本文節選自 《壓力管道設計及工程實例(二版) 第4章》

    一、  公稱壓力（Nominal Pressure （PN））

    管道組成件的公稱壓力是指與其機械強度有關的設計給定壓力，它一般表示管道組成件在規定溫度下的最大許用壓力。目前，國內外管道組成件的公稱壓力已經標準化，各國管道元件公稱壓力雖然不同，但基本上可分為兩個系列，即美洲系列和歐洲系列。

　　二、  以ASME B16.5為代表的美洲系列

　　美國ASME B16.5《管法蘭和法蘭管件》是一套在世界上通用的、系統性較強、內容涉及墊片、螺栓及管子的完整的管法蘭標準。其公稱壓力見表4.1.2，公稱直徑為NPS 1/2～24，其適用的鋼管外徑尺寸應符合ASME B36.10M。該標準從1927年經美國標準協會（ASA）批準為美國試行標準B16e以來，已經先后進行了十多次的修訂。1981年增加了公制尺寸，稱為ANSI B16.5，但在1988年版中取消了公制尺寸，稱為ASME/ANSI B16.5，1996年開始稱為ASME B16.5，一直沿用到現在的最新版本。

表4.1.1  ASME B16.5的發展歷程

表4.1.2  ASME B16.5公稱壓力分級

　　這種壓力等級系列在美國、日本等國家得到廣泛應用。

　　三、  以DIN2401為代表的歐洲系列

　　德國標準《壓力和溫度說明、概念、公稱壓力等級》（DIN2401）規定的公稱壓力等級如下表所示：

　　1應優先選用表中不帶括弧的壓力等級；

　　2以前也用過64這個數，63與64可以互換。

　　在DIN2401壓力等級系列標準中，規定公稱壓力為200℃時的最大許用工作壓力，單位為Bar。

　　此壓力等級系列標準在原蘇聯及東歐影響較大，我國JB、HG法蘭標準的公稱壓力等級也與此壓力等級標準相同。

　　四、  ISO公稱壓力等級標準

　　上述美洲系列和歐洲系列兩個壓力等級標準在世界不同區域均有很大的影響，目前還無法統一成一個標準。國際化標準組織考慮到這現狀于年制定了相應的標準，此標準實際上是一個折中的標準。它將上述兩個標準的主要壓力等級分別列在兩個系列中。

　　國際標準化組織的法蘭標準（ISO7005-1）同時包括了“美洲系列”和“歐洲系列”兩個系列，以期與這兩個標準體系都能配伍，它代表了當前世界法蘭標準的應用趨勢。如表4.1.3所示。

　　表4.1.3  ISO7005-1法蘭壓力等級系列

　　注：系列1為基本等級，系列2的應用應加上限制，并應盡可能取消，PN40限制使用。

　　上述兩個系列中的PN2.5、PN6、PN10、PN16、PN25、PN40共六個等級屬“歐洲系列”。而PN20(相當于Class150)、PN50(相當于Class300)、PN110(相當于Class600)、PN150、PN260(相當于Class1500)、PN420共六個等級屬于“美洲系列”，二者在結構尺寸和密封面尺寸上是不能互換的。

　　五、  日本的壓力等級標準

　　日本的JIS B2201標準自成體系，既不屬于“美式”，也不屬于“歐式”。該標準包括的公稱壓力等級共八個，對應的溫度－壓力等級見表4.1.4。

表4.1.4  JIS法蘭標準在120℃時的溫度－壓力等級近似值

　　JIS應用標準體系與ASME和DIN等都不能配套使用。為了彌補這個缺陷，日本石油學會編制了一套JPI標準，它基本上等效采用了ASME/API應用標準體系，故它能與ASME互換。

　　六、  英國、法國的壓力等級標準

　　英國采用的壓力等級標準為兩類，相應的法蘭標準也分為兩類，其一是以BS1560為代表的法蘭標準，它基本上等同采用了ASME標準，其結構型式和密封面型式同ASME B16.5；其二是以BS4504為代表的法蘭標準，它基本上等同采用了DIN標準，其結構型式和密封面型式同DIN2500

　　相應的管子尺寸標準有兩類，其一是以BS1600為代表的管子、管件標準，它基本上等同采用了ASME標準，其直徑范圍和壁厚分級同ASME B36.10/B36.19；其二是以BS3600為代表的管子、管件標準，它基本上等同采用了ISO標準，其直徑范圍和壁厚分級同ISO4200。

