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GB 50316-2000
英文版
155
GB 50316-2000
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工业金属管道设计规范(不含条文说明)(2008年版)
基本信息
标准编号
GB 50316-2000 (GB50316-2000)
中文名称
工业金属管道设计规范(附条文说明)(2008年版)
英文名称
[GB 50316-2008 Edition] Design code for industrial metallic piping
行业
国家标准
中标分类
P94
国际标准分类
23.040
字数估计
136,129
发布日期
2000-09-26
实施日期
2001-01-01
起草单位
The People's Republic of China Ministry of Chemical Industry
GB 50316-2000: 工业金属管道设计规范(不含条文说明)(2008年版) GB 50316-2000 英文名称: [GB 50316-2008 Edition] Design code for industrial metallic piping 1总则 1.0.1为了提高工业金属管道工程的设计水平,保证设计质量,制定本规范。 1.0.2本规范适用于公称压力小于或等于42MPa的工业金属管道及非金属衬里的工业金属管道的设计。 1.0.3本规范不适用于下列管道的设计: 1.0.3.1制造厂成套设计的设备或机器所属的管道; 1.0.3.2电力行业的管道; 1.0.3.3长输管道; 1.0.3.4矿井的管道; 1.0.3.5采暖通风与空气调节的管道及非圆形截面的管道; 1.0.3.6地下或室内给排水及消防给水管道; 1.0.3.7泡沫、二氧化碳及其他灭火系统的管道; 1.0.3.8城镇公用管道。 1.0.4除另有注明外,本规范所述的压力均应为表压。 1.0.5工业金属管道设计,除应执行本规范外,尚应符合国家现行有关标准的规定。 2术语和符号 2.1术语 2.1.1A1类流体 category A1 fluid 在本规范内系指剧毒流体,在输送过程中如有极少量的流体泄漏到环境中,被人吸入或与人体接触时,能造成严重中毒,脱离接触后,不能治愈。相当于现行国家标准《职业性接触毒物危害程度分级》GB5044中Ⅰ级(极度危害)的毒物。 2.1.2A2类流体 category A2 fluid 在本规范内系指有毒流体,接触此类流体后,会有不同程度的中毒,脱离接触后可治愈。相当于《职业性接触毒物危害程度分级》GB 5044中Ⅱ级及以下(高度、中度、轻度危害)的毒物。 2.1.3B类流体 category B fluid 在本规范内系指这些流体在环境或操作条件下是一种气体或可闪蒸产生气体的液体,这些流体能点燃并在空气中连续燃烧。 2.1.4D类流体 category D fluid 指不可燃、无毒、设计压力小于或等于1.0MPa和设计温度高于-20~186℃之间的流体。 2.1.5C类流体 category C fluid 系指不包括D类流体的不可燃、无毒的流体。 2.1.6管道 piping 由管道组成件、管道支吊架等组成,用以输送、分配、混合、分离、排放、计量或控制流体流动。 2.1.7管道系统 piping system 简称管系,按流体与设计条件划分的多根管道连接成的一组管道。 2.1.8管道组成件 piping components 用于连接或装配成管道的元件,包括管子、管件、法兰、垫片、紧固件、阀门以及管道特殊件等。 2.1.9管道特殊件 piping specialties 指非普通标准组成件,系按工程设计条件特殊制造的管道组成件,包括:膨胀节、补偿器、特殊阀门、爆破片、阻火器、过滤器、挠性接头及软管等。 2.1.10斜接弯管(弯头) miter bends 采用管子或钢板制成的焊接弯管(弯头),具有与管子纵轴线不相垂直的斜接焊缝的管段拼接而成。 2.1.11支管连接 branch connections 从主管引出支管的结构,包括整体加强的管件及带加强或不带加强的焊接结构的支管连接。 2.1.12突面 raised face 为法兰密封面的一种形式,突起的平密封面在螺栓孔的内侧,代号为RF。 2.1.13满平面 full face 也称全平面,为法兰密封面的一种形式,在法兰外径以内均为平密封面,代号为FF。 2.1.14集液包 liquid collecting pocket(drip leg) 在气体或蒸汽管道的低点设置收集冷凝液的袋形装置。 2.1.15管道支吊架 pipe supports and hangers 用于支承管道或约束管道位移的各种结构的总称,但不包括土建的结构。 2.1.16固定支架 anchors 可使管系在支承点处不产生任何线位移和角位移,并可承受管道各方向的各种荷载的支架。 2.1.17滑动支架 sliding supports 有滑动支承面的支架,可约束管道垂直向下方向的位移,不限制管道热胀或冷缩时的水平位移,承受包括自重在内的垂直方向的荷载。 2.1.18刚性吊架 rigid hangers 带有铰接吊杆的管架结构,可约束管道垂直向下方向的位移,不限制管道热胀或冷缩时的水平位移,承受包括自重在内的垂直方向的荷载。 2.1.19导向架 guides 可阻止因力矩和扭矩所产生旋转的支架,可对一个或一个以上方向进行导向,但管道可沿给定轴向位移。当用在水平管道时,支架还承受包括自重力在内的垂直方向荷载。通常导向架的结构兼有对某轴向或二个轴向限位的作用。 2.1.20限位架 restraints 可限制管道在某点处指定方向的位移(可以是一个或一个以上方向线位移或角位移)的支架。规定位移值的限位架,称为定值限位架。 