要實(shí)現(xiàn)一條壓力管道安全、長(zhǎng)周期地運(yùn)行，同時(shí)又是最經(jīng)濟(jì)的，必須從設(shè)計(jì)、制造，安裝和應(yīng)用四個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行把握，而且缺一不可。所以對(duì)壓力管道的研究也就是圍繞著這四個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行的研究。
由上節(jié)的介紹可知，由于壓力管道的操作條件、應(yīng)用環(huán)境、應(yīng)用時(shí)間、應(yīng)用空間、制造和施工環(huán)節(jié)等方面的多樣性，決定了管道研究的復(fù)雜性。它不僅涉及到金屬材料學(xué)、金屬腐蝕學(xué)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械振動(dòng)學(xué)、流體力學(xué)等基礎(chǔ)學(xué)科，還涉及到了石油加工工藝學(xué)等工程學(xué)科。前者是研究問(wèn)題的基礎(chǔ)，而后者則是研究問(wèn)題和解決問(wèn)題的主題。顯然，要全面、詳細(xì)的在一本書(shū)中介紹這些問(wèn)題是不現(xiàn)實(shí)的，而現(xiàn)實(shí)的工程中在各個(gè)環(huán)節(jié)上也都是有分工的。本書(shū)則試圖從設(shè)計(jì)這個(gè)角度來(lái)介紹壓力管道設(shè)計(jì)、制造、安裝和應(yīng)用等方面的基礎(chǔ)知識(shí)和技術(shù)，這不僅因?yàn)樵O(shè)計(jì)這一環(huán)節(jié)貫穿了整個(gè)壓力管道安全管理的全過(guò)程，而且它是實(shí)現(xiàn)壓力管道技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理和安全可靠的基礎(chǔ)。
一、設(shè)計(jì)
目前，在壓力管道的工程設(shè)計(jì)中，無(wú)論是國(guó)內(nèi)還是國(guó)外的工程公司或設(shè)計(jì)院，大家已普遍認(rèn)同的是將壓力管道工程設(shè)計(jì)分成管道布置、管道材料設(shè)計(jì)和管道機(jī)械設(shè)計(jì)三個(gè)部分，或者說(shuō)分成這三個(gè)專(zhuān)業(yè)來(lái)完成。三個(gè)專(zhuān)業(yè)即相互獨(dú)立又相互聯(lián)系，它是一個(gè)內(nèi)容中的三個(gè)分支，或者說(shuō)是一個(gè)過(guò)程中的三個(gè)工序，管道材料設(shè)計(jì)是基礎(chǔ)，管道布置是目的，而管道機(jī)械設(shè)計(jì)是保障。在過(guò)去的粗放型壓力管道設(shè)計(jì)中，這種分工是不明確的，因此造成各設(shè)計(jì)單位對(duì)管道材料和管道機(jī)械方面研究的較少，從而使壓力管道的設(shè)計(jì)表現(xiàn)為盲目性和經(jīng)驗(yàn)性，而其科學(xué)性不足。目前，仍有許多設(shè)計(jì)單位對(duì)壓力管道的管道材料和管道機(jī)械設(shè)計(jì)不夠重視，人員也不配套。為此，中石化集團(tuán)公司在壓力管道設(shè)計(jì)認(rèn)證中向各設(shè)計(jì)單位明確提出了應(yīng)配置管道材料和管道機(jī)械專(zhuān)業(yè)專(zhuān)職或兼職技術(shù)人員的要求。作者認(rèn)為這一要求是正確、及時(shí)的，因?yàn)楣艿啦牧虾凸艿罊C(jī)械設(shè)計(jì)是壓力管道設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)和保障，又是目前大多數(shù)設(shè)計(jì)單位的薄弱環(huán)節(jié)。
（一）管道布置
管道的布置設(shè)計(jì)一般是由管道布置（設(shè)計(jì)）工程師（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為配管工程師）來(lái)完成的。
嚴(yán)格來(lái)講，管道布置應(yīng)包括裝置布置和管道布置兩部分，有的設(shè)計(jì)單位甚至將裝置布置也單獨(dú)劃分為一個(gè)專(zhuān)業(yè)來(lái)完成，而更多的設(shè)計(jì)單位則是將它作為一個(gè)單獨(dú)的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。
