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GB_T20801.3-2006：压力管道规范工业管道第3部分_设计和计算 (1).pdf

道系统中每个管道组成件的设计温度应按操作中可能遇到的最苛刻的压力和温度组合 ，同一管道中的不同管道组成件的设计温度可以不同。

4.1.2.2设计温度的确定原则

GB 1886.1-2015 食品添加剂 碳酸钠GB/T20801.3—2006

定，还应考虑冲蚀和局部腐蚀等因素。 确定管道组成件最小厚度时，应包括腐蚀、冲蚀、螺纹深度或沟槽深度所需的裕量。为防止因 支承、结冰、回填、运输和装卸等引起的超载应力和变形，从而可能产生的损坏、跨塌或失稳等 现象，应考虑增加管壁厚度

a）对于被隔断管道中的流体，应考虑因受环境加热产生胀所导致的压力升高或因流体自然冷 却所导致的压力下降甚至真空； 6 当环境温度小于0℃时，应考虑因表面冷凝、冰冻而引起的阀门、泄压装置或排放管道故障以 及低温对柔性分析和材料选用等的影响

4. 1. 6.1设计要求

埋地管道的设计应考虑下列主要因素： ）理地管道的走向、敷设，理地管道与连接系统的相互影响： b） 材料、施工规范和质量控制； C 运行程序和控制； d 防腐蚀； e） 外部影响的减轻及管道的防护

4.1.6.2设计条件

除4.1.1~4.1.5外，埋地管道的设计应符合以下规定： a 设计计算时，可将管道与周围土壤整体考虑； b） 埋地管道（包括受压和非受压系统）的设计荷载还应包括管道上方土壤（或回填土）荷载和预 期交通荷载等其他荷载； C 在平整砂土层上铺设的埋地管道，其设计荷载可不包括因管道自重产生的轴向应力； d）对于直接埋地的弯头和大直径支管（包括三通），管道应力分析时可将其简化为轴向完全受约 束的端点； e） 当管道的敷设环境温度与工作温度之间的温差大于35℃时，应进行应力分析，且相邻约束端 点的间距不得小于5倍的公称直径； 抗震计算时，可将管道与土壤之间视为刚性连接； g） 静态分析时，应将埋地段与土壤之间视为无相对位移，非埋地段应保证足够的柔性以减少界 面处的局部荷载，同时应考虑埋地段可能的下沉位移对界面处管道的影响。

4. 2. 1. 2压力设计方法

直管、斜接弯头、弯管、盲板、非标法兰和对焊管件等管道组成件应按第6章设计；

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b）对于按壁厚系列规定的承插焊管件和螺纹管件，其设计温度下的最大允许工作压力应不大于 具有相同壁厚系列和相同许用应力的无缝直管按有效厚度确定的最大允许工作压力； C 支管连接管件的压力设计应符合6.7的规定

4.2.1.3验证性压力试验方法

a）对于表14中的对焊管件，如未按4.2.1.2a)进行压力设计，可进行验证性压力试验并在验证 性压力试验的覆盖范围内按4.2.1.2b)确定其设计温度下的最大允许工作压力； b 其他管道组成件也可根据验证性压力试验确定其最大允许工作压力

4. 2.1.4其他方法

除4.2.1.1～4.2.1.3规定的方法外，管道组成件的最大允许工作压力也可以采用对比经验分析 应力分析或实验应力分析方法确定

除4.2.3的规定外，管道的设计压力应不大于该管道系统中所有管道组成件按4.2.1确定的 设计温度下的最大允许工作压力的最小值。 b 不同流体工况的管道连接时，分隔阀门的额定值应按苛刻工况确定