2.1.21减振装置 vibrating eliminators 可控制管系高频低幅振动或低频高幅晃动的装置,不限制管系热胀冷缩。 2.1.22阻尼装置 snubbers(dampers) 可控制管道瞬时冲击荷载或管系高速振动位移的装置,不限制管系热胀冷缩。 2.1.23剧烈循环条件 severe cyclic condition 指管道计算的最大位移应力范围σE超过0.8倍许用的位移应力范围(即0.8[σ]A)和当量循环数N大于7000或由设计确定的产生相等效果的条件。 2.1.24应力增大系数 stress intensification factor 受弯矩的作用,在非直管的组成件中,产生疲劳损坏的最大弯曲应力与承受相同弯矩、相同直径及厚度的直管产生疲劳损坏的最大弯曲应力的比值,称为应力增大系数。因弯矩与管道组成件所在平面不同,有平面内及平面外的应力增大系数。 2.1.25位移应力范围 displacement stress range 由管道热膨胀产生的位移所计算的应力称为位移应力范围。从最低温度到最高温度的全补偿值进行计算的应力,称为计算的最大位移应力范围。 2.1.26附加位移 externally imposed displacements 指所计算管系的端点处因设备或其他连接管的热膨胀或其他位移附加给计算管系的位移量。 2.1.27冷拉 cold spring 在安装管道时预先施加于管道的弹性变形,以产生预期的初始位移和应力,达到降低初始热态下管端的作用力和力矩。 2.1.28柔性系数 flexibility factor 表示管道元件在承受力矩时,相对于直管而言其柔性增加的程度。即:在管道元件中由给定的力矩产生的每单位长度元件的角变形与相同直径及厚度的直管受同样力矩产生的角变形的比值。 2.1.29公用工程管道 utility piping 相对于工艺管道而言,公用工程管道系指工厂(装置)的各工序中公用流体的管道。 2.1.30管道和仪表流程图 piping and instrument diagram 简称P&ID(或PID)。此图上除表示设备外,主要表示连接的管道系统、仪表的符号及管道识别代号等。 2.2符号 A--主管开孔削弱所需的补强面积 A1--补强范围内主管承受内、外压所需计算厚度和厚度附加量两者之外的多余金属面积 A2--补强范围内支管承受内、外压所需计算厚度和厚度附加量两者之外的多余金属面积 A3--补强范围内的角焊缝面积 A4--补强范围内另加补强件的面积 A5--补强范围内,挤压引出支管上承受内、外压所需厚度和厚度附加量两者之外的多余金属面积 Ak--材料的冲击功 B--补强区有效宽度 C1t--支管厚度减薄(负偏差)的附加量 C1m--主管厚度减薄(负偏差)的附加量 C1r--补强板厚度减薄(负偏差)的附加量 C--厚度附加量之和 C1--厚度减薄附加量,包括加工、开槽和螺纹深度及材料厚度负偏差 C2--腐蚀或磨蚀附加量 Cf--修正系数 Ch--管道压力损失的裕度系数 Cp--定压热容 Cs--冷拉比,即冷拉值与全补偿值之比 Cv--定容热容 C.S.C.(L.C.)--关闭状态下锁住(未经批准不得开启) C.S.O.(L.O.)--开启状态下锁住(未经批准不得关闭) d--扣除厚度附加量后支管内径 do--支管名义外径 d1--扣除厚度附加量后主管上斜开孔的长径 dG--凹面或平面法兰垫片的内径或环槽式垫片平均直径 dX--除去厚度附加量后挤压引出支管的内径 DN--管子或管件的公称直径 Di--管子或管件内径 DiL--异径管大端内径 DiS--异径管小端内径 Do--管子或管件外径 DOL--异径管大端外径 DOS--异径管小端外径 Dr--补强板的外径 Ec--铸件的质量系数 Ej--焊接接头系数 Eh--在最高或最低温度下管道材料的弹性模量 E20--在安装温度下的管道材料的弹性模量 FH--工作荷载 ƒr--补强板材料与主管材料许用应力比 ƒs--荷载变化系数 ƒ--管道位移应力范围减小系数 g--重力加速度 h--尺寸系数 h1--主管外侧法向补强的有效高度 h2--支管有效补强高度 h3--平盖内凹的深度 hx--挤压引出支管的高度 i--应力增大系数 ii--平面内应力增大系数 io--平面外应力增大系数 is--管道坡度 k--气体的绝热指数 K--柔性系数 K1--与平盖结构有关的系数 K2--用于斜接弯管的经验值 K3--挤压引出支管补强系数 KR--阻力系数 Ks--弹簧刚度 KT--许用应力系数 L--管道长度 Le--阀门和管件的当量长度 Lf--斜接弯管端节短边的长度 Ls--支吊架间距 LSL--与异径管大端连接的直管加强段长度 LSS--与异径管小端连接的直管加强段长度 M--气体分子量 MA--由于自重和其他持续外载作用在管道横截面上的合成力矩 MB--安全阀或释放阀的反座推力、管道内流量和压力的瞬时变化、风力或地震等产生的偶然荷载作用于管道横截面上的合成力矩 ME--热胀当量合成力矩 M′E--未计入应力增大系数的合成力矩 Mi--平面内热胀弯曲力矩 MO--平面外热胀弯曲力矩 Mt--热胀扭转力矩 MX--沿坐标轴X方向的力矩 MY--沿坐标轴Y方向的力矩 MZ--沿坐标轴Z方向的力矩 n--序数 N--管系预计使用寿命下全位移循环当量数 NE--与计算的最大位移应力范围σE相关的循环数 Nj--与按小于全位移计算的位移应力范围σj相关的循环数 P--设计压力 PA--在设计温度下的许用压力 Pm--斜接弯管的最大许用内压力 PN--公称压力 PT--试验压力 QL--异径管大端与直管连接的应力增值系数 QS--异径管小端与直管连接的应力增值系数 R--圆弧弯管的弯曲半径 R1--斜接弯管的弯曲半径 Rc--管道运行初期在安装温度下对设备或端点的作用力和力矩 Rc1--管道应变自均衡后在安装温度下对设备或端点的作用力和力矩 