1. 非金屬管道的設計應滿足設計條件下的力學、耐腐蝕、蠕變和熱膨脹等性能要求。非金屬管道(非金屬管道包括纖維增強塑料、纖維增強塑料襯里、聚乙烯及其他非金屬材料管道)的材料及性能應符合相應材料的相關國家標準、行業標準。
非金屬管道的原材料不得使用或者添加再生料(回收料)[再生料(回收料)是指已使用過的塑料制品經清潔、破碎、研磨或者造粒后制得的材料]。
2. 設計條件要素:
①. 設計溫度下的抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度、抗剪強度和彈性模量;
②. 設計條件下的蠕變速率;
③. 許用應力;
④. 延展性和塑性;
⑤. 沖擊和熱沖擊性能;
⑥. 溫度限制;
⑦. 熔化和氣化轉變溫度;
⑧. 氣孔和滲透性;
⑨. 試驗方法;
⑩. 連接方法及其有效性。
3. 設計條件的耦合。
①. 非金屬管道設計應根據介質的設計壓力、設計溫度和流體特性等工藝條件,并結合環境和各種荷載等條件進行;
②. 非金屬管道系統的每個組成件的設計壓力,不應小于運行中遇到的內壓和外壓與溫度偶合時最苛刻條件下的壓力。最苛刻條件應為強度計算中管道組成件需要最大厚度及最高公稱壓力時的參數;
③. 非金屬管道的設計溫度應為管道在運行時,壓力和溫度相偶合的最苛刻條件下的溫度。在確定設計溫度時,應考慮介質溫度、環境溫度、陽光輻射或其他熱源造成的苛刻溫度;
④. 酸、堿、油介質的影響。
4. 配管設計非金屬管選用應特別注意的可能性。
①. 發生火災時的破壞。筆者調研某事故現場,發現金屬管道未遭到火災破壞,一些非金屬管道因火災遭破壞較嚴重;
②. 毒性影響;
③. 非金屬管熱膨脹系數一般比金屬管大,需注意非金屬管道的撓性問題。非金屬材料的線性膨脹系數較大,導熱性差,剛性差。選用非金屬材料必須考慮其加工工藝性能和連接性能。對于襯里的材料,需考慮襯里材料和基體材料的黏結力和親和力,當用于負壓工況時尤其應注意。
5. 溫度稍微上升時材料拉伸強度的減弱。一些非金屬材料的強度受流體溫度、太陽直曬溫升的影響較大。露天敷設的管道應含有穩定劑。對長期暴露在陽光下的非金屬管道應當采取相應的隔離防護措施。
6. 設計選用時應根據所輸送介質的腐蝕、磨蝕情況以及電絕緣、阻力降等要求選用適當的材料和型式的管材。各種非金屬管的耐腐蝕性能、物理性能以及規格尺寸、偏差等可從相關的設計資料、設計手冊查找。由于非金屬管的標準化程度不如鋼管高,使用時要注意各制造廠在制造工藝、規格尺寸、各種性能等方面的差異。
7. 裝置生產過程中各種操作工況和使用操作條件,如壓力、溫度和被輸送流體的物化性質(組成、腐蝕性、物態、間歇或連續操作)。
8. 各種工程材料的特性,正確地選擇所使用的材料,分析在裝置生產過程中可能出現的各種材料問題(如材料韌性降低的影響,同時要考慮所選用材料的加工工藝性和經濟性)。
9. 對于新型材料和特殊材料的選用要嚴格建立在試驗與生產的基礎上,經過充分論證后方可選擇使用。
10. 當介質腐蝕性強,不適宜選用一般碳鋼及合金鋼,須選用貴重合金時,為了考慮經濟實用性,可用非金屬材料(例如PVC、PP、PTFE等)。需注意以下幾點:
①. 允許使用的溫度及壓力范圍,襯里管道的真空度大小。
②. 塑料管道及附件受光和氧作用引起的老化現象,塑料管道在特定溫度下對介質的腐蝕性能。
③. 壓力和溫度突變的場合。
④. 塑料在某些介質作用下失去彈性而發生的脆性現象。
11. 熱塑性塑料一般不用于地面上輸送可燃性流體。對可燃、易燃的非金屬材料,必須采取防火措施。
12. 脆性材料(硼硅玻璃、陶瓷)不得用于輸送有毒、可燃易爆及危險性介質。
13. 非金屬管道不得用于輸送可燃、毒性危害程度為極度或高度危害的介質。
14. 各種不同的非金屬材料對各種流體有著不同的耐腐蝕性能。可根據有關非金屬材料手冊、試驗數據和產品樣本加以選擇。
15. 熱固性樹脂材料用于輸送有毒或可燃性流體時,應采取安全防護措施。
16. 塑料類管子的壁厚必須考慮塑料的蠕變,防止管子在預期壽命內不會因蠕變而發生破裂,根據不同塑料選用其安全系數。各種高分子材料的性能差別較大,且在選用時應對各類材料性能加以綜合分析、對比評估,選出合適材料并進行試驗,進一步驗證材料性能的可靠性。同時還需要了解所選材料加工工藝性能和制造、安裝、維修等性能。
17. 非金屬管道不得用于有劇烈振動和劇烈循環的場合。
18. 非金屬管道不宜在火災爆炸危險區內的地上敷設。
19. 硬聚乙烯管道(PVC-U)不得用于輸送氣體介質。
20. 需減少熱損失和防止管內液體凝結、結晶或凍結的非金屬管道應進行保溫,管道保溫應采用不可燃的輕質材料。埋地的非金屬管道不得采用法蘭連接,管道上的閥門應設在閥門井內。
21. 非金屬壓力管道元件[非金屬壓力管道元件包括聚乙烯(帶金屬骨架的聚乙烯、纖維增強聚乙烯)及其他非金屬材料管、管件和閥門;纖維增強塑料及纖維增強塑料襯里管和管件制造單位應當有可靠的技術資料和試驗方法,以確保原材料及非金屬壓力管道元件的適用性。
非金屬壓力管道元件的制造單位應當對其制造工藝進行工藝評定或工藝驗證。
22. 按照相應的標準、工程規定(設計要求)等對非金屬管道的支撐、防護、熱變形補償和接頭連接型式進行設計。
23. 非金屬管道不允許使用在超過設計壓力、設計溫度的環境下;非金屬管道的最高使用溫度不高于其材料的熱變形溫度減20℃;非金屬管道的最高設計壓力與其使用溫度相關,應按相關標準規定或者應用實例的工況考慮其溫度折減系數;除纖維增強塑料及纖維增強塑料襯里壓力管道元件可以用于GC1(3)級管道外,其他非金屬壓力管道元件不得用于GC1級管道。
24. 應當根據非金屬管道和介質重量以及非金屬管道的長度設計支吊架。管道支架、導向架和固定架的選擇和采用,除應當核算局部載荷或者應力的負面影響外,還應避免點荷載和非金屬管道與支架間的點支撐。
25. 當非金屬管道有阻燃性能要求時,應采用阻燃樹脂、添加阻燃劑或其他措施。
26. 非金屬管道有防靜電性能要求時應當采取有效的防靜電措施。
27. 架空敷設的非金屬管道與高于其使用溫度的設備、非金屬管道(無隔熱)的凈距不應小于0.5m,否則應采取隔熱防護措施。
28. 非金屬管道法蘭與異種材料法蘭相接時應采用相應的墊片或墊環。
29. 對非金屬管道系統可能出現的水錘、負壓進行專項核算。