　　法國和英國采用的壓力等級標準類似。

　　七、  中國的各種壓力等級標準

　　目前，國內的壓力管道及其元件的應用標準很多，又均不完整。常用的標準就有國家標準（GB）、機械行業標準（JB）、石化行業標準（SH）和化工行業標準（HG）等。這些標準各有各自的溫度－壓力表、密封面尺寸和接管尺寸，相互之間互換性差，有些甚至不能配套使用。

　　1、  GB/T1048《管道元件 PN（公稱壓力）的定義和選用》

　　我國的管道元件壓力標準是在考慮我國工業發展的歷史狀況和當前國際標準的發展趨勢的前提下編制而成。對PN(公稱壓力)的定義按ISO/CD 7268和BS EN 1333《管道元件 PN的定義和選用》進行了修改。

　　PN:與管道系統元件的力學性能和尺寸特性相關、用于參考的字母和數字組合的標識。它由字母PN和后跟無因次的數字組成。

　　注1:字母PN后跟的數字不代表測量值，不應用于計算目的，除非在有關標準中另有規定。

　　注2:除與相關的管道元件標準有關聯外，術語PN不具有意義。

　　注3:管道元件允許壓力取決于元件的PN數值、材料和設計以及允許工作溫度等，允許壓力在相應標準的壓力溫度等級表中給出。

　　注4:具有同樣PN和DN數值的所有管道元件同與其相配的法蘭應具有相同的配合尺寸。

　　GB/T1048-2005《管道元件公稱壓力》規定的公稱壓力系列如下表：

　　GB1048/T管道元件公稱壓力

　　注：ANSI標準已經不使用，變為ASME標準

　　2、  石化行業的壓力等級標準

　　法蘭標準（SH3406）石化行業應用標準體系的法蘭標準（SH3406）等效采用了ASME B16.5和API605標準，屬于“美式法蘭”。SH3406在結構尺寸和密封面型式上與ASME B16.5/API605有著很好的互換性，因此它能與ASME、API、MSS等標準的管道元件配套使用。但因為SH3406采用了我國材料標準而不是美國材料標準（ASTM），故二者的溫度－壓力表有少許偏差，故在考慮二者互換時，應注意并核對它們的溫度－壓力對應允許值。

　　SH3406標準的公稱壓力等級共包括PN1.0、PN2.0（Class 150）、PN5.0（Class 300）、PN6.8（Class 400）、PN10.0（Class 600），PN15.0（Class 900）、PN25.0（Class 1500）、PN42.0（Class 2500）八個等級。

　　3、  化工行業的壓力等級標準

　　法蘭標準（HG20592～HG20605和HG20615～HG20626）

　　化工行業應用標準體系的管法蘭標準參照了ISO7005－1標準的編寫模式，即同時包含了“歐式法蘭”和“美式法蘭”兩個體系。

　　其歐式法蘭標準（HG20592～HG20605）的公稱壓力等級共包括PN0.25、PN0.6、PN1.0、PN1.6、PN2.5、PN4.0、PN6.3、PN10.0、PN16.0、PN25.0等10個壓力等級，公稱直徑范圍為（DN10～DN2000）mm，法蘭型式有板式平焊、帶頸平焊、帶頸對焊、整體式、承插焊、螺紋、對焊環松套、平焊環松套、法蘭蓋、襯里法蘭等10種，密封面型式有突面、凹凸面、榫槽面、環連接面、全平面等5種。它可以與我國的JB閥門配套使用。

　　其美式法蘭標準（HG20615～HG20626）基本上等效采用了ASME標準。其中，對于DN≤600mm的法蘭則等效采用了ASME B16.5標準，而對DN≥650mm的法蘭則等效采用API605標準。法蘭的公稱壓力等級共包括PN2.0、PN5.0、PN11.0、PN15.0、PN26.0和PN42.0等6個壓力等級，公稱直徑范圍為（DN15～DN1500）mm，法蘭型式有帶頸平焊、帶頸對焊、整體法蘭、承插焊、螺紋、松套等5種，密封面型式有突面、凹凸面、榫槽面、環連接面、全平面等5種型式。

