工程上，工藝操作參數(shù)不宜直接作為壓力管道的設(shè)計條件，它要考慮工藝操作的波動、相連設(shè)備的影響、環(huán)境的影響等因素，而在工藝操作參數(shù)的基礎(chǔ)上給出一定的安全裕量。也就是說，設(shè)計條件是在工藝操作條件的基礎(chǔ)上，同時考慮其它因素的影響而得到的。這里所說的設(shè)計條件主要是指設(shè)計壓力和設(shè)計溫度。
一、設(shè)計壓力
一般情況下，管道的設(shè)計壓力應(yīng)不低于正常操作時，由內(nèi)壓（或外壓）與溫度構(gòu)成的最苛刻條件下的壓力。最苛刻條件是指導(dǎo)致管子及管道組成件最大壁厚或最高公稱壓力等級的條件。考慮介質(zhì)的靜液柱壓力等因素的影響，設(shè)計壓力一般應(yīng)略高于由內(nèi)壓（或外壓）與溫度構(gòu)成的最苛刻條件下的最高工作壓力。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(yīng)工作壓力的基礎(chǔ)上增加一個裕度系數(shù)。裕度系數(shù)見表4-1：
表4-1 一般情況下管道元件的設(shè)計壓力確定
|
工作壓力（Pw） Mpa
|
設(shè)計壓力（P）MPa
|
|
Pw≤1.8
1. 8<Pw≤4.0
4.0<Pw≤8.0
Pw>8.0
|
P=Pw+0.18
P=1.1Pw
P=Pw+0.4
P=1.05Pw
|
|
當(dāng)按該原則確定的設(shè)計壓力會引起管道壓力等級變化時，應(yīng)判斷該工作壓力是否就是由內(nèi)壓（或外壓）與溫度構(gòu)成的最苛刻條件下的最高工作壓力，如果是，在報請有關(guān)技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)的情況下，
|
|
設(shè)計壓力可取此時的最高工作壓力，而不必再加系數(shù)。
|
除此之外，對于下列特殊情況應(yīng)特殊考慮其設(shè)計壓力：
a、管道中有安全泄壓裝置時，往往預(yù)示著該管道在運(yùn)行過程中有出現(xiàn)超出其正常操作壓力的可能。設(shè)置安全泄壓裝置（如安全閥、爆破片等）的目的，就是在系統(tǒng)中出現(xiàn)超出其正常操作壓力的情況時，能將壓力自動釋放而使設(shè)備、管道等系統(tǒng)等硬件得到保護(hù)。此時管道的設(shè)計壓力應(yīng)不低于安全泄壓裝置的設(shè)定壓力與按表4-1確定的壓力二者中的最大值；
b、對于高揚(yáng)程的泵，尤其是往復(fù)泵，在開始啟動的短時間內(nèi)，往往會在第一道切斷閥之前的管道和泵內(nèi)產(chǎn)生一個較高的封閉壓力，有時這個封閉壓力會達(dá)到一個很大的值。此時泵的出口管道，其設(shè)計壓力應(yīng)取泵的最大封閉壓力值。這個壓力值由工藝和機(jī)械專業(yè)提供；
c、真空系統(tǒng)管道承受的壓力就是其外部的大氣壓力，故其設(shè)計壓力應(yīng)取0.1MPa外壓；
d、與塔或容器等設(shè)備相連的管道，其設(shè)計壓力應(yīng)不低于所連設(shè)備的設(shè)計壓力。當(dāng)管道內(nèi)有較高的液體液柱時，還應(yīng)考慮該液體靜壓頭的影響。事實上，對于管道來說，其受力要比設(shè)備復(fù)雜，這是因為它除受介質(zhì)載荷之外，還往往遭受到由于管道的熱脹冷縮而產(chǎn)生的管系力等。因此，管道的設(shè)計壓力一般應(yīng)不低于設(shè)備的設(shè)計壓力。
二、設(shè)計溫度
一般情況下，管道的設(shè)計溫度應(yīng)不低于正常操作時，由內(nèi)壓（或外壓）與溫度構(gòu)成的最苛刻條件下的溫度，最苛刻條件是指導(dǎo)致管子及管道組成件最大壁厚、最高公稱壓力等級或最高材料等級的條件。考慮環(huán)境、隔熱、操作穩(wěn)定性等因素的影響，設(shè)計溫度應(yīng)略高于由內(nèi)壓（或外壓）與溫度構(gòu)成的最苛刻條件下的最高工作溫度。為了操作上的方便，在此不妨也采用壓力容器的做法，即在相應(yīng)工作壓力的基礎(chǔ)上增加一個裕度系數(shù)。除法蘭和螺栓以外，其它管道元件的設(shè)計溫度可按表4-2選取：
