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    壓力管道的定義及概念詳解

    2008-11-19 7:43:00

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        《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》對(duì)壓力管道的定義是:  壓力管道,是指利用一定的壓力,用于輸送氣體或者液體的管狀設(shè)備,其范圍規(guī)定為最高工作壓力大于或者等于0.1MPa(表壓)的氣體、液化氣體、蒸汽介質(zhì)或者可燃、易爆、有毒、有腐蝕性、最高工作溫度高于或者等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體介質(zhì),且公稱(chēng)直徑大于25mm的管道。這就是說(shuō),現(xiàn)在所說(shuō)的“壓力管道”,不但是指其管內(nèi)或管外承受壓力,而且其內(nèi)部輸送的介質(zhì)是“氣體、液化氣體和蒸汽”或“可能引起燃爆、中毒或腐蝕的液體”物質(zhì)。這里所謂能燃爆、能中毒或有腐蝕性,具有如下內(nèi)涵:
        介質(zhì)的燃爆性:即介質(zhì)具有可燃性和爆炸性,在一定條件下能引起燃燒或爆炸,釀成火災(zāi)和破壞。這些介質(zhì)包括可燃?xì)怏w、液化烴和可燃液體等有火災(zāi)危險(xiǎn)性的物質(zhì),也包括容易引起爆炸的高溫高壓介質(zhì)如蒸汽、超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的高溫?zé)崴?、壓縮空氣和其他壓縮氣體等。其中,可燃介質(zhì)的火災(zāi)危險(xiǎn)性根據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》 GB50160和《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GBJ16,共分為甲、乙、丙三類(lèi)。
        其中甲、乙類(lèi)可燃?xì)怏w與空氣混合物的爆炸下限(體積)分別規(guī)定為:
    甲類(lèi)可燃?xì)怏w:<10%;
    乙類(lèi)可燃?xì)怏w:≥10%。
    甲、乙和丙類(lèi)可燃液體的分類(lèi)見(jiàn)表1。


    表1 液化烴、可燃液體的火災(zāi)危險(xiǎn)性分類(lèi)

    類(lèi) 別

    名 稱(chēng)

    特 征

    甲類(lèi)

    A

    液化烴

    15 0C時(shí)蒸汽壓力>0.1MPa的烴類(lèi)液體及其他類(lèi)似液體

    B

    可燃液體

    甲A以外的可燃液體,閃點(diǎn)<28 0C

    乙類(lèi)

    A

    可燃液體

    閃點(diǎn)≥28 0C至≤45 0C

    B

    閃點(diǎn)>45 0C至<60 0C

    丙類(lèi)

