安全工程師:壓力管道基礎(chǔ)知識(shí)

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一、壓力管道基本概念
    (一)管道的概念
    根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50316-2000的規(guī)定,管道是由管道組成件、管道支吊架等組成,用以輸送、分配、混合、分離、排放、計(jì)量或控制流體流動(dòng)。
    國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)金屬管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB50235-97的定義是:由管道組成件和管道支承件組成,用以輸送、分配、混合、分離、排放、計(jì)量、控制和制止流體流動(dòng)的管子、管件、法蘭、螺栓連接、墊片、閥門(mén)和其他組成件或受壓部件的裝配總成。
    按流體與設(shè)計(jì)條件劃分的多根管道連接成的一組管道稱(chēng)之為“管道系統(tǒng)”或“管系”。
    上述定義包含兩個(gè)含義:
    (A)管道的作用:是用以輸送、分配、混合、分離、排放、計(jì)量、控制和制止流體流動(dòng)。
    1)流體:在有些標(biāo)準(zhǔn)中稱(chēng)為介質(zhì)。流體可按狀態(tài)或性質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)。
    a)按狀態(tài)分:
    氣體;
    液體;
    液化氣體:是指在一定壓力下呈液態(tài)存在的氣體;
    漿體:是指可燃、易爆、有毒和有腐蝕性的漿體介質(zhì)。
    b)按性質(zhì)分:
    火災(zāi)危險(xiǎn)性;是指可燃介質(zhì)引起燃燒的危險(xiǎn)性,分為可燃?xì)怏w、液化氣體和可燃液體。有甲、乙、丙三類(lèi)。
    爆炸性;與空氣混合后可能發(fā)生爆炸的可燃介質(zhì)或在高溫、高壓下可能引起爆炸的非可燃介質(zhì)。
    毒性;按GB5044分級(jí)。有劇毒(極度危害)和有毒(高度危害、中毒危害和輕度危害)兩大類(lèi)四個(gè)級(jí)別。
    腐蝕性。是指能灼傷人體組織并對(duì)管道材料造成損壞的物質(zhì)。
    2)輸送流體:依靠外界的動(dòng)力(利用流體輸送機(jī)械如壓縮機(jī)、泵等給予的動(dòng)能)或流體本身的驅(qū)動(dòng)力(如介質(zhì)本身的壓力)將管道源頭的流體輸送到管道的終點(diǎn)。
    3)分配流體:通過(guò)管系中的支管將流體分配到設(shè)計(jì)規(guī)定的多個(gè)預(yù)定的設(shè)備或用戶(hù)。
    4)混合流體:將管系中來(lái)自不同支管中的流體在管道中進(jìn)行混合,如稀釋等。
    5)分離流體:將管道內(nèi)部不同狀態(tài)的流體通過(guò)支管進(jìn)行分離,如汽液分離、油水分離等。
    6)排放流體:將管道內(nèi)部流體通過(guò)支管進(jìn)行排放,如超壓放空、排放被分離的流體等。
    7)計(jì)量流體:通過(guò)設(shè)置于管道系統(tǒng)中的計(jì)量?jī)x表對(duì)輸送、分配的流體進(jìn)行計(jì)量,如測(cè)量流量、壓力、溫度和粘度等。
    8)控制流體:通過(guò)設(shè)置于管道系統(tǒng)中的控制元件對(duì)管內(nèi)流體的流動(dòng)進(jìn)行控制,如調(diào)壓、減溫、流體分配和切斷等。
    (B)管道的構(gòu)成:由管道組成件、管道支吊架(管道支承件)等組成,是管子、管件、法蘭、螺栓連接、墊片、閥門(mén)、其他組成件或受壓部件和支承件的裝配總成。
    1)管道組成件:指用于連接或裝配成管道的元件,包括管子、管件、法蘭、墊片、緊固件、閥門(mén)以及管道特殊件。所謂管道特殊件,是指非普通標(biāo)準(zhǔn)組成件。是按工程設(shè)計(jì)條件特殊制造的管道組成件,包括膨脹節(jié)、特殊閥門(mén)、爆破片、阻火器、過(guò)濾器、撓性接頭及軟管等。
