壓力管道設計及工程實例(第三版)（簡體書）

本書根據作者多年來的壓力管道設計切身工作經驗和體會，結合國內外大、中型工程典型壓力管道設計實例和現代化工程新技術，由淺入深詳細介紹了壓力管道設計方法，特別分析比較了國內外新版標準規範，突出介紹了現代計算機技術在壓力管道工程設計中的應用及技巧，並結合工程實例對壓力管道設計進行了系統的講解。
本書內容包括：壓力管道基礎知識、計算機輔助壓力管道設計軟件、材料基礎知識、壓力管道器材及其選擇、裝置設備布置、管道布置、壓力管道的隔熱和防腐蝕、長輸管道和公用管道設計、應力分析和管道支吊架、壓力管道設計計算機制圖與建模、壓力管道施工與檢驗、專業與項目管理。
本書與《工業管道配管設計與工程應用》、《管道應力分析與工程應用》、《管道器材選用與工程應用》可配套使用。本書內容實用，資料新穎，可作為壓力管道設計人員日常工作手冊及壓力管道設計審批人員培訓教程，也可作為設計單位和高等院校相關專業人員的參考資料。

本書根據作者多年來的壓力管道設計切身工作經驗和體會，採用國內外大、中型工程典型壓力管道設計實例，並與現代化工程新技術緊密結合，由淺入深詳細介紹了壓力管道設計方法，特別分析比較了國內外新版標準規範，突出介紹了現代計算機技術在壓力管道工程設計中的應用及技巧，並結合工程實例對壓力管道設計進行了系統的講解。

壓力管道設計參考書是設計人員不可缺少的工具書。一本特別實用的、系統的壓力管道設計參考書，對提高設計水平、加快設計速度、改進設計質量具有十分重要的作用。既有系統的壓力管道理論知識介紹,又有典型的工程應用實例，同時能夠緊密結合現代化工程技術在壓力管道設計中應用的參考圖書少之又少。有很多壓力管道設計人員苦於找不到合適的參考書,沒有辦法系統地了解最新的壓力管道設計知識;或者只能在抽象的設計規範理論中,在工程項目實踐中慢慢地摸索著了解、學習。
隨著科學技術的飛速發展,壓力管道設計技術也在不斷提高和創新,壓力管道設計的國內外各種標準規範在不斷地更新、補充和完善,壓力管道設計對多個學科的綜合性要求越來越強,很多壓力管道設計參考書已經不能反映當前的實際和設計水平,難以滿足壓力管道設計人員的使用要求。
在實際工程設計過程中,對國外標準誤用的現象時有發生。早在1978年美國B31委員會改組為AMSE壓力管道規範B31委員會，對於ASME B31.3自1980年後各版標準分別以ANSI/ASME B31.3、 ASME/ANSI B31.3和ASME B31.3代號出版,1996年開始正式更名為 ASME B31.3《工藝管道》，一直沿用到目前最新版的ASME B31.3。本書結合工程設計的實際應用，講述了一系列壓力管道設計常用的國內外標準規範。筆者曾在國外大型工程公司工作過一段時間，對國際通用的國外壓力管道設計規範進行了系統的總結和分析。
我國壓力管道設計技術已經有了長足的發展，壓力管道工程設計已開始採用模塊化、大數據、云計算、多維協同、三維影息等設計手段。但是，在壓力管道設計技術的某些方面仍然有較大的成長空間，例如:壓力管道設計工作效率不高、重復性工作煩瑣、人工時消耗偏多等問題。很多已經擁有了豐富的壓力管道設計經驗的人員，因計算機新技術的運用較少,所以工作效率不高，在工程項目中的專業技術領導力、執行力下降。筆者將根據工程設計切身體會，特別講述一些壓力管道設計的計算機技術。
