备内时,可以通过直接将两设备用管道连接的方法实现输送介质的方法;2.3.2流体输送设备由于输送介质的不同、工艺条件的差异,流体输送的机械设备种类繁多,按照机械设备的工作原理可分离心式、往复式、旋转式和流体作用式四类：1、离心泵离心泵的操作要点是：①灌泵启动前,进行使泵体内充满被输液体的操作,避免发生气缚现象;②预热由于泵是设计在工作温度下工作的,如果在低温下工作,泵的部件之间的间隙因热胀冷缩会发生变化,造成泵的磨损与破坏;因此,对输送高温液体的热油泵或高温水泵,在启动与备用时均需预热;预热时应使泵的各部分均匀受热,并一边预热一边盘车;③盘车盘车目的是检查泵的润滑情况、密封情况、是否有卡轴、堵塞或冻结现象,盘车时用手使泵轴饶运转方向转动,每次转180度为宜,并不得反转;备用泵也要经常盘车;④关闭出口阀,启动电机;为了防止启动电流过大,要在最小流量,最小功率下启动,以免烧坏电机但是对于耐腐蚀泵,为了减少腐蚀,常采用先打开出口阀的启动,但要注意,关闭出口阀运转的时间应尽可能短,以免泵内液体因摩擦而发热,发生气蚀现象;⑤调节流量缓慢打开出口阀,调节到指定流量;⑥检查要经常检查泵的运转情况,比如轴承温度,润滑情况,压力表及真空表的压力等,发现问题及时处理;要避免泵内无液体的干转现象,以避免干摩擦,造成零部件损坏;⑦停车泵停车时,要先关闭出口阀,再关电机,以免高压液体倒灌,造成叶轮反转,引起事故;在寒冷地区,短时停车要采取保温措施,长期停车必须排净泵内及冷却系统内的液体,以免冻结胀坏系统;2、往复泵往复泵的操作要点是：（1）检查压力表的压力是否正常,泵的润滑情况是否完好；（2）盘车检查泵是否有异常；（3）先打开放空阀、进口阀、出口阀及房路阀等,再启动电机,关放空阀；（4）通过调节旁路阀使流量符合工艺要求；（5）做好运行中检查,确保压力、温度、阀门、润滑、声音均处于正常状态,发现问题及时处理;严禁在超压、超转速及排空状态下运转;二压缩机主要应用在：（1）工艺过程上的应用（2）压缩气体用作动力（3）压缩气体用于制冷或气体分离（4）气体输送1、往复式压缩机往复式压缩机的操作要点为：（1）开车前应检查仪表、阀门、电器开关、联锁装置、保安系统是否齐全、灵敏、准确、可靠;（2）启动润滑油泵和冷却水泵,控制在规定的压力和流量;（3）盘车检查,确保转动构件正常运转;（4）充氮置换;当被压缩的气体是易燃易爆时,必须用氮气置换分汽缸及系统内的介质,以防开车时发生爆炸事故;（5）在统一指挥下,按开车步骤启动主机和开关有关阀门,防止误操作;（6）调节排气压力时,要同时调节进、出气阀门,防止抽空和憋压现象;（7）运行中经常“看、听、摸、闻”,检查连接,润滑、压力、温度等情况,发现隐患及时处理;（8）发现下列情况应紧急停车：断水、断电和断润滑油时；填料函及轴承温度过高并冒烟时；电动机声音异常,有烧焦味或冒火星时；机身强烈振动而减振无效时；缸体、阀门及管道严重漏气时；有关岗位发生重大事故或调度命令停车等;（9）停车时,要按操作规程熟练操作,不得误操作;2、离心式压缩机离心式压缩机的日常维护要求：(1)定时巡检,做好记录；(2)定期检测机组响声和振动情况,如发现不正常或振动明显增大时,应及时采取措施或停机检查,排除故障；(3)机组严禁在喘振工况下运行；(4)定时检查润滑油温度和压力,油过滤器前后压差超过规定值时,要及时切换和清扫过滤器芯子;(5)检查润滑油箱液位,液位下降时应及时补充新油；(6)定时检查轴承、电机定子、冷却水温度及各级出入口温度；(7)检查气体冷却器冷却水压力、流量,保持各级入口风温不超标准；(8)检查除尘器出口压差情况,并定时清扫;(9)检查各动、静密封部位,发现泄漏及时处理;压力管道常见介质特性及其应急处理压力管道使用中,经常接触各种介质,其中不少的介质往往具有有毒和易燃、易爆的特性,且多以气体或液体状态存在,极易发生泄漏和挥发,尤其在生产过程中,工艺生产条件苛刻,一旦操作失误或因设备失效,极易发生中毒和火灾爆炸事故;2.4.1介质的危害程度和火灾危险性1、介质的危害程度压力管道介质的危害程度应根据GB5044职业性接触毒物危害程度分级的规定划分;将介质的危害程度分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四个级别,分别代表极度危害、高度危害、中度危害及轻度危害;2、介质火灾危险性按介质的燃烧性,可以把介质分为易燃介质、助燃介质、不可燃介质等;(1)燃烧及燃烧条件：①可燃物②助燃物③着火源2爆炸A、按爆炸的起因,可以将爆炸分为物理性和化学性爆炸两大类;物理性爆炸是指由物理因素如状态、温度、压力等变化而引起的爆炸,也称爆裂;化学爆炸是指由于管道内介质发生剧烈的化学反应,使管道内的压力急剧上升而引起的爆炸;B、爆炸按其燃烧速度的快慢分为爆燃和爆轰;爆燃是指燃速以亚音速传播的爆炸;爆轰只是燃速以超音速传播,并以冲击波为特征的爆炸;3爆炸极限可燃气体、可燃液体的蒸汽或可燃粉尘与空气混合达到一定浓度时,遇到火焰就会发生爆炸,这个遇到火源能够发生爆炸的浓度范围,称为爆炸极限;爆炸极限通常用可燃气体在空气中的百分比%表示,可燃粉尘则以毫克/升表示;可燃气体或蒸气在空气中达到可以使火焰蔓延的的最低浓度,称为该气体或蒸气的爆炸下限;可燃气体和蒸气在空气中达到可以使火焰蔓延的最高浓度,称为该气体或蒸气的爆炸上限;爆炸上限和下限之间的范围称为爆炸范围;4闪点闪点是指标准条件下液体挥发出的蒸气与空气混合物可被点燃闪燃的最低温度;甲类为＜10%,乙类为≥10%;3、气体介质按危险化学品安全管理条例,将气体分为压缩气体、液化气体,液化气体又可分为高压液化气体和低压液化气体;按国家标准GB16163瓶装压缩气体分类,气体又可分为永久气体、液化气体、溶解气体等;另外还有混合气体指人为配制的气体;危险化学品安全管理条例所指的压缩气体就是除液化气体以外的永久气体和溶解气体等;永久气体是指临界温度小于-10℃的气体;在常温下,该类气体不可能被液化,所以称之为永久气体,气体在气瓶内的状态为单一气相;。