裝置布置是指將一個(gè)生產(chǎn)裝置所用的機(jī)械、設(shè)備、建筑物、構(gòu)筑物等按一定的規(guī)則進(jìn)行定位的設(shè)計(jì)過(guò)程。它涉及到工藝流程要求，生產(chǎn)操作和檢修要求，與四臨關(guān)系的要求，所在地形、地貌和面積大小的要求，自然環(huán)境和生活環(huán)境的要求等。裝置布置的好壞直接影響到裝置的操作、檢修、安全、美觀和經(jīng)濟(jì)性，它對(duì)管道設(shè)計(jì)也起到一個(gè)宏觀控制作用。因此，裝置布置一般都是由富有管道設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的資深配管工程師來(lái)完成的。
管道布置是通過(guò)圖紙來(lái)表示出管道位置、走向、支承等，并能滿足工藝流程的要求，滿足管道強(qiáng)度、剛度的要求，滿足操作、維護(hù)、消防的要求等，最后給出管道及其元件的用量。
管道布置（設(shè)計(jì)）過(guò)程大致可分為以下三個(gè)環(huán)節(jié)，即配管研究、管道詳細(xì)設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)文件編制及歸檔。
1、配管研究
配管研究首先要了解設(shè)計(jì)條件和用戶要求，然后確定設(shè)計(jì)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，并委托管道材料專(zhuān)業(yè)確定管道等級(jí)，最后進(jìn)行管道走向、支撐、操作平臺(tái)等方面的綜合規(guī)劃和布置，并將有關(guān)的、認(rèn)為有必要的管道委托給管道機(jī)械專(zhuān)業(yè)進(jìn)行力學(xué)分析。
a、設(shè)計(jì)條件
設(shè)計(jì)條件應(yīng)包括裝置建設(shè)的環(huán)境條件（如溫度、濕度、風(fēng)力、風(fēng)向、雨雪、地震、地質(zhì)、周邊環(huán)境等）、工藝條件（如水、電、汽、風(fēng)等公用工程條件、裝置規(guī)模、介質(zhì)性質(zhì)、介質(zhì)溫度、介質(zhì)壓力、開(kāi)仃工時(shí)間、操作工況等）、建設(shè)周期（如設(shè)計(jì)計(jì)劃表、采購(gòu)計(jì)劃表、施工計(jì)劃表和開(kāi)工時(shí)間等）等。用戶有時(shí)也常提出一些要求，如操作要求、安全消防要求、環(huán)保要求、器材標(biāo)準(zhǔn)要求、設(shè)計(jì)文件編制內(nèi)容要求等。設(shè)計(jì)條件和用戶要求都是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)條件。合理的設(shè)計(jì)在于把這些條件中提出的要求賦以運(yùn)用，既要十分重視這些要求，又要對(duì)某些要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠胶?，最終做到在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全等方面均為最佳。
b、管道等級(jí)
管道等級(jí)的確定屬于管道材料研究的范圍，將在下面介紹。
c、管道走向
管道的走向設(shè)計(jì)就是確定管道以怎樣的一個(gè)空間、路徑和形狀把相關(guān)的設(shè)備連起來(lái)。良好的管道走向應(yīng)該規(guī)則整齊，建設(shè)費(fèi)用最低，運(yùn)行起來(lái)安全可靠。具體設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)考慮下面一些原則：管道的走向應(yīng)滿足工藝要求，距離最短，不妨礙操作和檢查，不妨礙設(shè)備的檢修，能夠排凝排氣，支架容易設(shè)置，熱脹補(bǔ)償容易進(jìn)行等；多根管道在一起時(shí)應(yīng)排列整齊，交錯(cuò)層次分明，并盡可能共用支撐。并排的法蘭和閥門(mén)應(yīng)相互錯(cuò)開(kāi)以便于操作，并減少間距以節(jié)省占用空間。操作點(diǎn)應(yīng)集中設(shè)置；多路管道的布置應(yīng)對(duì)稱(chēng)布置，不能使各路介質(zhì)相互干擾，或發(fā)生偏流。等等。
d、力學(xué)分析
管道柔性、支撐、防振等力學(xué)分析屬于管道機(jī)械研究的范圍，它也將在下面介紹。
2、管道詳細(xì)設(shè)計(jì)
管道詳細(xì)設(shè)計(jì)是在配管研究方案獲得各方均認(rèn)可的基礎(chǔ)上所做的設(shè)計(jì)。從時(shí)間上來(lái)講它分為委托資料階段和施工圖完成階段。從內(nèi)容上來(lái)講它包括管道定位、閥門(mén)定位、操作平臺(tái)設(shè)置、放空排凝設(shè)置、隔熱設(shè)計(jì)、防腐設(shè)計(jì)、支撐設(shè)計(jì)、儀表元件定位、采樣設(shè)計(jì)、圖例標(biāo)識(shí)及圖幅安排等內(nèi)容，并根據(jù)不同的進(jìn)展階段向相關(guān)專(zhuān)業(yè)提交有關(guān)資料。
a、管道定位