4.2.3压力和温度的允许变动范围

GC1级管道压力和温度不得超出设计范围。对同时满足4.2.3.1～4.2.3.8要求的GC2和GC3 级管道，其压力和温度允许的变动应符合4.2.3.9的规定。 4.2.3.1 管道系统中没有铸铁或其他脆性金属材料的管道组成件。 4.2.3.2 由压力产生的管道名义应力应不超过材料在相应温度下的屈服强度。 4.2.3.3 轴向总应力应符合7.3.2的规定。 4.2.3.4 管道系统预期寿命内，超过设计条件的压力和温度变化的总次数应不大于1000次。 4.2.3.5 持续和周期性变动不得改变管道系统中所有管道组成件的操作安全性能。 4.2.3.6 压力变动的上限值不得大于管道系统的试验压力。 4.2.3.7 温度变动的下限值不得小于GB/T20801.2一2006规定的材料最低使用温度。 4.2.3.8 鉴于压力变动超过阀门额定值可能导致阀座的密封失效或操作困难，阀门闭合元件的压力差 不宜超过阀门制造商规定的最大额定压力差。 4.2.3.9压力超过相应温度下的压力额定值或由压力产生的管道名义应力超过材料许用应力值的幅

a）变动幅度不大于33%，每次变动时间不超过10h，且每年累计变动时间不超过100h： b）变动幅度不大于20%，每次变动时间不超过50h，且每年累计变动时间不超过500h。 4.2.3.10对于压力泄放等的自限波动情形，压力变动的幅度和频率应符合4.2.3.9b)的规定。

4.2.4.1金属材料许用应力和螺栓材料许用应力应符合GB/T20801.2一2006表A.1和表A.2的 规定。 注：表中许用应力值未包括材料的纵向焊接接头系数Φ和铸件质量系数Φ。。 4.2.4.2GB/T20801.2一2006表A.1和表A.2以外的金属材料和螺栓材料应按表1和表2规定的 准则确定各自的许用应力。 4.2.4.3拉伸许用应力按4.2.4.1和4.2.4.2取值， 4.2.4.4压缩许用应力应符合结构稳定性的要求，且不大于拉伸许用应力。 4.2.4.5前切许用应力取拉伸许用应力的80%.接触许用应力取拉伸许用应力160%

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表1金属材料许用应力准则

对于热处理或应变强化处理的螺栓材料，许用应力取表中最小值。若该许用应力小于材料退火 应力，应取非热处理或应变强化（即退火状态）螺栓材料的许用应力

表3纵向焊接接头系数Φ

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种可能出现的操作工况

5.1.4斜接弯头（虾米弯）

1.4.1斜接弯头的使用应符合以下规定

1.4.1斜接弯头的使

a） 设计压力力≤2.0MPa，且设计温度低于材料的螨变温度； 6） 斜接弯头的变方向角大于45°者，仅适用于GC3级管道； c）斜接弯头的变方向角大于22.5°者，不得用于GC1级管道和剧烈循环工况。 5.1.4.2除满足5.1.4.1条的规定外，非标准斜接弯头可按6.3进行压力设计，其焊接和制作还应符 合GB/T20801.4一2006的规定

短半径弯头和短半径回弯头（R=1.0D)应符合GB/T12459一2005的规定，且其最大允许工作压 力应不大于按4.2.1.3a）确定的最大允许工作压力的80%

5. 1. 6翻边接头

a） 应采用图1规定的焊制翻边接头的基本型式。但对于剧烈循环工况，则应采用图1d)、图1e） 所示的圆角结构； 6） 外径应符合HG20592、HG20615中对翻边接头的尺寸和公差的要求。与垫片配合的翻边接 头的表面应按管法兰密封面的要求加工； 厚度应不小于与其连接的管子的公称壁厚； 材料的许用应力应不小于与其连接的管子在GB/T20801.2一2006表A.1中规定的许用 应力； e 制作和检验应符合GB/T20801.4—2006和GB/T20801.5—2006的有关规定，

