中华人民共和国国家标准

GBzT 20801.3-2006

压力管道规范 工业管道

第3部分：设计和计算

PreSSUre PiPing GQdemIndUStrial PiPing--Part 3：DeSign and calculation

• 2006- 12-30 发布

• 2007- 06-01 实施

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局

中国国家标准化管理委员会

发布

冃U 言

本标准对应于IS()15649: 2001《石油和天然气工业管道》，与IS()15649: 2001 一致性程度为非等效。

GBZT 20801《压力管道规范工业管道》由下列六个部分组成：

——第1部分：总则；

——第2部分：材料；

——第3部分：设计和计算；

——第4部分：制作与安装；

——第5部分：检验与试验；

——第6部分：安全防护。

本部分为GBZT 20801的第3部分。

本部分的附录C、附录F为规范性附录，附录A、附录B、附录D、附录E、附录G为资料性附录。

本部分由全国锅炉压力容器标准化技术委员会压力管道分技术委员会(SACZTC 262ZSC 3)提出。

本部分由全国锅炉压力容器标准化技术委员会(SACZTC 262)归口。

本部分起草单位：全国化工设备设计技术中心站、中国石化集团上海工程有限公司、华东理工大学、 国家质检总局特种设备安全监察局、中国石油化工集团公司经济技术研究院、中国石油化工集团公司工程 建设管理部、辽宁省安全科学研究院。

本部分主要起草人：秦叔经、蔡暖姝、丁伯民、应道宴、夏德楷、高继轩、修长征、汪镇安、叶文邦、 寿比南、王为国、黄正林、周家祥、唐永进、张宝江、于浦义、刘金山。

压力管道规范 工业管道 第3部分：设计和计算

1范围

本部分规定了 GBzT 20801.1范围内压力管道的设计与计算的基本要求，这些基本要求包括设计条件、 设计准则、管道组成件及其压力设计和管道应力分析等方面的规定。

2规范性引用文件

下列文件中的条款通过GBZT 20801的本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件， 其随后所有的修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的 各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。

GB 150钢制压力容器

GBZT 196-2003 普通螺纹 基本尺寸(ISO 724： 1993，MOD)

GBZT 197-2003 普通螺纹公差(ISO 965-1： 1998，MOD)

GBZT 539-1995耐油石棉橡胶板

GBZT 3098.1-2000紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱(idt ISO 898-1： 1999)

GBZT 3098.6-2000紧固件机械性能不锈钢螺栓、螺钉和螺柱(idt ISO 3506-1： 1997)

GBZT 7306.1-2000 55°密封管螺纹第1部分：圆柱内螺纹与圆锥外螺纹(eqv ISO 7-1： 1994)

GBZT 7306.2-2000 55°密封管螺纹第2部分：圆锥内螺纹与圆锥外螺纹(eqv ISO 7-1： 1994)

GBZT 9065-1988液压软管接头连接尺寸

GBZT 9711.1-1997石油天然气工业 输送钢管交货技术条件 第1部分：A级钢管(eqv ISO 3183

-1：1996)

GBZT 12220-1989 通用阀门 标志(idt ISO 5209： 1977)

结构长度(ISO 5752： 1982, MOD)

一般要求

法兰连接铁制闸阀

铁制截止阀与升降式止回阀

法兰和对焊连接钢制闸阀

法兰连接钢制截止阀和升降式止回阀

GBZT 17116.1-1997管道支吊架第1部分：技术规范

GBZT 17116.2-1997管道支吊架第2部分：管道连接部件

GBZT 17116.3-1997管道支吊架第3部分：中间连接件和建筑结构连接件

GBZT 20801.1-2006压力管道规范工业管道第1部分：总则

GBzT 20801.2-2006压力管道规范 工业管道 第2部分：材料

GBzT 20801.4-2006压力管道规范 工业管道 第4部分：制作与安装

GBZT 20801.5-2006压力管道规范 工业管道 第5部分：检验与试验

HGZT 3651 一 1999钛制对焊无缝管件

HG 20553-1993化工配管用无缝及焊接钢管尺寸选用系列

HG 20592〜20604 钢制管法兰（欧洲体系）

HG 20615〜20625钢制管法兰（美洲体系）

HG 20605钢制管法兰焊接接头和坡口尺寸（欧洲体系）

HG 20606钢制管法兰用非金属平垫片（欧洲体系）

HG 20607钢制管法兰用聚四氟乙烯包覆垫片（欧洲体系）

HG 20608钢制管法兰用柔性石墨复合垫片（欧洲体系）

HG 20609钢制管法兰用金属包覆垫片（欧洲体系）

HG 20610钢制管法兰用缠绕式垫片（欧洲体系）

HG 20611钢制管法兰用齿形组合垫（欧洲体系）

HG 20612钢制管法兰用金属环垫（欧洲体系）

HG 20613钢制管法兰用紧固件（欧洲体系）

HG 20626钢制管法兰焊接接头和坡口尺寸（美洲体系）

HG 20627钢制管法兰用非金属平垫片（美洲体系）

HG 20628钢制管法兰用聚四氟乙烯包覆垫片（美洲体系）

HG 20629钢制管法兰用柔性石墨复合垫片（美洲体系）

HG 20630钢制管法兰用金属包覆垫片（美洲体系）

HG 20631钢制管法兰用缠绕式垫片（美洲体系）

HG 20632钢制管法兰用齿形组合垫（美洲体系）

HG 20633钢制管法兰用金属环垫（美洲体系）

HG 20634钢制管法兰用紧固件（美洲体系）

HG 21547-1993管道用钢制插板、垫环、8字盲板

JBZT 2768~2778-1992 PNl6.0~32.0 MPa 螺纹法兰，管件，紧固件，

JB 4708-2000钢制压力容器焊接工艺评定

JB 4732-1995钢制压力容器分析设计标准

JBZT 6439-1992阀门受压铸钢件磁粉探伤检验

JBZT 6440-1992阀门受压铸钢件射线照相检验

JBzT 8527-1997金属密封蝶阀

JBzT 8937-1999 对夹式止回阀

JBZT 9092-1999 阀门的检验与试验

3术语和定义

除本部分规定的术语和定义外，GBZT 20801其他部分规定的术语和定义也适用于本部分。

3.1

管道系统PiPing SyStem

由同一设计条件确定且相互连接的管道。

3.2

平衡管道系统 balanced PiPing SyStem

应变分布均匀，不存在过量应变的点，应力正比与总位移应变的管道系统。

3.3

流体工况fluid SerViCe

由流体性质、操作条件和其他因素构成的管道系统的设计条件之一。

3.4

剧烈循环工况 SeVere cycl ic CGnditiGnS

发生以下情况之一的工况：

• a) 管道系统中的管子、管道元件或接头中的位移应力范围S_e ［按式(37)计算］超过许用应力范围，［按 式(32)或式(33)计算］的0.8倍，同时当量循环次数N［按式(35)计算］超过7 000；