管道的定位就是在管道走向確定的情況下詳細(xì)計(jì)算并確定管道的定位尺寸。在確定管道的定位尺寸時(shí)應(yīng)充分考慮隔熱及防腐等施工的影響，熱脹位移的影響，法蘭及閥門(mén)操作檢修的影響，儀表元件對(duì)管道結(jié)構(gòu)尺寸的要求，管道及其元件的安裝空間要求，支承生根位置的要求等。
b、閥門(mén)定位
閥門(mén)的定位首先應(yīng)滿足工藝的要求，其次尚應(yīng)滿足操作、維護(hù)的要求，同時(shí)還應(yīng)考慮防凍、防凝要求，大閥門(mén)的支承要求，管道振動(dòng)、熱脹等對(duì)閥門(mén)強(qiáng)度可靠性的影響等。
c、操作平臺(tái)設(shè)置
操作平臺(tái)的設(shè)置除滿足管道的操作要求之外，尚應(yīng)考慮設(shè)備上儀表、人孔、手孔、看窗等方面的操作維護(hù)要求，同時(shí)還應(yīng)考慮設(shè)備部件、管件元件的檢修要求，巡回檢查要求，消防要求，照明要求等。操作平臺(tái)一般是由相應(yīng)的設(shè)備、加熱爐、土建等專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)，配管專(zhuān)業(yè)應(yīng)向這些專(zhuān)業(yè)提供所需要的平臺(tái)資料。操作平臺(tái)的委托資料應(yīng)包括平臺(tái)的大小、平臺(tái)荷載、梯子型式等內(nèi)容。
d、放空排凝設(shè)計(jì)
放空排凝設(shè)計(jì)要滿足管道開(kāi)仃工時(shí)的高點(diǎn)排氣、低點(diǎn)放凝的要求。管道在高點(diǎn)存氣時(shí)會(huì)造成管道的氣阻、相連泵的抽空或仃工時(shí)因燃?xì)獾姆e存而產(chǎn)生火災(zāi)危險(xiǎn)等，而管道在低點(diǎn)存液時(shí)會(huì)造成介質(zhì)的凝凍或仃工時(shí)因燃油的積存而產(chǎn)生火災(zāi)危險(xiǎn)等。因此，對(duì)于管道的高點(diǎn)和低點(diǎn)應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的排氣或排凝設(shè)施。在進(jìn)行管道的高點(diǎn)排氣或低點(diǎn)排凝設(shè)計(jì)時(shí)，尚應(yīng)考慮對(duì)環(huán)境污染的問(wèn)題。
e、隔熱設(shè)計(jì)
管道隔熱的目的是為了減少管道在運(yùn)行中的熱量或冷量損失，以節(jié)約能源；避免、限制或延遲管道內(nèi)介質(zhì)的凝固、凍結(jié)，以維持正常生產(chǎn)；減少生產(chǎn)過(guò)程中介質(zhì)的“溫升”或“溫降”，以提高相應(yīng)設(shè)備的生產(chǎn)能力；防止管道表面的結(jié)露；降低和維持工作環(huán)境溫度，改善勞動(dòng)條件，防止因熱表面導(dǎo)致的火災(zāi)和防止操作人員燙傷。管道的隔熱設(shè)計(jì)就是通過(guò)選取適當(dāng)?shù)母魺岵牧虾透魺岷穸纫詽M足上述的要求。
f、防腐設(shè)計(jì)
防腐設(shè)計(jì)是通過(guò)選取適當(dāng)?shù)姆栏苛虾头栏Y(jié)構(gòu)，以達(dá)到管道及其元件免遭環(huán)境腐蝕的目的。在選擇防腐涂料時(shí)，應(yīng)考慮它與被涂物的使用條件相適應(yīng)，與被涂物表面的材質(zhì)相適應(yīng)。防腐涂料的底漆與面漆應(yīng)正確配套，并且要求所選涂料應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理，并具備施工條件。
g、支撐設(shè)計(jì)
支撐設(shè)計(jì)應(yīng)滿足管道強(qiáng)度和剛度的需要，同時(shí)尚應(yīng)能有效地降低管道對(duì)機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生較大的附加載荷，防止管道的振動(dòng)等。管道的支撐設(shè)計(jì)包括支撐型式的選用、支撐件材料的選用、支撐件強(qiáng)度的計(jì)算、生根點(diǎn)的載荷委托等方面的內(nèi)容。
h、儀表元件定位
儀表元件的定位應(yīng)滿足儀表元件的操作、觀查、維護(hù)等方面的要求，同時(shí)尚要考慮儀表元件對(duì)管道結(jié)構(gòu)尺寸的要求（如孔板前后的直管段要求）、儀表附屬元件對(duì)操作空間的要求（如浮球液位計(jì)對(duì)空間的要求、儀表箱開(kāi)啟對(duì)空間的要求等）等。
i、采樣設(shè)計(jì)
采樣設(shè)計(jì)應(yīng)滿足操作方便的要求，同時(shí)尚應(yīng)考慮采樣時(shí)的危險(xiǎn)性、采樣介質(zhì)的新鮮性、對(duì)環(huán)境的污染以及防凍防凝的要求等。不同的介質(zhì)，其采樣位置、接頭方式和采樣設(shè)施有所不同。