图1焊制翻边接头的基本型式

5.1.6.3现场制作的扩口翻边接头应符合以下规定

a）不得用于剧烈循环工况； b） 扩口翻边用管子应符合GB/T20801.2一2006表A.1相应材料标准以及相应的扩口翻边加 工工艺要求； 外径应符合HG20592、HG20615中对翻边接头的尺寸和公差的要求。与垫片配合的翻边接 头表面应按管法兰密封面的要求加工； d） 内圆角半径应不大于3mm； e） 最小厚度应不小于管子最小壁厚的95%； 压力设计应符合4.2.1.4的规定

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5.1.6.4现场制作的扩口翻边接头用于GC1级管道时，除符合5.1.6.3的规定以外，还应满足以下

a）公称直径应不大于DN100，且扩口翻边前管子壁厚应大于Sch10； b）最大允许工作压力应不大于PN20法兰规定的相应额定值； c）工作温度应不大于200℃

a）公称直径应不大于DN100，且扩口翻边前管子壁厚应大于Sch10；

5.1.7支管连接及其管件

支管连接管件与主管的连接两种形式，支管 连接管件包括支管座、半管接头和三通等。用于GC1级管道的支管连接管件应符合5.1.7.2的规定 支管直接与主管的焊接连接应符合5.1.7.3的规定

5.1.7.2用于GC1级管道的支管连接管件

a）GC1级管道用支管 下强的支管连接管件或三通： b）承插或螺纹支管座和半管接头的公称直径应不大于DN80； c）螺纹管件的选用应符合5.2.5的有关规定

5.1.7.3支管直接与主管的焊接连接

a 应按6.7的规定进行压力设计，焊接应符合5.2.2.1规定。 b) 用于剧烈循环工况时，除应符合5.1.7.3a）的规定外，还应采用GB/T20801.4一2006中 图10b）、图10d)、图10f)的结构。 支管直接与主管的焊接连接不宜在以下场合使用： 1）支管尺寸与主管相近； 2）连接部位存在振动、脉动、温度循环等荷载引起的循环应力。 d）支管与主管尺寸相差悬殊时，支管应具有足够的柔性，以补偿主管的热膨胀及其他位移（参见 7.3.3)。

5.1.8.3平焊法兰和松套法兰的附加要求

）平焊法兰不得用手温度频繁变化的工 特别是法兰未作隔热的场合。 b）带颈平焊法兰与翻边短节配合的使用范围应符合表5的规定。

与翻边短节配合的带颈平焊法兰的使用习

c）松套法兰或带颈平焊法兰与翻边接头（包 的焊制翻边、扩口翻边等）配合使用时，应 考虑法兰内孔与翻边转角的配合。 1.8.4承插焊焊接法兰应符合5.2.2.3的规定，

螺纹法兰（采用锥管螺纹连接的法兰）附力

螺纹法兰应符合5.2.5规定。 b）选用DN65、DN125和DN150螺纹法兰时，其钢管外径还应符合表6的规定

a）螺纹法兰应符合5.2.5规定。

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表6螺纹法兰的钢管外径

5.1.8.6法兰型式的选用应考虑法兰的刚度对法兰接头密封性能的影响。 5.1.8.7 剧烈循环工况下，应选用整体法兰或带颈对焊法兰 5.1.8.8确定法兰密封面型式及表面粗糙度时，应考虑流体性质和垫片性能。 5.1.8.9胀接法兰和螺纹法兰不得用于GC1级管道。 5.1.9垫片 5.1.9.1垫片的选用应考虑流体性质、使用温度、压力以及法兰密封面等因素。垫片的密封荷载应与 法兰的压力等级、密封面型式、表面粗糙度和紧固件相匹配。 5.1.9.2具有冷流倾向的垫片，其密封面型式宜采用全平面、凹凸面或样槽面。 5.1.9.3石棉橡胶板垫片应满足以下要求

表8标准法兰用垫片和紧固件的选用

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5.2管道组成件连接形式的选用

5.2管道组成件连接形式的选用

5.2.2.1在制作和安装过程中，管道组成件的焊接、预热和热处理应符合GB/T20801.4一2006的有 关规定，其检查及检验应符合GB/T20801.5一2006的有关规定。 5.2.2.2对于腐蚀、振动或剧烈循环工况，焊接时应尽量避免使用衬环，或使用熔化性嵌条替代衬环： 如需采用衬环，应在焊后去除衬环并打磨。对于剧烈循环工况或GC1级管道，不得使用开口衬环。