RE--以E20和全补偿值计算的管道对端点的作用力和力矩 Rh--管道运行初期在最高或最低温度下对设备或端点的作用力和力矩 Rm--主管平均半径 r--平盖内圆角半径 ro--管子或管件的平均半径 r1、r2、r3--支管补强部位过渡半径 rj--按小于全位移计算的位移应力范围σj与计算的最大位移应力范围σE之比 rm--支管平均半径 rp--支管补强部分外半径 rx--在主管和支管轴线的平面内,外轮廓转角处的曲率半径 S--斜接弯管斜接段中心线处的间距 T--气体温度 T1--对焊件较薄一侧的厚度 T2--对焊件较厚一侧的厚度 Tc--三通圆角部(主支管相交处)厚度 Tt--主管计算厚度 Ttn--主管名义厚度 t--半管接头的端部厚度 tb--支管补强部位有效厚度 tc--角焊缝计算的有效厚度 teb--三通支管的有效厚度 tFn--管件的名义厚度 tL--异径管名义厚度 tL1--异径管大端名义厚度 tL2--异径管小端名义厚度 tLC--异径管锥部计算厚度 tLL--异径管大端计算厚度 tLS--异径管小端计算厚度 tm--盲板计算厚度 tp--平盖计算厚度 tpd--平盖或盲板的设计厚度 tr--补强板名义厚度 ts--直管计算厚度 tsd--直管设计厚度 tse--直管有效厚度 tsn--直管名义厚度 tt--支管计算厚度 ttn--支管名义厚度 tX--除去厚度附加量后在主管外表面处挤压引出支管的有效厚度 tw--插入式支管台的尺寸 v--平均流速 vc--气体的声速或临界流速 W--截面系数 WB--异径三通支管的有效截面系数 Wo--质量流量 X--法兰内侧角焊缝焊脚尺寸 Xmin--角焊缝最小焊脚尺寸 Y--系数 Ys--管道自重弯曲挠度 α--斜接弯管一条焊缝方向改变的角度(相邻斜接线夹角) α1--支管轴线与主管轴线的夹角 α0--金属材料的平均线膨胀系数 β--异径管斜边与轴线的夹角 θ--斜接弯管一条焊缝方向改变的角度的1/2(相邻斜接线夹角的一半) θn--支管补强部位过渡角度 δ--最大计算纤维伸长率 δave--对接焊口错边量的平均值 δmax--对接焊口错边量的最大值 δ1--基层金属的名义厚度 δ2--复层金属扣除附加量后的有效厚度 △--管道垂直热位移 △Pf--直管的摩擦压力损失 △Pk--局部的摩擦压力损失 △Pt--管道总压力损失 η--与平盖结构有关的系数 ρ--流体密度 λ--流体摩擦系数 σb--材料标准抗拉强度下限值 σtb--材料在设计温度下的抗拉强度 σtD--材料在设计温度下经10万h断裂的持久强度的平均值 σE--计算的最大位移应力范围 σj--按小于全位移计算的位移应力范围 σL--管道中由于压力、重力和其他持续荷载所产生的纵向应力之和 σtn--材料在设计温度下经10万h蠕变率为1%的蠕变极限 σs(σ0.2)--材料标准常温屈服点(或0.2%屈服强度) σts(σt0.2)--材料在设计温度下的屈服点(或0.2%屈服强度) σT--在试验条件下组成件的周向应力 [σ]T--在试验温度下材料的许用应力 [σ]t--在设计温度下材料的许用应力 [σ]o--在设计温度下整体复合金属材料的许用应力 [σ]1--在设计温度下基层金属的许用应力 [σ]2--在设计温度下复层金属的许用应力 [σ]A--许用的位移应力范围 [σ]c--在分析中的位移循环内,金属材料在冷态(预计最低温度)下的许用应力 [σ]h--在分析中的位移循环内,金属材料在热态(预计最高温度)下的许用应力 [σ]z--决定组成件厚度时采用的计算温度下材料的许用应力 [σ]tRP--在设计温度下补强板材料的许用应力 [σ]tM--在设计温度下主管材料的许用应力 3设计条件和设计基准 3.1设计条件 3.1.1管道设计应根据压力、温度、流体特性等工艺条件,并结合环境和各种荷载等条件进行。 3.1.2设计压力的确定应符合下列规定: 3.1.2.1一条管道及其每个组成件的设计压力,不应小于运行中遇到的内压或外压与温度相偶合时最严重条件下的压力。最严重条件应为强度计算中管道组成件需要最大厚度及最高公称压力时的参数。但上述设计压力不应包括本章中允许的非经常性压力变动值。 3.1.2.2下列特殊条件的管道,其设计压力应与第3.1.2.1款比较,并应取两者的较大值。 (1)输送制冷剂、液化烃类等气化温度低的流体的管道,设计压力不应小于阀被关闭或流体不流动时在最高环境温度下气化所能达到的最高压力; (2)离心泵出口管道的设计压力不应小于吸入压力与扬程相应压力之和; (3)没有压力泄放装置保护或与压力泄放装置隔离的管道,设计压力不应低于流体可达到的最大压力。 3.1.2.3真空管道应按受外压设计,当装有安全控制装置时,设计压力应取1.25倍最大内外压力差或0.1MPa两者中的低值;无安全控制装置时,设计压力应取0.1MPa。 3.1.2.4装有泄压装置的管道的设计压力不应小于泄压装置开启的压力。 3.1.3设计温度的确定应符合下列规定: 3.1.3.1管道中每个组成件的设计温度,应不低于本规范第3.1.2.1款规定的需要最大厚度或最高公称压力相对应的温度。设计温度的确定,还应包括流体温度、环境温度、阳光辐射、加热或冷却的流体温度等因素的影响。 设计的最低温度应为管道组成件的最低工作温度,此温度不应低于材料的使用温度下限。常用材料的使用温度下限,应符合本规范附录A的规定。 3.1.3.2管道采用伴管或夹套加热时,应以外加热和管内流体温度中较高的温度为设计温度。 3.1.3.3无隔热层的管道中,不同的管道组成件可具有不同的设计温度,管道组成件的设计温度应符合以下规定: (1)流体温度低于65℃时,管道组成件的设计温度可与流体温度相同; (2)流体温度等于或大于65℃时,除非按传热计算或试验确定有较低的平均壁温,管道组成件的设计温度不应低于以下的值: 阀门、管子、突缘短节、焊接管件和厚度与管子相似的其他管道组成件:为流体温度的95%; 法兰(除松套法兰外),包括在管件和阀门上的法兰:为流体温度的90%; 松套法兰:为流体温度的85%; 法兰的紧固件:为流体温度的80%。 