    2)管道支吊架:用于支承管道或約束管道位移的各種結(jié)構(gòu)的總稱(chēng),但不包括土建的結(jié)構(gòu)。有固定支架、滑動(dòng)支架、剛性吊架、導(dǎo)向架、限位架和彈簧支吊架等。在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB50235-97《工業(yè)金屬管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》中也稱(chēng)為管道支承件,包括管道安裝件和附著件。
    a)管道安裝件:指將負(fù)荷從管子或管道附著件上傳遞到支承結(jié)構(gòu)或設(shè)備上的元件,包括吊桿、彈簧支吊架、斜拉桿、平衡錘、松緊螺栓、支撐桿、鏈條、導(dǎo)軌、錨固件、鞍座、墊板、滾柱、托座和滑動(dòng)支架等。
    b)附著件:用焊接、螺栓連接或夾緊方法附裝在管子上的零件,包括管吊、吊(支)耳、圓環(huán)、夾子、吊夾、緊固夾板和裙式管座等。
    管道組成件和支承件在我國(guó)現(xiàn)行壓力管道法規(guī)中也統(tǒng)稱(chēng)為壓力管道元件。
    (二)壓力管道的概念:
    壓力管道是管道中的一部分。從廣義上理解,所謂壓力管道,應(yīng)當(dāng)是指所有承受內(nèi)壓或外壓的管道,無(wú)論其管內(nèi)介質(zhì)如何。但從我國(guó)頒發(fā)《壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定》以后,“壓力管道”便成為受監(jiān)察管道的專(zhuān)用名詞。在《壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定》第二條中將壓力管道定義為:“在生產(chǎn)、生活中使用的可能引起燃爆或中毒等危險(xiǎn)性較大的特種設(shè)備”,國(guó)務(wù)院2003年6月1日頒發(fā)實(shí)施的《特種設(shè)備安全監(jiān)察條例》中,將壓力管道進(jìn)一步明確為“利用一定的壓力,用于輸送氣體或者液體的管狀設(shè)備,其范圍規(guī)定為工作壓力大于或者等于0.1MPa(表壓)的氣體、液化氣體、蒸汽介質(zhì)或者可燃、易爆、有毒、有腐蝕性,工作溫度高于或者等于標(biāo)準(zhǔn)渄點(diǎn)的液體介質(zhì),且公稱(chēng)直徑大于25mm的管道”。這就是說(shuō),現(xiàn)在所說(shuō)的“壓力管道”,不但是指其管內(nèi)或管外承受壓力,而且其內(nèi)部輸送的介質(zhì)是“氣體、液化氣體和蒸汽”或“可能引起燃爆、中毒或腐蝕的液體”物質(zhì)。這里所謂能燃爆、能中毒或有腐蝕性,具有如下內(nèi)涵:
    介質(zhì)的燃爆性:即介質(zhì)具有可燃性和爆炸性,在一定條件下能引起燃燒或爆炸,釀成火災(zāi)和破壞。這些介質(zhì)包括可燃?xì)怏w、液化烴和可燃液體等有火災(zāi)危險(xiǎn)性的物質(zhì),也包括容易引起爆炸的高溫高壓介質(zhì)如蒸汽、超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)的高溫?zé)崴嚎s空氣和其他壓縮氣體等。其中,可燃介質(zhì)的火災(zāi)危險(xiǎn)性根據(jù)《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50160和《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GBJ16,共分為甲、乙、丙三類(lèi)。
    其中甲、乙類(lèi)可燃?xì)怏w與空氣混合物的爆炸下限(體積)分別規(guī)定為:
    甲類(lèi)可燃?xì)怏w:<10%;
    乙類(lèi)可燃?xì)怏w:≥10%。
