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壓力管（guǎn）道的組成件一般都是標準件，因此壓力管道組成件的設計（jì）主要是其標準件的（de）選（xuǎn）用，管道壓力等級的確定也（yě）就是其標準件等級（jí）的（de）確定。
管道的壓力等級包括兩部分:
以（yǐ）公稱壓力表示的標準管（guǎn）件的公稱（chēng）壓（yā）力等級；
以壁（bì）厚等級表示的的（de）標準管件的壁厚等級。
管道的壓力等級：通常把管道中（zhōng）由標準管件的公稱壓力等級和壁厚（hòu）等級共同確定的能（néng）反映（yìng）管道承壓特性（xìng）的參（cān）數叫（jiào）做管道（dào）的壓力（lì）等級。而習慣上為簡化描述，常把管（guǎn）道中管件的公稱壓力等級叫做管道的壓力等（děng）級。
壓力等級的確定是壓力管道設計的基礎（chǔ），也是設計的核心。它是壓力（lì）管道布置、壓力（lì）管道應力校核的設計前提條件，也是（shì）影響壓力管道基建投資和管道可靠性（xìng）的重要因素。
5.1 設計條件
工程上，工藝操作參數不宜直接作為壓（yā）力管道的設計條件，要考慮工藝操作的波動、相（xiàng）連設備的（de）影響、環（huán）境的影響等因素，而（ér）在（zài）工藝操作參數的基礎上給出一定的安全裕量作為設計條（tiáo）件。這裏（lǐ）所說的設計條件主要是指設計壓力和設（shè）計溫度。
管道的設計壓力：應不低於正（zhèng）常操作時，由內壓（yā）(或外壓)與（yǔ）溫度（dù）構成的最苛刻條件下的壓力。
最苛刻條件：是指（zhǐ）導致管子及管道組成件最大壁厚或最（zuì）高公稱壓力等級的條件。
設計壓力確定：考慮介質的靜（jìng）液柱壓力（lì）等因素的影響，設（shè）計壓力一般應（yīng）略高於由(或)外壓與溫度構成的最苛刻條件下的最高工作壓力。
a. 一般情況下管（guǎn）道（dào）元（yuán）件的設計壓力確定
一般情況下，為了操作上的方便，在此不妨采用壓力容器的（de）做（zuò）法，即在相應工作壓力的基礎上增加一個裕度係數。
表5-1 一般情況下管道元件的設計壓力確定
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工作壓力Pw(MPa) |
設計壓力P(MPa) |
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Pw≤1.8 |
P= Pw+0.18 |
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1.8<Pw≤4.0 |
P= 1.1Pw |
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4.0<Pw≤8.0 |
P= Pw+0.4 |
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Pw>8.0 |
P=1.05 Pw |
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※ 當按該原則確定的設計壓力會引起管道壓力等級變化時，應判斷該工作壓力是否就是由內壓(或外壓（yā）)與（yǔ）溫度構成的最苛（kē）刻條（tiáo）件下的（de）最高工作壓力，如果是，在報請有關技術負責（zé）人批準的情況下，設計壓力可取此時的最高工作壓力，而不加（jiā）係（xì）數。 |
b. 管道中有安全泄壓裝置時，