• b) 设计人员根据经验判定的其他具有相同效应的工况。

3.5

支管连接管件 branch CGnneCtiGn fitting

通过对焊连接、承插焊连接或螺纹连接，将支管连接于主管的整体补强管件，如支管座、半管接头等e

3.6

额定值 rat ing value

标准规定的管道组成件压力值e

3.7

管表号 SChedUIe number

管子壁厚系列的数值代号e

3.8

位移应变 diSpIacement Strain

在管道组成件中，由地震和风力等原因使得管道约束点发生位移所产生的应变以及因温度变化所产生 的应变统称为位移应变e

3.9

位移应力 displacement StreSS

管道组成件中由位移应变弓I起的应力。

• 3. 10

冷紧 cold SPri ng

安装阶段对管道施加的预变形，以补偿使用工况下管道可能发生的反向变形。

4设计条件和设计准则

4.1设计条件

4.1.1设计压力

• 4.1.1.1 一般规定

管道系统中每个管道组成件的设计压力，应不小于在操作中可能遇到的最苛刻的压力和温度组合工况 的压力，但4.2.3规定的情况除外。最苛刻的压力和温度组合工况应计及压力源（如泵、压缩机）、压力脉 动、不稳定流体的分解、静压头、控制装置和阀门的失效或操作失误、环境影响等可能产生的运行条件。 4.1.1.2设计压力的确定原则

a） 装有安全泄放装置的管道，其设计压力应不小于安全泄放装置的设定压力（或最大标定爆破压力）， 但 GBzT 20801.6-2006 中 4.1.6.1 b）、4.1.e.2 和 4.1.6.3 规定的情况除外；

b） 当管道与设备直接连接作为一个压力系统时，管道的设计压力应不小于设备的设计压力；

C）未设置压力泄放装置或可能发生与压力泄放装置隔离、堵塞的管道，其设计压力应不小于可能因 此而产生的最大压力；

d） 离心泵出口管道的设计压力应不小于泵的关闭压力；

e） 输送制冷剂、液化烃类低沸点介质的管道，其设计压力应不小于阀门切断时或介质不流动时介质 可能达到的最大饱和蒸汽压；

f） 当管道被分隔件（包括夹套管、盲板等）分隔为几个单独的受压段时，该分隔件的设计压力应不小 于在操作中两侧受压室可能遇到的最苛刻的压差和温度组合工况的压力；

g） 装有安全控制装置的真空管道，设计压力取最大匪差的1.25倍或0.1 MPa中的较小值，并按外 压条件进行设计；对于没有安全控制装置的真空管道，设计压力取0.1 MPaO

4.1.2设计温度

• 4.1.2.1 一般规定

管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工况的温度 确定。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

a）介质温度小于65笆时，无隔热层管道的管道组成件的设计温度与介质温度相同.但应考虑阳光辐 射或其他可能导致介质温度升高的因素；介质温度大于或等于65笆时，无隔热层管道的管道组成 件的设计温度确定应符合以下规定：

1） 对于阀门、管子、翻边端部和焊接管件，取介质温度的95%；

2） 对于松套法兰以外的法兰，取介质温度的90%；

3） 对于松套法兰，取介质温度的85%；

4） 对于螺栓，取介质温度的80%；

5） 也可以取实测的平均壁温或根据传热计算得到的平均壁温。

b）外部隔热管道的设计温度一般取介质温度，但也可以取实测的平均壁温或根据传热计算得到的平 均壁温，釆用伴管或夹套结构的管道应考虑加热或冷却对设计温度的影响。

C）内部隔热管道的管道组成件，设计温度应按传热计苒或试验确定。

4.1.2.3最低工作温度和最高工作温度

管道设计时还应考虑最低工作温度及最高工作温度对材料选用和7.3.3柔性分析的影响。

4.1.3荷载条件

管道设计应考虑以下荷载：

a） 内压、外压或最大压差（设计压力应与对应的设计温度一起作为荷载条件）。

b） 重力荷载：

1） 管道组成件、隔热材料以及由管道支承的其他重力荷载；

2） 流体重量（包括液压试验）以及寒冷地区的冰、雪重量。

C）动力荷载：

1） 风荷载；

2） 地震荷载；

3） 流体流动导致的冲击、压力波动和闪蒸等；

4） 由机械、风或流体流动引起的振动；

5） 流体排放反力。

d） 温差荷载：

1） 温度变化时因管道约束产生的荷载；

2） 因温度剧变或分布不均匀产生的温差应力，如厚壁管或流体分层流动可能导致的温差应力；

3） 温度变化时因膨胀系数不同所产生的荷载，如双金属管、夹套管、非金属衬里管等。

e） 端点位移引起的荷载：

管道支吊架或管道连接设备发生位移时引起的荷载。

4.1.4厚度附加置

a） 管道设计应有足够的腐蚀裕量，腐蚀裕量应根据预期的使用寿命和介质对材料的腐蚀速率确定， 还应考虑冲蚀和局部腐蚀等因素。

b） 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。

4.1.5环境影响

a）对于被隔断管道中的流体，应考虑因受环境加热产生膨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；

b）当环境温度小于0。C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埋地管道

4.1.6.1设计要求

埋地管道的设计应考虑下列主要因素：

a） 埋地管道的走向、敷设，埋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35C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；

f） 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设计准则

4.2.1管道组成件的压力一温度设计准则

管道组成件的压力一温度设计应采用4.2.1.1〜4.2.1.4规定的方法之一。

4.2.1.1压力一温度额定值方法

a） 除GBzT 20801另有规定外，表14中已规定压力一温度额定值的管道组成件，其设计温度下的 最大允许工作压力按相关标准规定的压力一温度额定值。

b） 如设计温度大于表14中相关标准给出的温度额定值，但不大于GBZT 20801.2-2006规定的材 料使用温度上限者，设计者可根据相关温度下的材料许用应力折算。

C）对于表14中仅标明公称压力的管道组成件，设计温度下的最大允许工作压力可根据设计温度和 常温下的材料许用应力折算。

4.2.1.2压力设计方法

a）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；

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4.2.1.2 a）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4.2.1.2 b）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釆用对比经验分析、应力 分析或实验应力分析方法确定。

4.2.2管道的压力一温度设计准则

a） 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

GCl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GBzT 20801.2-2006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度和频 率应满足下列条件之一：

a） 变动幅度不大于33%，每次变动时间不超过10 h，且每年累计变动时间不超过100 h；

b） 变动幅度不大于20%，每次变动时间不超过50 h，且每年累计变动时间不超过500 h。

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4.2.3.9 b）的规定。

4.2.4许用应力

4. 2.4.1金属材料许用应力和螺栓材料许用应力应符合GBZT 20801.2-2006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Φw和铸件质量系数Φc

4. 2.4.2 GBZT 20801.2-2006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剪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%。

4.2.5纵向焊接接头系数劣

管子和对焊管件的纵向焊接接头系数Φw应按表3规定的准则确定。

表1  金属材料许用应力准则

^S对于法兰或其他有微址永久变形就引起泄漏或故障的场合不能釆用 ^b A级碳素结构钢的许用应力取表中最小值再乘以0.92.

表2  螺栓材料许用应力准则

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状态下的许用 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  纵向焊接接头系数残

表3 （续）

表4  铸件质量系数及附加无损检测要求

4.2.6铸件质量系数。C

4. 2.6.1铸铁件（灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁）的铸件质量系数Φc取1.0。

• 4. 2.6.2除铸铁外，GBzT 20801.2-2006表A.1中金属静态铸件应按JBzT 7927-1 999进行外观检査， 且不低于B级要求，铸件质量系数取0.8。

4. 2.6.3对需要进行附加无损检测的铸件可取表4中的铸件质量系数，但铸件质量系数Φc的改变并不 影响管道组成件的压力一温度额定值。

5管道组成件

5.1管道组成件的选用

5.1.1 一般规定

应根据流体的性质、各种可能出现的操作工况以及外部环境的要求和经济合理性选用管道组成件。

5.1.2管子和对焊管件

5.1.2.1选用GBzT 20801.2-2006中表A.1和本部分的表14中的管子时，还应考虑设计条件和各种可 能出现的操作工况。

5.1.2.2管子和对焊管件应符合GBZT 20801.2-2006中6.3的规定。

5.1.3弯管

5.1.3.1弯管的制作应符合GBZT 20801.4-2006中6.3的规定。

5.1.3.2弯管最小壁厚的确定应符合6.2的规定。

5.1.4斜接弯头（虾米弯）

5.1.4.1斜接弯头的使用应符合以下规定：

a） 设计压力p≤2.0 MPa,且设计温度低于材料的蠕变温度；

b） 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

GBZT 20801.4-2006 的规定。

5.1.5短半径弯头

短半径弯头和短半径回弯头（R=1.0D ）应符合GBZT 12459-2005的规定，且其最大允许工作压力 应不大于按4.2.1.3 a）确定的最大允许工作压力的80%。