    甲、乙和丙類(lèi)可燃液體的分類(lèi)見(jiàn)表1。
    表1 液化烴、可燃液體的火災(zāi)危險(xiǎn)性分類(lèi)
    類(lèi) 別
     名 稱(chēng)
     特 征
    甲類(lèi)
     A
     液化烴
     15 0C時(shí)蒸汽壓力>0.1MPa的烴類(lèi)液體及其他類(lèi)似液體
    B
     可燃液體
     甲A以外的可燃液體,閃點(diǎn)<28 0C
    乙類(lèi)
     A
     可燃液體
     閃點(diǎn)≥28 0C至≤45 0C
    B
     閃點(diǎn)>45 0C至<60 0C
    丙類(lèi)
     A
     可燃液體
     閃點(diǎn)≥60 0C至≤120 0C
    B
     閃點(diǎn)>1200C
    注:閃點(diǎn)低于45 0C的液體稱(chēng)為易燃液體;閃點(diǎn)低于環(huán)境溫度的液體稱(chēng)為易爆液體。 在GBJ16的規(guī)定中,屬于甲類(lèi)火災(zāi)危險(xiǎn)性的可燃介質(zhì)(或生產(chǎn)過(guò)程)還有:常溫下能自行分解或在空氣中氧化即能導(dǎo)致自燃或爆炸的物質(zhì);常溫下受到水或蒸汽作用能產(chǎn)生氣體并引起燃燒或爆炸的物質(zhì);遇酸、受熱、撞擊、摩擦、催化及遇有機(jī)物或硫磺等易燃的無(wú)機(jī)物,極易引起燃燒或爆炸的強(qiáng)氧化劑;受撞擊、摩擦或與氧化劑、有機(jī)物接觸時(shí)能引起燃燒或爆炸的物質(zhì);以及在密閉設(shè)備內(nèi)操作溫度等于或超過(guò)物質(zhì)本身自燃點(diǎn)的生產(chǎn)。屬于乙類(lèi)火災(zāi)危險(xiǎn)性的介質(zhì)主要是指不屬于甲類(lèi)火災(zāi)危險(xiǎn)性的氧化劑和化學(xué)易燃固體,以及助燃?xì)怏w。 (B)介質(zhì)的毒性:即介質(zhì)具有使人中毒的特性。 當(dāng)這些介質(zhì)被人吸入或與人體接觸后,能對(duì)人體造成傷害,甚至死亡。根據(jù)《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(jí)》GB5044的規(guī)定,毒物按急性毒性、急性中毒發(fā)病狀況、慢性中毒患病狀況、慢性中毒后果、致癌性和允許濃度等六項(xiàng)指標(biāo),共分為極度危害、高度危害、中度危害和輕度危害四個(gè)等級(jí)。 極度危害介質(zhì)有時(shí)也稱(chēng)之為“劇毒介質(zhì)”,高度、中度和輕度危害介質(zhì)則統(tǒng)稱(chēng)為“有毒介質(zhì)“。劇毒介質(zhì)(流體)在我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)金屬管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》GB50235-97中的解釋是:如有極少量這類(lèi)物質(zhì)泄漏到環(huán)境中,被人吸入或與人體接觸,即使迅速治療, 也能對(duì)人體造成嚴(yán)重的和難以治療的傷害的物質(zhì)。相當(dāng)于現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(jí)》GB5044中 I 級(jí)危害程度(極度危害)的毒物。據(jù)此可以將劇毒介質(zhì)理解為就是極度危害介質(zhì)。而有毒介質(zhì)在標(biāo)準(zhǔn)中的解釋是:這類(lèi)物質(zhì)泄漏到環(huán)境中,被人吸入或與人體接觸,如治療及時(shí)不致于對(duì)人體造成不易恢復(fù)的危害。 不過(guò),毒性程度相同的毒物,在具體如何對(duì)待的問(wèn)題上各行業(yè)也存在差異。如苯在《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(jí)》GB5044中被列入極度危害介質(zhì),在《壓力管道安全管理與監(jiān)察規(guī)定》的解析中也作為極度危害介質(zhì)的例子。