管道中有安全泄壓裝置時預示著該管道在運行過程中有出現超出其（qí）正常操作壓力的可能。設置（zhì）安全泄（xiè）壓（yā）裝置(如安全閥、爆破片（piàn）等)的目的，就是在（zài）係統中出現超出其正常操作（zuò）壓力的（de）情況時，能將壓力自動釋放（fàng）而使設備、管（guǎn）道等係（xì）統的硬件（jiàn）得到保護。此時（shí）管（guǎn）道的設計壓力應不低於安全泄壓裝置的設定壓力。
c. 管道中有高揚（yáng）程的泵
對（duì）於（yú）高揚程的泵，尤（yóu）其是往複泵，在開始啟動的短時間內，往往會在第一（yī）道切斷（duàn）閥之前的管道和泵（bèng）內產生一個較（jiào）高的封閉（bì）壓力，有時這個封閉壓（yā）力會達到一個（gè）很大的值。此時泵的出口管道，其設計壓力應取泵的最大封閉壓力值。
D. 真空係統（tǒng）
真空係統管道承受（shòu）的（de）壓（yā）力就是其外部的（de）大氣（qì）壓力，故其設計壓力應取0.1MPa外壓；
e. 與塔或容器等設備相（xiàng）連（lián）的管道
與塔或容器等設備相連的管道其設（shè）計壓力應不低於所連設備的（de）設計壓力。當管道內有較高的液體液柱時，還應（yīng）考慮該液體靜壓頭的影（yǐng）響。事實上，對於管道（dào）來（lái）說，其受力（lì）要比設備（bèi）複雜，這是因為它除受介質載荷之外，還往往遭受（shòu）到由於管（guǎn）道的熱脹冷縮而產生的管係力等。因此，管道的設計壓（yā）力一般應不低於設備的設計壓力。
5.1.2設計溫（wēn）度
管道的設計溫度:應不低於正常操作時，由內壓（或外壓）與溫度構成的最（zuì）苛刻條件下的溫度。
最苛刻條件: 指導致管子（zǐ）及管（guǎn）道組成件最（zuì）大壁厚、最高（gāo）公（gōng）稱壓力等級或最高材料等級的條件。
設（shè）計溫度（dù）的確定:考慮環境、隔熱、操作穩定性等因素的影響，設計溫度應略高於由內壓（yā）(或外（wài）壓)與溫度構成的最苛（kē）刻條件下的最高工作溫度。
a. 一般情況下管道元件的（de）設計溫（wēn）度確定
一般情況下為了操作上的方便，在此不妨也采用壓力容器的做法，在相應工作溫度的基礎上增加一個裕度係數（除法蘭和螺栓（shuān）以外）。
表5－2 一般情況下管道元件的（de）設計溫度確定
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工作溫度Tw(℃) |
設計（jì）溫度T(℃) |
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-20<Tw≤15 |
T= Tw-5(最低取－20) |
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15<Tw≤350 |
T= Tw+20 |
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Tw>350 |
T= Tw+(5～15) |
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※當按該原則確定的設計溫（wēn）度會引起管（guǎn）道壓力等級或材料變化時，應判斷該工作溫度是否
就是由內壓(或（huò）外（wài）壓（yā）)與溫度構成的最苛刻條件下的最高工作（zuò）溫度，如果是，在（zài）報（bào）請有關技術負（fù）責人批準的情況下（xià），設（shè）計溫度可取此時的最高工作溫度，而不加係數。 |
法蘭（lán）、墊（diàn）片的設計溫度不低於最高（gāo）工作溫度的90％；