j、圖例標(biāo)識(shí)及圖幅安排
圖例的標(biāo)識(shí)及圖幅的安排應(yīng)符合繪圖規(guī)范的要求，并便于識(shí)別。圖面應(yīng)清晰整潔，線條分明，表達(dá)完整，與相關(guān)設(shè)計(jì)文件的連接表達(dá)清楚等。
k、委托資料
在管道詳細(xì)設(shè)計(jì)的各階段，應(yīng)陸續(xù)向相關(guān)專(zhuān)業(yè)提交有關(guān)的委托資料。這些資料大致包括設(shè)備開(kāi)口位置、建構(gòu)筑物的型式及結(jié)構(gòu)尺寸、設(shè)備附加管道重量及偏心情況（有時(shí)是與有關(guān)專(zhuān)業(yè)一道向土建專(zhuān)業(yè)提供設(shè)備基礎(chǔ)荷重資料）、管架上的管子重量及可預(yù)見(jiàn)的管子推力、平臺(tái)梯子資料、建構(gòu)筑物開(kāi)孔埋件資料、照明資料、給排水點(diǎn)資料、排污點(diǎn)資料、儀表元件位置資料、工程實(shí)物量（給技術(shù)經(jīng)濟(jì)專(zhuān)業(yè)）等。
3、設(shè)計(jì)文件的編制及歸檔
在完成管道的詳細(xì)設(shè)計(jì)之后，應(yīng)編制相應(yīng)的文件資料，使它與管道設(shè)計(jì)圖紙一起組成一個(gè)完整的管道設(shè)計(jì)文件。這些文件資料應(yīng)包括資料圖紙目錄、管道設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、管道表、管道等級(jí)表、管段材料表、管道材料表、管道設(shè)備規(guī)格表、管道設(shè)備規(guī)格書(shū)、管道支吊架匯總表、非標(biāo)管道設(shè)備圖、非標(biāo)支吊架圖等。
a、資料圖紙目錄
資料圖紙目錄分區(qū)域目錄和裝置目錄兩種。如果該裝置不分區(qū)，可只編裝置目錄。資料圖紙目錄應(yīng)包括該裝置中管道設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)編制的所有圖紙、文件資料和復(fù)用設(shè)計(jì)文件資料的目錄，并按照文字資料、圖紙、復(fù)用文件的先后順序編排。
b、設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
管道設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)應(yīng)包括管道的設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)思路、執(zhí)行規(guī)范、典型配管研究、典型的管道柔性設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、與儀表專(zhuān)業(yè)的分工、識(shí)圖方法（圖例）、施工要求、采購(gòu)要求、其它要說(shuō)明的問(wèn)題等。
c、管道表
管道表是指由工藝專(zhuān)業(yè)提供的帶有管道號(hào)、管道起止點(diǎn)、管道操作條件（介質(zhì)、介質(zhì)操作壓力和操作溫度、隔熱要求等）并留有供管道設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)添加相應(yīng)內(nèi)容的管道明細(xì)表。管道設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)在工藝專(zhuān)業(yè)提供的管道明細(xì)表基礎(chǔ)上確定管道的設(shè)計(jì)條件、試驗(yàn)條件、管道等級(jí)、隔熱數(shù)據(jù)、施工等級(jí)、壓力管道類(lèi)別等內(nèi)容，并存入管道設(shè)計(jì)文件中。
d、管道等級(jí)表
管道等級(jí)表是針對(duì)一系列介質(zhì)條件而編制的管道器材應(yīng)用明細(xì)表。它包括等級(jí)號(hào)、設(shè)計(jì)條件（設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度和介質(zhì)）、管道公稱(chēng)壓力等級(jí)、管道壁厚等級(jí)、管道元件材料、管道元件型式、管道元件應(yīng)用規(guī)范和材料規(guī)范等內(nèi)容。一般情況下，管道等級(jí)表是由管道材料工程師完成的。
e、管段材料表
管段材料表是對(duì)應(yīng)于管道平面圖的一個(gè)設(shè)計(jì)文件資料。當(dāng)該裝置采用“平面圖+管段圖”的出圖方式時(shí)，該文件直接出現(xiàn)在管段圖上而不需要另出文件資料；當(dāng)該裝置采用“平面圖+詳圖”的出圖方式時(shí)，則對(duì)應(yīng)于每一張平面圖應(yīng)有一組管段材料表。平面圖上的每一個(gè)具有獨(dú)立管號(hào)的管段，它所需要的所有管道器材元件（包括管子、管件、閥門(mén)、隔熱材料、防腐材料等）的數(shù)量及其屬性都應(yīng)在管段材料表上一一給出。管段材料表是管道施工的重要文件之一。
