GC1 级燃气管道设计要点分析

晋娜娜

（山西省燃气规划设计研究院有限责任公司，山西 太原 030024）

引言

GC1 级燃气管道管线介质为火灾危险性为甲、乙类可燃气体，可燃性高并且设计压力（大于或等于4.0 MPa）比较高，出于对生产安全以及人民生命财产安全的考虑，这类管线从管子材料标准的选用、各类管道组件的使用条件在国家标准、行业标准及法律性规范中均有严格规定。另外，GC1 级压力管道受《特种设备安全监察条例》、《压力管道安全技术监察规程》TSG D0001 的监察和监管，2020 年颁布的《压力管道规范工业管道》GB/T 20801—2020 在此基础上对GC1 级压力管道的材料选用进行了更详细的说明，此类压力管道的材料的选用均需严格按照标准及法规的要求进行设计，本文将从以下几个方面，针对GC1 燃气管道的设计时需要注意的要点进行逐一分析。

1 压力管道等级

GC1 级压力管道的最新定义在《压力管道规范工业管道第1 部分：总则》中有详细的说明，鉴于其特殊性，在设计时应将介质性质、设计条件、选材等相同的GC1 级类介质管线单独设置等级，这样做的目的是避免将价格高的管道材料用于普通的介质管线上，造成不必要的浪费。

2 管子和对焊管件

碳钢、管线钢和奥氏体不锈钢钢管及其对焊管件的使用限制应符合表1 的规定。

表1 碳钢、管线钢和奥氏体不锈钢钢管及对焊管件

在TSG D0001—2009 第二十八条中列出了碳钢、奥氏体不锈钢以及由其制造的对接焊管件在GC1 级管道中的使用限制。目前GB/T 9711 系列标准已升级为GB/T 9711—2017，新版中钢管等级PSL1 对应的是原GB/T 9711.1 中的管材，PSL2 对应的是原GB/T 9711.2 中的管材，在2020 年颁布的《压力管道规范 工业管道第2 部分：材料》GB/T20801.2—2020 的6.4 中1 对TSG D0001—2009 中的《钢管及其对接焊管件的使用限制》进行了更新和补充。

表1 中规定GB/T 8163、GB/T 3087、GB/T 9711（PSL1）中的无缝钢管不得用于GC1 级管道，GB/T 3091 的电熔焊焊管和电阻焊焊管、SY/T 5037 的电熔焊焊管、GB/T 9711（PSL1）中牌号为L210 和L245的电阻焊焊管、GB/T 9711（PSL2）中牌号为L290 和L450 的电阻焊焊管不得用于GC1 级管道。规范之所以对这些标准的管材使用有限制，只要因为这些标准中的管材在生产制造、检验、试验方面的要求较低，用于GC1 级燃气管道会存在一定的风险。

对于不锈钢钢管的选用，表1 中规定HG/T 20537.3 及HG/T 20537.4 中的电熔焊焊管不得用于GC1 级管道，主要因为该标准出版年份比较久远，其制造、焊接、检测要求相对于技术日新月异的今天有些落后，故在设计时不建议选用。同时，GB/T 12771中的电熔焊钢管也不得用于GC1 级管道。

设计选材时要严格执行表1 中的各项要求，综合考虑管材的经济性和安全性，做最优选用。

对于GC1 级燃气管道，可选用的管材有GB/T 9711（PSL2 无缝钢管）、GB 6479 及GB/T 5310，其中GB 6479 对优质碳素钢的低温冲击试验进行了规定，如果最低使用温度在-40℃以上，建议选用GB 6479 中的Q345E，GB/T 5310 是专门为锅炉用钢管而设置的标准，因此多用于蒸汽及其凝液管线上[1]。

3 管件

GB/T 20801.2—2020的6.4条表2中规定GB/T13401 中CF370、CF415、CF485 的无缝及焊接对焊管件不得用于GC1 级管道。奥氏体不锈钢标准HG/T 20537.3、HG/T 20537.4 及GB/T 12771 中的对焊管件不得用于GC1 级管道。

GC1 级燃气管道管件选取的依据是GB/T 12459,选取时首先计算与管件连接的直管段的壁厚，查取与计算值相匹配的Sch（壁厚系列号）值，然后选取相同材质、相同Sch 值的管件。

对于分支连接时支管连接管件的选用，GB/T 20801.3 中规定，GC1 级管道用支管连接管件应采用整体补强的支管连接管件（半管接头或支管台）或三通；GB50316 中规定中定义的A1 类流体与A2 类流体同样要求优先选用标准三通，其次是支管台或嵌入式支管[2]；GB50316 中5.4.4.5 规定:有振动的管道可采用三通或支管台或嵌入式支管。不应采用焊接支管。SH/T 3059 规定对于GC1 级压力管道不宜采用补强板进行补偿。综合以上规范要求，GC1 级燃气管道的分支连接，有标准连接管件的应采用标准支管连接件。

对于斜接弯头的选用，GB/T 20801.3 中规定：设计压力P≤2.0 MPa,且设计温度低于材料的蠕变温度，斜接弯头的变方向角大于22.5°者，不得用于GC1 级压力管道，且需按照该标准中的6.3 进行压力设计。

4 法兰

GC1 级燃气管道中法兰选用的重点在法兰型式及密封面上，在HG/T 20592～20635《钢制管法兰、垫片和紧固件》中对不同类型的法兰及密封面的使用均有说明。

GB/T 20801.3 中规定，胀接法兰和螺纹法兰不得用于GC1 级管道；SH/T 3059 中规定：有毒、可燃介质管道不得采用板式平焊法兰；SH/T 3059 中规定：在剧烈循环工况下，应选用对焊式法兰。

在GC1 级燃气管道工程中一般常用的法兰及密封面形式是突面带颈对焊钢制法兰。

5 垫片、螺栓、螺母

管法兰垫片按照垫片材质可以分为非金属垫片、半金属垫片及金属垫片，GC1 级燃气管道工程中垫片的选用需根据燃气性质、使用场合的温度、设计压力以及其配套的法兰密封面形式等因素进行综合选用。在规范HG/T 20592～20635 中对各种类型的垫片的使用温度及与各类法兰的配套使用情况都有详细说明，对于法兰密封面为突面垫片的类型有带对中环型及带内环和对中环型，对于GC1 级燃气管道工程垫片一般选用缠绕式垫片，对中环材料为碳钢，金属带材料为06Cr19Ni10，填料为柔性石墨带，内环材料是06Cr19Ni10。

对于紧固件螺栓和螺母来说，欧标系列中有六角头螺柱、等长双头螺柱和全螺纹螺柱，美标系列中有六角头螺柱和全螺纹螺柱，选用标准不同，对应的紧固件形式也不相同。根据HG/T 20634 以及GC1级燃气管道介质性质，紧固件只能选用专用级全螺纹螺柱和专用螺母。

6 结语

GC1 级燃气管道压力高、危险性大，关乎民生。本文结合2009 年颁布实施的《压力管道安全技术监察规程》TSG D0001—2009 以及2020 年颁布实施的《压力管道规范工业管道》GB/T 20801—2020，根据自己的工作经验对GC1 级燃气管道工程中管材、管件、法兰垫片及其紧固件的选用进行逐项解析，在设计时要注意规范标准的更新情况，严格按照规范要求进行设计，最大限度降低设计失误，减少事故发生，确保公共财产及人民安全不受到伤害和损失。