螺栓、螺母的設（shè）計溫度（dù）應不（bú）低於最高工作溫度的80％。
b. 夾套或外伴熱管道
對（duì）於夾套（tào）或外伴熱的管道當工藝介質溫度高於伴熱介質溫度時，其設計溫（wēn）度按（àn）上表（biǎo）選取；當工藝介質溫度低於伴熱介質溫度時，對夾套伴熱取伴熱介質溫度為設計溫度，而對外伴熱則取伴熱介質溫度減10℃與工藝（yì）介質（zhì）溫度二者（zhě）的較大值為設計溫度；
c. 安全泄壓管道
安全泄壓管道取排放時可能出（chū）現（xiàn）的最高或最低溫度為設計溫度；
d. 蒸汽吹掃的管道
采用蒸汽吹掃的管道當介質溫度高（gāo）於吹掃蒸汽（qì）的溫度時（shí），則按介質溫度根據上表確定其設計溫度。當介質溫（wēn）度低於吹掃（sǎo）蒸汽溫度時（shí），應（yīng）視具體情況而定。例如（rú），按介（jiè）質溫度選取的（de）管道及其元件不能承受吹掃介質的條件時，應適當（dāng）提高等級以適應吹掃介（jiè）質條件。
e. 多種工況下工作的管道
同一根管道，如果在兩種（zhǒng）或兩種以上工況條件下工作時，其設計溫度應取與內壓(或外壓)構成的最苛刻條件下的最高工作溫度，並對其（qí）它工況進行校核（hé）。
f. 臨氫管道
臨氫操作（zuò）的管道，在查Nelson曲線時，應取設計溫（wēn）度再（zài）加30～50℃作為查（chá）曲線的（de）溫度（dù）參數值。這是因為Nelson曲線為統計值，在（zài）鄰近（jìn）曲線下方選材時而出現氫損傷的實例也曾（céng）發生過；
g. 帶襯裏的管道
帶隔熱耐磨襯裏的管道，其（qí）金（jīn）屬部分的管道設計溫度應經計算或實測確定。一般情況下，宜取250℃作為（wéi）設計溫度；
h. 管係應力計（jì）算時
在進（jìn）行有彈簧支架的管係應力計算時，宜取介質的正常工作溫度作為（wéi）計（jì）算參數。
5.2影響管道壓力（lì）等級確定（dìng）的因素
除了上述的設計溫度和設計壓力是管道壓（yā）力等級確定的基（jī）本參數外，還有一（yī）些其它（tā）因素也將影響到（dào）管道（dào）壓力等級（jí）的確定。
5.2.1應用標準體係
不同（tóng）的（de）標準體係，其公稱壓力（lì）等級係列是不同的，對應的溫度-壓力（lì）表也不相同。或（huò）者說，相同的（de）設計條件，而選用不同的應用標（biāo）準，其公稱（chēng）壓力等級是不同的。因此，在確定管（guǎn）道公稱壓力（lì）等級之前，應首先確定其應用標準體係（xì）。
5.2.2材（cái）料
不同的材料，其機械性能是（shì）不同的，那麽它們在標準中的溫度-壓力表上的對（duì）應值（zhí）也是不相同的。因（yīn）此（cǐ）在確定管道的公稱壓（yā）力之前應首先確定管道及其元件的材料。材料的選用是由設計溫度、設計壓力和操作介質確定的。
管道中各元件的材料標（biāo）準（zhǔn）往往（wǎng）是不同的，一般情況下，管子用管材，法蘭
用鍛材，而閥門多用（yòng）鑄材。無論用什麽材料標準，它（tā）們都應該是同等級的材料，即具有對操作條件的同等適應性和等強度； 注意管材、板材、棒材、鑄材（cái）的配伍。
5.2.3操作（zuò）介質
一般情況下，管道（dào）的公（gōng）稱壓力在對應溫度下（xià）的許用壓力不得超出其設計壓力。
對由於管子及其（qí）元（yuán）件失（shī）效而將造成嚴重危害或易於產生重大事（shì）故的介質，在考慮（lǜ）其公稱壓力等級時，不（bú）應僅僅（jǐn）按溫度-壓（yā）力表來（lái）確定，應適當提高其公稱壓力等級，即提高其安全（quán）可靠係數。SH3059、SYJ1064標準對此都有詳細的規定，例如：