5.1.6翻边接头

5.1.6.1翻边接头的选用应符合表14所列相应标准的规定。

5.1.6.2现场制作的焊制翻边接头应符合下列规定：

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，则应釆用图1 d）、图1 e）所 示的圆角结构；

b） 外径应符合HG20592、HG 20615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；

C）厚度应不小于与其连接的管子的公称壁厚；

d） 材料的许用应力应不小于与其连接的管子在GBZT 20801.2-2006表A.1中规定的许用应力；

e） 制作和检验应符合GBZT 20801.4-2006和GBZT 20801.5-2006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GBzT 20801.2-2006表A.1相应材料标准以及相应的扩口翻边加工工艺要 求；

C）外径应符合HG 20592、HG 20615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3 mm；

e） 最小厚度应不小于管子最小壁厚的95%；

f） 压力设计应符合4.2.1.4的规定。

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

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200C。

5.1.7支管连接及其管件

5.1.7.1支管连接包括支管直接与主管的焊接连接和通过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级管道用支管连接管件应采用整体补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5.1.7.3 a）的规定外，还应釆用GBZT 20801.4-2006中图10 b）、 图10 d）、图10 f）的结构。

C）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法兰 5.1.8.1法兰一般应按表14选取，并应按相应标准规定的压力一温度额定值使用。

5.1.8.2当选用表14以外的法兰时，应符合4.2.1.2〜4.2.1.4的规定。

5.1.8.3平焊法兰和松套法兰的附加要求：

平焊法兰不得用于温度频繁变化的工况，特别是法兰未作隔热的场合。

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。

表5与翻边短节配合的带颈平焊法兰的使用范围

松套法兰或带颈平焊法兰与翻边接头（包括现场制作的焊制翻边、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。

5.1.8.4承插焊焊接法兰应符合5.2.2.3的规定。

5.1.8.5螺纹法兰（采用锥管螺纹连接的法兰）附加要求：

a） 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。

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，其密封面型式宜釆用全平面、凹凸面或榫槽面。

5.1.9.3石棉橡胶板垫片应满足以下要求：

a）按GBzT 3985-1995和GBzT 539-1995选用石棉橡胶板垫片时，其适用压力和温度应符合 表7的规定。

表7石棉橡胶板使用规定

b）石棉橡胶板垫片不得用于真空管道。

C）石棉橡胶板垫片与不锈钢法兰配合使用时，应考虑垫片材料氯离子含量对法兰材料性能的影响。

5.1.9.4选用缠绕式垫片、金属包覆垫等半金属垫或金属环垫的公称压力小于等于PN20的标准管法 兰，应采用带颈对焊等刚性较大的结构型式。

5.1.9.5可燃材料（如橡胶）制成的垫片，不得用于输送强氧化性介质的管道。

5.1.9.6标准法兰用紧固件和垫片的选用应符合表8的规定。

表8  标准法兰用垫片和紧固件的选用

表8 （续）

5.1.10紧固件

5.1.10.1紧固件包括六角头螺栓、等长双头螺柱、全螺纹螺柱、螺母和垫圈，紧固件强度按表9分类。

表9  紧固件强度分类

5.1.10.2紧固件应符合预紧及操作条件下垫片的密封要求。

5.1.10.3较高强度等级的紧固件可代用较低强度等级的紧固件。高温条件下使用的紧固件应与法兰材料 具有相近的热膨胀系数。

5.1.10.4配对法兰中一侧为铸铁法兰或铜合金法兰时，应采用低强度紧固件。但以下情况除外：

a） 两侧法兰的密封面均为全平面且采用全平面垫片的场合;

b） 规定了螺栓拧紧力矩和拧紧程序的场合。

5.1.10.5低强度紧固件不得用于剧烈循环工况下的法兰接头。

5.1.11阀门

5.1.11.1应根据管道的设计温度、设计压力、介质性质和阀门用途来选用阀门，并应考虑外部荷载对阀 门操作性能和密封性能的影响。

5.1.11.2阀门应按表14选取，并应按相应标准规定的压力一温度额定值使用。阀门内件釆用非金属材 料时，应根据非金属材料所能承受的压力一温度额定值确定阀门的压力一温度额定值。

5.1.11.3阀盖与阀体的连接应满足以下要求：

a） 采用螺纹阀盖的阀门应设有防止阀盖松动的安全装置，如锁紧装置等。

b） 阀盖与阀体的连接螺栓个数少于4或采用U形螺栓连接的阀门，仅适用于GC3级管道。

5.1.11.4对于内部可能滞留流体介质的阀门（如双密封阀座阀门），应采取适当的安全措施防止因温度升 高导致的压力增加。

5.1.11.5对于阀杆填料和管道内流体介质温差较大的工况，应釆用加长阀杆的结构形式。

5.1.11.6对于GC1级管道，其阀门的选用应符合以下规定：

a） 除本规范另有规定外，应选用专用的石油化工阀门。

b） 应防止阀杆填料处流体介质的泄漏。

C）阀帽或阀盖的密封结构应采用下列型式之一：

1） 法兰连接，螺栓数量大于等于4,且垫片符合5.1.9规定；

2） 自紧式结构；

3） 全焊透焊接结构；

4） 圆柱螺纹连接，强度校核合格并釆用金属密封加密封焊。

d） 不得采用螺纹连接的阀盖密封结构。

e） 采用非金属密封材料的用于可燃性流体的阀门，应符合防火试验要求七并应根据非金属材料所 能承受的压力一温度额定值确定阀门的压力一温度额定值。

注：1）防火试验要求可参照API 607。

5.1.11.7对于5.1.11.1〜5.1.11.6的规定同样适用于管道过滤器、疏水器及分离器等与阀门类似的压力 管道附件。

5.2管道组成件连接形式的选用

• 5. 2.1 一般规定

管道组成件连接形式的选用应与管道材料和流体工况相适应，并应考虑在预期的使用和试验工况下， 压力、温度和外荷载对连接接头密封性能和机械强度的影响。

5. 2.2焊接接头

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/T 20801.4-2006的有关规 定，其检查及检验应符合GB/T 20801.5-2006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； 如需釆用衬环，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。

5. 2.2.3采用承插焊焊缝的焊接接头应符合以下规定：

a） 一般用于公称直径小于等于DN50的管道。

b） 承口尺寸应符合相应法兰或管件标准的规定，焊缝尺寸应不小于GBzT 20801.4-2006  图8、

图9所示尺寸。

C）以下场合不得釆用承插焊焊接：

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。

d） 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2 a）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2 b）所示），凸缘的尺寸应符合表11的规定。

a)

b)

图2承口和凸缘

表11

凸缘尺寸

5. 2.2.4符合GBzT 20801.4-2006图7、图8和图9的填角焊缝，可用于连接承插焊元件和平焊法兰 的主要焊缝。填角焊缝也可用于连接补强元件和结构附件，以增加强度或降低应力集中。

5. 2.2.5密封焊焊缝仅用于防止螺纹连接接头的泄漏，而不应考虑其对连接强度的影响。

5. 2.3法兰连接

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，法兰的密封面应釆用全平面型式，且一般配以全平面型式垫 片。如果釆用全平面型式以外的垫片时，府控制螺栓拧紧力矩，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胀接接头

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应釆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

