3.2 设计基准

3.2.1 管道组成件的压力-温度额定值应符合下列规定：
    3.2.1.1 除本规范另有规定外，管道组成件的公称压力及对应的工作压力-温度额定值应符合国家现行标准。选用管道组成件时，该组成件标准中所规定的额定值，不应低于管道的设计压力和设计温度。
    对于只标明公称压力的组成件，除另有规定外，在设计温度下的许用压力可按下式计算：

    式中
    P_A——在设计温度下的许用压力(MPa)；
    PN——公称压力(MPa)；
    [σ]^t——在设计温度下材料的许用应力(MPa)；
    [σ]_x——决定组成件厚度时采用的计算温度下材料的许用应力(MPa)。
    3.2.1.2 在国家现行标准中没有规定压力-温度额定值及公称压力的管道组成件，可用设计温度下材料的许用应力及组成件的有效厚度(名义厚度减去所有厚度附加量)通过计算来确定组成件的压力-温度额定值。
    3.2.1.3 两种不同压力-温度参数的流体管道连结一起时，分隔两种流体的阀门参数应按较严重的条件决定。位于阀门任一侧的管道，应按其输送条件设计。
    3.2.1.4 多条设计压力和设计温度不同的管道，用相同的管道组成件时，应按压力和温度相耦合时最严重条件下的某一条管道的压力和温度条件进行设计。
3.2.2 管道运行中的压力和温度的允许变动范围应符合下列规定：
    3.2.2.1 金属管道在运行中其压力、温度或两者同时发生非经常性的变动，且下列所有规定都能满足时，应认为在允许的范围内。否则，必须按照压力-温度变动过程中耦合时最严重工况下的设计条件确定。
        (1) 没有铸铁或其他非塑性金属的受压组成件。
        (2) 公称压力产生的应力不应超过在设计温度下的屈服点。
        (3) 纵向应力不应超过本规范规定的极限。
        (4) 在管道寿命内，超过设计条件的压力-温度变动的总次数不应超过1000次。
        (5) 在任何情况下，最高变动压力不应超过管道的试验压力。
        (6) 超过设计条件的非经常性变动应符合下列限制之一。
    允许超过压力值或提高温度的程度相当于允许提高许用应力值，其规定如下：
    一次变动持续时间不超过10h，且每年累计不超过100h时，许用应力提高不得超过33％。
    一次变动持续时间不超过50h，且每年累计不超过500h时，许用应力提高不得超过20％。
        (7) 持续的和周期性的变动对系统中所有组成件的工作性能无影响。如压力变动对阀座等部件的密封无影响。
        (8) 变动后的温度不应低于本规范附录A中规定的最低使用温度。
    3.2.2.2 对于非金属衬里管道，压力和温度允许的变动值，应在取得成功的使用经验或经过试验证实可靠时，方可使用。
3.2.3 许用应力应符合下列规定：
    3.2.3.1 本规范附录A中金属管道材料的许用应力系指许用拉应力，使用时应符合下列规定：
        (1) 对于焊接的管道组成件用材料，采用本规范附录A的许用应力时，应另外计入焊接接头系数E_j。
        (2) 对于铸件，在本规范附录A表A.0.5～表A.0.7中的许用应力已计入铸件的质量系数E_c值0.80。
    3.2.3.2 许用剪切应力为本规范附录A许用应力的0.8倍；支承面的许用压应力为许用应力的1.6倍；许用压应力为本规范附录A表中的许用应力。
    3.2.3.3 确定许用应力的基准：
        (1) 螺栓材料的许用应力应按表3.2.3-1确定。
        (2) 除螺栓及铸铁材料外，对本规范所用的其他材料的许用应力，应按表3.2.3-2确定。
        (3) 灰铸铁在设计温度下的许用应力值不应超过下列中的较低者：
            标准抗拉强度下限值的1/10；
            设计温度下抗拉强度的1/10。
        (4) 可缎铸铁在设计温度下的许用应力值不应超过下列中的较低者：
            标准抗拉强度下限值的1/5；
            设计温度下抗拉强度的1/5。