1）防火试验要求可参照API607。

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以下场合不得采用承插焊焊接： 1）可能产生缝隙腐蚀或严重冲蚀的场合； 2） 要求焊接部位及管道内壁光滑过渡的场合； 3 剧烈循环工况或GC1级管道的场合，且承插焊连接接头的公称直径大于DN50。 管道组成件上开设的旁通管和排水孔可采用承插焊连接，其承口尺寸应符合图2a)以及表10 的规定。 e 开设旁通管和排水孔的管道组成件的壁厚如不能满足表10的尺寸要求或需要开孔补强时，应 增加凸缘（如图2b）所示），凸缘的尺寸应符合表11的规定

图2承口和凸缘 表10承口尺寸

图2承口和凸缘 表10承口尺寸

5.2.3.1法兰连接的选用应根据设计条件、荷载、流体特性、泄漏率等因素来考虑，同时还应综合考虑 法兰、垫片和紧固件的选用和配合。 5.2.3.2金属法兰与非金属法兰相连接时，法兰的密封面应采用全平面型式，且一般配以全平面型式 垫片。如果采用全平面型式以外的垫片时，应控制螺栓拧紧力矩，防止非金属法兰过载

5.2.3.3配对的两个法兰如具有不同的压力额定值，该连接接头的最高无冲击工作压力应按较低额定 值确定，并应控制安装时的螺栓扭矩，防止出现过紧。 5.2.3.4高温或承受较大温度梯度的法兰接头，应定期拧紧螺栓

5.2.4.1胀接接头不得用于剧烈循环工况或GC1级管道。 5.2.4.2应采取适当措施以防止胀接接头的松动。 5.2.4.3用于输送有毒介质的胀接接头，应采取安全防护措施。 5.2.4.4对承受温度循环、振动、不均匀（或局部）膨胀或收缩的管道，当采用胀接接头连接时，应采取 安全防护措施，以保证胀接接头的密封性能，

5.2.5螺纹密封的管螺纹连接

图3管端伸出螺纹法兰作为密封面的结构

e）圆锥外螺纹元件的公称直径和最小壁厚应符合表13的规定。 f）圆锥内螺纹元件与外螺纹元件应具有同等的强度和韧性，且符合流体工况的要求。 ）未承受外部查矩作用的螺纹元件（如温度计套管）可用王剧刻循环工况

表13圆锥外螺纹元件的最小壁厚

5.2.5.3锥/平管螺纹（R/R

图4典型的非螺纹密封直螺纹接头

图5扩口、非扩口压合型管件连接结构

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5.2.7.2表14中规定的扩口、非扩口压合型管件的连接应满足以下要求：

7.2表14中规定的扩口、非扩口压合型管件的连接应满足以下要求：

表14中规定的扩口、非扩口压合型管件的连接应满足以下要求： 件的最大及最小壁厚应满足相连管子的连接要求，且符合相应管件标准的规定； 自用于剧烈循环工况时，应采取安全防护措施

a 管件的最大及最小壁厚应满足相连管子的连接要求，且符合相应管件标准的规定； b）当用于剧烈循环工况时，应采取安全防护措施。 5.2.7.3对于表14未规定的扩口、非扩口压合型管件，如能满足压力和其他荷载要求时，可 的规定使用.目管件设计应符合4.2.1.3或4.2.1.4的规定

在承口和插口的环形空间之间注入 GC3级管道，开应付合以 规定： a 使用温度应不大于93℃； b）应采取预防措施，以防止接头松动和管道变形，并能承受由于支管连接等原因引起的横向作 用力。