    A

    可燃液體

    閃點(diǎn)≥60 0C至≤120 0C

    B

    閃點(diǎn)>1200C

    注:閃點(diǎn)低于45 ℃的液體稱(chēng)為易燃液體;閃點(diǎn)低于環(huán)境溫度的液體稱(chēng)為易爆液體。在GBJ16的規(guī)定中,屬于甲類(lèi)火災(zāi)危險(xiǎn)性的可燃介質(zhì)(或生產(chǎn)過(guò)程)還有:常溫下能自行分解或在空氣中氧化即能導(dǎo)致自燃或爆炸的物質(zhì);常溫下受到水或蒸汽作用能產(chǎn)生氣體并引起燃燒或爆炸的物質(zhì);遇酸、受熱、撞擊、摩擦、催化及遇有機(jī)物或硫磺等易燃的無(wú)機(jī)物,極易引起燃燒或爆炸的強(qiáng)氧化劑;受撞擊、摩擦或與氧化劑、有機(jī)物接觸時(shí)能引起燃燒或爆炸的物質(zhì);以及在密閉設(shè)備內(nèi)操作溫度等于或超過(guò)物質(zhì)本身自燃點(diǎn)的生產(chǎn)。屬于乙類(lèi)火災(zāi)危險(xiǎn)性的介質(zhì)主要是指不屬于甲類(lèi)火災(zāi)危險(xiǎn)性的氧化劑和化學(xué)易燃固體,以及助燃?xì)怏w。 (B)介質(zhì)的毒性:即介質(zhì)具有使人中毒的特性。當(dāng)這些介質(zhì)被人吸入或與人體接觸后,能對(duì)人體造成傷害,甚至死亡。根據(jù)《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(jí)》GB5044的規(guī)定,毒物按急性毒性、急性中毒發(fā)病狀況、慢性中毒患病狀況、慢性中毒后果、致癌性和最高允許濃度等六項(xiàng)指標(biāo),共分為極度危害、高度危害、中度危害和輕度危害四個(gè)等級(jí)。極度危害介質(zhì)有時(shí)也稱(chēng)之為“劇毒介質(zhì)”,高度、中度和輕度危害介質(zhì)則統(tǒng)稱(chēng)為“有毒介質(zhì)“。劇毒介質(zhì)(流體)在我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)金屬管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB50235-97中的解釋是:如有極少量這類(lèi)物質(zhì)泄漏到環(huán)境中,被人吸入或與人體接觸,即使迅速治療,也能對(duì)人體造成嚴(yán)重的和難以治療的傷害的物質(zhì)。相當(dāng)于現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(jí)》GB5044中 I 級(jí)危害程度(極度危害)的毒物。據(jù)此可以將劇毒介質(zhì)理解為就是極度危害介質(zhì)。而有毒介質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)中的解釋是:這類(lèi)物質(zhì)泄漏到環(huán)境中,被人吸入或與人體接觸,如治療及時(shí)不致于對(duì)人體造成不易恢復(fù)的危害。不過(guò),毒性程度相同的毒物,在具體如何對(duì)待的問(wèn)題上各行業(yè)也存在差異。如苯在《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(jí)》            

        GB5044中被列入極度危害介質(zhì),在《壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定》的解析中也作為極度危害介質(zhì)的例子。而在《石油化工有毒、可燃介質(zhì)管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》SH3501-2002的管道分級(jí)中,苯則被與高度危害介質(zhì)同等對(duì)待。列入SHB級(jí)之中。相反,丙烯腈、光氣、二硫化碳和氟化氫等四種高度危害介質(zhì)則在SH3501-2002中被與極度危害介質(zhì)同樣看待,列入SHA級(jí)管道之中。這不但對(duì)施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和在用管道的檢驗(yàn)要求有影響,同時(shí)對(duì)具體工程施工時(shí)劃分許可證級(jí)別也是有影響的。如承擔(dān)有苯介質(zhì)的管道安裝工作時(shí),若苯被視為極度危害介質(zhì),施工單位應(yīng)持 GC 1級(jí)安裝許可證,而若作為高度危害介質(zhì)時(shí),則持證級(jí)別與管道的設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度有關(guān)。對(duì)于這個(gè)問(wèn)題的理解可以從毒物危害性分級(jí)的原則進(jìn)行解釋?zhuān)簢?guó)家標(biāo)準(zhǔn)《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(jí)》GB5044-85對(duì)具體毒物的分級(jí)是以列舉常見(jiàn)的56 種毒物在某些行業(yè)中的危害程度分級(jí)進(jìn)行表達(dá)的。但該標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)指出:對(duì)接觸同一毒物的其他行業(yè)(該標(biāo)準(zhǔn)表2中未列出的)的危害程度,可根據(jù)車(chē)間空氣中的毒物濃度、中毒患病率、接觸時(shí)間的長(zhǎng)短,劃定級(jí)別。凡車(chē)間空氣中毒物濃度經(jīng)常達(dá)到TJ36—79《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中所規(guī)定的最高容許濃度值,而其患病率或癥狀發(fā)生率低于本分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)的值,可降低一級(jí)。所以,對(duì)每種具體物質(zhì),國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在劃分危害等級(jí)時(shí)存在差異是正常的。因?yàn)槌酥掳┬院涂諝庵凶罡呷菰S濃度外,其他四項(xiàng)指標(biāo)都與生產(chǎn)過(guò)程和操作特點(diǎn)有關(guān)。石油、化工和石油化工等以管道輸送介質(zhì)為主的生產(chǎn)過(guò)程,有毒物質(zhì)處于連續(xù)、密閉狀況下流動(dòng),其危害程度取決于因事故致使毒物與人體接觸,或因經(jīng)常性泄漏引起職業(yè)性慢性危害的機(jī)率,通常要低于開(kāi)放性生產(chǎn)過(guò)程。因此,在壓力管道設(shè)計(jì)時(shí)具體確定毒物危害等級(jí)應(yīng)主要以車(chē)間空氣中毒物濃度、中毒患病率、接觸時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)劃定。上面提到的毒物危害性分級(jí)指標(biāo)中,關(guān)于車(chē)間空氣中毒物的最高允許濃度規(guī)定如下: 極度危害:最高允許濃度小于0 .1 mg/m3;高度危害:最高允許濃度為0 .1 mg/m3 ~1 .0 mg/m3。根據(jù)《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(TJ36—79)的規(guī)定,苯、丙烯腈、光氣、二硫化碳和氟化氫等五種毒物在車(chē)間空氣中和居住區(qū)大氣中的最高允許濃度見(jiàn)表 2:

    表2 幾種毒物的最高允許濃度

    毒物名稱(chēng)

    丙烯腈

    光氣

    二硫化碳

    氟化氫

    車(chē)間空氣允許濃度
    (mg/m3)

    40.0

    2.0

    0.5

    10.0

    1.0

    居住區(qū)大氣允許濃度
    (日平均mg/m3)

    0.8

    0.05

    ——

    0.04
    (一次)

    0.007
    (一次0.02)

    由表2可見(jiàn),苯在車(chē)間空氣中的最高允許濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于極度危害介質(zhì)。同時(shí),根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)中管道輸送的連續(xù)性、密閉性特點(diǎn),以及苯與操作人員的接觸時(shí)間長(zhǎng)短和中毒患病率的情況分析,苯也不應(yīng)屬于極度危害介質(zhì)的范圍。所以,實(shí)際工作中確定介質(zhì)的毒害程度應(yīng)以設(shè)計(jì)文件確定的毒物性質(zhì)或設(shè)計(jì)文件中指明的施工驗(yàn)收規(guī)范為準(zhǔn)。
    另外,關(guān)于接觸時(shí)間長(zhǎng)短我國(guó)尚未制定有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),美國(guó)政府工業(yè)衛(wèi)生專(zhuān)家會(huì)議(ACGIH)推薦的三種接觸閾限值可作為參考:
    1)以正常8小時(shí)工作日或40小時(shí)工作周的時(shí)間加權(quán)平均限值為指標(biāo),在此濃度下,反復(fù)接觸對(duì)全部人員都不致產(chǎn)生不良影響;
    2)以短時(shí)間接觸(每次不超過(guò)15分鐘,每天不超過(guò)4次,每次間隔不少于1小時(shí))的時(shí)間加權(quán)平均限值為指標(biāo),在此濃度下,人短時(shí)間連續(xù)接觸不致引起刺激作用、慢性或不可逆組織病理變化、麻醉而增加意外傷害、自救能力減退或工作效率明顯降低等;
    3)上限值是指即使在瞬間也不得超過(guò)的最高濃度。
    (C)介質(zhì)的腐蝕性:是指能灼傷人體組織并對(duì)管道材料造成損壞的物質(zhì),如酸、堿以及其它能引起材料損害的流體如氫、硫化氫等。
    (三)壓力管道的安全監(jiān)察范圍
    根據(jù)《壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定》,屬于安全監(jiān)察范圍的壓力管道是具備下列條件之一的壓力管道及其附屬設(shè)施、安全保護(hù)裝置等。
    1)毒性程度為極度危害的介質(zhì),不論壓力,溫度及狀態(tài);
    2)火災(zāi)危險(xiǎn)性為甲、乙類(lèi)的介質(zhì),不論壓力、溫度及狀態(tài);
    3)最高工作壓力大于、等于0. 1 MPa的氣(汽)體、液化氣體介質(zhì),未規(guī)定性質(zhì)及溫度,但《壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定》中規(guī)定不屬于監(jiān)察范圍的除外。
    4)最高工作壓力大于、等于0.1 MPa的易燃 、易爆 、有毒,有腐蝕性介質(zhì)或最高工作溫度高于、等于標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的液體介質(zhì)。
    《壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定》中規(guī)定以下四類(lèi)管道不屬于監(jiān)察范圍:
    a)設(shè)備本體所屬管道。
    b)軍事裝備,交通工具和核裝置中的管道。
