非金属管道焊接施工法律法规及标准——压力管道基本知识
非金属管道焊接施工法律法规及标准
压力管道基本知识
特种设备是工业生产和人民生活中广泛应用的重要设备，同时也是比较容易发生事故的特殊设备，一旦发生事故，将直接危及作业人员或公众的安全和健康。因此，世界主要发达国家都对特种设备实行国家安全监察。根据《中华人民共和国特种设备安全法》，特种设备是指对人身和财产安全有较大危险性的锅炉、压力容器（含气瓶)、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施、场(厂）内专用机动车辆，以及法律、行政法规规定适用《中华人民共和国特种设备安全法》的其他特种设备。
焊接是特种设备制造、安装、维修和改造中广泛使用的工艺技术，焊接缺陷经常是造成特种设备发生事故的重要原因。因此，发达国家都在规范和标准中规定，特种设备焊接作业人员需经考核合格并取得证书，才能从事相应项目范围内的焊接作业。特种设备非金属材料焊接作业人员同样需要取得特种设备作业人员证后，方可从事相应项目范围内的焊接作业，以保证特种设备非金属材料的焊接质量和安全。
一、概念
压力管道是指用于输送、分配、混合、分离、排放、计量、控制或者制止流体流动的，由组成件及支撑件组成的装配体。管道组成件包括管子、管件、法兰、垫片、紧固件、阀门、膨胀接头、挠性接头、耐压软管、安全保护装置、疏水器、过滤器和分离器等；管道支承件包括吊杆、弹簧支吊架、斜拉杆、平衡锤、松紧螺栓、支承杆、链条、导轨、锚固件、鞍座、垫板、滚柱、托座和滑动支架等安装件，以及管吊、吊（支）、圆环、夹子、吊夹、紧固夹板和群式管座等附着件。
《特种设备目录》中压力管道的定义为：压力管道是指利用一定的压力，用于输送气体或者液体的管状设备，其压力范围规定为：最高工作压力大于或等于0.1MPa（表压），介质量为气体、液化气体、蒸汽，或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体，且公称直径大于或等于50mm的管道；公称直径小于150mm,且其最高工作压力小于1.6MPa（表压）的输送无毒、不可燃、无腐蚀性气体的管道和设备本体所属管道除外。其中，石油天然气管道的安全监督管理还应按照《中华人民共和国安全生产法》《中华人民共和国石油天然气管道保护法》等法律法规实施。
《特种设备安全监察条例》中关于压力管道的定义为：压力管道是指利用一定的压力，用于输送气体或者液体的管状设备，其范围规定为最高工作压力大于或等于0.1MPa(表压）的气体、液化气体、蒸汽介质，或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体介质，且公称直径大于25mm的管道。
二、分类与分级
对不同的压力管道实行分类分级，按照不同的类别和级别分别进行设计、施工、使用安全管理，是对压力管道进行科学管理的有效方法。目前，压力管道的分类方法很多，不同部门、不同使用场合，有不同的分类分级方法。部门、行业各自的分类分级方法可以归纳为按设计、施工安装和使用管理进行分级。
1.分类
常用的分类方法主要如下：
（1）按压力管道承受内压情况分类压力管道可以分为真空管道、低压管道、中压管道、高压管道、超高压管道。其划分界限为：
架空管道 p<0.1MPa
低压管道 0.1MPa≤p<1.6MPa
中压管道 1.6MPa≤p<10MPa
高压管道 10MPa≤p<100MPa
超高压管道 p≥100MPa
（2）按管道输送的介质分类压力管道可以分为工艺管道、燃气管道、蒸汽管道等。其中工艺管道可以根据输送的介质名称命名。
（3）按管道的材料分类压力管道可以分为碳钢管道、不锈钢管道、合金钢管道、有色金属管道、非金属管道、复合材料管道、特种材料管道等。
（4）按管道壁厚分类压力管道可以分为厚壁管道和薄壁管道。
（5）按压力管道的工作温度分类可分为高温管道、常温管道和低温管道等。
（6）按使用管理分类我国相关规范将各行业所有的压力管道按其用途分为三大类即工业管道、公用管道和长输管道。工业管道是指企业、事业单位所属的用于输送工艺介质的工艺管道、公用工程管道及其他辅助管道；公用管道是指城市或乡镇范围内的用于公用事业或民用的燃气管道和热力管道；长输管道是指产地、储存库、使用单位之间用于输送商品介质的管道。
