設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度

一、設(shè)計(jì)壓力


設(shè)備和管道的設(shè)計(jì)壓力是設(shè)備和管道強(qiáng)度設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。工藝系統(tǒng)專業(yè)在確定設(shè)備設(shè)計(jì)壓力時(shí)，應(yīng)在滿足設(shè)備長周期安全生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，做到既經(jīng)濟(jì)又合理。不能靜止、單獨(dú)地考慮每臺設(shè)備的高工作壓力，要將設(shè)備置于工藝系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行分析，考慮各種工況下可能出現(xiàn)的高壓力以及系統(tǒng)附加條件（如系統(tǒng)壓力變化、安全閥在系統(tǒng)的相對位置，泵出口閥門的相對位置等）對大壓力的影響。同時(shí)，應(yīng)分析設(shè)備內(nèi)的介質(zhì)特性，如易燃、易爆，有毒有害，凝固點(diǎn)，飽和蒸氣壓，貴重物料等。



設(shè)備設(shè)計(jì)壓力的確定先根據(jù)一定的的原則，確定每臺設(shè)備的初步設(shè)計(jì)壓太，然后再根據(jù)系統(tǒng)分析方法對初步設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行調(diào)整，并得出設(shè)備的終設(shè)計(jì)壓力。

1、術(shù)語說明

（1）壓力



分表壓和絕壓，分別在壓力單位后加G或A表示。不加說明時(shí)，通常指表壓。



（2）大工作壓力



容器在正常工況下，容器頂部可能達(dá)到的大壓力。此值由化工工藝專業(yè)提出。



①對內(nèi)壓容器，指容器在正常工況下，其頂部可能出現(xiàn)的大壓力。



②對真空容器，指容器在正常工況下，其頂部可能出現(xiàn)的大真空度。



③對外壓容器，指容器在正常工況下，其頂部可能出現(xiàn)的大內(nèi)外壓差。



（3）泵（壓縮機(jī)）的關(guān)閉壓力



泵（壓縮機(jī)）的關(guān)閉壓力系指泵（壓縮機(jī)）在出口流量受限時(shí)的高排出壓力。



（4）安全閥開啟壓力



安全閥閥瓣開始升起，介質(zhì)連續(xù)排出的瞬時(shí)，安全閥進(jìn)口處的靜壓力。



（5）高壓力



用以確定容器設(shè)計(jì)壓力的基準(zhǔn)壓力。它是由容器大工作壓力加上工藝流程中系統(tǒng)的附加條件后，在容器頂部可能達(dá)到的壓力。此值由工藝計(jì)算確定。



（6）設(shè)計(jì)壓力



系指設(shè)定的容器頂部的高壓力（包括工藝流程的系統(tǒng)附加條件），與相對應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度一起作為設(shè)備設(shè)計(jì)的條件，其值不低于高壓力。設(shè)計(jì)壓力根據(jù)設(shè)備的高壓力和相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)范確定。



（7）高（低）工作溫度



高（低）工作溫度系指容器在正常工作過程中，元件金屬可能出現(xiàn)的高（低）金屬溫度。



（8）設(shè)計(jì)溫度



容器在正常工作情況下設(shè)定的元件的金屬溫度。此溫度與設(shè)計(jì)壓力一起作為容器設(shè)計(jì)條件，其值應(yīng)根據(jù)設(shè)備的高（低）工作溫度和相應(yīng)的規(guī)范計(jì)算確定。



2、設(shè)計(jì)規(guī)范



（1）符合下列條件之一的按GB150《鋼制壓力容器》確定：



1）0.1MPa（G）≤設(shè)計(jì)壓力≤35MPa（G）



2）真空度大于2kPa（200mmH2O）



（2）符合下列條件之一的按GB／T4735《鋼制焊接常壓容器》確定：



1）設(shè)計(jì)壓力低于0．1MPa（G）



2）真空度小于或等于2kPa（200mmH2O）



（3）設(shè)計(jì)壓力大于35MPa（G）的應(yīng)按相關(guān)規(guī)范確定。

各類系統(tǒng)中設(shè)備高壓力的確定

（1）設(shè)備



承受多種不同工況的設(shè)備化工生產(chǎn)中，當(dāng)同一設(shè)備需承受多種不同工況時(shí)，如某些反應(yīng)器要適應(yīng)吹掃、試壓、升溫還原、化學(xué)反應(yīng)、催化劑再生等多種化工過程的多種工作條件變化，則該類設(shè)備設(shè)計(jì)壓力的確定原則見表1，并應(yīng)向設(shè)備專業(yè)說明各階段工作壓力及工作溫度相應(yīng)變化的時(shí)間及介質(zhì)變化情況。