3.1.3.4外保温管道的设计温度应按第3.1.3.1款和第3.1.3.2款确定。当另有计算、试验或测定的结果时,可取其他温度。 3.1.3.5内保温管道的设计温度,应根据传热计算或试验确定。 3.1.3.6对于非金属材料衬里的管道,设计温度应取流体的最高工作温度。当无外隔热层时,外层金属的设计温度可通过传热计算、试验决定,或按第3.1.3.3款确定。 3.1.4设计中应对以下环境影响采取有效措施: 3.1.4.1管道中的气体或蒸气被冷却时,应确定压力降低值。当管内产生真空时,管道应能承受在低温下的外部压力,或采取破坏真空的预防措施。 3.1.4.2管道组成件应能承受或消除因静态流体受热膨胀而增加的压力,或采取预防措施。 3.1.4.3当管道温度低于0℃时,应防止切断阀、控制阀、泄压装置和其他管道组成件的活动部件外表面结冰。 3.1.5管道应能承受以下的动力荷载: 3.1.5.1管道应能承受外部或内部条件引起的水力冲击、液体或固体的撞击等的冲击荷载。 3.1.5.2位于室外的地上管道应能承受风荷载。 3.1.5.3在地震区的管道应能承受地震引起的水平力,并应符合有关国家现行抗震标准的规定。 3.1.5.4管道的布置和支承设计应消除由于冲击、压力脉动、机器共振、风荷载等引起有害的管道振动的影响。 3.1.5.5在管道布置和支架设计时,应能承受由于流体的减压或排放时所产生的反作用力。 3.1.6管道承受的静荷载应包括固定荷载及活荷载。活荷载应包括输送流体重力或试验用的流体重力、寒冷地区的冰、雪重力及其他活动的临时荷载等。固定荷载应包括管道组成件、隔热材料以及由管道支承的其他永久性荷载。 3.1.7设计中应分析以下热膨胀或收缩的影响: 3.1.7.1管道被约束或固定,因热膨胀或收缩而产生的作用力和力矩。 3.1.7.2管壁上温度发生急剧的变化,或由于温度分布不均匀而产生的管壁应力及荷载。 3.1.7.3两种不同材料所组成的复合或衬里管道,因基层或复层热膨胀性能不同而产生的荷载及夹套管因内外管温度差而产生的荷载。 3.1.8设计中应避免管道受压力循环荷载、温度循环荷载以及其他循环交变荷载所引起的疲劳破坏。 3.1.9管道支架和连接设备的位移应作为计算的条件,包括设备或支架的热膨胀、地基下沉、潮水流动、风荷载等产生的位移。 3.1.10对于焊接、热处理、加工成形、弯曲、低温操作以及易挥发性流体突然减压而产生的急冷作用等情况应保证材料韧性降低在允许的范围内。 3.1.11当流体工作温度低于-191℃时,在选择管道材料包括隔热材料时应按环境空气会出现冷凝和氧气浓缩的因素,确定管外覆盖层,或采取相应的措施。 3.2设计基准 3.2.1管道组成件的压力-温度额定值应符合下列规定: 3.2.1.1除本规范另有规定外,管道组成件的公称压力及对应的工作压力-温度额定值应符合国家现行标准。选用管道组成件时,该组成件标准中所规定的额定值,不应低于管道的设计压力和设计温度。 对于只标明公称压力的组成件,除另有规定外,在设计温度下的许用压力可按下式计算: 式中 PA--在设计温度下的许用压力(MPa); PN--公称压力(MPa); [σ]t--在设计温度下材料的许用应力(MPa); [σ]x--决定组成件厚度时采用的计算温度下材料的许用应力(MPa)。 3.2.1.2在国家现行标准中没有规定压力-温度额定值及公称压力的管道组成件,可用设计温度下材料的许用应力及组成件的有效厚度(名义厚度减去所有厚度附加量)通过计算来确定组成件的压力-温度额定值。 3.2.1.3两种不同压力-温度参数的流体管道连结一起时,分隔两种流体的阀门参数应按较严重的条件决定。位于阀门任一侧的管道,应按其输送条件设计。 3.2.1.4多条设计压力和设计温度不同的管道,用相同的管道组成件时,应按压力和温度相耦合时最严重条件下的某一条管道的压力和温度条件进行设计。 3.2.2管道运行中的压力和温度的允许变动范围应符合下列规定: 3.2.2.1金属管道在运行中其压力、温度或两者同时发生非经常性的变动,且下列所有规定都能满足时,应认为在允许的范围内。否则,必须按照压力-温度变动过程中耦合时最严重工况下的设计条件确定。 (1)没有铸铁或其他非塑性金属的受压组成件。 (2)公称压力产生的应力不应超过在设计温度下的屈服点。 (3)纵向应力不应超过本规范规定的极限。 (4)在管道寿命内,超过设计条件的压力-温度变动的总次数不应超过1000次。 (5)在任何情况下,最高变动压力不应超过管道的试验压力。 (6)超过设计条件的非经常性变动应符合下列限制之一。 允许超过压力值或提高温度的程度相当于允许提高许用应力值,其规定如下: 一次变动持续时间不超过10h,且每年累计不超过100h时,许用应力提高不得超过33%。 一次变动持续时间不超过50h,且每年累计不超过500h时,许用应力提高不得超过20%。 (7)持续的和周期性的变动对系统中所有组成件的工作性能无影响。如压力变动对阀座等部件的密封无影响。 (8)变动后的温度不应低于本规范附录A中规定的最低使用温度。 3.2.2.2对于非金属衬里管道,压力和温度允许的变动值,应在取得成功的使用经验或经过试验证实可靠时,方可使用。 3.2.3许用应力应符合下列规定: 3.2.3.1本规范附录A中金属管道材料的许用应力系指许用拉应力,使用时应符合下列规定: (1)对于焊接的管道组成件用材料,采用本规范附录A的许用应力时,应另外计入焊接接头系数Ej。 (2)对于铸件,在本规范附录A表A.0.5~表A.0.7中的许用应力已计入铸件的质量系数Ec值0.80。 3.2.3.2许用剪切应力为本规范附录A许用应力的0.8倍;支承面的许用压应力为许用应力的1.6倍;许用压应力为本规范附录A表中的许用应力。 