5.2.5.1管螺纹型式

管螺纹应符合表12的规定。

表12  螺纹牙型角

5. 2.5.2 锥管螺纹（NPT 和 R/Rc ）

a） 对于可能产生缝隙腐蚀、冲蚀或循环荷载的工况，应尽量避免采用螺纹接头。

b） 螺纹接头采用密封焊时，不得使用密封剂（填料）。

C）采用螺纹接头的管道系统，应考虑减少螺纹接头上的应力，特别是由热膨胀和阀门（尤其是端部阀 门）操作产生的应力，以防止螺纹接头松动。

d）除GC3级管道外，不得采用管端伸出螺纹法兰作为密封面的结构型式，如图3所示（不包括高压 用透镜垫密封型式）。

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。

g） 未承受外部弯矩作用的螺纹元件（如温度计套管），可用于剧烈循环工况。

表13  圆锥外螺纹元件的最小壁厚

表13 （续）

5. 2.5.3锥/平管螺纹（R/Rp）

a） 圆锥外螺纹与圆柱内螺纹的配合（RzRP ），仅适用于GC3级管道。

b） 用于水、低压蒸汽和空气系统管道时，可采用密封剂或密封带。

C）还应符合5.2.5.1的规定。

5.2.6直螺纹连接

a） 直螺纹连接接头可采用图4所示的非螺纹密封结构。当用于剧烈循环工况或承受外部弯曲荷载时， 应采取安全防护措施。

b） 当用于GC1级管道时，直螺纹连接接头应具有足够的机械强度，且应采用图4 b）和图4 C）所 示的封闭式密封结构。拧紧和安装后，不得再施加任何扭矩。

5.2.7扩口、非扩口压合型管件的连接

5. 2.7.1扩口、非扩口压合型管件（如图5所示）连接型式的选用，应考虑装拆、循环荷载、振动、冲击、 热膨胀和收缩等因素可能产生的不利影响。

a）                                  b）                                 C）

图4典型的非螺纹密封直螺纹接头

a)                                                                         b)

图5扩口、非扩口压合型管件连接结构

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：

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，可按5.2.7.2 的规定使用，且管件设计应符合4.2.1.3或4.2.1.4的规定。

5. 2.8填缝接头

在承口和插口的环形空间之间注入或压入填充物的填缝接头，仅适用于GC3级管道，并应符合以下 规定：

a） 使用温度应不大于93°C；

b） 应釆取预防措施，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。

5.2.9特殊管接头

5. 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。

C）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，应釆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

5.3管道组成件的型式和尺寸 5. 3.1表14给出了符合本部分要求的现行和常用管道组成件的型式和尺寸标准，表15给出了符合本部 分要求的管道组成件的基础标准及检验、试验标准。

5. 3.2表14所列标准规定的压力一温度额定值、公称压力、壁厚等级均符合4.2.1的规定，可作为管道 组成件的压力一温度设计准则。

5. 3.3表14中未列入的管道组成件型式和尺寸标准也应符合4.2.1规定的压力一温度设计准则，其适用 压力一温度值应不大于表14中相应标准的规定值，业主或设计者应提出符合本部分要求的使用规定，并 经国家认可的机构审査通过。

5. 3.4石油、化工阀门的选用可参见附录A所列标准。

表14  管道组成件型式尺寸标准

表14 （续）

表15  基础标准

6管道组成件的压力设计

6.1直管

a)符号

A——与几何参数有关的外压(或真空)设计系数；

AS——加强圈横截面积，单位为平方毫米(mm²)；

B一与材料有关的外压(或真空)设计系数，单位为兆帕(MPa)；

C—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+C₁，见图7,单位为 毫米(mm)；

图7厚度、附加量和负偏差及其相互关系

G——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)；

C3——机械加工深度，见图7,单位为毫米(ram)；

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0.5 mm；

D一管外径，取管子外径的名义值，或由实测所得，单位为毫米(mm)；

d一管内径，用于压力计算时，应是材料标准允许的最大值，单位为毫米(mm)；

E——设计温度下材料的弹性模量，由GBzT 20801.2-2006表B.3确定，单位为兆帕(MPa)；

L——外压(或真空)管道的计算长度，单位为毫米(mm)；

• 1) 对于直管，取两相邻支撑线之间的距离，按GB 150的规定确定；

• 2) 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GB 150中外压或轴向受压圆筒和管子几何参数计算图)；

LS--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，则应计入封头曲面深度的1Z3，单位为毫米(mm)；

P——设计压力，单位为兆帕(MPa)；

[p]——许用外压，单位为兆帕(MPa)；

S——设计温度下管道组成件金属材料的许用应力，由GBZT 20801.2-2006表A.1査取，单位 为兆帕(MPa)；

T-—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——名义厚度，材料标准规定的厚度，单位为毫米(mm)；

Te—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)；

t — 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——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)；

Y-—— 算系数，当t<D∕6时，按表16查取，当t≥D∕6时，

△——厚度圆整值，见图7,单位为毫米(mm);

Φ(Φw∖Φc) —— 件的纵向焊接接头系数或铸件质量系数，按GB/T 20801.2-2006表A.3、表A.4。

表1 t < D/6时的Y值

b)直管的内压设计

• 1)当t <D/6时，直管的计算厚度t按式(1)计算:

^t = 2(SΦ^D PY)

• 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。

• c) 直管的外压(或真空)设计

• 1) 应根据D、L、Te值以及所用材料，按GB 150等有关标准，并按p≤［p］的准则确定计算 厚度。

• 2) 对于L/D≥25且DTe≥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。C时，可按式(2)计算许用外压［P ］：

(2)

• 3)加强圈的设置和设计应符合GB 150的规定。

6.2弯管或弯头

a)符号

I-―算系数；

R一 管或弯头在管子中心线处的弯曲半径(对于弯管，一般取R≥3D )，单位为毫米(mm)； tw一管或弯头在内侧、外侧或弯管中心线处的计算厚度，单位为毫米(mm)； α一管或弯头的转角，单位为度(° )。

b）弯管或弯头的内压设计

弯管或弯头的计算厚度（位于α∕2处）应按式（3）确定:

_t =     P^D        .............................................

” 2[（SΦ /1）+PY ]

1） 当计算弯管或弯头的内侧厚度时：

_I = 4（R / D ）-1    ................................................

=4（R / D）-2    ................................................

2） 当计算弯管或弯头的外侧厚度时：

_I = 4（R / D ）-1     ................................................

=4（R / D） + 2    ................................................

3） 当计算弯管中心线处厚度时：

I = 1.0     .........................................................

4） 弯管在弯制成形后的端部最小厚度应不小于直管设计厚度td。

C）弯管或弯头的外压（或真空）设计

弯管或弯头的外压（或真空）设计应按6.1 C）的规定进行，其计算长度L取直管上包括沿弯管或弯 头轴线在内的两相邻支撑线之间的距离。

6.3斜接弯头

a）符号

P_m― 接弯头的最大许用内压，单位为兆帕（MPa）；

Ri一接弯头的有效半径（见图8），即斜接弯头弯曲中心到斜接管中心线的垂直距离，其值应不

小于Yr f "值按表*确定;

表17系数A值                 单位为毫米

,2——管子的平均半径（中径），单位为毫米（mm）；

α—— 接弯头的变方向角（见图8），αqθ，单位为度（° ）； θ——接处的切割角（见图8），单位为度（° ）。

图8斜接弯头

b)斜接弯头的内压设计

• 1) 变方向角α不超过3°的斜接弯头，按直管计算。

• 2) 单弯斜接弯头的最大许用内压Pm应分别按式(7)和式(8)计算:

当 θ ≤ 22.5° 时，

当 θ > 22.5° 时，

• 3) θ角不大于22.5°的多弯斜接弯头的最大许用内压Pm ,应取按式(7)和式(9)计算值的较小

者:

(9)

• 4)斜接弯头两端的直边段长度M(见图8),应不小于下列两式中的较大值：

M = 2.5(r₂T )^0.5

M = (R_I - r₂) tanθ

其中，直边段的厚度应不小于有效厚度和厚度附加量之和，直管段末端的削薄长度可计入M值。

C)斜接弯头的外压(或真空)设计

斜接弯头的外压(或真空)设计应按6.1 c)的规定进行，但计算长度L应取直管包括斜接弯头各段斜接 管轴线在内的两相邻支撑线之间的距离。

6.4管法兰和法兰盖的压力设计

管法兰和法兰盖应按GB 150设计，当管法兰承受外加轴向力或外加弯矩时，可按式(10)计算其当 量压力Pc，并以当量压力替代设计压力进行计算。必要时，还可按6.4 c)的规定校核法兰刚度。

a)符号

E——法兰在设计温度(操作状态)或常温(预紧状态)时的弹性模量，按GBzT 20801.2-2006表B.3 确定，单位为兆帕(MPa)；

F——外加轴向力(拉伸时计入，压缩时不计)，单位为牛顿(N)；

J-—刚度指数；

K_I— 体法兰或按整体法兰计算的任意式法兰的刚度系数，取Ki=0∙3 ；

KL——松套法兰或按松式法兰计算的任意式法兰的刚度系数，取K_L=0.2 ；

M-一外加弯矩，单位为牛顿毫米(N∙mm);

P--- 计压力，单位为兆帕(MPa)；

Pe——当量压力，单位为兆帕(MPa)O

注：本节未做说明的符号均按GB 150-1998第9章规定执行O

b)当量压力P_e

C)刚度校核

度为，并重新计算J值，直到合格为止。

6.5盲板

a)符号

dg——对于突面、凹凸面或平面法兰，为垫片内径；对于环连接面和榫槽面法兰，为垫片的平均直

径，见图9,单位为毫米(mm)；

tm--盲板计算厚度，单位为毫米(mm)。

图9

盲板结构图

6.6其他管道组成件

其他管道组成件，如异径管、凸形封头和平封头等的压力设计，应按相关标准进行。

6.7支管接连的等面积补强法

6.7.1符号

4——因开孔削弱而要求补强的截面积，见图10，单位为平方毫米(mm²)；

A₂——补强范围内主管上除承受压力所需面积之外的多余截面积，见图10和图11，单位为平方毫米 (mm²)；

A3——补强范围内支管上除承受压力所需面积之外的多余截面积，见图10和图11，单位为平方毫米 (mm²)；

A4——补强范围内的补强圈截面积，或挤压成型接口端部除承受压力所需之外的多余截面积，见 图10和图11，单位为平方毫米(mm²)；

A₅——补强范围内的焊缝截面积，见图10，单位为平方毫米(mm²)；

Db——支管外直径，见图10和图11，单位为毫米(mm)；

D_h——主管外直径，见图10和图11，单位为毫米(mm)；

D_r一补强圈外直径，单位为毫米(mm)；

d——支管内直径，见图11，单位为毫米(mm)；

dχ一 压成型接口的设计内直径，取支管内直径与2倍的厚度附加量之和，见图11，单位为毫米

(mm)：

d1——见图 10，d₁sin β = D_b - I(T_b - C)，单位为毫米(mm)； d一补强范围宽度的一半，单位为毫米(mm)；

对于焊接连接的支管(见图10), d₂ = max(d₁ ,T_eb + T_eh + d₁ / 2)；

对于挤压成型的接口(见图11), d₂=dχ，且d ≤D₁ ;

hχ一 压成型接口的高度，且不得小于八，见图11，单位为毫米(mm)；

K一主管开孔补强设计的系数：

当 D_blD_h>0.6 时：K= 1.0 ；

当 0.60≥Db∣Dh>0.15 时：K=0.6+2l3 D_bID_h ；

当 Db∣Dh≤0.15 时：K= 0.70 ；

L——主管外侧的补强范围高度，见图10，L₄ = min(2.5T_h,2.5T_eb + T_r)，单位为毫米(mm)；

L——主管外侧的补强范围高度，见图11，L₅ =0.7 JDTr，单位为毫米(mm)；

rχ— 压成型接口外轮廓部分的过渡半径，在支管和主管轴线相交的平面上测量，见图11，单位为 毫米(mm)；

Tb——支管最小厚度，为实测所得或取名义厚度减去材料厚度负偏差，单位为毫米(mm)；

Tb——支管名义厚度，单位为毫米(mm)；

T_eb——支管有效厚度，支管名义厚度减去厚度附加量和厚度负偏差后的厚度，单位为毫米(mm)；

T_eh——主管有效厚度，主管名义厚度减去厚度附加量和厚度负偏差后的厚度，单位为毫米(mm)；

Th——主管最小厚度，为实测所得或取名义厚度减去材料厚度负偏差，单位为毫米(mm)；

T_h——主管名义厚度，单位为毫米(mm)；

T_r—补强圈或补强鞍板的名义厚度，由管切制时，则为最小厚度，单位为毫米(mm)；

T_X一 压成型接口的厚度，从主管以上高度为rχ处测量，不包括腐蚀、冲蚀裕量，见图11，单位 为毫米(mm)；

tb——支管计算厚度，应计入支管Φw值，当支管为外压(或真空)时，Φw = 1.0，单位为毫米(mm)； th一一主管计算厚度，应计入主管Φw值，当支管未和主管纵焊缝相遇或当为外压(或真空)时，

Φw=1.0，单位为毫米(mm)；

β——支管轴线和主管轴线间的夹角，应不大于90°。

6.7.2等面积补强法的适用范围

• a) 等面积补强法计算是支管连接的最低要求，6.7.3〜6.7.5规定的等面积补强法计算适用于以下支管 连接结构：

• 1) GBIT 20801.4-2006图10所示的焊接支管；

• 2) 与1)结构类似的焊接或锻造三通、四通、斜三通；

• 3) 未列入表14的其他直接焊接于主管的支管连接管件。

• b) 等面积补强法的结构尺寸应符合以下规定：

• 1) Dh∣Th<100 时，Db∣Dh≤1.0 ； DhITh≥100 时，DbIDhV0.5 ；

• 2)  β≥45°:

• 3) 支管轴线和主管轴线相交。

C）外加补强材料应符合以下规定：

1） 外加补强材料可不同于主管材料，但应和主管、支管材料具有相近的焊接性能、热处理要求、 电位差和热膨胀系数等；

2） 如外加补强材料的许用应力低于主管的许用应力，则用于补强的截面积A₄应乘以二者许用应 力的比值后再行校核；如补强材料的许用应力高于主管的许用应力，则其影响可不予考虑。

d）对于GC1级管道和剧烈循环工况，不宜采用补强圈作为补强措施。

6.7.3不需要补强的条件

符合下列情况之一者，不需要进行补强计算，也不需要采取其他补强措施：

• a) 直接焊于主管的螺纹、承插焊管接头(GBzT 14626—1993、GBzT 14383-1993)，且符合下列各项 要求：

• 1) 支管公称直径不大于DN50；

• 2)  D_bZD_h ≤ 1/4。

• b) 直接焊于主管的支管座(GBZT 19326 一 2003)。

C)经验证性压力试验的三通、四通或斜三通(GBZT 12459-2005、GBZT 13401—2005)。

• d) 螺纹或承插焊三通、四通或斜三通(GBZT 14626-1993、GBZT 14383—1993)。

• e) 满足4.2.1.4要求的支管连接管件。

6.7.4支管直接焊于主管的补强计算

• a) 补强结构

• 1) 所有截面上的补强圈宽度(通过补强圈中心度量)应为恒值。

• 2) 对于DbZDh>0.80的焊接支管，宜釆用整体补强或支管补强结构，如需采用外加补强圈补强， 则应釆用套筒型补强圈。

• b) 补强有效范围

补强有效范围(见图10,简称“补强范围”)为主管表面沿支管中心线两侧各为力、垂直于主 管表面距离为L4的范围。

C)要求的补强面积4

1)对于承受内压的支管连接件，4应按式(15)计算：

A₁ = t_hd₁(2 - Sin β)     