（2）特殊介質(zhì)的設(shè)備



①劇毒介質(zhì)的泄漏直接影響到人身和環(huán)境安全，一般都把這類設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力定為高于表1規(guī)定值的原則，以確保安全。



②對一些凝固點(diǎn)較高的介質(zhì)，如瀝青、石蠟、苯酐等，由于較容易使系統(tǒng)堵塞或者在排放時(shí)堵塞安全裝置和排放系統(tǒng)，引起系統(tǒng)壓力的升高，故除了考慮伴熱措施外，可適當(dāng)提高此類設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力。



③對某些貴重物料，一旦泄漏將會引起一定經(jīng)濟(jì)損失，在作經(jīng)濟(jì)權(quán)衡后，可提高設(shè)計(jì)壓力。



④對某些介質(zhì)，由于化學(xué)反應(yīng)或物理過程可能起工作壓力的急劇變化，如化學(xué)反應(yīng)或液相蒸發(fā)引起壓力急劇上升，低壓下的冷凝器冷凝過程將引起真空操作等，則應(yīng)根據(jù)具體情況來確定設(shè)計(jì)壓力。



（3）離心泵系統(tǒng)



①泵輸出側(cè)后切斷閥上游設(shè)備的高壓力



a．若吸入側(cè)容器的設(shè)計(jì)壓力按表1選取，則泵輸出側(cè)設(shè)備高壓力應(yīng)等于泵吸入側(cè)容器高壓力加上泵出口關(guān)閉壓差再加（或減去）靜壓頭。



b．若有特殊要求，則泵輸出側(cè)高壓力應(yīng)由工藝系統(tǒng)專業(yè)會同有關(guān)專業(yè)共同商定。



②泵輸出側(cè)后切斷閥下游設(shè)備的高壓力應(yīng)是化工工藝專業(yè)給定的大工作壓力加上系統(tǒng)附加條件后為其高壓力。



（4）容積式泵系統(tǒng)



泵的輸出壓力主要受泵殼體的強(qiáng)度和驅(qū)動機(jī)的力矩限制，因此對容積式泵通常不用“關(guān)閉壓力”詞，而用“停止壓力”一詞，其值等于使驅(qū)動機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)所需壓差。



停止壓力”通常比容積式泵正常工作壓力高許多，因此，容積式泵輸出管道上的設(shè)備不應(yīng)按“停止壓力”設(shè)計(jì)。容積式泵輸出管道上設(shè)備高壓力是化工工藝專業(yè)提出的設(shè)備大工作壓力加空系統(tǒng)附加條件。



（5）冷凍系統(tǒng)



化工工藝專業(yè)通常提供冷凍系統(tǒng)在工作過程中預(yù)期達(dá)到的大工作壓力。但在停車后，高壓側(cè)壓力將a，0降低而低壓側(cè)壓力將升高至系統(tǒng)中兩側(cè)壓力相等，此時(shí)的壓力即為“停車壓力”。



高壓側(cè)的大工作壓力通常是工藝規(guī)定的數(shù)值，此值高于“停車壓力”。



低壓側(cè)的大工作壓力為“停車壓力”加上一定的裕量，此裕量取決于系統(tǒng)停車期間輸入的熱量和冷凍劑的熱力學(xué)性質(zhì)。長期停車時(shí)低壓側(cè)的大工作壓力取高預(yù)期環(huán)境溫度下冷凍劑的平衡壓力，或參照下述（8）的規(guī)定選取。



“停車壓力”按高壓側(cè)至低壓側(cè)等焓節(jié)流來計(jì)算大工作壓力加上系統(tǒng)附加條件，即作為冷凍系統(tǒng)高壓力，高壓側(cè)和低壓側(cè)分別確定。



（6）壓縮機(jī)系統(tǒng)



處理蒸汽和蒸汽混合物的壓縮機(jī)系統(tǒng)和其他多種設(shè)備串聯(lián)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)按承受同一超壓源的一組設(shè)備（兩個(gè)切斷閥之間）來選取設(shè)備高壓力；并應(yīng)注意以下各點(diǎn)。



