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壓力管道的組成件一般都是標準件，因此壓力管（guǎn）道組成件的（de）設計主要（yào）是其標準（zhǔn）件的選用，管道壓力等級的確定也就是其標準件等級的（de）確定。
管道的壓力等級包括兩部（bù）分:
以（yǐ）公稱（chēng）壓力表示（shì）的標準（zhǔn）管件的公稱（chēng）壓力等級；
以壁厚（hòu）等級表示的的標準管件的壁厚等級。
管道的壓力等級：通常把管道中由標準管件的公稱壓力等級和壁（bì）厚等級共同確定的能反映管道承壓特性的參數叫做管道的壓力等級。而習慣上為簡化描述（shù），常把管道中管件的公稱壓力等級叫做管道的壓力等級。
壓力（lì）等（děng）級的（de）確定是壓（yā）力管道設計的基礎，也是設計的核心。它（tā）是壓力管道布置、壓力（lì）管（guǎn）道應力校核的設計前提條件，也是影響壓（yā）力管道基建投資和管道可（kě）靠（kào）性的重要因素。
5.1 設（shè）計條件
工程上，工藝操作參數不宜直（zhí）接作為壓力管道的設計條件，要考（kǎo）慮工藝操（cāo）作的波動、相連設備的影（yǐng）響、環（huán）境的影響等因素，而在工藝操作（zuò）參（cān）數的（de）基礎上給（gěi）出一定的安全裕量作（zuò）為設計條件。這裏所說的設計（jì）條件主（zhǔ）要是指設計壓力和設計溫度。
管道的設計壓力（lì）：應不低於正常操作時，由內（nèi）壓(或外壓)與（yǔ）溫度構成的最苛刻條件下（xià）的壓力。
最苛刻條件：是（shì）指導致管子及管道（dào）組成件最大壁厚或最（zuì）高公稱壓力等級的條件（jiàn）。
設計壓力（lì）確定：考慮介質的靜（jìng）液（yè）柱壓（yā）力等因素的影響，設計壓力一般應略高於由(或)外壓與溫度構成的最苛刻條件下的最高工作壓力。
a. 一般情況下管道元件的設（shè）計壓力確定
一般情況下（xià），為了操作上的方便，在此不妨采用壓力容器的做法，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（lì）確定
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工作壓力Pw(MPa) |
設計（jì）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)與溫（wēn）度構成的最苛刻條件下的最高工作壓力，如果是，在報請有關技術（shù）負責人批準的情況下，設計壓力可取此時（shí）的最高工作（zuò）壓力，而不加係數。 |
b. 管道中有安全泄壓裝置時，
管道中有安全泄壓裝（zhuāng）置時預示著該管道在運行過程中有出現超出其正常操作壓力的可能（néng）。設置安全泄壓裝置(如安全閥、爆破（pò）片等)的目的，就是在係統中出（chū）現超出其正常操作壓力的情況時，能將壓力自動釋放而使設備、管道等係統的硬件得到保護。此時管道的（de）設計壓力應不低（dī）於安（ān）全泄壓裝置的設定壓（yā）力。
c. 管道中有高揚程（chéng）的泵
對於高揚（yáng）程的泵，尤其是往複泵，在開始啟動的短時間內，往往會在第一道切斷閥之前的管道和泵內產（chǎn）生一個較高的封閉壓力，有時這個封閉壓力會（huì）達到一個很（hěn）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
真（zhēn）空係統管道承受的壓力就（jiù）是其外部的大氣（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連的管道
與塔或（huò）容器等設備相連的（de）管道其設計壓力應不低於所連設（shè）備的設計壓力。當管道（dào）內有較高的液體液柱時，還應考慮該液體靜（jìng）壓頭的影響。事實上，對於管道來說，其受力要比設備複雜，這是因為它（tā）除受介質載荷之外，還往往遭受（shòu）到由於管道的熱脹冷縮而產生的管係力等。因此，管道的設計壓力一般應不低於設備的設計壓（yā）力。
5.1.2設計溫度（dù）
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（de）最苛刻（kè）條件下的溫度。