有些壓力管道設計經驗豐富的技術人員,在統計管道的材料時，仍在使用Excel的“自動篩選”“高級篩選”功能,更有甚者還在用數“正”字的辦法分類統計材料。而用現代化的計算機技術，經過一系列準備工作之後，一點鼠標，就可以把用原始的辦法幾個月才能完成的工作,瞬間保質、保量地完成。21世紀的今天，只有不斷地創新壓力管道設計技術的規範、理論、工作方法，才能使壓力管道設計的質量和效率保持更加高昂的戰鬥力和更強競爭力。本書將在某些章節穿插講述一些國內外大型工程公司用於提高壓力管道設計工作效率的技巧、方法。
三維工廠管道（配管)協同設計在20世紀70年代開始工程應用。在計算機、互聯網等技術高速發展的今天，已經開始進行四維或多維協同設計應用。但是，有些設計單位仍未實現三維協同設計。當然，並非所有的壓力管道設計都需要用多維協同設計，可以根據工程規模、管道特點、工作效率等因素進行選擇。我國三維及多維計算機輔助工廠設計工程應用起步較晚，將會有更大的進步空間。
壓力管道設計技術與知識不斷快速發展，需要設計人員始終保持謙虛謹慎的心態，坐得下來、沉得下心,不斷學習,不斷實踐與總結，多閱讀學習參考書、論文和標準規範，不斷提高管道設計質量和工作效率。一些設計人員在做配管設計時，僅是對設備、管道等設施的擺放布置設計,只要不碰撞、便於支撐、符合防火防爆規範、較為美觀，就萬事大吉;校審人員列出的問題僅僅是碰撞、間距等表面問題，而涉及工藝配管、管道柔性、材料等重要問題卻視而不見，更別提利用技術經濟原理進行設計優化。這些不達標的設計成品造成工程成本的浪費，工程質量存在安全隱患。好的壓力管道設計成品，就像音樂家用情譜寫的一首美妙的歌曲一樣沁人心脾，就像廚師精心烹飪的一頓可口的佳肴一樣唇齒留香。
壓力管道設計是一門綜合性的技術，既要求從事這項設計的工程技術人員具有工藝、設備、生產操作、檢修和施工等方面的知識,也要求具有材料、力學、機械、設備、結構、儀表、電氣等多學科知識,並能夠運用好計算機和外語兩個最重要的工具,根據擬設計裝置工藝、設備、土建、儀表、電氣等各專業的設計要求,結合裝置建設地地理、地質、水文、氣候和氣象條件,同時遵循相關法規和規定,用管道及其組件將裝置中各設備安全、經濟、合理地連接,因此，它是一種系統的、集體的、創造性的智力勞動。
石油化工工程建設項目具有一定的周期性，有些年份煉油裝置建設工程較多,有些年份煤制油煤化工裝置建設工程較多，有些年份化工裝置建設工程較多。在市場經濟主導的大環境下,設計單位能中標的裝置類型也在變化,這就需要壓力管道設計人員能熟練設計煉油、化工、煤制油等各種裝置。實踐證明，無論是化工、煉油，還是製藥裝置的壓力管道設計,僅是工藝專業設計內容不同,對於壓力管道專業設計人員，設計原理和內容是相同的，壓力管道設計人員掌握了管廊、塔、容器、反應器、換熱設備、加熱爐、泵、壓縮機、罐等設備、設施及其有關管道的配管設計原理和設計做法，就可以較好地完成這些不同類型裝置的設備、設施的壓力管道設計。本書將重點以這些設備、設施及其有關管道為主線，對壓力管道的配管設計進行詳細介紹。
筆者作為壓力管道專業負責人參與了幾十項國內外大、中型工程的配管設計,主持編寫了壓縮機、加熱爐等多個標準手冊。作為壓力管道設計、校核、審核、審定人員,常年工作在生產一線,本書融入了筆者在眾多國內外大、中型工程中各種裝置壓力管道設計的實踐經驗和工作體會總結，書內對各種煉油、化工等裝置的管廊、塔、容器、反應器、換熱設備、加熱爐、泵、壓縮機、罐等設備、設施總結並給出了各種典型配管設計實例,在系統地闡述基本理論的同時，結合了許多國內外工程壓力管道設計的精華，同時也濃縮列舉了一些壓力管道設計關鍵注意點、易犯錯誤的地方。本書突出介紹了現代計算機技術在壓力管道工程設計中的應用及提高工作效率的一些技巧,並結合工程實例對壓力管道設計進行了系統的講解。