3.2.3.3 确定许用应力的基准: (1)螺栓材料的许用应力应按表3.2.3-1确定。 (2)除螺栓及铸铁材料外,对本规范所用的其他材料的许用应力,应按表3.2.3-2确定。 (3)灰铸铁在设计温度下的许用应力值不应超过下列中的较低者: 标准抗拉强度下限值的1/10; 设计温度下抗拉强度的1/10。 (4)可缎铸铁在设计温度下的许用应力值不应超过下列中的较低者: 标准抗拉强度下限值的1/5; 设计温度下抗拉强度的1/5。 螺栓材料的许用应力 表3.2.3-1 其他材料的许用应力 表3.2.3-2 注:对于奥氏体高合金钢管道组成件,当设计温度低于蠕变温度范围,且允许有微量的永久变形时,可适当提高许用应力值至σts(σt0.2)的0.9倍,但不应超过σs(σ0.2)的0.667倍。此规定不适用于法兰或其他有微量永久变形会产生泄漏或故障的场合。 表中符号: σb--材料标准抗拉强度下限值(MPa); σs(σ0.2)--材料标准常温屈服点(或0.2%屈服强度)(MPa); σts(σt0.2)--材料在设计温度下的屈服点(或0.2%屈服强度)(MPa); σtD--材料在设计温度下经10万h断裂的持久强度的平均值(MPa); σtn--材料在设计温度下经10万h蠕变率为1%的蠕变极限(MPa)。 3.2.4铸件质量系数Ec应符合下列规定: 3.2.4.1质量系数Ec可用于国家现行标准中未规定压力-温度参数值的铸造组成件。 3.2.4.2符合材料标准的灰铸铁件和可锻铸铁件质量系数Ec取0.80。 3.2.4.3其他金属的静态浇铸件,符合材料标准并经肉眼检验的阀门、法兰、管件和其他组成件的钢铸件,质量系数Ec取0.80。 3.2.4.4离心浇铸件,对只符合规定要求中的化学分析、抗拉试验、液压试验、压扁试验和肉眼检验的铸件,质量系数Ec取0.80。 3.2.4.5如对铸件进行补充检测,质量系数Ec可提高至表3.2.4的数值,但在任何情况下,质量系数不应超过1.00。 铸件增加检测后的质量系数Ec 表3.2.4 3.2.5焊接接头系数Ej应根据表3.2.5中焊接接头的型式、焊接方法和焊接接头的检验要求确定。对有色金属管道熔化极氩弧焊100%无损检测时,单面对接接头系数为0.85,双面对接接头系数为0.90;局部无损检测时,对接接头系数同表3.2.5。 焊接接头系数Ej 表3.2.5 注:无损检测指采用射线或超声波检测。 3.2.6持续荷载的计算应力应符合下列规定: 3.2.6.1管道组成件的厚度及补强计算满足本规范的要求,则由于内压所产生的应力应认为是安全的。 3.2.6.2管道组成件的厚度及稳定性计算满足本规范的要求,则由于外压所产生的应力应认为是安全的。 3.2.6.3管道中由于压力、重力和其他持续荷载所产生的纵向应力之和σL,不应超过材料在预计最高温度下的许用应力[σ]h。 3.2.7计算的最大位移应力范围σE应符合下列规定: 3.2.7.1计算的最大位移应力范围σE不应超过按下式确定的许用的位移应力范围[σ]A: [σ]A=ƒ(1.25[σ]c+0.25[σ]h) (3.2.7-1) 若[σ]h大于σL,其差值可以加到上式中的0.25[σ]h项上,则许用位移应力范围为: [σ]A=ƒ[1.25([σ]c+[σ]h)-σL] (3.2.7-2) 式中 [σ]c--在分析中的位移循环内,金属材料在冷态(预计最低温度)下的许用应力(MPa); [σ]h--在分析中的位移循环内,金属材料在热态(预计最高温度)下的许用应力(MPa); σL--管道中由于压力、重力和其他持续荷载所产生的纵向应力之和(MPa); [σ]A--许用的位移应力范围(MPa); ƒ--管道位移应力范围减小系数。 (1)ƒ可由表3.2.7确定。 管道位移应力范围减小系数ƒ 表3.2.7 (2)循环当量数N应按式(3.2.7-3)计算: 式中 N--管系预计使用寿命下全位移循环当量数; NE--与计算的最大位移应力范围σE相关的循环数; σj--按小于全位移计算的位移应力范围; rj--按小于全位移计算的位移应力范围σj与计算的最大位移应力范围σE之比; Nj--与按小于全位移计算的位移应力范围σj相关的循环数。 3.2.7.2 许用位移应力范围计算应符合下列补充规定: (1)对于铸件,热态及冷态下的许用应力应计入铸件质量系数Ec。对纵向焊接接头,热态及冷态下的许用应力([σ]c及[σ]h)不需乘焊接接头系数Ej; (2)管道位移应力范围减小系数ƒ主要用于耐蚀性良好的管道,在主应力循环数高的地方,应采用抗腐蚀的材料。 3.2.8偶然荷载与持续荷载产生的应力应按下列规定: 3.2.8.1 管道在工作状态下,受到内压、自重、其他持续荷载和偶然荷载所产生的纵向应力之和,应符合下式规定,且式中应力增大系数i的0.75倍的值不得小于1。 式中 KT--许用应力系数,当偶然荷载作用时间每次不超过10h,每年累计不超过100h时,KT=1.33;当偶然荷载作用时间每次不超过50h,每年累计不超过500h时,KT=1.2; MA--由于自重和其他持续外载作用在管道横截面上的合成力矩(N·mm); MB--安全阀或释放阀的反座推力、管道内流量和压力的瞬时变化、风力或地震等产生的偶然荷载作用于管道横截面上的合成力矩(N·mm); W--截面系数(mm3); i--应力增大系数,按附录E计算; P--设计压力(MPa); Di--管子或管件内径(mm); Do--管子或管件外径(mm)。 3.2.8.2在试验条件下所产生的应力可不受本规范第3.2.6及3.2.7条的限制,可不计入其他临时性荷载。 3.2.8.3地震烈度在9度及以上时,应进行地震验算。 3.2.8.4不需要考虑风和地震荷载同时发生。 4材料 4.1一般规定 4.1.1管道材料的选用必须依据管道的使用条件(设计压力、设计温度、流体类别)、经济性、耐蚀性、材料的焊接及加工等性能,同时应符合本规范所提出的材料韧性要求及其他规定。 