    c)無(wú)毒、不可燃、無(wú)腐蝕性的氣體,公稱(chēng)直徑小于150mm 且最高工作壓力小于1.6 MPa的管道。
    這里,所謂壓力管道所屬設(shè)施及安全保護(hù)裝置的定義是:
    a)附屬設(shè)施主要指用于壓力管道的管道用設(shè)備、支吊架、陰極保護(hù)裝置等。
    b)安全保護(hù)裝置主要指超溫、超壓控制裝置和報(bào)警裝置等。
    注:最近頒發(fā)的《壓力管道使用登記管理規(guī)則》(試行)中對(duì)壓力管道、附屬設(shè)施和安全保護(hù)裝置的界定,明確為:
    a)壓力管道指由管道組成件、管道支承件、安全保護(hù)裝置和附屬設(shè)施等組成的系統(tǒng)。用于輸送氣體或者液體的管狀設(shè)備;
    b)附屬設(shè)施指陰極保護(hù)裝置、壓氣站、泵站、閥站、調(diào)壓站、監(jiān)控系統(tǒng)等;
    c)安全保護(hù)裝置指壓力管道上連接的安全閥、壓力表、爆破片和緊急切斷閥等。
    二、壓力管道的主要特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)要求
    (一)壓力管道的特點(diǎn)
    一個(gè)管道系統(tǒng),為了完成流體的輸送、分配、混合、分離、排放、計(jì)量或控制流體流動(dòng)的功能,必須與相應(yīng)的動(dòng)力設(shè)備、反應(yīng)設(shè)備、儲(chǔ)存設(shè)備、分離設(shè)備、換熱設(shè)備、控制設(shè)備等連接在一起,形成一個(gè)系統(tǒng),使管內(nèi)流體具有一定的壓力、溫度和流量,完成設(shè)計(jì)預(yù)定的任務(wù)。同時(shí),不同類(lèi)別的壓力管道,由于材料、結(jié)構(gòu)和敷設(shè)形式不同,其特點(diǎn)也有所不同:
    (A)工業(yè)管道的特點(diǎn)
    1)數(shù)量多,管道系統(tǒng)大,車(chē)間內(nèi)管道布置交叉、緊湊;
    2)管道組成件和支承件的材質(zhì)、品種、規(guī)格復(fù)雜,質(zhì)量均一性差;
    3)運(yùn)行過(guò)程受生產(chǎn)過(guò)程波動(dòng)影響,運(yùn)行條件變化多,如熱脹冷縮、交變載荷、溫度和壓力波動(dòng)等;
    4)腐蝕和破壞機(jī)理復(fù)雜,材料失效模式多。
    (B)長(zhǎng)輸管道和公用管道的特點(diǎn)
    1)管道敷設(shè)長(zhǎng)度大,跨越地區(qū)多,地形地質(zhì)復(fù)雜;
    2)埋地敷設(shè)多,缺陷檢測(cè)難度大;
    3)容易遭受意外損傷。
    (二)壓力管道的結(jié)構(gòu)要求
    壓力管道由于輸送的流體具有毒性、燃爆性和腐蝕性,且又有高溫、高壓、低溫等特殊操作條件,使其具有相當(dāng)大的危險(xiǎn)性。因此,壓力管道系統(tǒng)結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)具備下列條件:
    耐壓強(qiáng)度:承受管內(nèi)流體作用于管道上的壓力(內(nèi)壓或外壓)、溫度所引起的應(yīng)力及其長(zhǎng)期、反復(fù)的影響,如蠕變和疲勞等;
    密封性:阻止管道內(nèi)部流動(dòng)的流體泄漏到管道外部空間或流體中;
    耐腐蝕性:承受管內(nèi)流體對(duì)管道材料的腐蝕作用。管道材料的耐腐蝕等級(jí)分為4級(jí),以年腐蝕速率衡量:充分耐腐蝕≤0.05mm;
    耐腐蝕>0.05~0.1mm;
    尚耐腐蝕>0.1~0.5mm;
    不耐腐蝕>0.5mm;
    柔性:管道的柔性是反映管道變形難易程度的一個(gè)物理概念。管道在設(shè)計(jì)條件下工作時(shí),因熱脹冷縮、端點(diǎn)附加位移、管道支承設(shè)置不當(dāng)?shù)仍驎?huì)產(chǎn)生應(yīng)力過(guò)大、變形、泄漏或破壞等影響正常運(yùn)行的情況。管道的柔性就是管道通過(guò)自身變形吸收因溫度變化發(fā)生尺寸變化或其他原因所產(chǎn)生的位移,保證管道上的應(yīng)力在材料許用應(yīng)力范圍內(nèi)的性能。