同時，筆者結合在國內外眾多大、中型工程壓力管道設計實踐中的經驗教訓，對國內外各種標準規範進行了特別講解,分析比較了國內外新版的標準規範。對於壓力管道設計常用的標準、規範上已經說明得很清楚的內容，本書只列出了需要參考的標準規範名稱,具體內容書中沒有贅述;對於容易疑惑的地方，書中多角度地分析、比較，並引用工程實例給予說明。另外，對於標準規範不一致的情況，書中也進行了比較和分析。
本書是筆者多年來日積月累的配管設計實踐經驗總結，可作為壓力管道設計人員日常工作手冊和壓力管道設計審批人員培訓教材,也可作為工程建設項目管理人員和高等院校相關專業師生的參考資料。
感謝中國寰球工程有限公司教授級高級工程師代永清對本書的建議和幫助，感謝施文煥、汪平、金祺等一直關心和支持本書編寫的專家和領導。參加本書撰寫與校審等工作的還有嵇霞、尚慶雨、路清泉、郝文利、趙銀虎、張建秋、商慶軍、趙強、盧明亮、宮貴萍等。
由於筆者水平有限，不妥之處在所難免，敬請廣大讀者提出寶貴意見。

宋岢岢

第一章緒論1
第一節壓力管道的概念及特點1
一、壓力管道的概念1
二、壓力管道的特點2
三、壓力管道概念區分的誤區及工程實例2
四、壓力管道設計質量和效率的內在因素3
第二節壓力管道設計的特點及工程實例4
一、壓力管道設計的特點4
二、PDF文件轉換為CAD可編輯版工程實例6
三、配管材料快捷匯總工程實例6
四、配管圖紙快捷修改工程實例6
五、國內外壓力管道設計人員資質要求工程實例7
第三節壓力管道設計的基本要求及工程實例7
一、壓力管道設計的基本要求7
二、設備布置和管道試鏡選型錯誤引起的事故工程實例8
三、管道斷面破裂事故工程實例8
四、不清楚工藝原理引起的管道器材選用事故工程實例8
五、熱拱現象引起的配管錯誤工程實例8
六、大高差管道液擊與重力流問題的工程實例9
七、無補償器無伸縮縫高速列車鐵軌技術在壓力管道配管設計中的工程實例9
八、不清楚管道柔性引起的配管錯誤工程實例9
九、壓力管道模塊化設計及工程實例10
十、設計文件DN錯誤寫成英寸單位工程實例12
十一、罐區內不設計高管廊的原因及工程實例12
十二、防火堤設計成3.2m高的原因及工程實例12
第四節壓力管道的分級（類）13
一、《特種設備生產單位許可目錄》的管道分級(類）13
二、美國國家壓力管道標準的管道分級（類）13
三、GB 50316、GB 50235、SH/T 3059、SH/T 3501、GB 50517的管道分級（類）15
四、長輸管道、公用管道、工業管道、動力管道設計分界及工程實例16
五、廠際管道的區分及壓力管道分類16
六、GB類公用管道和GC類工業管道的區分16
七、GC類管道和GCD類管道的區分16
第五節壓力管道設計的任務17
一、裝置設備管道布置17
二、管道材料20
三、管道應力20
第六節壓力管道設計階段的劃分21
一、設計階段的一般劃分21
二、各設計階段的內容和深度21
三、設計深度錯誤的工程實例21
四、國內外工程基礎設計、詳細設計、FEED設計、報價設計、可研設計、總體設計等階段一般工作內容22
第七節壓力管道專業與其他專業的條件關係28
一、與工藝系統專業的接口條件28
二、與自控專業的接口條件29
三、與電氣專業的接口條件29
四、與設備專業的接口條件29
五、與建築、結構專業的接口條件30
六、與工程經濟專業的接口條件30
七、與采購專業的接口條件30
八、與施工管理專業的接口條件31
第八節壓力管道設計文件31
一、工業管道設計文件及簽署31
二、長輸管道設計文件及簽署32
三、公用管道設計文件及簽署32

第二章計算機輔助壓力管道設計軟件34