最苛刻條件: 指導致管子及管道組成件最（zuì）大壁厚、最高公稱壓力（lì）等級或最高材料等級的條件。
設計溫度的（de）確定（dìng）:考（kǎo）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(或外（wài）壓)與溫（wēn）度構成的最苛刻條件下的最高工（gōng）作溫度。
a. 一般情況下管道元件（jiàn）的設計溫度確定
一般（bān）情況下為了操作（zuò）上的方（fāng）便，在此不妨也（yě）采（cǎi）用壓力容器的做法，在相應工作溫度的（de）基礎上增加一個裕度（dù）係數（除（chú）法蘭和螺栓以外）。
表5－2 一（yī）般情況下管道元件的設（shè）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（qǔ）－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（gāi）原則確定的設計溫度會引起管道壓力等級或材料變化時，應判斷該工作溫（wēn）度是否
就是由內壓(或外壓)與溫度構成的最苛刻條件下（xià）的最高工作溫度，如果是（shì），在報請（qǐng）有關技術負責人批準的情況下，設（shè）計溫度可取此時的最高工作溫度，而不加係數。 |
法蘭、墊片的設（shè）計溫度不（bú）低於最高工作溫度的90％；
螺栓、螺母的設計溫度應不低於最（zuì）高工作溫度的80％。
b. 夾套或外伴熱管道
對於夾套或（huò）外伴熱的管道當工藝介質溫度高（gāo）於伴熱介質溫度時，其設計溫度按上表選取；當工藝介質溫度低於伴熱介質溫度（dù）時，對夾套伴熱取伴熱介質溫度為設計溫度，而對外伴（bàn）熱則取伴熱介質溫度減10℃與工藝介質溫度二者的較大值為設計溫度；
c. 安全泄壓管道
安（ān）全泄壓管道取排放時可能出現的最高或最低溫度為設（shè）計溫（wēn）度；
d. 蒸汽吹掃的管道（dào）
采用蒸汽吹掃的管道當介質溫度高於吹掃蒸（zhēng）汽的溫度時，則（zé）按介質溫度根據上表確定其設計（jì）溫度。當介質溫度低於吹掃蒸汽溫度時，應視具（jù）體（tǐ）情況而定。例如，按介質溫度選取的管道及其元件不能承受吹掃介（jiè）質的條件時，應適當提高等級以適（shì）應吹掃介質條件（jiàn）。
e. 多種工（gōng）況（kuàng）下工作（zuò）的管道
同（tóng）一（yī）根管道，如果（guǒ）在兩種或兩種以上工況（kuàng）條件下工作時，其（qí）設計溫（wēn）度應取與內壓(或外壓)構成的最（zuì）苛刻條件下的最高工作溫度，並對其它工況進行校（xiào）核。
f. 臨氫管道
臨氫操作的管道，在查Nelson曲線時，應取設計溫度再加30～50℃作為查曲線的溫度參數值。這是因為Nelson曲（qǔ）線為統計值，在鄰近曲線（xiàn）下方選材時而出現氫損傷的實例也曾發生過；
g. 帶（dài）襯裏的管道
帶隔熱耐磨襯裏的管道，其金屬部分的管（guǎn）道設計溫度應經計算或實測確定。一般情況下（xià），宜取250℃作（zuò）為設計溫度；
h. 管係應力計算時
在（zài）進行有彈（dàn）簧支架的管（guǎn）係應力計算（suàn）時，宜取介質的正常工作溫度作為計算參數。
5.2影響管道壓力等級確定的因素
除了上述的設計溫度和設（shè）計壓力是（shì）管（guǎn）道壓力等級確定的（de）基本參數外（wài），還有一些其它因素也將影響到管道壓力等（děng）級的確定。
5.2.1應用標準體係
不同的標準體係（xì），其公（gōng）稱壓力等級係列是不同的，對應的溫（wēn）度-壓力表也不相同。或者說（shuō），相同的設計條件，而選用不同的應用（yòng）標準，其公稱（chēng）壓力等級是不同的。因此，在確定管道公稱壓力（lì）等級之前，應首（shǒu）先確定其應用標準體係。
5.2.2材料
不同的材料，其機械性（xìng）能是不同的，那麽它們在標（biāo）準中的溫度-壓力表上的對應值也是不相同的（de）。因此（cǐ）在確定管道的公稱壓力之（zhī）前應首先確定管道及其元（yuán）件的材料。材料（liào）的選用是由（yóu）設計溫度（dù）、設計壓力和操作介質確定的（de）。
管道中各元件（jiàn）的材料標準往（wǎng）往是不同的，一（yī）般（bān）情況下，管子用管材，法蘭