2)对于承受外压(或真空)的支管连接件，4应将外压(或真空)作为内压按式(16)计算：

A₁ = t_hd₁(2 - Sin β)     

• d) 补强范围内的补强面积

1)除承受压力荷载所需计算厚度th之外，主管上多余厚度构成的面积A2应按式(17)计算，

但内压或外压(或真空)的计算厚度th应予以区别。

A2 =(2d2 -dι)(T_eh -t_h)     

2)除承受压力荷载所需计算厚度tb之外，支管上多余厚度所构成的面积A3应按式(18)计 算，但内压或外压(或真空)的计算厚度 tb 应予以区别。

A₃ = 2L₄(T_eb -t_b)/sinβ

• 3)补强圈面积A4应取式(19)和式(20)中的较小值:

  
  
  

(19)

2d2 _-^D-

Sin β

4）焊缝面积^₅应按实际焊缝尺寸计算，焊缝的最小尺寸应符合GBzT 20801.4-2006中 图10的规定。

e） 补强面积的校核要求

补强面积应满足式（21）的校核要求：

A₂ + A₃ + A₄ + A₅ ≥ A₁    .............................................（21）

f） 多个支管连接的补强设计：

1） 如任意两相邻支管的中心距大于等于该两支管平均直径的2倍，则每个支管应分别符合上 述b）〜e）的规定。

2） 如任意两相邻支管的中心距小于该两支管平均直径的2倍，则两支管的补强设计应按以下 规定进行：

一 意两相邻支管的中心距不宜小于该两支管平均直径的1.5倍；

——两支管补强范围内相互重叠的面积不能重复计入，且两支管之间的补强面积应不小于该 两支管所需补强面积总和的50%；

——相邻两支管应分别符合上述b）〜e）规定的补强计算要求。

6.7.5带挤压成型接口的支管连接补强计算

a）补强结构

1） 接口 （包括支管）轴线和主管轴线相交，且垂直于主管轴线。

2） 挤压成型接口在主管表面的凸出高度hχ应大于等于接口外侧的过渡半径rχ ［见图11a］］。

3） 最小过渡半径rχ应取0.05Qb或38 mm中小者。

4） 最大过渡半径rχ应满足以下要求：

当 QbVDN200，r_x=32 mm；

当 Qb≥DN200，rχ≤0.1Qb+13。

5） 接口外轮廓由多个过渡半径组成时，应取超过45°弧线的最佳拟合半径为最大半径八值， 且应满足上述3）和4）的规定。

6） 当r_x不满足上述要求时，不得釆用机加工的方法达到目的。

补强有效范围

注：本图系指K=1.0时.

注：本圈系指K= 1.00和dχ<db时。

d)

图11 (续)

b)补强有效范围

补强有效范围(见图11,简称“补强范围”)为主管表面沿支管中心线两侧各为d2、垂直于主管表面 距离为L的范围。

C)要求补强的面积4

1)对于承受内压的主管上挤压成型的接口，4应按式(22)计算：

^AI = ^Kth^dX

2)对于承受外压(或真空)的主管上挤压成型的接口，4应将外压(或真空)作为内压按式(23) 计算：

A_l = KthdX

d)补强范围内的补强面积

1)除承受压力荷载所需计算厚度th之外，主管上多余厚度构成的面积A2应按式(24)计算， 但内压或外压(或真空)的计算厚度th应予以区别。

^A2 = (^2d2 - ^dx X^Teh - ^th )    

• 2) 除承受压力荷载所需计算厚度tb之外，支管上多余厚度构成的面积A3应按式(25)计算， 但内压或外压(或真空)的计算厚度tb应予以区别。

A₃ = 2L₅ (Te_b Tb)    

• 3) 对于挤压成型接口端部的多余厚度构成的面积A4应按式(26)计算：

A4 = 2Γχ (TX - T_eb)     

• e)补强面积的校核要求

补强面积应满足式(27)的校核要求：

A₂ + A₃ + A₄ ≥ A₁    .............................................（27）

f）多个支管连接的补强设计按6.7.4 f）的规定进行。其中，要求的补强面积及补强范围内的补强面 积应按上述C）和d）计算。

6.7.6封头上支管连接的补强设计

a） 补强结构

1） 开孔直径应不大于封头内径的二分之一。如超过此值，则宜釆用异径管。

2） 在通过开孔中心轴垂直于封头表面的任意截面上，开孔每一侧的补强面积至少应等于该截面 上所需补强总面积的一半。

b） 补强有效范围

1） 焊接连接的支管或挤压成型的接口，其补强有效范围应分别按6.7.4 b）或6.7.5 b）的要求确 定。

2） 凸形封头的补强有效范围应在封头轮廓线之内。

C）要求补强的面积4按GB 150等相关标准的规定计算。

d） 焊接连接的支管连接或挤压成型的接口，其补强面积应分别按6.7.4 d）或6.7.5 d）的要求确定。

e） 焊接连接的支管连接或挤压成型的接口，其补强面积的校核应分别符合6.7.4 e）或6.7.5 e）的 要求。

f） 对于多个支管连接的补强设计，其焊接连接的支管连接或挤压成型接口应分别按6.7.4 f）或 6.7.5 f）的规定进行计算。

6.8整体成型三通的压力面积法计算

GBzT 12459-2005和GBzT 13401-2005中DbDh≥0.50的整体成型三通以及6.7.2 b）以外的补强 计算可参照釆用附录G的压力面积法。

7管道应力分析

7. 1 一般规定

a） 本章对各种可能存在的荷载，在管道元件中产生的应力给出分析方法和评定准则。

如需考虑压力波动对管道元件产生的疲劳效应，可参照JB 4732-1995给出的分析方法和评定准则， 并在7.3.3的柔性分析中，对式（32）、式（33）中许用应力范围的折减系数f取1.0。

b） 本章所述的柔性分析方法不适用于铸铁等脆性材料。

C）在进行管道系统应力分析时，应计及膨胀节和其他管道元件的刚度。各种管道元件的柔性系数和 应力增大系数可由附录C中表C.1所列出的公式计算，设计者也可釆用由实验或其他方法得到的 更为精确的值。

d）管道系统中支吊架的个数、位置和性质对管道系统的应力分布有很大影响。设计中，应慎重对待 支吊架的布置，以减小管道的应力。管道系统设计应保证每个支吊架具有足够的强度。

7.1.1符合以下条件之一的管道系统应按本章要求进行管道应力分析：

a） 设备管口有特殊的荷载要求；

b） 预期寿命内热循环次数超过7000的管道；

C）操作温度大于等于400C,或小于等于一70。C的管道。

7.1.2符合以下条件之一的管道系统可免除应力分析：

a） 与运行良好的管道系统相比，基本相同或基本相当的管道系统；

b） 与已通过应力分析的管道系统相比，确认有足够强度和柔性的管道系统。

7.1.3符号

如未特别注明，本章符号与第6章相同。

7.2荷裁及其组合工况

7.2.1荷裁及其分类

a） 持久性荷载：永久作用于管道系统的荷载，如压力和重力荷载，但不包括冰荷载和雪荷载；

b） 临时性荷载：短时间作用于管道系统的荷载，如风、地震、冰雪、阀门开、关时的反冲力和压力 升高等荷载；

C）交变性荷载：大小和方向随时间发生变化的荷载，如温差、风力引起的端点位移（如高塔在风载作 用下的摆动）、摩擦力等荷载。

7.2.2应考虑的荷裁组合工况

a） 压力、重力（包括隔热层、管道组成件和管道中流体的重量）等持久性荷载同时作用。

b） 以上a）所述持久性荷载与风荷载或地震荷载等临时性荷载同时作用（当考虑地震荷载时，仅需考 虑地震所产生的水平力）。必要时，还需考虑冰雪荷载、阀门关闭引起的压力短时升高、泄放阀 打开时对管道的反冲力等荷载的作用。

