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GBT 20801.3-2006 压力管道规范 工业管道 第3部分：设计和计算

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1
中华人民共和国国家标准
GB/T 20801.3－2006
压力管道规范 工业管道
第 3 部分：设计和计算
Pressure piping codemIndustrial 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
前 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。
GB/T 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 GB/T 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(SAC/TC 262/SC 3)提出。
本部分由全国锅炉压力容器标准化技术委员会 (SAC/TC 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。
2
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 GB/T 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 GB/T 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
GB/T 196－2003 普通螺纹 基本尺寸 (ISO 724：1993，MOD)
GB/T 197－2003 普通螺纹公差 (ISO 965－l：1998，MOD)
GB/T 539－1995 耐油石棉橡胶板
GB/T 1031－1995 表面粗糙度参数及其数值 (neq ISO 468：1982)
GB/T 1047－2005 管道元件 DN(公称尺寸)的定义和选用 (ISO 6708：1995，MOD)
GB/T 1048－2005 管道元件 PN(公称压力)的定义和选用 (ISO/CD 7268：1996，MOD)
GB/T 1220－1992 不锈钢棒
GB/T 3077－1999 合金结构钢
GB/T 3098.1－2000 紧固件机械性能螺栓、螺钉和螺柱 (idt ISO 898－1：1999)
G
B
/T 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)
GB/T 3287－2000 可锻铸铁管路连接件(eqv ISO 49：1 994)
GB/T 3420－1 982 灰口铸铁管件
GB/T 3422－1982 连续铸铁管
GB/T 3985－1995 石棉橡胶板
GB/T 5782－2000 六角头螺栓 (eqv ISO 4014：1999)
GB/T 6170－2000 1 型六角螺母 (eqv ISO 4032：1999)
GB/T 6175－2000 2 型六角螺母 (eqv ISO 4033：1999)
GB/T 7233－1987 铸钢件超声探伤及质量评级方法
GB/T 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－l：1994)
GB/T 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)
GB/T 9065－1988 液压软管接头连接尺寸
GB/T 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)
GB/T
12220－1989 通用阀门 标志 (idt ISO 5209：1977)
3
GB/T 12221－2005 金属阀门 结构长度 (ISO 5752：1982，MOD)
GB/T 12224－2005 钢制阀门 一般要求
GB/T 12232－2005 通用阀门 法兰连接铁制闸阀
GB/T 12233－2006 通用阀门 铁制截止阀与升降式止回阀
GB/T 12234－1989 通用阀门 法兰和对焊连接钢制闸阀
GB/T 12235—1989 通用阀门 法兰连接钢制截止阀和升降式止回阀
GB/T 12236—1989 通用阀门钢制旋启式止回阀
GB/T 12237—1989 通用阀门 法兰和对焊连接钢制球阀
GB/T 12238－1989 通用阀门 法兰和对夹连接蝶阀
GB/T 12239－1989 通用阀门 隔膜阀
GB/T 12240－1989 通用阀门 铁制旋塞阀
GB/T 12241－2005 安全阀一般要求 (ISO 4126－1：1991，MOD)
GB/T 12243－2005 弹簧直接载荷式安全阀
GB/T 12246－2006 先导式减压阀
GB/T 12459－2005 钢制对焊无缝管件
GB/T 12716－2002 60°圆锥管螺纹
GB/T 12777－1999 金属波纹管膨胀节通用技术条件
GB/T 13295－2003 水及燃气管道用球墨铸铁管、管件和附件 (ISO 2531：1998，MOD)
GB/T 13401－2005 钢板制对焊管件
GB/T 13402－1992 大直径碳钢管法兰
GB/T 13403－1992 大直径碳钢管法兰用垫片
GB/T 13927－1992 通用阀门 压力试验(neq ISO 5208：1982)
GB/T 13932－1992 通用阀门铁制旋启式止回阀
GB/T 14383－1993 锻钢制承插焊管件
GB/T 14626－1993 锻钢制螺纹管件
GB/T 15185－1994 铁制和铜制球阀
GB/T 17116.1－1997 管道支吊架第 1部分：技术规范
GB/T 17116.2－1997 管道支吊架第 2部分：管道连接部件
GB/T 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
GB/T 17185－1997 钢制法兰管件
GB/T 17241－1998 铸铁管法兰(neq ISO 7005：1988)
GB/T 17395－1998 无缝钢管尺寸、外形、重量及允许偏差 (neq ISO 1127：1992)
GB/T 18615－2002 波纹金属软管用非合金钢和不锈钢接头 (neq ISO 10806：1994)
GB/T 19326－2003 钢制承插焊、螺纹和对焊支管座
GB/T 20801.1－2006 压力管道规范 工业管道 第1部分：总则
4
GB/T 20801.2－2006 压力管道规范 工业管道 第2部分：材料
GB/T 20801.4－2006 压力管道规范 工业管道 第4部分：制作与安装
GB/T 20801.5－2006 压力管道规范 工业管道 第5部分：检验与试验
HG/T 3651－1999 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
JB/T 2768～2778－1992 PNl6.0～32.0 MPa 螺纹法兰，管件，紧固件，透镜垫
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
JB/T 6439－1992 阀门受压铸钢件磁粉探伤检验
JB/T 6440－1992 阀门受压铸钢件射线照相检验
JB/T 6899－1993 阀门的耐火试验
JB/T 6902－1993 阀门铸钢件液体渗透检查方法
JB/T 7747－1995 针形截止阀
JB/T 7927－1999 阀门铸钢件外观质量要求
5
JB/T 8527－1997 金属密封蝶阀
JB/T 8937－1999 对夹式止回阀
JB/T 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，GB/T 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 cyclic conditions
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。[按式(37)计算]超过许用应力范围 SA[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 connection 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。
3.6
额定值 rating value
标准规定的管道组成件压力值。
3.7
管表号 schedule number
管子壁厚系列的数值代号。
3.8
位移应变 displacement 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。
3.9
6
位移应力 displacement stress
管道组成件中由位移应变引起的应力。
3.10
冷紧 cold spring
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GB/T 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 MPa。
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℃ 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℃ 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％；
7
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，采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；
8
b) 当环境温度小于 0℃ 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 35℃ 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－温度额定值方法
a) 除 GB/T 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－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 GB/T 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；
9
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采用对比经验分析、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 1 000 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 GB/T 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 GB/T 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
Φ
w和铸件质量系数
Φ
C。
4.2.4.2 GB/T 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。
10
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
Φ
w
管子和对焊管件的纵向焊接接头系数
Φ
w应按表 3规定的准则确定。
表 1 金属材料许用应力准则
表 2 螺栓材料许用应力准则
摘要：

1中华人民共和国国家标准GB/T20801.3－2006压力管道规范工业管道第3部分：设计和计算PressurepipingcodemIndustrialpiping－－Part3：Designandcalculation2006－12－30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前言本标准对应于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。GB/T20801《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...

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