①安全閥應(yīng)盡可能設(shè)置在組內(nèi)工作溫度接近常溫的部位。



②緊靠安全閥上游的設(shè)備的大工作壓力，是確定該系統(tǒng)其余設(shè)備高壓力的基準(zhǔn)。



③安全閥開啟壓力等于上游設(shè)備設(shè)計(jì)壓力減去該設(shè)備至安全閥大正常流量下的壓力降。



（7）塔系統(tǒng)



塔系統(tǒng)包括塔設(shè)備、再沸器、塔頂冷凝器和回流罐。塔設(shè)備的高壓力應(yīng)根據(jù)化工工藝專業(yè)規(guī)定的塔頂大工作壓力并加上系統(tǒng)附加條件來確定。



（8）盛裝液化氣體的容器



①盛裝臨界溫度高于50℃的液化氣體的壓力容器，當(dāng)設(shè)計(jì)有可靠的保冷設(shè)施，其高壓力為所盛裝液化氣體在可能達(dá)到高工作溫度下的飽和蒸氣壓力；如無保冷設(shè)施，其高壓力不得低于該液化氣體在50℃時(shí)的飽和蒸氣壓力。



②盛裝臨界溫度低于50℃的液化氣體的壓力容器，當(dāng)設(shè)計(jì)有可靠的保冷設(shè)施，并能確保低溫儲存的，其高壓力不得低下實(shí)測的高溫度下的飽和蒸氣壓力；沒有實(shí)測數(shù)據(jù)或沒有保冷設(shè)施的壓力容器其高壓力不得低于所裝液化氣體在規(guī)定的大充裝量時(shí)，溫度為50℃的氣體壓力。



③常溫下盛裝混合液化石油氣的壓力容器，應(yīng)以50℃為設(shè)計(jì)溫度。當(dāng)其50℃的飽和蒸氣壓力低于異丁烷50℃的飽和蒸氣壓力時(shí)，取50℃異丁烷的飽和蒸氣壓力為高壓力；當(dāng)其高于50℃異丁烷的飽和蒸氣壓力時(shí)，取50℃丙烷的飽和蒸氣壓力為高壓力；如高于50℃丙烷的飽和蒸氣壓力時(shí)，取50℃丙烯的飽和蒸氣壓力為高壓力。



（9）安全閥



對設(shè)有安全閥的系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)設(shè)備與安全閥的相對位置來確定終的設(shè)計(jì)壓力。



①設(shè)有安全泄放裝置的設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力，可按表1的原則確定。



②安全泄放點(diǎn)下游設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力，等于安全泄放裝置的開啟壓力加上安全網(wǎng)至下游設(shè)備可能存在的靜壓頭。如塔頂管線設(shè)置安全閥，經(jīng)冷凝器后到回＝F流罐，該回流罐設(shè)計(jì)壓力應(yīng)等于安全閥的開啟壓力加上冷凝器至回流罐的靜壓頭。



③安全泄放閥上游設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力，等于安全泄放裝置的開啟壓力加上設(shè)備至安全泄放裝置間的壓力損失和靜壓頭。如安全閥設(shè)在回流罐，則塔頂設(shè)計(jì)壓力等于安全閥開啟壓力加上塔頂至回流罐安全閥間的壓力損失和靜壓頭。





5、管道設(shè)計(jì)壓力的選取

（1）適用范圍



適用于設(shè)計(jì)壓力p在以下工作范圍的管道。



①壓力管道0MPa（G）≤p≤35MPa（G）范圍的管道。



②真空管道p＜0MPa（G）的管道。



③適用于輸送包括流態(tài)化固體在內(nèi)的流體管道。



（2）管道設(shè)計(jì)壓力的確定原則



①管道設(shè)計(jì)壓力不得低于大工作壓力。



②裝有安全泄放裝置的管道，其設(shè)計(jì)壓力不得低于安全泄放裝置的開啟壓力（或爆破壓力）。



③與設(shè)備相連接的管道，其設(shè)計(jì)壓力應(yīng)不小于所連接設(shè)備的設(shè)計(jì)壓力。



④輸送制冷劑，液化氣類等沸點(diǎn)低的介質(zhì)的管道，按閥被關(guān)閉或介質(zhì)不流動時(shí)介質(zhì)可能達(dá)到的大飽和蒸氣壓力作為設(shè)計(jì)壓力。