2.分级
常用的分级方法主要如下：
（1）按使用管理要求分级根据《中华人民共和国特种设备安全法》《特种设备安全监察条例》，经国务院批准，原国家质量监督检验检疫总局于2014年10月30日公布了《质检总局关于修订《特种设备目录》的公告》(2014年第114号），新修订的《特种设备目录》自公布之日起施行。《压力管道安装许可规则》按工业管道、公用管道和长输管道三种类别进行分级，见表1-1。
（2）按管道的压力、介质、温度等分级
1）工业管道的分级。《压力管道安全技术监察规程-工业管道》中将工业管道按管道的介质、压力、温度等因素分为GC1、GC2和GC3三个级别，分级方法见表1-2。
2）公用管道的分级。公用管道按燃气管道和热力管道分为GB1、GB2两个级别。GB1为燃气管道，GB2为热力管道。
3）长输管道的分级。长输管道按介质、压力、输送的距离分为GA1、GA2两个级别具体的分级方法见表1-3。
分级标准中压力管道介质的毒性程度按国家标准GBZ230—2010《职业性接触毒物危害程度分级》，分为极度危害、高度危害、中度危害、轻度危害和轻微危害五级。
介质的火灾危险性按GB50160—2008《石油化工企业设计防火规范》、GB50016—2014《建筑设计防火规范》的相关规定分类。
（3）按压力管道的设计规范分级
1)GB50316—2000(2008年版）《工业金属管道设计规范》按管道流体介质的性质分析级（类），见表1-4。
其中A1类和美国B31.3规范的M类相同，D类和B31.3的D类相似，B类相当于B31.3的第三类可燃流体。
2)GB50028—2006《城镇燃气设计规范》的分级。将城镇燃气管道按设计压力大小分析级，见表1-5。
（4）美国国家标准压力管道规范ANSI/ASMEB31.3对管道流体介质的分级（类）美国国家标准压力管道规范ANSI/ASMEB31.3《化工厂和炼油厂管道》根据被输送的介质和泄漏时造成的后果分级，将压力管道分为D类、M类、一般流体管道（介于M类、D类之间的第三类可燃流体）
D类：输送的流体为无毒、非易燃物质且在规定操作条件下对人的肌体组织无害；设计压力不超过150psi(1.03MPa);设计温度为-20～366F(-29～186℃)之间。
M类：输送的流体有剧毒，在输送过程中即使有极少量泄漏到环境中，被人吸入或与人体接触时能造成严重的和难以治疗的伤害，即使迅速采取措施也无法挽救。
一般流体管道是指除M类、D类之外的所有工艺和公用工程管道，但不包括加热炉、热交换器、容器和机组的内部管道。
三、构成
1.压力管道元件
压力管道元件由管道组成件、管道支撑件组成。管道组成件包括：管子、管件、法兰、垫片、紧固件、阀门、膨胀节、补偿器、特殊阀门、爆破片、过滤器、阻火器、挠性接头及软管等；管道支撑件包括：管道的支架、吊架和附属件。
由于压力管道的功能要求和所处位置不同，其构成各不相同，所需的元件有多有少，有的非常简单，有的比较复杂，但是最基本的元件一般包括管子、管件、阀门、支吊架、保温件等。
压力管道一般用单线图表示。图1-1所示为管道系统组成示例，其中构成管道系统的元件比较多，包括管件、阀门、连接件、附件、支架等。图1-1中画出了19个元件的符号。
2.压力管道的连接
压力管道的主要构成为管子，管子按材质可分为金属管、非金属管和复合管三大类。金属管包括碳素钢管、合金钢管（包括不锈钢管）、铸（硅）铁管和有色金属管（如铜及铜合金、铝及铝合金、铅及铅合金、钛及钛合金等）；非金属管包括聚四氟乙烯(PTFE)管、聚氯乙烯(PVC)管、聚乙烯(PE)管、聚丙烯(PP)管和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)管等；复合管（包括衬里管）是通过两种或两种以上材料复合而成的管子，其接触介质的材料（通常称为复层）为耐蚀的不锈钢或非金属材料，而承压部分（通常称为基层）为较便宜的碳素钢等材料，衬里管常采用衬塑、衬胶、衬玻璃钢、陶瓷、衬绝热耐磨材料等形式。