第一節計算機輔助壓力管道設計軟件的類別34
第二節壓力管道設計軟件AutoCAD34
一、AutoCAD簡介34
二、壓力管道設計常用的AutoCAD操作34
工程實例一快捷裁剪技巧35
工程實例二使用AutoCAD的快速選擇功能35
工程實例三AutoCAD批處理打印圖紙35
第三節壓力管道設計軟件Microstation38
第四節壓力管道設計軟件PDS38
第五節壓力管道設計軟件PDMS39
第六節壓力管道設計軟件AutoPlant40
第七節壓力管道設計軟件SmartPlant 3D40
第八節壓力管道設計軟件eZOrtho41
第九節壓力管道應力分析軟件AutoPipe42
第十節壓力管道應力分析軟件Caesar Ⅱ43
第十一節管道應力分析軟件PipeNet43
第十二節壓力管道設計軟件eZWalker43
第十三節壓力管道設計軟件CADWorx46
第十四節計算機輔助壓力管道設計軟件的選用46

第三章材料基礎知識48
第一節壓力管道常用材料分類48
第二節金屬材料48
一、黑色金屬48
二、有色金屬52
三、型鋼53
第三節金屬材料的性能54
一、金屬材料的力學性能54
二、鋼材的熱處理54
三、常見元素對金屬材料性能的影響55
第四節金屬材料的腐蝕58
一、根據腐蝕發生的機理分類58
二、根據腐蝕形態分類58
第五節常用金屬材料的基本限制條件65
一、一般限制條件65
二、常用材料的應用限制67
三、常用金屬材料的使用溫度69
四、TSG D0001《壓力管道安全技術監察規程——工業管道》對管道元件的使用限制69
五、國外某管道材料選用工程實例71
六、低溫管道材料設計的限制及工程實例76
七、低溫衝擊試驗和低溫低應力工況的管道設計及工程實例76
八、高溫管道材料設計的限制及工程實例77
九、碳鋼和不銹鋼管材焊接設計及工程實例78
十、管道焊後熱處理設計的對比及工程實例79
十一、管道設備設計壽命與實際使用年限的確定及工程實例79

第四章壓力管道器材及其選擇81
第一節壓力等級81
一、公稱壓力（Nominal Pressure）PN81
二、以ASME B16.5為代表的美洲系列81
三、以DIN 2401為代表的歐洲系列82
四、ISO公稱壓力等級標準82
五、日本的壓力等級標準83
六、英國、法國的壓力等級標準83
七、我國的各種壓力等級標準83
八、影響公稱壓力等級確定的因素85
第二節管徑系列86
一、公稱直徑(Nominal Diameter)DN86
二、GB/T 1047《管道元件DN(公稱尺寸)的定義和選用》管徑系列86
三、SH/T 3059《石油化工管道設計器材選用規範》管徑系列87
第三節標準體系之間的配伍87
一、大外徑管子和小外徑管子標準體系87
二、歐式法蘭和美式法蘭標準體系88
三、壓力管道器材選用常用各國標準規範89
第四節壓力管道設計條件和設計基準91
第五節管子91
一、管子的分類91
二、鋼管91
三、鋼管的尺寸系列91
四、金屬直管壁厚的確定方法97
五、鋼管的選擇97
六、國內外常用鋼管標準對照表100
七、管道材料代用設計事故工程實例104
八、嚴寒環境管道設計工程實例104
九、常用鋼管使用溫度限制和許用應力104
十、非金屬管108
十一、襯裡管111
十二、常用地下管道材料簡介113
十三、中國石化標準碳素鋼、低合金鋼、合金鋼、奧氏體不銹鋼無縫鋼管尺寸及特性數據表114
十四、中國石化標準焊接鋼管尺寸及特性數據表120
十五、碳素鋼、低合金鋼、合金鋼、奧氏體不銹鋼無縫鋼管尺寸及特性數據表125
第六節管件131
一、管件的用途及種類131