4.1.2用于管道的材料,其规格与性能应符合国家现行标准的规定。 4.1.3使用本规范未列出的材料,应符合国家现行的相应材料标准,包括化学成分、物理和力学特性、制造工艺方法、热处理、检验以及本规范其他方面的规定。 4.2金属材料的使用温度 4.2.1材料使用温度,除了应符合本规范附录A的规定外,还需依据流体腐蚀的影响及对材料性能的影响等确定。 4.2.2材料的使用温度上下限应符合下列规定: 4.2.2.1除了低温低应力工况外,材料的使用温度,不应超出本规范附录A所规定的温度上限和温度下限。 4.2.2.2未列入本规范附录A中的材料,决定其使用温度时应符合以下规定: (1)在使用温度条件下应保证材料的适用性和可靠性; (2)在使用温度下,材料应具有对流体及外界环境影响的抵抗力; (3)应按本规范第3.2.3条的规定确定材料的许用应力。 4.3金属材料的低温韧性试验要求 4.3.1管道设计温度低于或等于-20℃,而高于本规范附录A中使用温度下限的碳素钢、低合金钢、中合金钢和高合金铁素体钢,出厂材料及采用焊接堆积的焊缝金属和热影响区应进行低温冲击试验。 4.3.2奥氏体不锈钢,含碳量大于0.1%,设计温度低于-20℃而高于本规范附录A中使用温度下限时,出厂的材料及采用焊接堆积的焊缝金属和热影响区应进行低温冲击试验。 4.3.3奥氏体高合金钢的使用温度等于或高于-196℃时,可免做低温冲击试验。 4.3.4符合下列条件之一时,管道材料可免做低温冲击试验: 4.3.4.1使用温度等于或高于-45℃,且不低于本规范附录A中材料使用温度下限,同时,材料的厚度无法制备5mm厚试样时。 4.3.4.2除了抗拉强度下限值大于540MPa的钢材及螺栓材料外,使用的材料在低温低应力工况下,若设计温度加50℃后,高于-20℃时。 注:低温低应力工况为设计温度低于或等于-20℃的受压的管道组成件,其环向应力小于或等于钢材标准中屈服点的1/6,且不大于50MPa的工况。 4.3.5需热处理的材料,应在热处理后进行冲击试验。 4.3.6下列条件的材料用于管道时,母材、焊缝及热影响区应增加冲击试验: (1)Q235-A、Q235-B及Q235-C材料,使用温度在图4.3.6曲线A以下至附录A表中使用温度下限(-10℃)范围内时。 (2)钢号为10、20、20g、16Mn、20R、16MnR及15MnVR的材料,使用温度在图4.3.6曲线B以下至附录A表中使用温度下限范围内时。 (3)使用温度低于0℃至附录A表中使用温度下限范围内的18MnMoNbR、13MnNiMoNbR及Cr-Mo低合金钢(不包括低温钢)的任意厚度的钢板。 图4.3.6碳钢、锰钢材料冲击试验的温度 4.3.7在温度下限以上使用有色金属和它的合金材料时,如填充金属成分与母材成分不同,焊接接头应进行低温拉伸试验,延伸率应符合设计规定。 4.3.8制造厂已作过冲击试验的材料,但加工后经过热处理时,应进行低温冲击试验。 4.3.9焊接结构中,对热影响区的低温冲击试验可满足对基体材料的冲击试验。 4.3.10材料冲击试验的方法应按现行国家标准《金属夏比缺口冲击试验方法》GB/T 229的规定。在低温下的冲击功值应符合低温用材料标准或表4.3.10的规定。当冲击功不相同的基体材料焊接一起时,其冲击试验能量应符合较小抗拉强度的基体材料的要求。 表4.3.10夏比低温冲击试验的冲击功 注:①表中冲击功数值适用于标准试样,如用小型试样时,冲击功Ak应乘以试样的实际宽度与标准宽度(10mm)之比。 ②本表碳钢和低合金钢的冲击试验数据适用于镇静钢。 ③抗拉强度大于650MPa的钢材,冲击功与650MPa材料相同。 4.3.11试样应从同批、同规格、同样加工、焊接和热处理条件的材料中制取。 4.4材料的使用要求 4.4.1制造管道组成件用钢材应符合下列规定: 4.4.1.1Q235-A、Q235-B及Q235-C材料宜用于C及D类流体管道,且设计压力不宜大于1.6MPa。Q235-A·F材料仅宜用于输送D类流体的管道及设计温度小于或等于250℃的管道支吊架。 4.4.1.2奥氏体不锈钢使用温度高于525℃时,钢中含碳量不应小于0.04%。 4.4.1.3受压管道组成件使用附录A中表A.0.2所列的钢板时,应对以下钢板逐张进行超声波检测: (1)低温钢厚度大于20mm。 (2)20R及16MnR厚度大于30mm。 (3)其他低合金钢厚度大于25mm。 以上质量不应低于Ⅲ级。 (4)对于调质钢板不论厚度多少,均须检测,质量不应低于Ⅱ级。 4.4.1.4调质状态供货的钢材,应按设计条件进行常温或低温冲击试验。 4.4.1.5钢材的使用状态应按本规范附录A的规定。设计指定供货状态与国家现行材料标准的规定不同时,应在设计文件中注明。 4.4.1.6低温管道用钢应采用镇静钢。 4.4.2铸铁类材料使用范围应符合下列规定: 4.4.2.1球墨铸铁用作受压部件时,其设计温度不应超过350℃,设计压力不应超过2.5MPa。在常温下,设计压力不宜超过4.0MPa。 4.4.2.2(本款删除) 4.4.2.3下述铸铁不宜在剧烈循环条件下使用。对过热、机械振动及误操作等采取防护措施时,可限制在下列范围内使用: (1)灰铸铁件不宜使用于输送B类流体的管道上,在特殊情况下必须使用时,其设计温度不应高于150℃,设计压力不应超过1.0MPa;C类流体管道使用灰铸铁件的设计压力不宜超过1.6MPa,设计温度不宜超过230℃; (2)可锻铸铁用于C类流体管道,设计温度不应高于230℃,设计压力不应大于2.5MPa;或用于设计温度为300℃时,设计压力不应大于.0MPa;用于B类流体管道,设计温度不应高于150℃,设计压力不应大于2.5MPa; (3)高硅铸铁不得用于B类流体。 4.4.3使用其他金属材料应符合下列规定: 4.4.3.1 在火灾危险区内,不宜使用铜、铝材料。 4.4.3.2铅、锡及其合金管道不得用于B类流体。 