f、管道材料表和管道設(shè)備規(guī)格表
管道材料表和管道設(shè)備規(guī)格表是管段材料表的分類(lèi)匯總，是采購(gòu)和備料的重要設(shè)計(jì)文件。前者主要包括了管子、彎頭、三通、大小頭、管帽、加強(qiáng)管嘴、加強(qiáng)管接頭、異徑短節(jié)、螺紋短節(jié)、管箍、儀表管嘴、漏斗、快速接頭、法蘭、墊片、螺栓/螺母、限流孔板、盲板、法蘭蓋等管道器材元件的分類(lèi)匯總。后者則主要包括了閥門(mén)、過(guò)濾器、疏水器、視鏡、彈簧支吊架等管道器材元件的分類(lèi)匯總。值得一提的是，在1998年石化集團(tuán)公司進(jìn)行的壓力管道設(shè)計(jì)認(rèn)證中，發(fā)現(xiàn)許多設(shè)計(jì)單位在進(jìn)行管道元件的屬性描述時(shí)，存在缺項(xiàng)描述的現(xiàn)象，這樣做很容易造成采購(gòu)和制造上的錯(cuò)誤。完整的描述應(yīng)包括管道元件名稱(chēng)、結(jié)構(gòu)型式、規(guī)格、數(shù)量、壓力等級(jí)（或壁厚等級(jí)）、連接方式、材料、材料規(guī)范、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)及其它需要說(shuō)明的屬性等內(nèi)容。另外，作為裝置的管道材料表和管道設(shè)備規(guī)格表還應(yīng)計(jì)入施工損耗附加量。
g、管道設(shè)備規(guī)格書(shū)
管道設(shè)備規(guī)格書(shū)是一個(gè)采購(gòu)用的設(shè)計(jì)文件，當(dāng)管道設(shè)備規(guī)格表不能完全表達(dá)管道設(shè)備的屬性時(shí)，應(yīng)編制該文件。管道設(shè)備規(guī)格書(shū)除給出上述管道設(shè)備規(guī)格表所包含的內(nèi)容外，尚應(yīng)給出設(shè)計(jì)條件、詳細(xì)結(jié)構(gòu)描述、分解零部件材料等特殊要求。有時(shí)，管道設(shè)備規(guī)格書(shū)并不納入出版的設(shè)計(jì)文件中，而是作為訂貨技術(shù)文件編入采購(gòu)時(shí)的訂貨技術(shù)附件中。
h、管道支吊架匯總表
管道支吊架匯總表是將裝置中采用的支吊架進(jìn)行分類(lèi)匯總的一個(gè)設(shè)計(jì)文件，它為支吊架的采購(gòu)和工廠預(yù)制提供了方便。
i、非標(biāo)管道設(shè)備圖和非標(biāo)支吊架圖
非標(biāo)管道設(shè)備圖和非標(biāo)支吊架圖是針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)之外的管道設(shè)備和支吊架而繪制的制造詳圖。這一類(lèi)圖紙不宜太多，換句話說(shuō)，應(yīng)鼓勵(lì)選用標(biāo)準(zhǔn)的管道設(shè)備和支吊架，這樣做有利于降低工程投資，加快設(shè)計(jì)、制造、施工等各階段的進(jìn)度。
從上面的介紹中可以看出，管道布置是一個(gè)繁雜而細(xì)致的設(shè)計(jì)過(guò)程，它占據(jù)了整個(gè)管道設(shè)計(jì)過(guò)程中的大部分工作量。但是客觀上講，管道布置在整個(gè)管道設(shè)計(jì)過(guò)程中并不是一個(gè)難點(diǎn)，也不涉及太深?yuàn)W的理論，而相對(duì)來(lái)說(shuō)，管道材料和管道機(jī)械設(shè)計(jì)則比較難，對(duì)管道的安全性影響也比較大。因此，本書(shū)在對(duì)管道布置進(jìn)行了一般的介紹之后，在下面的內(nèi)容中將不再展開(kāi)介紹。有關(guān)的手冊(cè)和標(biāo)準(zhǔn)都已對(duì)管道布置作出了詳細(xì)的規(guī)定，有興趣的讀者可參閱這類(lèi)的書(shū)籍、手冊(cè)和標(biāo)準(zhǔn)。
（二）管道材料
管道的材料設(shè)計(jì)一般是由管道材料工程師（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為材料工程師）來(lái)完成的。