二、管件選擇的原則137
三、支管連接件的選擇138
四、焊接支管的補強138
五、分支管和主管的連接形式表138
六、異徑管的選擇139
七、常用管件系列139
八、管件選擇常用標準規範140
第七節法蘭141
一、法蘭的種類141
二、法蘭結構形式的選用142
三、法蘭密封面形式的選用143
四、法蘭系列144
五、鋼制管法蘭形式參數144
六、可配合使用的管法蘭標準149
七、常用法蘭標準規範150
第八節螺栓、螺母151
一、螺栓151
二、螺母151
三、螺栓與螺母材料的選擇151
四、常用螺栓許用應力和使用溫度153
五、某螺栓螺母ASTM材料的選用工程實例153
第九節墊片153
一、墊片的種類及適用範圍153
二、墊片性能參數γ和m155
三、墊片選用的原則156
四、法蘭、墊片、緊固件選配表157
五、苯管道墊片選用及工程實例157
第十節盲板、8字盲板、插板、墊環、限流孔板和混合孔板157
一、盲板、8字盲板、插板及墊環選用及工程實例157
二、限流孔板159
三、混合孔板159
第十一節閥門及其他管道設備159
一、閥門的分類159
二、閥門的型號161
三、閥門的標識166
四、閥門的基本參數166
五、閥門的質量要求167
六、閥門規格書的內容168
七、閘閥168
八、截止閥170
九、節流閥172
十、止回閥172
十一、蝶閥174
十二、球閥176
十三、旋塞閥177
十四、隔膜閥178
十五、安全閥180
十六、爆破片181
十七、減壓閥182
十八、蒸汽疏水閥182
十九、閥門類型的選擇185
二十、常用閥門的適用範圍186
二十一、閥門主要零件材料187
二十二、驅動方式的選用188
二十三、設計文件中應給出的閥門描述188
二十四、低溫閥門的設計及工程實例188
第十二節壓力管道特殊件190
一、波紋管膨脹節190
二、過濾器191
三、阻火器191
四、消聲器191
五、視鏡192
第十三節壓力管道等級及工程應用192
一、管道等級192
二、壓力管道等級編制原則193
三、管道等級代號193
四、管道等級表中的管道壁厚表197
五、管道等級表中的管道分支表197
第十四節壓力管道材料的設計文件及設計條件199
一、管道材料各設計階段的主要設計文件199
工程實例壓力管道詢價書的設計200
二、管道材料的設計條件接口工程實例200
工程實例某工程項目壓力管道材料設計的條件接口200
第十五節壓力管道材料的設計附加裕量202
一、管道材料設計附加裕量的必要性202
二、確定設計附加量應考慮的因素202
三、確定管道材料設計附加裕量的原則202
四、管道材料的設計附加裕量工程實例202
工程實例某工程項目的管道材料的設計附加裕量202
第十六節壓力管道材料設計的計算機應用204
一、材料設計過程的計算機應用204
二、管道材料統計中Excel的使用204
三、用計算機編程自動獲取材料匯總報告208
第十七節管道材料概算快捷計算方法210
一、管道隔熱結構輔助材料用量快捷計算方法210
二、設備隔熱結構輔助材料用量快捷計算方法211
三、某管道外防腐蝕材料用量快捷計算方法212
四、管道支吊架材料用量快捷計算方法212
第十八節國內外大中型工程公司（設計單位）管道器材選用的常用方法及工程實例212
第十九節GA長輸管道和GB公用管道的器材選用213
一、GA輸油管道的器材選用213
二、GA輸氣管道的器材選用213
三、GB1城鎮燃氣管道的器材選用214
四、GB2城鎮供熱管道的器材選用215
五、直埋蒸汽和熱水管道的器材選用及工程實例216