螺栓材料的许用应力 表3.2.3-1

其他材料的许用应力 表3.2.3-2

    注：对于奥氏体高合金钢管道组成件，当设计温度低于蠕变温度范围，且允许有微量的永久变形时，可适当提高许用应力值至σ^t_s(σ^t_0.2)的0.9倍，但不应超过σ_s(σ_0.2)的0.667倍。此规定不适用于法兰或其他有微量永久变形会产生泄漏或故障的场合。
    表中符号：
    σ_b——材料标准抗拉强度下限值(MPa)；
    σ_s(σ_0.2)——材料标准常温屈服点(或0.2％屈服强度)(MPa)；
    σ^t_s(σ^t_0.2)——材料在设计温度下的屈服点(或0.2％屈服强度)(MPa)；
    σ^t_D——材料在设计温度下经10万h断裂的持久强度的平均值(MPa)；
    σ^t_n——材料在设计温度下经10万h蠕变率为1％的蠕变极限(MPa)。
3.2.4 铸件质量系数E_c应符合下列规定：
    3.2.4.1 质量系数E_c可用于国家现行标准中未规定压力-温度参数值的铸造组成件。
    3.2.4.2 符合材料标准的灰铸铁件和可锻铸铁件质量系数E_c取0.80。
    3.2.4.3 其他金属的静态浇铸件，符合材料标准并经肉眼检验的阀门、法兰、管件和其他组成件的钢铸件，质量系数E_c取0.80。
    3.2.4.4 离心浇铸件，对只符合规定要求中的化学分析、抗拉试验、液压试验、压扁试验和肉眼检验的铸件，质量系数E_c取0.80。
    3.2.4.5 如对铸件进行补充检测，质量系数E_c可提高至表3.2.4的数值，但在任何情况下，质量系数不应超过1.00。

铸件增加检测后的质量系数E_c 表3.2.4

3.2.5 焊接接头系数E_j应根据表3.2.5中焊接接头的型式、焊接方法和焊接接头的检验要求确定。对有色金属管道熔化极氩弧焊100％无损检测时，单面对接接头系数为0.85，双面对接接头系数为0.90；局部无损检测时，对接接头系数同表3.2.5。

焊接接头系数E_j 表3.2.5

    注：无损检测指采用射线或超声波检测。
3.2.6 持续荷载的计算应力应符合下列规定：
    3.2.6.1 管道组成件的厚度及补强计算满足本规范的要求，则由于内压所产生的应力应认为是安全的。
    3.2.6.2 管道组成件的厚度及稳定性计算满足本规范的要求，则由于外压所产生的应力应认为是安全的。
    3.2.6.3 管道中由于压力、重力和其他持续荷载所产生的纵向应力之和σ_L，不应超过材料在预计最高温度下的许用应力[σ]_h。
3.2.7 计算的最大位移应力范围σ_E应符合下列规定：
    3.2.7.1 计算的最大位移应力范围σ_E不应超过按下式确定的许用的位移应力范围[σ]_A：

[σ]_A＝ƒ(1.25[σ]_c＋0.25[σ]_h)      (3.2.7-1)

    若[σ]_h大于σ_L，其差值可以加到上式中的0.25[σ]_h项上，则许用位移应力范围为：

[σ]_A＝ƒ[1.25([σ]_c＋[σ]_h)－σ_L]      (3.2.7-2)

    式中
    [σ]_c——在分析中的位移循环内，金属材料在冷态(预计最低温度)下的许用应力(MPa)；
    [σ]_h——在分析中的位移循环内，金属材料在热态(预计最高温度)下的许用应力(MPa)；
    σ_L——管道中由于压力、重力和其他持续荷载所产生的纵向应力之和(MPa)；
    [σ]_A——许用的位移应力范围(MPa)；
    ƒ——管道位移应力范围减小系数。
        (1) ƒ可由表3.2.7确定。