4.4.3.3铜、铝与其他金属连接时,有电解液存在情况下,应考虑产生电化腐蚀的可能性。 4.4.4使用复合金属和衬里材料应符合下列规定: 4.4.4.1管道组成件由符合有关材料标准要求的整体复合钢板制成时,其基层(外层)金属和复层金属应符合本规范第4.1节的规定。 (1)整体复合材料的管道耐压强度计算,可根据扣除所有厚度附加量后的基层和复层金属的总厚度来计算。 (2)基层和复层金属的许用应力可按本规范附录A的规定。但复层金属的许用应力取值不应大于基层金属的许用应力值。 整体复合材料的许用应力可按式(4.4.4)计算: 式中 [σ]o--在设计温度下整体复合金属材料的许用应力(MPa); [σ]1--在设计温度下基层金属的许用应力(MPa); [σ]2--在设计温度下复层金属的许用应力(MPa); δ1--基层金属的名义厚度(mm); δ2--复层金属扣除附加量后的有效厚度(mm)。 4.4.4.2对于非整体结构的金属复层或衬里的管道组成件,其基层金属材料的厚度应符合耐压强度计算的厚度,计算厚度不应包括复层或衬里的厚度。 4.4.4.3除本条的要求外,在本规范中对输送不同流体的管道材料所作的各种限制,不适用于管道组成件的复层材料或衬里材料。复层或衬里材料和基层材料以及粘结剂应根据设计条件及流体性质选用。 4.4.4.4复层为奥氏体不锈钢时,使用温度不宜超过400℃。 4.4.4.5非金属衬里材料的使用温度范围可按本规范附录C的规定。 4.4.5选择连接接头和辅助材料诸如胶泥、溶剂、钎焊材料、填料、衬垫及“O”形环、螺纹的润滑剂与密封剂等用以制作或用作密封接头时,对上述材料与所输送流体应有相容性。 5管道组成件的选用 5.1一般规定 5.1.1管道组成件应符合本规范耐压设计规定,并应符合国家现行标准的规定。 5.1.2管道组成件成型及焊后热处理的要求应符合本规范附录G的规定。 5.1.3管道组成件的检验应符合本规范附录J的规定。 5.1.4管道组成件用材料应符合本规范第4章及附录A中材料标准的规定。 5.2管子 5.2.1采用直缝焊接钢管时,应符合本规范附录J及本规范表3.2.5的规定。 5.2.2剧烈循环操作条件下的管道,宜采用国家现行标准中所列的无缝钢管和铜、铝、钛、镍无缝管,采用直缝电焊钢管时应符合本章第5.2.1条的规定。 5.2.3(本条删除) 5.2.4当无缝钢管用于设计压力大于或等于10MPa时,碳钢、合金钢管的出厂检验项目不应低于现行国家标准《高压化肥设备用无缝钢管》GB 6479的规定,不锈钢管的出厂检验项目不应低于现行国家标准《流体输送用不锈钢无缝钢管》GB/T 14976的规定。 5.2.5钢管厚度应符合本规范附录D的规定。 5.2.6夹套管的内管宜采用无缝管。 5.2.7输送氧气用管子应符合本规范有关安全的规定。 5.3弯管及斜接弯管 5.3.1采用圆弧弯管应符合下列规定: 5.3.1.1按照国家现行标准制造、弯曲后的弯管,其外侧减薄处厚度不应小于直管的计算厚度加上腐蚀附加量之和。 5.3.1.2 管道中不应使用折皱弯管。 5.3.1.3钢管弯曲后截面不圆度应符合下列规定: (1)受内压时,任一横截面上最大外径与最小外径之差不应超过名义外径的8%; (2)受外压时,任一横截面上最大外径与最小外径之差不应超过名义外径的3%。 5.3.2采用斜接弯管应符合下列规定: 5.3.2.1按本规范规定进行耐压计算、制造、焊接的斜接弯管,可与制造弯管的直管一样用于相同的工作条件。但斜接弯管的设计压力不宜超过2.5MPa。 5.3.2.2斜接弯管,其一条焊缝方向改变的角度α大于45°者,仅可用于输送D类流体,不得用于输送其他类流体。 5.3.2.3剧烈循环条件下的管道中采用斜接弯管时,其一条焊缝方向改变的角度不应大于22.5°。 5.3.2.4夹套管道的内管应采用圆弧弯头或弯管,不应采用斜接弯管。 5.4管件及支管连接 5.4.1剧烈循环操作条件下采用的管件应符合下列规定: 5.4.1.1采用锻造件及轧制无缝管件; 5.4.1.2轧制焊接件,焊接接头系数应大于或等于0.9; 5.4.1.3铸钢件,铸件质量系数Ec不应小于0.90,并应符合本规范第3.2.4条的规定。 5.4.1.4不锈钢对焊管件的厚度应符合附录D第D.0.1条的规定。 5.4.2普通管件及非标准异径管的选用应符合下列规定: 5.4.2.1普通管件包括弯头、三通、四通、异径管及管帽等工厂制造的标准管件。 5.4.2.2选用对焊端的圆弧弯头时应采用长半径(弯曲半径为公称直径的1.5倍)的弯头。短半径弯头仅可在布置特殊需要时使用。 5.4.2.3采用钢板热压成型及组焊(两半焊接合成)的管件时,应符合本规范附录J第J.1.1条的规定。 5.4.2.4无特殊要求时,宜优先选用钢制管件。螺纹连接的可锻铸铁定型管件,宜用于D类流体的地上管道中。 5.4.2.5对焊端的标准管件的外径系列及端部名义厚度应在工程设计中指定。管件内部厚度应根据设计压力、设计温度及腐蚀附加量条件由制造厂决定。管件内部可局部加厚,但各部位均不应小于其端部厚度。 5.4.2.6钢板卷焊的非标准异径管设计压力不宜超过2.5MPa。并应按本规范进行计算。 5.4.3预制的突缘短节的选用应符合下列规定: 5.4.3.1在本条中的要求仅用于单独制造的突缘短节,不适用于特殊管件,也不适用于管端整体锻制的突缘。 5.4.3.2焊接加工的突缘短节,符合下列条件时,则可与其相接的管子一样,适用于相同的工作条件。 (1)突缘的外径必须符合法兰标准或设计指定法兰标准的突缘短节的尺寸要求。 (2)突缘的厚度不应小于与其相连管子的名义厚度。 (3)突缘短节的材料宜与管子材料相同。 (4)应按焊接加工的突缘短节(图5.4.3)的要求加工。 图5.4.3焊接加工的突缘短节 注:焊接后应对突缘部进行机械加工,密封面的粗糙度应符合法兰标准要求。 焊缝的检测应符合附录J第J.1节的规定。 5.4.3.3整体扩口翻边的突缘短节,当符合下列条件时,则可与其相接的管子一样,适用于相同的工作条件。 (1)突缘的外径必须符合法兰标准或设计指定法兰标准的突缘短节的尺寸要求。 (2)翻边的圆角半径应与相应的法兰相配。 (3)在任意一点上所测得的突缘厚度,不应小于最小管壁厚度的95%乘以管子的外半径与翻边厚度测量点处半径之比。 5.4.3.4剧烈循环操作条件下的突缘短节。 (1)焊接加工的突缘短节(图5.4.3),用于剧烈循环操作条件时,应选用该图中(d)或(e)的形式加工,还应满足本条第5.4.3.2款的要求。 (2)整体扩口翻边的突缘短节,不得用于剧烈循环条件下。 5.4.4 焊接支管及预制的支管连接件的选用应符合下列规定: 5.4.4.1除采用本章第5.4.2条的三通及四通外,可根据本节要求选用下列的支管连接结构: (1)焊接支管,见图5.4.4-1(a)、(b)、(c)、(d); (2)半管接头,见图5.4.4-2; (3)支管台,见图5.4.4-3; (4)嵌入式支管,见图5.4.4-1(e)。 图5.4.4-1 支管连接焊缝的形式 注:①Ttn--主管名义厚度(mm);ttn--支管名义厚度(mm);tc--角焊缝计算的有效厚度,可取0.7ttn或6.5mm两者中的较小值;tr--补强板名义厚度(mm)。 ②所示尺寸为最小的合格焊缝尺寸。 ③采用图5.4.4-1(c)及(d)连接方式时,应在补强板的高位开有5的排气孔;补强板应与主管和支管很好地贴合。采用图5.4.4-1(a)和(c)时,支管内径和主管开孔直径之间偏差不应大于3mm。 图5.4.4-2 半管接头 图5.4.4-3 支管台 5.4.4.2支管连接应符合支管连接焊缝的形式(图5.4.4-1)的结构要求。补强应符合本规范的规定。当用于剧烈循环操作条件时,不应采用图5.4.4-1中(a)、(c)的结构。 5.4.4.3公称压力大于或等于10MPa的管道,主支管为异径时,不宜采用焊接支管,宜采用三通,或在主管上开孔并焊接支管台。当主支管为等径时宜采用三通。 5.4.4.4选用半管接头作为支管连接时,其公称直径不宜大于50mm。 5.4.4.5有振动的管道可采用三通或支管台或嵌入式支管。不应采用焊接支管。 5.4.4.6主管外径与厚度之比大于或等于100时,支管外径应小于主管外径的1/2。 5.5阀门 5.5.1用于各类流体的阀门类型、结构及其各部件材料,应根据流体的特性、设计温度、设计压力及本规范第3.2.1条的规定选用。 5.5.2选用手动阀门,当开启力大于400N时,宜采用齿轮操纵结构。 5.5.3阀盖与阀体连接的螺栓少于4个的阀门,应仅用于输送D类流体的管道。公称压力超过1.6MPa的蒸汽管道不应使用螺纹连接的阀盖。 5.5.4用于高温或低温流体的阀门,宜采用改善填料使用条件的阀盖伸长的结构形式。 5.5.5输送B类流体的管道上使用软密封球阀时,应选用防(耐)火型结构的球阀。 5.5.6阀门的材料应符合本规范第4章的规定。对于磨蚀性大的流体,阀座及阀芯应选用耐磨损的材料。对于有磨蚀的流体,选用闸阀时,宜为明杆结构形式。 5.5.7除耐腐蚀的要求外,输送B类流体的管道上宜用钢制阀体的阀门。 5.5.8端部焊接的小阀,当焊接及热处理过程中阀座会变形时,应选用长阀体型或端部带短管的阀门。 5.5.9对于氧气管道不应使用快开、快闭型的阀门。阀内垫片及填料不应采用易脱落碎屑、纤维的材料或可燃的材料制成。 5.6法兰 5.6.1标准法兰的公称压力的确定,应符合本规范第3.2.1条第3.2.1.1款的规定。 5.6.2当采用非标准法兰时,必须按本规范的规定进行耐压强度计算。 5.6.3下列任一种情况的管道,应采用对焊法兰。不应采用平焊(滑套)法兰。 5.6.3.1预计有频繁的大幅度温度循环条件下的管道; 5.6.3.2剧烈循环条件下的管道。 5.6.4在刚性大,不便于拆装或公称直径大于或等于400mm的管道上设盲板时,宜在法兰上设顶开螺栓(顶丝)。 5.6.5配用非金属垫片的法兰,法兰密封面的粗糙度宜为3.2~6.4μm。对于配用缠绕式垫片的法兰,应为光滑的密封面,粗糙度宜为1.6~3.2μm,并应采用公称压力大于或等于2.0MPa的法兰。 5.6.6当金属法兰与非金属法兰连接或采用脆性材料的法兰时,两者宜为全平面(FF)型法兰。当必须采用突面(RF)型法兰时,应有防止螺栓过载而损坏法兰的措施。 5.6.7有频繁大幅度温度循环的情况下,承插焊法兰和螺纹法兰不宜用于高于260℃及低于-45℃。 5.7垫片 5.7.1选用的垫片应使所需的密封负荷与法兰的设计压力、密封面、法兰强度及其螺栓连接相适应,垫片的材料应适应流体性质及工作条件。 5.7.2缠绕式垫片用在凸凹面法兰上时宜带内环,用在突面(RF)型法兰上时宜带外定位环。 5.7.3用于全平面(FF)型法兰的垫片,应为全平面非金属垫片。 5.7.4非金属垫片的外径可超过突面(RF)型法兰密封面的外径,制成“自对中”式的垫片。 5.7.5用于不锈钢法兰的非金属垫片,其氯离子的含量不得超过50×10-6。 5.8紧固件 5.8.1管道用紧固件,包括六角头螺栓、双头螺柱、螺母和垫圈等零件。 5.8.2应选用国家现行标准中的标准紧固件,并在本规范附录A所规定材料的范围内选用。 5.8.3用于法兰连接的紧固件材料,应符合国家现行的法兰标准的规定,并与垫片类型相适应。 5.8.4法兰连接用紧固件螺纹的螺距不宜大于3mm。直径M30以上的紧固件可采用细牙螺纹。 5.8.5碳钢紧固件应符......
相关标准:
GB/T 31032-2023
GB/T 50538-2020
GB/T 50185-2019
英文版PDF:
GB 50316-2000
GB 50316-2000
GB 50316
GB50316
GB 50236-2011
GB 50236
GB50236
GB 50184-2011
GB 50184
GB50184
GB 50683-2011
GB 50683
GB50683