用鍛（duàn）材，而閥門多用鑄材。無論用什麽材料（liào）標準，它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（děng）強度； 注意管材、板（bǎn）材、棒（bàng）材、鑄材的配伍。
5.2.3操作介質
一般情況（kuàng）下，管（guǎn）道的公稱壓力在對應溫度下的許用（yòng）壓力不得超出（chū）其（qí）設計壓（yā）力。
對由於管子及其元件失效而（ér）將造成嚴（yán）重危害或易於產（chǎn）生重大事故的介質，在考慮（lǜ）其公稱壓（yā）力等級時，不應僅僅按溫度-壓力表來確定，應適當提高其公稱壓力等級，即提高其安全可靠係（xì）數。SH3059、SYJ1064標準對此都有詳細的（de）規定，例（lì）如：
對輸送劇毒介質的管道，當采（cǎi）用SH標準體係時，無論（lùn）介質的操（cāo）作壓力是多少，其公稱壓（yā）力等級應不低（dī）於PN5.0MPa；當采（cǎi）用JB標準體係（xì）時，應不低於PN4.0；
對輸送氫氣、氨氣、液態烴等介質的管道，當采用SH標準體係時，無論介質的操作壓（yā）力是多少，其最低公稱壓力等級應不低於PN2.OMPa，當采用JB標準（zhǔn）體係時，應不低於PN2.5MPa；
對輸送一般可燃介質的管道，當采用SH標準體係時，其公稱壓（yā）力等級應不低於PN2.0MPa，當采（cǎi）用JB標準體係時，應不低於PN1.6MPa。
5.2.4介質溫度及管係附加力
許多法蘭標準都給出這樣（yàng）一個注釋:其溫度-壓力（lì）表的對（duì）應值是指法（fǎ）蘭不受衝擊載荷的對應值（zhí）。事實上，法（fǎ）蘭遭受外部管道給予的彎曲、振動、溫度循環等附加載荷時，都將影響其密封性，甚至影響到（dào）強度的可靠性，此時（shí）應將這些（xiē）外部（bù）載荷折算（suàn）成當量介質壓力來（lái）確定管道（dào）所（suǒ）需的公稱壓力。
給予法蘭的彎曲載荷主要是由（yóu）管係的熱脹冷縮引起的。一般情況下，對（duì）於PN2.0等級的法蘭，當其工作溫度大於200℃時，或PN5.0及以上等級的法蘭在工作溫度大於400℃時，均應考慮（lǜ）管係對法蘭產生的附加載荷的影響，否則應提（tí）高管係的公稱壓力等級。
5.3影晌（shǎng）壁厚等（děng）級確定的因素
5.3.1材料的許用應力
材（cái）料的許（xǔ）用應力是指材料的強度指標除以相應的安全係（xì）數而得到的值。材料的機械性能指（zhǐ）標有屈服極限、強度極限、蠕變極限、疲（pí）勞極限等，這些指標（biāo）分別反映了不同狀態下失效的極限值。為了保證管道運行中的強度可靠，常將管（guǎn）道元件中的應力限製在各強度指標下某一值，該數值即為許用（yòng）應力。當管道（dào）元件中的應力（lì）超過（guò）其許用應力值時，就認為其（qí）強度已不能得到保證。因此說，材料的許用應力是確定管道（dào）壁厚等級的基本參數。
不同的設計標準（zhǔn），選取材料（liào）的許用（yòng）應力值是不同的。對壓力管道來說，國（guó）內的設計標準是按GB150《鋼製壓力（lì）容器》確定的許用應力值，ASTM材料則是取按（àn）ANSI B31.3《Process Piping》標準（zhǔn）確定的（de）許用應力值。
5.3.2腐蝕餘量
腐蝕餘量是考慮因介質（zhì）對管道的腐蝕而造成的管道（dào）壁厚（hòu）減薄（báo），從而增加的管道壁厚值（zhí）。它的大小直接影（yǐng）響（xiǎng）到管道壁（bì）厚的取值，或者說直接影響到壁厚（hòu）等級的（de）確定。
目前（qián）我國尚沒有一套有關各種（zhǒng）腐蝕介質在不同條（tiáo）件下對各種（zhǒng）材料的（de）腐蝕速率數據，因此，工程上大多數情況下仍是憑經驗來確（què）定其腐（fǔ）蝕餘量的。許（xǔ）多國內外（wài）的工程公司（sī）或設計院通常都將腐蝕餘量（liàng）分為如下四級（jí）:
a.無（wú）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（shí）不嚴（yán）重的（de）碳素鋼和鉻鉬鋼多（duō）取該值；
c.3.2mm腐（fǔ）蝕餘量。對（duì）於腐蝕比較嚴重的碳素（sù）鋼（gāng）和鉻鉬（mù）鋼管道多取該值；
d.加強級(大於3.2mn)腐蝕餘量。對於有（yǒu）固體顆（kē）粒衝（chōng）刷等特殊情況下的管道，根據實際情況確定其具體值。.