管道位移应力范围减小系数ƒ 表3.2.7

   (2) 循环当量数N应按式(3.2.7-3)计算：

    式中
    N——管系预计使用寿命下全位移循环当量数；
    N_E——与计算的最大位移应力范围σ_E相关的循环数；
    σ_j——按小于全位移计算的位移应力范围；
    r_j——按小于全位移计算的位移应力范围σ_j与计算的最大位移应力范围σ_E之比；
    N_j——与按小于全位移计算的位移应力范围σ_j相关的循环数。
    3.2.7.2 许用位移应力范围计算应符合下列补充规定：
        (1) 对于铸件，热态及冷态下的许用应力应计入铸件质量系数E_c。对纵向焊接接头，热态及冷态下的许用应力([σ]_c及[σ]_h)不需乘焊接接头系数E_j；
        (2) 管道位移应力范围减小系数ƒ主要用于耐蚀性良好的管道，在主应力循环数高的地方，应采用抗腐蚀的材料。
3.2.8 偶然荷载与持续荷载产生的应力应按下列规定：
    3.2.8.1 管道在工作状态下，受到内压、自重、其他持续荷载和偶然荷载所产生的纵向应力之和，应符合下式规定，且式中应力增大系数i的0.75倍的值不得小于1。

    式中
    K_T——许用应力系数，当偶然荷载作用时间每次不超过10h，每年累计不超过100h时，K_T＝1.33；当偶然荷载作用时间每次不超过50h，每年累计不超过500h时，K_T＝1.2；
    M_A——由于自重和其他持续外载作用在管道横截面上的合成力矩(N·mm)；
    M_B——安全阀或释放阀的反座推力、管道内流量和压力的瞬时变化、风力或地震等产生的偶然荷载作用于管道横截面上的合成力矩(N·mm)；
    W——截面系数(mm³)；
    i——应力增大系数，按附录E计算；
    P——设计压力(MPa)；
    D_i——管子或管件内径(mm)；
    D_o——管子或管件外径(mm)。
    3.2.8.2 在试验条件下所产生的应力可不受本规范第3.2.6及3.2.7条的限制，可不计入其他临时性荷载。
    3.2.8.3 地震烈度在9度及以上时，应进行地震验算。
    3.2.8.4 不需要考虑风和地震荷载同时发生。
 

条文说明

3.2.1有的法兰标准中用“压力-温度等级”这个名称。即国外标准中“压力-温度额定参数”(Pressure-temperature rating)。实际上，它是与公称压力对应的许用工作压力和工作温度的额定值。本规范称为“压力-温度额定值”。
    第3.2.1.4款 在工程设计中编制“管道等级及材料选用”时，常把材料相同和设计参数相近的多条管道编在一个等级内。因此，应在各条管道的设计参数P/[σ]^t中找出最大值，作为这个等级的设计压力和设计温度。
    对于几种标准的额定值有差异时，要注意选用安全的值。
3.2.2压力或温度非经常性变动的程度，相当于许用应力的提高幅度，数据参照了ASME B31.3的规定。
3.2.3材料的许用应力与现行国家标准《钢制压力容器》GB 150的规定一致。
3.2.4铸件质量系数本规范表3.2.4参照了ASME B31.3的规定。
3.2.5焊接接头系数是参照现行国家标准《钢制压力容器》GB 150的规定，并符合我国施工的实际水平，但比ASME B31.1及B31.3规定低一些，例如：在ASME B31.1中单面对焊100％探伤时，E_j＝1，本规范取0.9。此外，当超声波检测有疑点时，应采用射线照相进行判断。
3.2.6参照ASME B31.3的规定。
3.2.7第3.2.7.1款 许用位移应力范围的公式(3.2.7-1)及(3.2.7-2)是国际上通用的规定。由于ASME B31.1的钢材许用应力值[σ]_C及[σ]_h都低于ASME B31.3，虽然基准公式是相同，但许用位移应力范围的计算值则是不同的，即ASME B31.3规定[σ]_A值高于按ASME B31.1规定的[σ]_A值。本规范附录A中材料的许用应力所依据的安全系数与ASME B31.3相当，所以许用位移应力范围[σ]_A的计算值高于ASME B31.1的规定。
    第3.2.7.2款 有腐蚀和高温下工作的管道，会降低循环寿命。特别是在蠕变温度范围工作的管道，设计时可以采取蠕变监测的措施，在运行中加强监督。
3.2.8管道在工作状态下，受到压力、自重、其他持续荷载和偶然荷载所产生的应力之和的规定，是参照ASME B31.1的规定。K_T系数是参照ASME B31.3的规定。在本规范式(3.2.8)中，第一项 有的标准用代替。