管道材料是整個(gè)管道設(shè)計(jì)過(guò)程中的基礎(chǔ)部分，它直接影響到壓力管道的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。因此，許多法規(guī)性的標(biāo)準(zhǔn)如ANSI B31.1、ANSI B31.3、ANSI B31.4、SH3059等都是主要針對(duì)管道材料的設(shè)計(jì)編寫(xiě)的，即將出臺(tái)的“壓力管道安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程”也將主要圍繞著這部分內(nèi)容進(jìn)行規(guī)定，本書(shū)也將以煉油裝置用壓力管道為主要對(duì)象對(duì)這一部分內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)介紹。管道的材料設(shè)計(jì)涉及到管道器材標(biāo)準(zhǔn)體系的選用、材料選用、壓力等級(jí)的確定、管道及其元件型式的選用等內(nèi)容。這些內(nèi)容將在第二章、第三章、第四章和第五章中陸續(xù)介紹。
（三）管道機(jī)械
管道的機(jī)械設(shè)計(jì)一般是由管道機(jī)械工程師（以下簡(jiǎn)稱(chēng)為機(jī)械工程師）來(lái)完成的。
管道機(jī)械研究的核心是管道的機(jī)械強(qiáng)度和剛度問(wèn)題，它包括管道及其元件的強(qiáng)度、剛度是否滿足要求，管道對(duì)相連機(jī)械設(shè)備的附加載荷是否滿足要求等。通過(guò)對(duì)管系應(yīng)力、管道機(jī)械振動(dòng)等內(nèi)容的力學(xué)分析，適當(dāng)改變管道的走向和管道的支撐條件，以達(dá)到滿足管道機(jī)械強(qiáng)度和剛度要求的目的。可以說(shuō)，管道機(jī)械設(shè)計(jì)進(jìn)行的好壞，直接影響到管系的安全可靠性。
根據(jù)作用載荷的特性以及研究方法的不同，可將管系的力學(xué)分析分為兩大類(lèi)，即靜應(yīng)力分析和動(dòng)應(yīng)力分析。靜應(yīng)力分析的對(duì)象是指外力與應(yīng)力不隨時(shí)間而變化的工況。動(dòng)應(yīng)力分析的的對(duì)象是指包括管道的機(jī)械振動(dòng)、管道的疲勞等外力與應(yīng)力隨時(shí)間而變化的工況。管道的支撐設(shè)計(jì)一般是隨著管道布置由配管工程師完成的，但它與管道的機(jī)械強(qiáng)度息息相關(guān)。當(dāng)管道的力學(xué)分析不能滿足要求時(shí)，往往要通過(guò)調(diào)整支撐的數(shù)量和位置、支撐的方式等使其滿足要求，因此管道的支撐設(shè)計(jì)在此也列入管道機(jī)械研究的范疇。這些內(nèi)容將在第六章、第七章和第八章中介紹。
二、制造
管道及其元件制造研究的內(nèi)容包括：管道元件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造工藝的確定、生產(chǎn)設(shè)備的配置、生產(chǎn)體系的建立、質(zhì)量控制體系的運(yùn)作以及售后服務(wù)等內(nèi)容。其中，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)應(yīng)包括強(qiáng)度設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使產(chǎn)品從使用性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性等方面最大限度地滿足裝置生產(chǎn)的需要；制造工藝的確定包括工藝流程和制造工序的安排、各工序的控制參數(shù)和控制指標(biāo)的確定等內(nèi)容。通過(guò)合理的制造工藝來(lái)保證獲得質(zhì)量良好的產(chǎn)品；生產(chǎn)過(guò)程中應(yīng)用的控制文件和管理措施是生產(chǎn)軟件，而生產(chǎn)設(shè)備的配置則是生產(chǎn)硬件，沒(méi)有先進(jìn)、配套、完整的生產(chǎn)設(shè)備，是生產(chǎn)不出高質(zhì)量的產(chǎn)品的。目前，我國(guó)眾多的制造廠與國(guó)外相比，比較大的差距就是設(shè)備配置較差；生產(chǎn)體系是指生產(chǎn)人員的配置和運(yùn)作方式，它是生產(chǎn)過(guò)程中的系統(tǒng)軟件。生產(chǎn)體系不健全，生產(chǎn)管理跟不上，要生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品是不可能的。我國(guó)眾多制造廠存在的最大問(wèn)題就是生產(chǎn)管理比較差；質(zhì)量控制體系是生產(chǎn)過(guò)程中的執(zhí)行軟件。一個(gè)完善而又可操作性好的質(zhì)量控制文件是保障產(chǎn)品質(zhì)量的前提。目前，國(guó)內(nèi)和國(guó)際上比較流行的ISO9000系列質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)就是一個(gè)比較好的質(zhì)量控制文件；售后服務(wù)是指制造廠對(duì)其售出產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題的處理、備品備件的供應(yīng)、用戶使用信息或意見(jiàn)的反饋等所作出的響應(yīng)。良好的售后服務(wù)應(yīng)做到急用戶之所急，想用戶之所想，及時(shí)處理用戶提出的有關(guān)問(wèn)題。