5.3.3管子及（jí）其元件的製造壁厚偏差
管（guǎn）子及其元件在製（zhì）造過程中，相對於其公稱壁厚(或者叫理論壁厚)都會有正（zhèng）、負偏差，因此在確定管子及其元（yuán）件公稱壁厚時一定要考慮可能出現的負偏（piān）差值。各種鋼管標準中規定的負偏差值是（shì）不完全相同的，GB/T8163《流體輸送用無縫鋼管》、GB/T14976《流體輸送（sòng）用不鏽鋼無縫鋼管》規定的壁厚（hòu）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（zhǔn） |
壁厚（mm） |
偏差值（zhí）（％） |
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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
金屬的焊（hàn）接過程，實質上是一個冶金過程，其組織（zhī）帶有明顯的（de）鑄造組織特（tè）征。一般情況下，鑄造組織缺陷較多（duō），材料性（xìng）能也有所下（xià）降。對於有縱焊縫（féng）和螺旋焊縫的焊接管子及其元件，相對於無縫（féng）管子及（jí）其元件來說，工程上常給它一個強度降低係數（shù）(即（jí）焊縫係數)，以衡（héng）量其機械性能下降的程（chéng）度。其（qí）焊（hàn）縫係數的（de）取值見表5-4
表5-4 焊接鋼管的焊縫係數（shù）
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序號 |
焊接方法 |
接頭形式 |
焊縫型（xíng）式（shì） |
檢（jiǎn）驗型式 |
焊縫係數（shù） |
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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 |
對焊 |
直線或（huò）螺旋形 |
按標準要求 |
0.85 |
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3 |
電弧焊 |
單麵對焊 |
直線或螺旋形 |
無RT
10%RT
100%RT |
0.8
0.9
1.0 |
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雙麵（miàn）對焊 |
直線或螺旋形 |
無（wú）RT
10%RT
100%RT |
0.85
0.9
1.0 |
RT 射線（xiàn）探傷
5.3.5設計壽命（mìng）
a. 設計壽命與壓力管道的腐蝕餘量有關。
對於均勻（yún）腐蝕來說，當知道其年腐蝕速率後，根據預定（dìng）的設計壽命，就很容易算出其應取的腐蝕餘量了。
b. 設（shè）計壽命還與交變應力作用的荷載變化次數（shù）、氫損傷的孕（yùn）育時間、斷裂因子的擴展期等（děng）影響因素有關（guān），
c. 與壓力管道的一次性投資、資（zī）金代嚐期（qī）和技術更（gèng）新周期有關。
d. 美國一雜誌上（shàng）推薦的設計（jì）使用壽命（mìng）為:碳鋼（gāng）為5年；鉻鉬鋼和不鏽鋼為10年。
SH3059標準規定的設計壽命為15年。
國（guó）外的一些（xiē）工程公司對總承（chéng）包項目規定（dìng）一般為10年；非總包項目一般為15年，以便從中獲取較大的（de）利（lì）潤。
5.4 常用（yòng）壓力管道器材的設計標（biāo）準（zhǔn）
1) GB50316-2000《工業金屬管道設（shè）計規範》；
2) GB50251-94 《輸氣管道工（gōng）程設計規範（fàn）》；
3) GB50253-94 《輸油（yóu）管（guǎn）道工程設計規範（fàn）》；
4) GB50028-93 《城（chéng）鎮燃氣設計規範》(1998年（nián）版)(2002年局部修訂條文)；
5) GB50030-91 《氧氣（qì）站（zhàn）設計規範》；
6) SH3059-2001 《石油化工（gōng）管道設計器材選用通則》；
7) SH3064-1994 《石油化工鋼製通用閥（fá）門選用、檢驗及驗收》；
8) HG/T20646 《化工（gōng）裝置管道材料設計規定》。 |