C）因温差引起的荷载及其他交变荷载。

d）必要时，需考虑端点或支吊架永久性位移引起的荷载，但在结构设计时应尽可能消除该荷载的影 响。

7.2.3应考虑临时性荷裁的条件和要求

a） 同时满足以下条件时，应计及地震荷载：

1） GC1类管道、介质毒性为高度危害的GC2类管道或介质为可燃GC2类管道；

2） 地震设防烈度大于等于8度，且设计基本地震加速度大于等于0.3 g。

b） 如需计及风载，则风载和地震荷载无需同时与其他临时性荷载构成组合工况。

C）如需计及因阀门开、关产生的荷载，则该荷载与地震荷载无需同时与其他临时性荷载构成组合工 况。

7.3应力分析和强度条件

以下应力计算方法和评定准则按7.2.2所列荷载组合工况给出。7.3.1〜7.3.3规定的强度条件应同时 满足。

7.3.1持久荷载的应力强度条件

对于7.2.2 a）所述的持久荷载组合工况，管子和管道元件的轴向应力应不大于最高工作温度下的材料 许用应力，即满足式（28）和式（29）的强度条件：

SL ≤ Sh

式中：

MA——所考虑荷载组合工况下产生的弯矩，单位为牛顿毫米(N ∙ mm)：

MA =MMAiY +(M )²

MAi——所考虑荷载组合工况下产生的平面内的弯矩，单位为牛顿毫米(N ∙ mm)；

MAO——所考虑荷载组合工况下产生的平面外的弯矩，单位为牛顿毫米(N ∙ mm)；

Sh——最高工作温度下的材料许用应力，单位为兆帕(MPa)；其中，

对铸件，应乘以相应的铸件质量系数Φc ；

对焊接件，不必考虑纵向焊接接头系数Φw ；

Z——子或管道元件的抗弯截面模量，单位为立方毫米(mm³)；

ii一 面内应力增大系数，见附录C表C.1 ；

io一 面外应力增大系数，见附录C表C.1。

7.3.2持久荷载与临时荷载组合工况的应力强度条件

对于7.2.2 b)规定的荷载组合工况，管子和管道元件的轴向应力应满足式(30)、式(31)强度条件：

SL2 ≤ 1.33Sh ......................................................(30)

式中：

MB——所考虑荷载组合工况下产生的弯矩，单位为牛顿毫米(N ∙ mm)：

MB =MiMBiY +(M )²

MBi—所考虑荷载组合工况下产生的平面内的弯矩，单位为牛顿毫米(N ∙ mm)；

MB_o——所考虑荷载组合工况下产生的平面外的弯矩，单位为牛顿毫米(N ∙ mm)。

注1： 压力试验工况不考虑如风载、地震或雪荷载等临时荷载。

注2：如需考虑阀门关闭引起的压力短时升高，应将该升高值计入压力P中。如需考虑泄放阀打开时的反冲力，应将其产生的力矩计人MB。 阀门开、关对管道产生的反冲力和压力升高可按本部分附录E规定的方法进行计算，或采用更精确的方法进行计算。

注3： 奥氏体不锈钢和镍基合金的最高工作温度下的材料许用应力Sh应符合GB/T 20801.2—2006附录A中表A.1脚注C的规定。

7.3.3柔性分析

在7.2.1 C)所述的荷载组合工况的作用下，所有管道系统都应具有足够的柔性以避免出现如下情况：

——由于应力超限或疲劳原因导致的管道或支吊架失效；

——管道连接部位发生泄漏；

——因存在过大的推力或弯矩，而导致管道支吊架、管道元件或与管道连接的其他设备产生应力或荷 载超限。

7.3.3.1管道系统设计的基本要求

• a) 管道系统中任何一处由位移引起的应力范围不应超过7.3.3.2规定的许用应力范围值；

• b) 支座反力或端点反力不应使管道系统中的支吊架或与管道系统连接的设备失效。

7.3.3.2柔性分析的许用应力范围

• a) 许用应力范围SA 一般应按式(32)计算：

，=f (1.25& + 0.25S_h)    

• b) 如果在7.2.2 a)规定的载荷组合工况下计算得到的管道元件的轴向应力SL小于材料在最高工 作温度下的许用应力Sh，则许用应力范围SA可按式(33)计算：

S.= f [1.25(S_C + Sh)-S_L ]    

式中：

S_C一循环荷载作用下管道元件或管子材料在最低工作温度下的许用应力，单位为兆帕(MPa)；

f ——许用应力范围折减系数，查表18或按式(34)计算²)：

f = 6.0(n)^-°² ≤ 1.0    

N— 期工作寿命内，以最大应力范围为基准的当量循环次数，按式(35)计算：

N = N_E + ∑(r5N_i)    i=1，2，…，n

N_E——最大应力范围S_E作用下的循环次数；

SE——在循环荷载作用时的最大应力范围，单位为兆帕(MPa)；

Fi    比值，Γ∣ ⁼ Si Z SE ；

S_i——在循环荷载作用时，小于最大应力范围SE的某一个应力范围值，单位为兆帕(MPa)； Ni——应力范围Si作用下的循环次数。

注：2)式(34)或表18不适用于膨胀节。

表18 许用应力范围折减系数f

7.3.3.3材料的物理性能参数

a） 线膨胀系数

1） 计算应力范围时，应根据材料在温度循环中最高和最低工作温度下从GBzT 20801.2-2006 附录B表B.2中査取相应的线膨胀系数。

2） 计算支承反力时，应根据材料在最高（或最低）工作温度和安装温度下从GBZT 20801.2-2006 附录B表B.2中査取相应的线膨胀系数。

b） 弹性模量

1） 计算应力范围时，材料的弹性模量可按温度为20。C时取值。当管道系统中的各管道元件的 弹性模量对管道系统中的应力分布会产生很大影响时，则应按材料在温度循环中的最高和最 低工作温度从GBZT 20801.2-2006附录B表B_3中查取相对应的弹性模量E_m。

2） 计算支承反力时，应根据材料在最高（或最低）工作温度和安装温度下从GBZT 20801.2-2006 附录B表B.3中査取最高或最低温度下材料的弹性模量EO以及安装温度下的弹性模量E_aO

3） 当弹性模量无法在GBZT 20801.2-2006附录B表B.3中查到时，也可使用其他可靠资料或 文献中的数据，但应经过国家认可的机构审査。

C）泊桑比一般取0.3，但也可取更为精确的值。

d）柔性分析时应采用管子或管道元件的名义厚度和外径值。

7.3.3.4柔性系数和应力増大系数

可采用附录C所给出的柔性系数是和应力增大系数值I进行柔性分析。对于附录C未列入的管道组 成件，其应力增大系数和柔性系数可近似取附录C中结构形状相似的管道组成件的值。