而在《石油化工有毒、可燃介質(zhì)管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》SH3501-2002的管道分級(jí)中,苯則被與高度危害介質(zhì)同等對(duì)待。列入SHB級(jí)之中。相反,丙烯腈、光氣、二硫化碳和氟化氫等四種高度危害介質(zhì)則在SH3501-2002中被與極度危害介質(zhì)同樣看待,列入SHA級(jí)管道之中。這不但對(duì)施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和在用管道的檢驗(yàn)要求有影響,同時(shí)對(duì)具體工程施工時(shí)劃分許可證級(jí)別也是有影響的。如承擔(dān)有苯介質(zhì)的管道安裝工作時(shí),若苯被視為極度危害介質(zhì),施工單位應(yīng)持 GC 1級(jí)安裝許可證,而若作為高度危害介質(zhì)時(shí),則持證級(jí)別與管道的設(shè)計(jì)壓力和設(shè)計(jì)溫度有關(guān)。 對(duì)于這個(gè)問(wèn)題的理解可以從毒物危害性分級(jí)的原則進(jìn)行解釋?zhuān)簢?guó)家標(biāo)準(zhǔn)《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(jí)》GB5044-85對(duì)具體毒物的分級(jí)是以列舉常見(jiàn)的56種毒物在某些行業(yè)中的危害程度分級(jí)進(jìn)行表達(dá)的。但該標(biāo)準(zhǔn)同時(shí)指出:對(duì)接觸同一毒物的其他行業(yè)(該標(biāo)準(zhǔn)表2中未列出的)的危害程度,可根據(jù)車(chē)間空氣中的毒物濃度、中毒患病率、接觸時(shí)間的長(zhǎng)短,劃定級(jí)別。凡車(chē)間空氣中毒物濃度經(jīng)常達(dá)到TJ36—79《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中所規(guī)定的容許濃度值,而其患病率或癥狀發(fā)生率低于本分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中相應(yīng)的值,可降低一級(jí)。所以,對(duì)每種具體物質(zhì),國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和專(zhuān)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)在劃分危害等級(jí)時(shí)存在差異是正常的。因?yàn)槌酥掳┬院涂諝庵腥菰S濃度外,其他四項(xiàng)指標(biāo)都與生產(chǎn)過(guò)程和操作特點(diǎn)有關(guān)。石油、化工和石油化工等以管道輸送介質(zhì)為主的生產(chǎn)過(guò)程,有毒物質(zhì)處于連續(xù)、密閉狀況下流動(dòng),其危害程度取決于因事故致使毒物與人體接觸,或因經(jīng)常性泄漏引起職業(yè)性慢性危害的機(jī)率,通常要低于開(kāi)放性生產(chǎn)過(guò)程。因此,在壓力管道設(shè)計(jì)時(shí)具體確定毒物危害等級(jí)應(yīng)主要以車(chē)間空氣中毒物濃度、中毒患病率、接觸時(shí)間長(zhǎng)短來(lái)劃定。 上面提到的毒物危害性分級(jí)指標(biāo)中,關(guān)于車(chē)間空氣中毒物的允許濃度規(guī)定如下: 極度危害:允許濃度小于0 .1 mg/m3; 高度危害:允許濃度為0 .1 mg/m3 ~1 .0 mg/m3。 根據(jù)《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(TJ36—79)的規(guī)定,苯、丙烯腈、光氣、二硫化碳和氟化氫等五種毒物在車(chē)間空氣中和居住區(qū)大氣中的允許濃度見(jiàn)表2