管道器材選定原則及技術要求

? 管道器材是管道（配管）設計基礎，它直接影響管道系統乃至整個工程裝置的質量、安全和經濟性。管道器材在石油、化工、輕工、食品、制藥、冶金、電力等工程裝置中成本占比較大，管道器材的費用約占整個EPC總承包工程總投資的20％（其中，管件費用約占7.5％，閥門費用約占53％，法蘭費用約占12％，螺栓、螺母及墊片費用約占3％，管道其他費用約占2.5％）；管道專業設計工作量約占整個工程總設計工作量的30％～40％；管道施工安裝工作量約占整個工程總工作量的50％。以上比例如圖1.1.1所示。

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全球管道安全生產形勢嚴峻，火災爆炸的頻率和造成的經濟損失，一直呈增長趨勢。據資料統計：石油化工裝置統計事故中35％是由于管道系統引發的，這足以引起人們對管道安全屏障作用的關注。管道器材防護失效造成泄漏的原因，不外乎機械破壞、腐蝕和密封失效，這正是管道設計安全的要害。了解并處理好這些問題是管道設計者的責任。《中華人民共和國特種設備安全法》規定特種設備是指對人身及財產安全有較大危險性的鍋爐、壓力容器（含氣瓶）、壓力管道、電梯、起重機械、客運索道、大型游樂設施、場（廠）內專用機動車輛以及法律、行政法規規定適用本法的其他特種設備。壓力管道作為特種設備納入監管范圍。

? 管道器材（piping material）選用是根據工程設計的總體條件、工藝條件及采購特點等因素，對管子、管道施工所占比例管件、閥門、法蘭、墊片、緊固元件、特殊管道器材、隔熱材料、涂漆材料等的選用，包括管道材料的標準、材質、規格、結構形式、連接形式等內容的選定。國內外有的設計單位還包括計算管道口徑，計算管道壁厚及強度，匯總管道材料數量，向采購提出請購單，編制管道材料的采購技術要求文件（material requirement），對管道材料提供商文件的評閱（technical bid evaluation）、施工現場管道器材的檢驗和試驗等內容。管道器材選用的工作貫穿前端設計（FEED）、工程詢價（inquiry）、設計（design）、采購（procure）、施工（construct）等階段，具有以下特點。

1. 標準化

? 目前大多數管道及其元件都進行了標準化，并有相應的應用標準作支持。配管設計管道材料選用時，首先要考慮的就是管道標準體系的選用。這些標準應包括管子系列標準、管件系列標準、法蘭及其連接件系列標準、閥門系列標準等。其中管子標準和法蘭標準最具有代表性。

? 世界各國應用的管道標準體系有很多，不同國家有不同的應用標準和標準體系，而在我國，不同行業又各采用不同的應用標準和標準體系。這些標準之間千差萬別，甚至有些標準和標準體系相差甚遠，相互之間無法配套使用和互換，從而給使用者帶來了不少麻煩。配管設計管道材料選用的第一步就是選擇標準體系，并作為裝置內各專業設計的統一規定，以避免各相關專業因采用不能互換的其他標準體系而導致無法開展設計銜接。

? 有的國家將石化裝置配管設計管道器材規定了統一的材料等級，無論是什么裝置，管道器材均從這個統一的材料等級規定內進行選用并拷貝使用。

? 在我國，有GB1燃氣管道、GB2熱力管道、GCD動力管道、GA長輸管道，如果流體介質種類較單一，管道器材選用的種類相對較少，可不單獨列材料等級規定文件。

2. 國際化

? 現在的工程項目越來越國際化，有的是建設在國外，有的是國外投資建設在國內，有的是在國外采購，有的需要同時在幾個國家采購管道器材，這就要求在管道器材設計時按照工程項目的具體要求，選用國際化標準的管道器材。管道器材選用設計標準規范也逐漸在統一向通用的國際化標準看齊。筆者前些年負責的某配管設計，按照業主的要求，不同種類的管道材料需要分別在6個國家進行采購。

3. 經濟性

? 經濟性是指管道的一次投資費用和操作維護費用的綜合指數低。一般情況下，如果一次投資較高的話，其可靠性好，操作、維護費用低；相反亦然。另外，在我國，美標體系管道材料價格，與我國標準體系管道材料價格也有差別，應根據工程項目實際情況確定。對于特別重大和復雜的決策，可借助計算機分析選取技術和經濟的最優化組合。在設計時，盡力做到管系中各元件具有相同的強度和壽命。

4. 多學科性

? 管道器材設計是配管設計的基礎技能之一，管道器材設計既要求從事這項設計的工程技術人員具有材料、力學、機械、技術經濟等多學科知識，還要求能夠運用好計算機和外語兩個最重要的工具，結合項目實際的采購情況，根據工藝專業的工藝管道數據表要求，根據管道布置、設備布置和管道應力分析的特殊要求，根據甲方提出的要求，并遵循相關法規和規定，用計算機文本、表格或者數據庫表示出來，成為一個系統的、集體的、創造性的智力勞動。

? 氧氣、硫酸等介質配管設計管道器材的選用，需要考慮流體的流速，還需要考慮配管設計的布置情況進行選材。有時候氧氣管道主管與分支旁路管的管道材質不應相同，因分支旁路管道內氧氣流速快，例如，p=2.0MPa 的氧氣管道，氧氣最高流速15m/s時可選用碳鋼管道材料，當氧氣最高流速達到25m/s時需選用不銹鋼管道材料。

? 某工程濃硫酸管道用普通碳鋼管道材料，運行后發現腐蝕破壞，多處開始泄漏，后來換成了316L不銹鋼材質管道。經分析原因，是流速和硫酸濃度的問題。

? 某熱水管道在管廊上用普通碳鋼管道加普通保溫管道，直埋段時改用高密度聚乙烯外保護預制直埋保溫管。

5. 復雜性

? 管道工程設計過程中實際應用的管道器材種類很多，使用工況也千差萬別，影響因素和環節也比較多。管道是一個系統，相互關聯相互影響，牽一發動全身，管道組成件和管道支承件的種類繁多，各種材料各有特點和具體技術要求，材料選用復雜。管道長徑比很大，極易失穩，受力情況比壓力容器更復雜。管道內流體流動狀態復雜，緩沖余地小，工作條件變化頻率比壓力容器高（如高溫、高壓、低溫、低壓、位移變形、風、雪、地震等都可能影響管道受力情況）。在做配管設計管道器材選用時需要全面統一考慮。