采購(gòu)也是裝置建設(shè)過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。對(duì)于采購(gòu)工程師來(lái)說(shuō)，如何花較少的錢(qián)而買(mǎi)到可靠甚至是最好的產(chǎn)品是他考慮的主要問(wèn)題。要達(dá)到這樣的目的，采購(gòu)工程師就應(yīng)對(duì)產(chǎn)品的使用條件、性能特點(diǎn)、制造商的生產(chǎn)狀況和產(chǎn)品等進(jìn)行了解，并編制出完善的采購(gòu)文件。
需要指出的是，壓力管道及其元件的制造已形成標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，而且都有相應(yīng)的制造標(biāo)準(zhǔn)或材料標(biāo)準(zhǔn)作支持。工程學(xué)的典型特點(diǎn)之一就是標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，因此無(wú)論是設(shè)計(jì)還是制造等都應(yīng)遵循這一原則。
三、安裝
從實(shí)物工作內(nèi)容上來(lái)講，施工安裝研究的問(wèn)題包括安裝前管道元件的質(zhì)量抽檢、預(yù)制及組裝、焊接、檢查試驗(yàn)、清洗吹掃、除銹防腐、隔熱等內(nèi)容；從施工管理上來(lái)講，安裝研究的問(wèn)題包括熟悉施工圖設(shè)計(jì)文件，編制施工工序和施工方案，安排施工計(jì)劃、施工機(jī)具和作業(yè)人員，操作工人的技術(shù)培訓(xùn)和勞動(dòng)保護(hù)等。
質(zhì)量抽檢是指施工前對(duì)即將安裝的管子及其元件進(jìn)行的性能和質(zhì)量抽檢，它包括材料的交貨文件檢驗(yàn)、材質(zhì)化學(xué)成分化驗(yàn)、機(jī)械性能檢驗(yàn)、閥門(mén)密封性能試驗(yàn)、結(jié)構(gòu)尺寸檢驗(yàn)、表面缺陷檢驗(yàn)、內(nèi)部缺陷的無(wú)損檢驗(yàn)等內(nèi)容。應(yīng)該說(shuō)，交貨產(chǎn)品的性能和質(zhì)量應(yīng)由制造商保證，而無(wú)須到現(xiàn)場(chǎng)后再進(jìn)行有關(guān)目視檢驗(yàn)以外的檢驗(yàn)。然而，結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況，許多施工規(guī)范還是規(guī)定了的一些抽檢項(xiàng)目，以保證管道元件的可靠性。
預(yù)制及組裝是指按施工圖紙等設(shè)計(jì)文件要求，將所有參與連接的管道元件進(jìn)行裝配或預(yù)制。它包括管子的切割、煨彎、分支開(kāi)口、加工焊接坡口等內(nèi)容。有條件的施工現(xiàn)場(chǎng)可以在車(chē)間或地面進(jìn)行部分組焊，以減少高空中的焊接數(shù)量。
焊接是施工過(guò)程中最重要也是勞動(dòng)量最大的工作。焊接質(zhì)量的好壞直接影響到管道的安全性和使用性。焊接過(guò)程常伴隨著金屬的熔化與凝固，它是一個(gè)復(fù)雜的物理、化學(xué)、冶金反應(yīng)的綜合過(guò)程，對(duì)這一過(guò)程的影響因素比較多，如果控制不好會(huì)導(dǎo)致連接的可靠性大大下降。焊接考慮的內(nèi)容包括焊接接頭坡口型式制作、焊接工藝的制定、焊接材料的選用、焊前預(yù)熱及焊后熱處理規(guī)范的選用等內(nèi)容。
檢查試驗(yàn)包括焊接前后的無(wú)損檢驗(yàn)、管系的壓力試驗(yàn)、泄漏性試驗(yàn)等內(nèi)容。
清洗吹掃包括管道的水洗、蒸汽吹掃、化學(xué)清洗、煮爐等內(nèi)容。
除銹防腐包括管道的表面除銹、表面涂漆及地下管道的包覆防腐等內(nèi)容。
隔熱包括管道的保溫、保冷、伴熱、防燙等施工內(nèi)容。
熟悉施工圖設(shè)計(jì)文件對(duì)施工人員來(lái)說(shuō)是必須的，這是因?yàn)槭┕すこ塘康挠?jì)算、施工機(jī)具的配置、施工人員的安排、施工消耗量和施工方案的確定、施工工序及施工作業(yè)計(jì)劃的編制等都是依據(jù)施工圖設(shè)計(jì)文件而進(jìn)行的。
施工方案、施工工序和施工計(jì)劃等都是施工作業(yè)中的運(yùn)行軟件，一個(gè)詳細(xì)、完整、切實(shí)可行的運(yùn)行軟件對(duì)于保證施工質(zhì)量、施工進(jìn)度都是至關(guān)重要的。
施工機(jī)具和施工人員都是保障施工質(zhì)量和施工進(jìn)度的硬件。先進(jìn)齊全的施工機(jī)具和訓(xùn)練有素的施工隊(duì)伍是保證施工質(zhì)量的基本條件。