2.9.1承口式（如图6所示）、填料函式及粘接式等特殊管接头的使用应符合以下规定： a）不得用于GC1级管道。 b) 表14中未列入的特殊管接头应符合4.2.1.3或4.2.1.4的规定 连接结构应具有足够的强度，并在预期的使用工况下，保证连接的完整性，以防止接头松动。 d) 用于下列场合之一时，应采取机械或焊接连锁措施： 1）可燃、有毒流体介质； 2 剧烈循环工况； 3） 蠕变温度范围。 e 剧烈循环工况下使用的承口式及填料函式连接接头，应采取安全防护措施。

图6承口式管件连接结构示意图

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表14管道组成件型式尺寸标准

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厚度附加量，为腐蚀、冲蚀裕量和机械加工深度的总和，即C=C2十C3，见图7，单位为 毫米（mm）：

C一材料厚度负偏差，按材料标准规定见图7.单位为毫米（mm）； C2 腐蚀、冲蚀裕量，见图7，单位为毫米（mm）： 机械加工深度，见图7，单位为毫米（mm） 对带螺纹的管道组成件，取公称螺纹深度； 对未规定公差的机械加工表面或槽，取规定切削深度加0.5mm； 管外径，取管手外径的名义值或由实测所得，单位为毫米（mm）； 管内径，用手压力计算时，应是材料标准充许的最大值，单位为毫米（mm）； 设计温度下材料的弹性模量由GB/T20801.22006表B.3确定，单位为兆帕 (MPa)； 外压（或真空）管道的计算长度GB/T 28372-2012 铁合金 取样和制样总则，单位为毫米（mm） 对于直管，取两相邻支撑线之间的距离，按GB150的规定确定 当直管带有焊接相连的（即相接处不作为支撑线）弯头或弯管、斜接弯头时，取直管 包括弯头、弯管或斜接弯头的轴线在内的两相邻支撑线之间的距离； 3） 当直管带有异径管时，一般取包括异径管轴向长度在内，大端直管支撑线到小端直 管支撑线之间的距离（参见GB150中外压或轴向受压圆筒和管子几何参数计算 图）； Ls一一个加强圈对直管的加强长度，取加强圈中心线到相邻两侧加强圈中心线距离之和的 一半，若直管与凸形封头相邻，则应计人封头曲面深度的1/3，单位为毫米（mm）； 力 设计压力，单位为兆帕（MPa）； L力一一许用外压，单位为兆帕（MPa）； S一 设计温度下管道组成件金属材料的许用应力，由GB/T20801.2一2006表A.1查取，单 位为兆帕（MPa）； T—一最小厚度，为实测所得或取名义厚度T减去材料厚度负偏差C1，见图7，单位为毫米 (mm）); T一一名义厚度，材料标准规定的厚度，单位为毫米（mm）； T。—一有效厚度，为名义厚度减去厚度附加量和材料厚度负偏差以后的厚度，见图7，单位为毫 米（mm）；

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计算厚度，按内压或外压（或真空），分别由公式计算而得的厚度，见图7，单位为毫米 (mm); td一 设计厚度，为计算厚度与厚度附加量之和（必要时可用T值替代），见图7，单位为毫米 (mm）; d+2C △一一厚度圆整值，见图7，单位为毫米（mm）； d(dwd) 焊件的纵向焊接接头系数或铸件质量系数，按GB/T20801.2一2006表A.3、表A.4。

表16KD/6时的Y值

自

2）当t≥D/6或P/SΦ>0.385时，计算时还应考虑失效机理、疲劳影响和温差应力等因素。 直管的外压（或真空）设计 应根据D、L、T。值以及所用材料FZ/T 95006-2012 普通轧车，按GB150等有关标准，并按P≤LP]的准则确定计算 厚度。 2） 对于L/D≥25且D/T。≥65的碳钢、低合金钢、奥氏体不锈钢以及铸铁直管，当设计温度 不超过300℃时，可按式（2）计算许用外压[力]：

3）加强圈的设置和设计应符合GB150的规定。