压力管道中除管子以外，还有许多其他管件，如弯头、三通、异径管、法兰、盲板、阀门、短管等，通常称这些构件为管道附件，简称管件。管件是组成管道不可缺少的部分，是用来改变管道方向、管径大小、管道标高，进行管道的分支、局部加强、调节和切换管路中的流体、实现特殊连接等作用的管道元件。
管道的连接包括管道与管道的连接、管道与各种管件、阀门及设备接口等处的连接。根据管件端部连接形式可以分为焊接连接、承插连接、螺纹连接、法兰连接等，这也是常用的管道连接方式。在低压管路中，流量计及蝶阀等有时也采用对夹式连接方式。
（1）焊接连接焊接是管道及其元件常用的一种连接形式，是一种不可拆的连接，它是用焊接的方法将管道和各管件、阀门直接连成一体的。焊接密封效果非常可靠，结构简单，便于安装施工，无泄漏且价格便宜，但给清理检修工作带来不便。焊接广泛应用于石油化工装置中的易燃、可燃介质以及高温度压力参数的其他介质管道连接。公称直径小于40mm的管道、有缝隙腐蚀介质的管道、润滑油管道、复合衬里管道一般不采用对焊连接。
管件的焊接有对接、搭接、带衬环的对接、加管箍的焊接等，可根据管道材料和施工要求求合理选择。
焊缝质量的好坏直接影响连接强度和密封质量。对于焊缝质量，可按有关技术规定进行检查，如可用X射线拍片和压力试验方法进行检查。
（2）承插连接在密封要求不高的情况下可采用承插式连接，可以用于公称压力较低、管子公称直径不大于50mm、壁厚较薄的管子和管件之间的连接。它的管口是特制的，管端套入后，在承插处的空隙中填入密封材料，常用的填料有麻、水泥、铅等，以达到密封要求。
（3）螺纹联接主要由管箍和各种带内螺纹的管件，以及拆卸方便的活接头等组成。螺纹连接的管道端部应加工外螺纹，利用螺纹与管箍、管件和活接头配合固定，其密封则主要依靠管螺纹的咬合和在螺纹之间加敷密封材料来达到。常用的密封材料是白漆加麻丝或四氟膜，缠绕在螺纹表面，然后与螺纹配合拧紧。密封材料还可以用其他填料和涂料代替。螺纹连接适用于公称直径不大于40mm的管子及其元件之间的连接，它属于可拆卸连接，常用于不宜焊接或需要可拆卸的场合。
螺纹连接与焊接相比，其接头强度低，密封可靠性也较低，因此使用压力和使用温度不宜过高，一般用于压力低于1.6MPa的管道中。螺纹连接在石油化工生产装置的管道上使用时，常受下列条件的限制
1）螺纹连接的管件应采用密封管螺纹。
2）螺纹连接不推荐用在大于200℃或低于-45℃的温度下。
3）螺纹连接不得用在剧毒介质管道上。
4）螺纹连接不推荐用在可能发生应力腐蚀、缝隙腐蚀或由于振动、压力脉动及温度变化可能产生交变载荷的管道上。
5）用于可燃气体管道上时，宜采用密封焊进行密封，其管径宜不大于20mm。
（4）法兰连接为便于安装和检修，管道中常采用可拆卸的连接方法，法兰就是一种最常用的连接管件。为与容器法兰相区别，管道中的法兰也称为管法兰。法兰的结构和种类很多，可根据法兰与管子的连接方式、法兰密封面的形式以及压力－温度等级进行分类。不同连接方式的法兰，可有相同或不同的密封面形式；同一连接方式的法兰，亦可有相同或不同的密封面形式；各种类型的法兰又有不同的压力－温度等级。
根据管子与法兰的连接方式，法兰的类型主要有：平焊法兰（板式平焊法兰、带颈平焊法兰）、对焊法兰（带颈对焊法兰）、承插焊法兰、螺纹法兰、翻边活动式法兰（松套法兰）和法兰盖等
3.压力管道的安全装置
压力管道的安全装置是压力管道中重要的安全附件，主要包括安全泄放装置（安全阀、爆破装置、紧急切断装置）、压力表、测温仪表、阻火器等。
为了保证压力管道的安全操作，防止压力管道因超压而产生安全事故，除了要严格遵守安全操作规程等一些根本性的措施外，还应尽可能减少压力管道超压的各种因素，在可能导致压力管道超压的场合，必须设置安全泄放装置。当压力管道在正常操作条件下运行时，安全泄放装置并不影响管道的工作，而一旦管道内的压力超过规定设置的安全范围，它将自动开启，迅速泄出部分或全部的介质，使压力管道内压力保持在所容许的范围内或完全泄掉，达到保护设备装置安全的目的。
四、色标
为了加强生产安全管理，方便操作及检修，压力管道的外表面都应涂刷识别色和标志。国家标准GB7231—2003《工业管道的基本识别色、识别符号和安全标识》规定了工业管道的基本识别色、识别符号和安全标识。各行业标准也有具体的色标规范。