⑤管道或管道組成件與超壓泄放裝置間的通路可能被堵塞或隔斷時(shí)，設(shè)計(jì)壓力按不低于可能產(chǎn)生的大工作壓力來確定。



⑥工程設(shè)計(jì)規(guī)定需要計(jì)算管壁厚度的管道，其管壁厚度數(shù)據(jù)表中所列的計(jì)算壓力即為該管道的設(shè)計(jì)壓力，與計(jì)算壓力相對應(yīng)的工作溫度即為該管道的設(shè)計(jì)溫度。



（2）管道設(shè)計(jì)壓力的選取



①設(shè)有安全閥的壓力管道：p大于等于安全閥開啟壓力。



②與未設(shè)安全閥的設(shè)備相連的壓力管道：p大于等于設(shè)備設(shè)計(jì)壓力。



③離心泵出口管道：p大于等于泵的關(guān)閉壓力。



④往復(fù)泵出口管道：p大于等于泵出口安全闕開啟壓力



⑤壓縮機(jī)排出管道：P大于等干安全閥開啟壓力＋壓縮機(jī)出畫至安全沿程大正常流量下的壓力降。



⑥真空管道：p等于全真空。



⑦凡不屬上述范圍管道p大于等于工作壓力變動中的大值。







二、設(shè)計(jì)溫度

1、設(shè)備設(shè)計(jì)溫度的確定





設(shè)備的設(shè)計(jì)溫度系指正常作過程中，設(shè)備所用材料在高設(shè)計(jì)壓力下所對應(yīng)的溫度。當(dāng)需要工藝系統(tǒng)專業(yè)提出設(shè)備的設(shè)計(jì)溫度（作為設(shè)計(jì)條件）時(shí)，可參照本條款確定。



工藝系統(tǒng)專業(yè)以化工工藝專業(yè)提出的正常三作過程中介質(zhì)的高（或低）工作溫度或介質(zhì)高工作溫度下的壁溫（此璧溫由傳熱計(jì)算或?qū)崪y得出）作為設(shè)計(jì)溫度。



工藝系統(tǒng)專業(yè)在不能進(jìn)行傳熱計(jì)算或?qū)崪y時(shí)，以化工工藝專業(yè)提出的正常工作過程中介質(zhì)的正常工作溫度加（或減）一定裕量作為設(shè)計(jì)溫度。



①設(shè)備器壁與介質(zhì)直接接觸且有外保溫（或保冷）時(shí)，設(shè)計(jì)溫度按下表中Ⅰ或Ⅱ確定。

②設(shè)備內(nèi)介質(zhì)用蒸汽直接加熱或被內(nèi)置加熱元件（如加熱盤管、電熱元件等）間接加熱時(shí)，設(shè)計(jì)溫度取正常工作過程中介質(zhì)的高溫度。



③設(shè)備器壁兩側(cè)與不同溫度介質(zhì)直接接觸，并有可能出現(xiàn)只與單一介質(zhì)接觸時(shí)，應(yīng)按較高介質(zhì)溫度確定設(shè)計(jì)溫度；但當(dāng)任一介質(zhì)溫度低于－20℃時(shí)，則應(yīng)按較低介質(zhì)溫度確定低設(shè)計(jì)溫度。



④設(shè)備殼體的材料溫度僅由大氣環(huán)境氣溫條件：確定時(shí)，其低設(shè)計(jì)溫度可按該地區(qū)氣象資料，取歷：年來“月平均低氣溫”的低值。



a. “月平均低氣溫”系指當(dāng)月各天的低氣溫相加后除以當(dāng)月的天數(shù)?！霸缕骄蜌鉁亍钡牡椭?，是氣象局實(shí)測的逐月平均低氣溫資料中的小值。



b. 對低于、等于 - 20℃的地區(qū)，低設(shè)計(jì)溫度?。?0。



c. 對于低于、等于 - 10℃并高于－20℃的地區(qū)低設(shè)計(jì)溫度取-10℃。



⑤下列情況應(yīng)通過傳熱計(jì)算，求得設(shè)備材料溫度作為設(shè)計(jì)溫度：



a. 內(nèi)壁有可靠的隔熱層；



b. 器壁兩側(cè)與不同溫度介質(zhì)直接接觸，而不會出現(xiàn)與單一介質(zhì)接觸。



⑥設(shè)備的不同部位在工作過程中可能出現(xiàn)不同溫度時(shí)，應(yīng)按不同溫度選取元件相應(yīng)的設(shè)計(jì)溫度。



⑦設(shè)備的高（或低）工作溫度接近所選材料允許使用溫度界限時(shí)，應(yīng)結(jié)合具體情況慎重選取設(shè)計(jì)溫度，以免增加投資或降低安全性。