    為了滿足上述條件,管道系統(tǒng)的管道組成件必須使用耐介質(zhì)腐蝕,有能夠在設(shè)計(jì)規(guī)定溫度下承受介質(zhì)作用壓力的材料,且有相應(yīng)的壁厚和密封結(jié)構(gòu)。同時(shí)整個(gè)管道系統(tǒng)應(yīng)有適當(dāng)?shù)闹С小?BR>在一些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中,經(jīng)常出現(xiàn)“劇烈循環(huán)條件”這一名詞。根據(jù)《工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50316-2000的解釋?zhuān)瑒×已h(huán)條件是指:管道計(jì)算的最大位移應(yīng)力范圍超過(guò)0.8倍許用的位移應(yīng)力范圍和當(dāng)量循環(huán)數(shù)大于7000或由設(shè)計(jì)確定的產(chǎn)生相等效果的條件。所謂“位移應(yīng)力范圍”是指:由管道熱膨脹產(chǎn)生的位移所計(jì)算的應(yīng)力。計(jì)算的最大位移應(yīng)力范圍就是從最低溫度到最高溫度的全補(bǔ)償值進(jìn)行計(jì)算的應(yīng)力。設(shè)計(jì)對(duì)劇烈循環(huán)條件下運(yùn)行的管道,在管道組成件的選用、管子和管件的最小厚度、無(wú)損檢測(cè)的要求等均有特殊的規(guī)定。
    三、壓力管道的分類(lèi)和分級(jí)
    管道的用途廣泛,品種繁多。不同領(lǐng)域內(nèi)使用的管道,其分類(lèi)方法也不同。一般可以按用途、主體材料、敷設(shè)狀態(tài)和輸送介質(zhì)等管道使用特性進(jìn)行分類(lèi)。具體情況可見(jiàn)圖1。
    在一般法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范中,為了便于設(shè)計(jì)、施工驗(yàn)收和使用管理和檢驗(yàn),往往根據(jù)介質(zhì)的特性和設(shè)計(jì)參數(shù)采用綜合分類(lèi)、分級(jí)的方法,同時(shí),在各行業(yè)的設(shè)計(jì)規(guī)范,施工驗(yàn)收規(guī)范和維修、檢驗(yàn)規(guī)程之間,對(duì)管道的分級(jí)或分類(lèi)尚存在差異。如:
    國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50316中的流體根據(jù)狀態(tài)、性質(zhì)和設(shè)計(jì)參數(shù)分為A1、A2、B、C、D五類(lèi)。A1類(lèi)為劇毒介質(zhì);A2類(lèi)為有毒介質(zhì)B類(lèi)為可燃介質(zhì);C類(lèi)、D類(lèi)為非可燃、無(wú)毒介質(zhì),其中設(shè)計(jì)壓力小于等于1MPa,且設(shè)計(jì)溫度為-29~186℃的為D類(lèi)。化工、石油化工和電力等行業(yè)的施工及驗(yàn)收規(guī)范對(duì)管道的分級(jí)或分類(lèi)如下:
    化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《化工金屬管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》HG20225—95按流體特性和設(shè)計(jì)參數(shù)分為A、B、C、D四類(lèi)?;九c國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)一致,但將有毒介質(zhì)管道劃入B類(lèi)管道。

     
     
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