對（duì）輸送劇毒介質的管道，當采用SH標準體係（xì）時，無論介質（zhì）的操作壓力是多少（shǎo），其公（gōng）稱壓（yā）力等級應不低於PN5.0MPa；當采用JB標準（zhǔn）體係時（shí），應不低於PN4.0；
對輸送（sòng）氫氣、氨氣、液態烴（tīng）等介質的管道，當采用SH標準體係時，無論介質的操作壓力是（shì）多少，其最（zuì）低公稱壓（yā）力等級應（yīng）不低於PN2.OMPa，當采用JB標準體係（xì）時，應不低於PN2.5MPa；
對輸送一般可燃介（jiè）質的管道，當采用SH標準體係時（shí），其公稱壓力等級應不低於（yú）PN2.0MPa，當采用JB標準體係時（shí），應（yīng）不低於（yú）PN1.6MPa。
5.2.4介質溫度及管係附加力
許多法蘭標準（zhǔn）都給出這樣一個注釋:其溫度-壓力表的對應值是（shì）指法蘭不受衝擊載荷的對應值。事實上，法蘭遭受外部管道給予的彎曲、振動、溫度循環等附加載（zǎi）荷時（shí），都將影響其密封性，甚至影響到強（qiáng）度的可靠性（xìng），此時應將這（zhè）些外部載荷（hé）折算（suàn）成當量介質壓（yā）力來確定管道所需的公稱壓力。
給予法蘭的彎（wān）曲載荷（hé）主要是由管係的熱脹冷縮引起（qǐ）的。一般情況下，對於PN2.0等級的法蘭，當其工作溫度大於200℃時，或PN5.0及（jí）以上等級的法蘭在工作溫度大於400℃時，均應考慮管係對（duì）法蘭產生的附加載荷的影響，否則應提高管係的公稱壓力等級。
5.3影晌壁厚等級確定的因素
5.3.1材料的許用應力
材料的許用應力是指材料的（de）強度指標除以相應的安全係數而得到的值。材料的機械性能指標有屈服極限、強度極限、蠕變極限、疲勞極限等，這些指標分別反映了不同狀態下（xià）失效的極限值。為了（le）保證管道運行中的強度（dù）可靠，常將管（guǎn）道元件中的（de）應力限製在（zài）各強度指標下某一值，該數值即為許（xǔ）用應力（lì）。當管道元（yuán）件（jiàn）中的應力超過其許用應（yīng）力值時，就認為其強（qiáng）度已不（bú）能得到保證。因此說，材料的許用應力是確定管道（dào）壁厚等級的（de）基本參數（shù）。
不同的（de）設計（jì）標準，選取材料的許用應力值是不同的。對壓（yā）力管道來（lái）說，國內的設計標準是按（àn）GB150《鋼製壓力容（róng）器》確定的許用應力值，ASTM材料則是取按ANSI B31.3《Process Piping》標準確定的許用應力值。
5.3.2腐蝕餘量
腐蝕（shí）餘量是考慮因介質對管道的腐蝕而造成的管道壁厚減（jiǎn）薄，從（cóng）而增加的管道壁厚值。它的大小直（zhí）接影響到管道壁厚的取值，或者說直接影響到壁厚等級的確（què）定。
目前（qián）我國尚沒有一套有關各種（zhǒng）腐蝕介質在（zài）不同條件（jiàn）下對各種材料的腐蝕（shí）速率數據，因此，工程上大多數（shù）情況下仍是（shì）憑經驗來確定其腐蝕餘量的。許多國內（nèi）外（wài）的工程公司或設計院通常都將腐蝕餘（yú）量（liàng）分為如下四級:
a.無腐蝕餘量。對一般的不鏽鋼管道多取該值；
b.1.6mm腐蝕餘量（liàng）。對於腐蝕不（bú）嚴重的碳素鋼和鉻鉬鋼多取（qǔ）該值；
c.3.2mm腐蝕（shí）餘量。對於腐蝕比較嚴重的（de）碳素鋼和（hé）鉻鉬鋼管道多取該值；
d.加強級(大於3.2mn)腐（fǔ）蝕餘量。對於有固體顆粒衝刷等特殊情況下的管道，根據實際情況確定其具體（tǐ）值。.