2、管道設(shè)計(jì)溫度的確定

管道設(shè)計(jì)溫度T系指管道在正常工作過程中，相應(yīng)設(shè)計(jì)壓力下可能達(dá)到的管道材料溫度。工藝系統(tǒng)專業(yè)人員根據(jù)化工工藝專業(yè)提供的正常工作過程中各種工況的工作溫度，按“苛刻條件下的壓力溫度組合”來選取管道設(shè)計(jì)溫度。由工藝系統(tǒng)專業(yè)提出的管道設(shè)計(jì)溫度（本節(jié)系指管道中介質(zhì)的高工作溫度）可參見以下原則確定。



①以傳熱計(jì)算或?qū)崪y得出的正常工作過程中介質(zhì)的高作溫度下的管道壁溫，作為設(shè)計(jì)溫度。



②在不便于傳熱計(jì)算或?qū)崪y管壁溫度的情況下，以正E常作過程中個(gè)質(zhì)的高（或低）工作溫度作為管道設(shè)計(jì)溫度。



a. 金屬管道



ⅰ. 介質(zhì)溫度小于38℃的不保溫管道，T＝介質(zhì)高溫度。



ⅱ. 介質(zhì)溫度不小于38℃的管道，T＝95％介質(zhì)高溫度。



ⅲ. 外部保溫管道，T＝介質(zhì)高溫度



ⅳ. 內(nèi)保溫管道（用絕熱材料襯里），T＝傳熱計(jì)算管壁溫度或試驗(yàn)實(shí)測的管壁溫度。



V：介質(zhì)溫度不大于0℃，T＝介質(zhì)低溫度。



b. 非金屬管道及非金屬襯里的金屬管道



ⅰ. 無環(huán)境溫度影響的管道，T＝介質(zhì)高溫度。



ⅱ. 安裝在環(huán)境溫度高于介質(zhì)高溫度的環(huán)境中的管道（除已采取防護(hù)措施者以外），T=環(huán)境溫度。



③以化工工藝專業(yè)提出的正常工作過程中，介質(zhì)的正常溫度加（或減）一定裕量作為設(shè)計(jì)溫度，可按下式確定設(shè)計(jì)溫度：



a. 介質(zhì)正常工作溫度為0～300℃時(shí)，T≥介質(zhì)正常工作溫度＋30℃。



b. 介質(zhì)正常工作溫度大于300℃時(shí)，T≥介質(zhì)正常工作溫度＋15℃。



④當(dāng)流體介質(zhì)溫度接近所選材料允許使用溫度界限時(shí)，應(yīng)結(jié)合具體情況慎重選取設(shè)計(jì)溫度，以免增加投資或降低安全性，如：按上述③中計(jì)算結(jié)果會引起更換高一檔的材料時(shí)，從經(jīng)濟(jì)上考慮，允許按工程設(shè)計(jì)要求，將15℃附加量減小，但工藝必須有措施，使運(yùn)行中不至于超溫。



⑤當(dāng)工作壓力和對應(yīng)工作溫度有各種不同況或周期性的變動時(shí)，工藝系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員應(yīng)將化工工藝專業(yè)提出的各種工況數(shù)據(jù)列出，并向管道材料專業(yè)加以說明。





設(shè)備的管道儀表及流程圖設(shè)計(jì)

化工生產(chǎn)過程千變?nèi)f化，表現(xiàn)為管道及儀表流程圖的設(shè)計(jì)各不相同。但萬變不離其宗，管道及儀表流程圖均是由各種基本單元組成。不同生產(chǎn)過程中基本單元的管道及儀表流程圖不可能完全一致，但也不會有太大的差異，均有一定的典型設(shè)計(jì)。本章主要討論其共性問題，介紹一些比較常見、典型的設(shè)計(jì)方案供設(shè)計(jì)參考。

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