7.3.3.5免除柔性分析的条件

符合以下条件之一时，管道系统可免除柔性分析：

a） 设计的管道系统与一已成功运行的管道系统的结构和布置一致，或在结构和布置上仅有很少且不 影响管道系统柔性要求的差异；

b） 可以容易地判定，所设计的管道系统的柔性不低于一已经过柔性分析的管道系统；

C）设计的管道系统中，管子尺寸相同、固定点不超过两个、不存在中间约束，且满足式（36）：

D • y V 7——⅛ ≤ K (L - U )^{2     1}

式中：

ʃ——管道系统所需吸收的总的位移，单位为毫米（mm）；

L——两固定点之间的实际管长，单位为米（m）；

U一两固定点之间的距离，单位为米（m）；

K1——208000 S_AZE_a，单位为毫米每米的二次方［（mmZm）²］。

注：本条不适用于下列管道：

—剧烈循环工况的管道；

— 有不等长U形弯管（LZU>2,5）或近似直线的锯齿状管道；

—不在固定支承连接方向上的附加位移在总位移量中占了大部分的管道。

7.3.3.6柔性分析方法

对于7.2.1 C)规定的荷载组合工况，可按以下规定的方法进行应力计算和校核。除此之外，也可以果 用任何简化和近似的方法进行管道系统的柔性分析，只要该方法已被证明是偏安全的。在按以下方法进行 详细的应力分析时，应对管道系统中所有的管道元件进行应力计算和校核，而不仅限于直管中的应力。

• a) 假定和要求

在进行管道系统柔性分析时，应将管道系统作为一个整体考虑，并应考虑管道系统在各可能工况下的 所有危险部位及其受力，包括管子和管道组成件中的应力、支吊架处所产生的摩擦力和所受的反力。管道 系统柔性分析前，应首先确定所有管道支吊架及其他约束的位置和类型，并且假定支吊架和约束具有足够 的强度和刚度，以承受管道或管道组成件对其施加的力和力矩。

在分析中所使用的材料性能参数按7.3.3.3规定。

• b) 应力范围的计算及其限制条件

应首先按可能的工况，分别对管道系统中可能的危险部位计算其所受的轴向弯曲应力和扭矩引起的剪 应力，然后按式(37)计算组合应力范围：

SE =J S； + 4S；    ......................................................(37)

计算得到的组合应力范围SE应小于等于7.3.3.2规定的许用应力范围。 式中：

Sb——轴向应力范围，单位为兆帕(MPa)；

_S 项M)² +")²

^b — Z

S_S——剪应力范围，单位为兆帕(MPa)；

SS = M

M_i——由交变位移荷载引起的平面内弯矩范围(见图12所示)，单位为牛顿毫米(N ∙ mm)；

M_O——由交变位移荷载引起的平面外弯矩范围(见图12所示)，单位为牛顿毫米(N ∙mm);

Mt一由交变位移荷载引起的管子或管道元件所受扭矩范围，单位为牛顿毫米(N ∙ mm)。

图12中所示的弯矩方向为该弯矩的矢量方向。在计算应力范围时，弯矩或扭矩都是指所需计算部位 处的值。同时，抗弯截面模数也是指该计算部位处的对应值。

如果在焊缝处，交变应力范围的值超过0.8Sa，且荷载当量循环次数大于7000，则该焊缝应按 GBzT 20801.5-2006的6.1.1中规定的I级要求进行检査。

图12平面内和平面外弯矩和扭矩

7.3.4支承反力的确定

确定管道支吊架或与管道连接的设备所受到的最大支承反力时，应按7.2.2 b）〜d）同时作用下的荷 载工况进行计算。

7.4管道支吊架

7.4.1 一般要求

管道系统的设计应确保所有的管道支吊架具有足够的强度。

7.4.2材料要求

a） 管道支吊架的材料应选用钢材，并符合GBzT 17116.1-1997的规定；

b） 对于仅受压力作用的支吊架元件，如滚柱或支承底板，可釆用铸铁材料，其许用应力可按 GBZT 20801.2-2006选取。对于存在因振动或压力脉动而引起冲击荷载的场合，不得采用铸铁等 脆性材料。

7.4.3设计要求

a） 管道支吊架的设计应符合GBZT 17116.1〜17116.3-1997的规定。非标支吊架应采用可靠的方法 进行强度或刚度校核。

b） 固定支吊架应在任何工况下都保证其初始安装位置，即保证其与管道、支承或设备的固定连接。

C）温差作用时，导向支架和滑动支架应保证管道仅沿设定的方向自由移动。

d） 设计弹性支吊架时，应尽量避免使弹簧部分受到偏心荷载或其他有可能导致支吊架失稳的荷载。 一般应使用限位装置以防止弹性支吊架失稳，同时应防止在外力作用下弹簧发生过量的变形而导 致失效。弹簧的设计还应保证其能够承受外力作用下可能出现的最大变形。

e） 管道支吊架的设计应保证其与管道连接处不会产生过大的局部弯曲应力，且不会使管子压扁。有 循环荷载的场合，应尽量减小连接处的应力集中。

7.4.4布置要求

a）对于水平管道，支吊架与相临设备或与相临支吊架之间的最大间距应符合GBZT 17116.1〜

17116.3-1997等相关标准的规定。

b）设置膨胀节的管道，固定支吊架的布置应符合附录F中F.1.2的规定，其他类型支吊架的布置也 应满足膨胀节产品说明中的要求。

C）对有抗震设计要求的管道，在考虑支吊架的布置时，应使管道系统的固有频率控制在设计规定的 范围内，以避免使管道受到较大的地震力的作用。

d）支吊架的布置还应尽量避免由于压缩机、泵等的运转而使管系发生共振。

附录A

（资料性附录）

国际通用石油、化工阀门标准

A.1国际通用石油、化工阀门标准见表A.1。

表A.1

(资料性附录) 计算实例

例1在真空下操作的某管道，外径D = 508 mm，壁厚T= 6.3 mm,两连接法兰之间的距离L = 15000 mm,材料为20号无缝钢管，取腐蚀裕量C = 1 mm,在常温下操作。试问所选壁厚是否合适?

解：因LID = ¹⁵⁰⁰⁰ = 29.5 , DT_e = ⁵⁰⁸ = 95.8 ,故可由式(2)直接计算许用外压：

508            / ^e 6.3 -1

[p∖ = ²² E(^Tŋ = ²² X 2.03 ×10⁵ (⁶³≤] = 0.169 MPa

^L^^J 3 ID丿 3            I 508 丿

其中，由 GBzT 20801.2 附录 B 中表 B.3 査得，E = 2.03×10⁵ MPa=

故所选壁厚合适。

例2在真空下操作的某管道，从连接法兰到异径管连接线的大端直管外径为D = 508 mm，壁厚T =6.3 mm，大端直管长6000 mm；从异径管小端连接线到小端直管连接法兰的长度为6000 mm，小端直 管外径D = 324 mm，壁厚T = 4 mm，与大、小直管焊接相连的异径管壁厚T = 6.3 mm，异径管 的轴向长度为508 mm，直管材料都为20号无缝钢管，异径管系由Q235—B钢板卷制，取腐蚀裕量C =1 mm，在常温下操作。试问大端直管、小端直管、异径管的所选壁厚是否合适？

解：据6.1 a)、6.1c)，包括异径管在内的真空管道计算长度：

L = 6000 + 508 + 6000 = 12508 mm

对于大端直管，LZD = 12508Z508 = 24.6, DZTe = 508/(6.3—1) = 95.8

对于小端直管，LZD = 12508Z324 = 38.6, DZTe = 324/(4—1) = 108

对于大端直管，据GB 150图8，可由LZD = 24.6， DZTe =95.8而得/=0.00012，并据GBZT 20801.2附录B中表B.3, t=20°C时得 E=2.03×10⁵ MPa，因此，大端直管的许用外压：

[p∖ =   2AE   = 2 X 0.00014 X 2.03 ×10⁵