施工人員的勞動(dòng)保護(hù)和人身安全也是施工中一個(gè)值得重視的問(wèn)題，因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)施工勞動(dòng)條件差、高空作業(yè)多、參與人員多，從而潛伏著事故多發(fā)的危機(jī)。現(xiàn)場(chǎng)施工的管理者應(yīng)研究這些問(wèn)題，并采取切實(shí)可行而且有效的措施。
四、應(yīng)用（運(yùn)行）
從安全監(jiān)察管理方面來(lái)講，壓力管道運(yùn)行使用包括的內(nèi)容有運(yùn)行前的檢查、運(yùn)行初期檢查、在線監(jiān)測(cè)、未期檢查和事故的呈報(bào)及分析等。從過(guò)程上來(lái)講，它所涉及的內(nèi)容包括運(yùn)行前的準(zhǔn)備、單機(jī)試運(yùn)、水聯(lián)運(yùn)、油聯(lián)運(yùn)、正常運(yùn)行和仃車(chē)等；除此之外，壓力管道的運(yùn)行過(guò)程還涉及到了生產(chǎn)操作人員的技術(shù)培訓(xùn)、操作手冊(cè)的編制、崗位操作規(guī)程的建立以及操作人員的管理等方面的內(nèi)容。
開(kāi)車(chē)前的檢查主要包括設(shè)計(jì)竣工文件、采購(gòu)竣工文件、施工竣工文件的檢查和確認(rèn)，并現(xiàn)場(chǎng)檢查設(shè)計(jì)漏項(xiàng)、工程質(zhì)量隱患和未完成的工程。對(duì)查出的問(wèn)題定任務(wù)、定人員、定措施、定時(shí)間，限期整改，以保證一次開(kāi)車(chē)成功。
開(kāi)車(chē)初期的檢查包括開(kāi)車(chē)前對(duì)所有壓力管道登記造冊(cè)，記錄相關(guān)的原始數(shù)據(jù)（包括管道位置、壁厚、狀態(tài)等），開(kāi)車(chē)后校對(duì)與溫度、壓力有關(guān)的數(shù)據(jù)變化，并判斷其安定狀態(tài)。
在線監(jiān)測(cè)是指定期或不定期地檢測(cè)運(yùn)行過(guò)程中有關(guān)壓力管道數(shù)據(jù)的變化，或借助于先進(jìn)的檢測(cè)手段（如聲發(fā)射、紅外線等）對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的壓力管道使用狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，判斷其安定性。
未期檢查主要是指通過(guò)對(duì)壓力管道有關(guān)數(shù)據(jù)的檢測(cè)，并依據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)壓力管道在持續(xù)工作下的壽命進(jìn)行評(píng)估。它主要包括管道元件在壓力、溫度和介質(zhì)作用下壁厚減薄后的強(qiáng)度分析、材料裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)展分析、材料在腐蝕介質(zhì)作用下的改性分析等。
事故的呈報(bào)及分析應(yīng)按《壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定》的要求進(jìn)行。
對(duì)于裝置的單機(jī)試運(yùn)、水聯(lián)運(yùn)、油聯(lián)運(yùn)、正常運(yùn)行和仃車(chē)等，操作人員應(yīng)編制相應(yīng)的開(kāi)車(chē)方案，并在開(kāi)車(chē)前結(jié)合開(kāi)車(chē)方案對(duì)生產(chǎn)操作人員進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)。
思考題：
1、壓力管道設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中，通常分哪幾個(gè)分支進(jìn)行？
2、試述裝置布置研究的內(nèi)容主要有哪些？
3、試述管道布置研究的內(nèi)容主要有哪些？
4、開(kāi)展管道設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)具備的條件有哪些？
5、在確定管道走向時(shí)應(yīng)遵循的原則有哪些？
6、在進(jìn)行詳細(xì)管道設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)編制的設(shè)計(jì)文件有哪些？
7、試述管道材料研究的內(nèi)容主要有哪些？
8、試述管道機(jī)械研究的內(nèi)容主要有哪些？
9、試述管道施工研究的內(nèi)容主要有哪些？
10、試述管道運(yùn)行研究的內(nèi)容主要有哪些？