　　化工行業壓力管道應用標準體系也是一個相對比較完整的標準體系，而且經歷了若干年的生產實踐檢驗，具有成熟的使用經驗。其使用面比較廣，它既可以與國外的ASME、DIN、ISO等標準配合使用，又可以與國內的GB、SH、JB等標準配合使用。

　　4、  機械行業的壓力等級標準

　　機械行業應用標準體系（JB）中的法蘭標準JB/T74～JB/T90屬于歐洲標準體系，其公稱壓力等級共包括PN0.25、PN0.6、PN1.0、PN1.6、PN2.5、PN4.0、PN6.3、PN10.0、PN16.0、PN20.0等10個壓力等級。

　　5、  中國的壓力等級標準

　　中國應用標準體系的法蘭標準GB9112～GB9123等效采用了ISO7005-1標準，因此它同時包括了“歐式法蘭”和“美式法蘭”兩個體系。公稱壓力有兩個系列：其一是以PN0.25、PN0.6、PN1.0、PN1.6、PN2.5、PN4.0共6個等級組成的I系列，屬于“歐式法蘭”；其二是以PN2.0、PN5.0、PN10.0、PN15.0、PN25.0、PN42.0共6個等級組成的II系列，屬于“美式法蘭”。

　　公稱壓力標記示例：

　　PN  XX

           公稱壓力（MPa）

            公稱壓力代號

　　八、  影響公稱壓力等級確定的因素

　　1.   采用的標準體系

　　相同的設計條件，而選用不同的應用標準，其公稱壓力等級是不同的。因此，在確定管道公稱壓力等級之前，應首先確定其應用標準體系

　　有時在同一裝置甚至同一管道中，可能會同時采用兩種或多種應用標準體系的標準。當同一管道中采用了兩種或多種公稱壓力相同但應用標準不同的管道元件時，應注意它們的溫度－壓力值的差別，并應根據設計條件逐個核對其溫度－壓力值，并使各標準的溫度－壓力值均能得到滿足。工程實踐中，發現這類問題時常出現在SH法蘭與API閥門、GB法蘭與JB法蘭的配套使用中。

　　2.   壓力管道材料

　　壓力管道材料的選用是由設計溫度、設計壓力和操作介質確定的。但管道中各元件的材料標準往往是不同的，一般情況下，管子用管材，法蘭用鍛材，而閥門多用鑄材。無論采用什么材料標準，它們都應該是同等級的材料，即具有對操作條件的同等適應性和等強度。

　　很多標準中如ASME B16.5、ASME B16.34都給出了管材、鍛材、板材、棒材、鑄材的配伍表，但SH3406和GB法蘭沒有相應的配伍表，因此使用時應注意法蘭和閥門的材質配伍以及它們的溫度－壓力值的一致性。同時要注意，在一些標準中，如ASME B16.34標準，都給出了一些材料的應用限制，設計選用時應注意這些限制。

　　3.   操作介質

　　對于輸送易造成嚴重危害或易于產生重大事故的介質的管道，在考慮其公稱壓力等級時，不應僅僅按溫度－壓力表來確定，應適當提高其公稱壓力等級，即提高其安全可靠系數。《工業金屬管道設計規范》GB50316對不同操作介質的管道公稱壓力作出了也一些規定。

　　對于有毒、可燃介質管道的法蘭連接最低公稱壓力，SH3059標準規定：SHA級管道的公稱壓力，不宜低于5.OMPa；SHB、SHC級管道的公稱壓力，不宜低于2.OMPa。當采用JB標準體系時，對輸送劇毒介質的管道，應不低于PN4.0MPa；對輸送氫氣、氨氣、液態烴等介質的管道，應不低于PN2.5MPa；

　　對輸送一般可燃介質的管道， 當采用SH標準體系時，其公稱壓力等級最低應不低于PN2.0MPa，當采用JB標準體系時，應不低于PN1.6MPa。

　　4.   介質溫度及管系附加力

　　很多法蘭標準的溫度－壓力表的對應值是指法蘭不受沖擊荷載的對應值。管道給予法蘭的彎曲載荷主要是由管系的熱脹冷縮引起的。一般情況下，對于PN2.0等級的法蘭，當其工作溫度大于200℃時，或PN5.0及以上等級的法蘭在工作溫度大于400℃時，均應考慮或核算管系對法蘭產生的附加載荷的影響，或者提高管系的公稱壓力等級。