5.3.3管子及其元件（jiàn）的製造壁厚偏差
管子及（jí）其元件在製造（zào）過程中，相對於其公稱壁厚(或者叫理論壁厚)都會有（yǒu）正、負偏差，因此在（zài）確定管子（zǐ）及其元件公稱壁厚時一定要考慮可能出現的（de）負偏差值。各種鋼管標準中規定的負偏差值是不完（wán）全相同的，GB/T8163《流體（tǐ）輸送用無縫鋼管》、GB/T14976《流體輸送用不鏽鋼無縫鋼（gāng）管》規定的壁厚偏差值如下：
表5－3 常用標準的壁厚偏差值
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材料標準 |
壁厚（mm） |
偏差值（％） |
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GB/T8163 |
≤20 |
+15，-10，+12，-5，-10 |
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GB/T14976 |
<15
≥15 |
+15，-12.5
+20，-15 |
5.3.4焊縫係數
金屬（shǔ）的（de）焊接（jiē）過程，實質上是一（yī）個（gè）冶金過程，其（qí）組織帶有明顯（xiǎn）的（de）鑄造組織特征。一般情況（kuàng）下，鑄造組織缺陷（xiàn）較多（duō），材料性能也有所下（xià）降。對於有（yǒu）縱焊縫和螺旋焊縫的焊接管子（zǐ）及（jí）其元件（jiàn），相對於無縫管子及其元件（jiàn）來（lái）說，工程（chéng）上（shàng）常給它一個強度（dù）降低係數(即（jí）焊縫（féng）係數)，以衡量其機械性能（néng）下降的程度。其焊縫係數的取值見表5-4
表5-4 焊接鋼管的（de）焊縫係數
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序號 |
焊接方法 |
接頭形式 |
焊縫型式 |
檢驗型式 |
焊縫係數 |
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1 |
鍛焊 |
對焊 |
直線 |
按標準要求 |
0.6 |
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2 |
電阻焊（hàn） |
對焊 |
直線或螺（luó）旋形 |
按（àn）標準要求 |
0.85 |
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3 |
電弧焊 |
單（dān）麵對（duì）焊 |
直線（xiàn）或（huò）螺旋形 |
無RT
10%RT
100%RT |
0.8
0.9
1.0 |
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雙麵對焊 |
直線或螺旋形 |
無RT
10%RT
100%RT |
0.85
0.9
1.0 |
RT 射線探傷
5.3.5設計壽命
a. 設計壽命與壓力管道的腐蝕餘量有關。
對於均勻腐蝕來說（shuō），當知道（dào）其年腐蝕速率後，根據預（yù）定的（de）設計壽命，就很容易算出其應取（qǔ）的（de）腐蝕（shí）餘（yú）量了。
b. 設計壽命還與交變應力作（zuò）用（yòng）的荷（hé）載變化次數、氫損傷的孕（yùn）育時間、斷裂因（yīn）子的擴展期等影（yǐng）響因素有關，
c. 與壓力管道的一次性投資（zī）、資金代嚐期和技術更新周期有關。
d. 美國一雜誌上推（tuī）薦（jiàn）的設計使用壽（shòu）命為:碳（tàn）鋼為5年；鉻鉬鋼和不鏽鋼為10年。
SH3059標準規定（dìng）的設計壽命（mìng）為15年。
國外的一些工程公司對總承包項目規（guī）定一般為10年；非總包（bāo）項目一般為15年，以便從中獲取（qǔ）較大的利潤。
5.4 常用壓力管道器材的設計標準
1) GB50316-2000《工業金屬管道（dào）設計規範》；
2) GB50251-94 《輸氣（qì）管道工程設計規範》；
3) GB50253-94 《輸油管道（dào）工程設計規範》；
4) GB50028-93 《城鎮（zhèn）燃氣設計規範》(1998年版)(2002年局部修訂條文)；
5) GB50030-91 《氧氣站設計規範》；
6) SH3059-2001 《石油化（huà）工管道設計器材選用通則》；
7) SH3064-1994 《石油化工（gōng）鋼製通用閥門選用（yòng）、檢驗（yàn）及驗收》；
8) HG/T20646 《化工裝（zhuāng）置管道材料設計規定》。 |