表4-2 一般情況下管道元件的設(shè)計溫度確定
|
最高工作溫度（Tw）℃
|
設(shè)計溫度（T）℃
|
|
-20<Tw≤15
15<Tw≤350
Tw>350
|
T=Tw-5(最底取-20)
T=Tw+20
T=Tw+(5～15)
|
|
當(dāng)按該原則確定的設(shè)計溫度會引起管道壓力等級或管道材料變化時，應(yīng)判斷該工作溫度是否就是由內(nèi)壓（或外壓）與溫度構(gòu)成的最苛刻條件下的最高工作溫度，如果是，在報請有關(guān)技術(shù)負(fù)責(zé)人批準(zhǔn)
|
|
的情況下，設(shè)計溫度可取此時的最高工作溫度，而不必再加系數(shù)。
|
法蘭、墊片的設(shè)計溫度應(yīng)不低于最高工作溫度的90%。
螺栓、螺母的設(shè)計溫度應(yīng)不低于最高工作溫度的80%。
除此之外，對下列情況還應(yīng)特殊考慮其設(shè)計溫度：
a、對于夾套或外伴熱的管道，當(dāng)工藝介質(zhì)溫度高于伴熱介質(zhì)溫度時，其設(shè)計溫度按表4-2選取。當(dāng)工藝介質(zhì)溫度低于伴熱介質(zhì)溫度時，對夾套伴熱取伴熱介質(zhì)溫度為設(shè)計溫度，而對外伴熱則取伴熱介質(zhì)溫度減10℃與工藝介質(zhì)溫度二者的較大值作為設(shè)計溫度；
b、安全泄壓管道，取排放時可能出現(xiàn)的最高或最低溫度為設(shè)計溫度；
c、采用蒸汽吹掃的管道，當(dāng)介質(zhì)溫度高于吹掃蒸汽的溫度時，則按介質(zhì)溫度根據(jù)表4-2確定其設(shè)計溫度。當(dāng)介質(zhì)溫度低于吹掃蒸汽溫度時，應(yīng)視具體情況而定。例如，按介質(zhì)溫度選取的管道及其元件不能承受吹掃介質(zhì)的條件時，應(yīng)適當(dāng)提高等級以適應(yīng)吹掃介質(zhì)條件。管道的熱脹補(bǔ)償和對邊界點(diǎn)的推力在遭受吹掃介質(zhì)短時間作用時，也應(yīng)能滿足要求；
d、同一根管道，如果在兩種或兩種以上工況條件下工作時（如加氫裂化裝置的反應(yīng)流出物管道有正常工作工況和高溫再生工況兩種操作工況），其設(shè)計溫度應(yīng)取與內(nèi)壓（或外壓）構(gòu)成的最苛刻條件下的設(shè)計溫度，并對其它工況進(jìn)行校核；
e、臨氫操作的管道，在查Nelson曲線時，應(yīng)取設(shè)計溫度再加30℃~50℃作為查曲線的溫度參數(shù)值。這是因為Nelson曲線為統(tǒng)計值，在鄰近曲線下方選材時而出現(xiàn)氫損傷的實例也曾發(fā)生過；
f、按表4-2的要求增加上溫度裕度后，如果影響到選材的變化，或者材料的性能將發(fā)生較大的變化時，應(yīng)酌情增加溫度裕度的量或者不增加溫度裕度。如催化裂化裝置的煙氣管道，在700℃高溫的基礎(chǔ)上，溫度每增加或減少10℃，其許用應(yīng)力變化幅度很大，計算出的管子壁厚變化幅度也很大。
g、帶隔熱耐磨襯里的管道，其金屬部分的管道設(shè)計溫度應(yīng)經(jīng)計算或?qū)崪y確定。一般情況下，宜取250℃作為設(shè)計溫度；
h、在進(jìn)行有彈簧支架的管系應(yīng)力計算時，宜取介質(zhì)的正常工作溫度作為計算參數(shù)。
思考題：
1. 什么是設(shè)計壓力？
2、什么是設(shè)計溫度？
3、試述管道設(shè)計時的設(shè)計壓力如何確定？
4、試述管道設(shè)計時的設(shè)計溫度如何確定？
5、往復(fù)泵的設(shè)計壓力確定時應(yīng)注意什么問題？
6、伴熱管道的設(shè)計溫度如何確定？
7、管道法蘭、墊片的設(shè)計溫度如何確定？
8、管道螺栓、螺母的設(shè)計溫度如何確定？