1.识别色
识别色是指用以识别工业管道内物质种类的颜色，有的规范称为表面色。有绝热层的管道一般均应涂刷识别色。但是表面层采用搪瓷、陶瓷、塑料、橡胶、有色金属、不锈钢、镀锌薄钢板（管）、合金铝板、石棉水泥等材料的管道，可保持制造厂出厂色，不再涂识别色。基本识别色标识的方法如下：
1）在管道全长上标识。
2）在管道上以长方形的识别色进行标识。
3）在管道上以宽为150mm的色环进行标识。
4）在管道上以带箭头的长方形识别色标牌进行标识。
5）在管道上系挂识别色标牌进行标识。
当管道采用2)~5）基本识别色标识方法时，其标识的场所应包括所有管道的起点、终点、交叉点、转弯处、阀门和穿墙孔两侧等的管道上和其他需要标识的部位，两个标识之间的最小距离为10m。
2.识别符号
识别符号是指用以识别工业管道内物质名称和状态的记号，有的规范称为标志色。工业管道的识别符号包括：管道内介质名称、流向、主要工艺参数等。
3.安全标识
凡属于GB13690—2009《化学品分类和危险性公示通则》所列的危险化学品，其管道应设置安全标识，标识的方法为：在管道基本色的标识上或附近涂150mm宽黄色，在黄色的两侧各涂25mm宽的黑色色环或色带，安全色范围应符合GB2893—2008的规定。
4.消防标识
对消防专用管道应遵守GB13495—1992《消防安全标志》的规定，并在管道上标识“消防专用”。
五、非金属压力管道
非金属压力管道的种类很多，多用于腐蚀性介质或清洁度要求高（尤其是对铁离子含量有严格限制的流体输送）的输送介质，在城镇燃气输配工程中也常用非金属压力管道。非金属压力管道具有质量轻、耐蚀性强、流体阻力小、热导率低、施工方便且寿命长等特点，埋地敷设的燃气管道常用聚乙烯管材。从20世纪20年代以来，随着经济的发展，特别是天然气产业的发展，在聚乙烯管道的原料特性、管材和管件的制造工艺、连接方法、机具等诸多方面都取得了很大的进步，为燃气输配系统压力管道使用聚乙烯材料奠定了基础。
国内燃气用聚乙烯管材是按照GB15558.1—2015《燃气用埋地聚乙烯(PE)管道系统第1部分：管材》标准生产的，适用于工作温度在-20～40℃、最大工作压力不大于0.4MPa的人工煤气或天然气、气态LPG介质的输送。聚乙烯管材的基础原料为聚乙烯树脂，再添加抗氧剂、紫外线稳定剂和着色剂等添加剂，经挤出成型。聚乙烯管材的颜色为黄色或黑色，规格尺寸范围为dn32～DE630mm。根据使用的工作压力不同，聚乙烯管材分为SDR11和SDR17.6两个系列。聚乙烯管材主要应用于城市中低压燃气管网，尤其是使用天然气的地区用量较大。随着聚乙烯燃气管道产品标准GB15558.1—1995、GB15558.2—1995和CIJ63—1995的颁布，我国聚乙烯燃气管道得到了迅速发展，但与发达国家相比还存在不少差距，主要表现在燃气管道原料主要依赖进口，聚乙烯蜡水管设计、施工及验收标准不完善，聚乙烯燃气管道施工技术不够先进且缺少使用经验等。在国外，聚乙烯管道用量仅次于聚氯乙烯管道，主要应用于城镇供水、城镇燃气供应以及农田灌溉。根据对各种塑料管道的市场占有情况进行分析，聚乙烯管道增长速度明显高于聚氯乙烯管道。在旧管道插入更新中，聚乙烯管道是首选材料，施工速度快、成本低、路面损坏小。另外，在先进的犁入埋管（拖管法、喂管法）施工中，聚乙烯管道将充分发挥其优良性能。聚乙烯管材与管件的连接方式主要是热熔连接和电熔连接。欧洲主要采用电熔连接，美国主要采用热熔对接连接和电熔连接两种。国外聚乙烯管道产品标准及质量检测标准比较齐全，执行也比较严格，并且发展很快，特别是对低温情况下的快速开裂扩展性能进行了深入研究，并将耐快速开裂扩展(RCP)纳入标准中。
从力学破坏特性的角度，根据聚乙烯原料质量、制品性能、市场开拓、试验方法和有关标准等进展情况，可以区分出聚乙烯管道的三个发展阶段：
1）开始采用聚乙烯管道的初级阶段（20世纪30—60年代），只考虑拉伸模量、拉伸强度、抗冲击强度、短期抗爆能力等。
2）保证和改进聚乙烯管道的耐蠕变开裂、长期寿命和长期强度的阶段（20世纪60—80年代末）.
3）防止聚乙烯管道发生快速开裂破坏危险的阶段（20世纪80年代末至今）。