壓力管道的定義及概念詳解

    《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》對壓力管道的定義是：  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)，且公稱直徑大于25mm的管道。這就是說，現(xiàn)在所說的“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。
    其中甲、乙類可燃?xì)怏w與空氣混合物的爆炸下限（體積）分別規(guī)定為：
甲類可燃?xì)怏w：＜10%；
乙類可燃?xì)怏w：≥10%。
甲、乙和丙類可燃液體的分類見表1。

表1 液化烴、可燃液體的火災(zāi)危險(xiǎn)性分類

注：閃點(diǎn)低于45 ℃的液體稱為易燃液體；閃點(diǎn)低于環(huán)境溫度的液體稱為易爆液體。在GBJ16的規(guī)定中，屬于甲類火災(zāi)危險(xiǎn)性的可燃介質(zhì)（或生產(chǎn)過程）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物質(zhì)本身自燃點(diǎn)的生產(chǎn)。屬于乙類火災(zāi)危險(xiǎn)性的介質(zhì)主要是指不屬于甲類火災(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》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。極度危害介質(zhì)有時(shí)也稱之為“劇毒介質(zhì)”，高度、中度和輕度危害介質(zhì)則統(tǒng)稱為“有毒介質(zhì)“。劇毒介質(zhì)（流體）在我國國家標(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)行國家標(biāo)準(zhǔn)《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級》GB5044中 I 級危害程度（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)不致于對人體造成不易恢復(fù)的危害。不過，毒性程度相同的毒物，在具體如何對待的問題上各行業(yè)也存在差異。如苯在《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級》            

    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的管道分級中，苯則被與高度危害介質(zhì)同等對待。列入SHB級之中。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級管道之中。這不但對施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和在用管道的檢驗(yàn)要求有影響，同時(shí)對具體工程施工時(shí)劃分許可證級別也是有影響的。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級安裝許可證，而若作為高度危害介質(zhì)時(shí)，則持證級別與管道的設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度有關(guān)。對于這個(gè)問題的理解可以從毒物危害性分級的原則進(jìn)行解釋：國家標(biāo)準(zhǔn)《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級》GB5044-85對具體毒物的分級是以列舉常見的56 種毒物在某些行業(yè)中的危害程度分級進(jìn)行表達(dá)的。但該標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)指出：對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)車間空氣中的毒物濃度、中毒患病率、接觸時(shí)間的長短，劃定級別。凡車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)生率低于本分級標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)的值，可降低一級。所以，對每種具體物質(zhì)，國家標(biāo)準(zhǔn)和專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在劃分危害等級時(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)過程，有毒物質(zhì)處于連續(xù)、密閉狀況下流動，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，通常要低于開放性生產(chǎn)過程。因此，在壓力管道設(shè)計(jì)時(shí)具體確定毒物危害等級應(yīng)主要以車間空氣中毒物濃度、中毒患病率、接觸時(shí)間長短來劃定。上面提到的毒物危害性分級指標(biāo)中，關(guān)于車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間空氣中和居住區(qū)大氣中的最高允許濃度見表 2：

表2 幾種毒物的最高允許濃度

由表2可見，苯在車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)間長短我國尚未制定有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，美國政府工業(yè)衛(wèi)生專家會議（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15分鐘，每天不超過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的最高濃度。
（C）介質(zhì)的腐蝕性：是指能灼傷人體組織并對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）無毒、不可燃、無腐蝕性的氣體，公稱直徑小于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)量或控制流體流動的功能，必須與相應(yīng)的動力設(shè)備、反應(yīng)設(shè)備、儲存設(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)行過程受生產(chǎn)過程波動影響，運(yùn)行條件變化多，如熱脹冷縮、交變載荷、溫度和壓力波動等；
4）腐蝕和破壞機(jī)理復(fù)雜，材料失效模式多。
（B）長輸管道和公用管道的特點(diǎn)
1）管道敷設(shè)長度大，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)流體對管道材料的腐蝕作用。管道材料的耐腐蝕等級分為4級，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a(chǎn)生應(yīng)力過大、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，劇烈循環(huán)條件是指：管道計(jì)算的最大位移應(yīng)力范圍超過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、無損檢測的要求等均有特殊的規(guī)定。
三、壓力管道的分類和分級
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。具體情況可見圖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、分級的方法，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，對管道的分級或分類尚存在差異。如：
國家標(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。A1類為劇毒介質(zhì)；A2類為有毒介質(zhì)B類為可燃介質(zhì)；C類、D類為非可燃、無毒介質(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。化工、石油化工和電力等行業(yè)的施工及驗(yàn)收規(guī)范對管道的分級或分類如下：
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?；九c國家標(biāo)準(zhǔn)一致，但將有毒介質(zhì)管道劃入B類管道。