管道器材是管道（配管）設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，它直接影響管道系統(tǒng)乃至整個(gè)工程裝置的質(zhì)量、安全和經(jīng)濟(jì)性。管道器材在石油、化工、輕工、食品、制藥、冶金、電力等工程裝置中成本占比較大，管道器材的費(fèi)用約占整個(gè)EPC總承包工程總投資的20％（其中，管件費(fèi)用約占7.5％，閥門(mén)費(fèi)用約占53％，法蘭費(fèi)用約占12％，螺栓、螺母及墊片費(fèi)用約占3％，管道其他費(fèi)用約占2.5％）；管道專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)工作量約占整個(gè)工程總設(shè)計(jì)工作量的30％～40％；管道施工安裝工作量約占整個(gè)工程總工作量的50％。以上比例如圖1.1.1所示。
全球管道安全生產(chǎn)形勢(shì)嚴(yán)峻，火災(zāi)爆炸的頻率和造成的經(jīng)濟(jì)損失，一直呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)：石油化工裝置統(tǒng)計(jì)事故中35％是由于管道系統(tǒng)引發(fā)的，這足以引起人們對(duì)管道安全屏障作用的關(guān)注。管道器材防護(hù)失效造成泄漏的原因，不外乎機(jī)械破壞、腐蝕和密封失效，這正是管道設(shè)計(jì)安全的要害。了解并處理好這些問(wèn)題是管道設(shè)計(jì)者的責(zé)任?！吨腥A人民共和國(guó)特種設(shè)備安全法》規(guī)定特種設(shè)備是指對(duì)人身及財(cái)產(chǎn)安全有較大危險(xiǎn)性的鍋爐、壓力容器（含氣瓶）、壓力管道、電梯、起重機(jī)械、客運(yùn)索道、大型游樂(lè)設(shè)施、場(chǎng)（廠）內(nèi)專(zhuān)用機(jī)動(dòng)車(chē)輛以及法律、行政法規(guī)規(guī)定適用本法的其他特種設(shè)備。壓力管道作為特種設(shè)備納入監(jiān)管范圍。
管道器材（piping material）選用是根據(jù)工程設(shè)計(jì)的總體條件、工藝條件及采購(gòu)特點(diǎn)等因素，對(duì)管子、管道施工所占比例管件、閥門(mén)、法蘭、墊片、緊固元件、特殊管道器材、隔熱材料、涂漆材料等的選用，包括管道材料的標(biāo)準(zhǔn)、材質(zhì)、規(guī)格、結(jié)構(gòu)形式、連接形式等內(nèi)容的選定。國(guó)內(nèi)外有的設(shè)計(jì)單位還包括計(jì)算管道口徑，計(jì)算管道壁厚及強(qiáng)度，匯總管道材料數(shù)量，向采購(gòu)提出請(qǐng)購(gòu)單，編制管道材料的采購(gòu)技術(shù)要求文件（material requirement），對(duì)管道材料提供商文件的評(píng)閱（technical bid evaluation）、施工現(xiàn)場(chǎng)管道器材的檢驗(yàn)和試驗(yàn)等內(nèi)容。管道器材選用的工作貫穿前端設(shè)計(jì)（FEED）、工程詢(xún)價(jià)（inquiry）、設(shè)計(jì)（design）、采購(gòu)（procure）、施工（construct）等階段，具有以下特點(diǎn)。
1. 標(biāo)準(zhǔn)化
目前大多數(shù)管道及其元件都進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，并有相應(yīng)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)作支持。配管設(shè)計(jì)管道材料選用時(shí)，首先要考慮的就是管道標(biāo)準(zhǔn)體系的選用。這些標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包括管子系列標(biāo)準(zhǔn)、管件系列標(biāo)準(zhǔn)、法蘭及其連接件系列標(biāo)準(zhǔn)、閥門(mén)系列標(biāo)準(zhǔn)等。其中管子標(biāo)準(zhǔn)和法蘭標(biāo)準(zhǔn)最具有代表性。
世界各國(guó)應(yīng)用的管道標(biāo)準(zhǔn)體系有很多，不同國(guó)家有不同的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)體系，而在我國(guó)，不同行業(yè)又各采用不同的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)體系。這些標(biāo)準(zhǔn)之間千差萬(wàn)別，甚至有些標(biāo)準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)體系相差甚遠(yuǎn)，相互之間無(wú)法配套使用和互換，從而給使用者帶來(lái)了不少麻煩。配管設(shè)計(jì)管道材料選用的第一步就是選擇標(biāo)準(zhǔn)體系，并作為裝置內(nèi)各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)的統(tǒng)一規(guī)定，以避免各相關(guān)專(zhuān)業(yè)因采用不能互換的其他標(biāo)準(zhǔn)體系而導(dǎo)致無(wú)法開(kāi)展設(shè)計(jì)銜接。
有的國(guó)家將石化裝置配管設(shè)計(jì)管道器材規(guī)定了統(tǒng)一的材料等級(jí)，無(wú)論是什么裝置，管道器材均從這個(gè)統(tǒng)一的材料等級(jí)規(guī)定內(nèi)進(jìn)行選用并拷貝使用。
在我國(guó)，有GB1燃?xì)夤艿?、GB2熱力管道、GCD動(dòng)力管道、GA長(zhǎng)輸管道，如果流體介質(zhì)種類(lèi)較單一，管道器材選用的種類(lèi)相對(duì)較少，可不單獨(dú)列材料等級(jí)規(guī)定文件。
2. 國(guó)際化
現(xiàn)在的工程項(xiàng)目越來(lái)越國(guó)際化，有的是建設(shè)在國(guó)外，有的是國(guó)外投資建設(shè)在國(guó)內(nèi)，有的是在國(guó)外采購(gòu)，有的需要同時(shí)在幾個(gè)國(guó)家采購(gòu)管道器材，這就要求在管道器材設(shè)計(jì)時(shí)按照工程項(xiàng)目的具體要求，選用國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)的管道器材。管道器材選用設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范也逐漸在統(tǒng)一向通用的國(guó)際化標(biāo)準(zhǔn)看齊。筆者前些年負(fù)責(zé)的某配管設(shè)計(jì)，按照業(yè)主的要求，不同種類(lèi)的管道材料需要分別在6個(gè)國(guó)家進(jìn)行采購(gòu)。
3. 經(jīng)濟(jì)性
經(jīng)濟(jì)性是指管道的一次投資費(fèi)用和操作維護(hù)費(fèi)用的綜合指數(shù)低。一般情況下，如果一次投資較高的話(huà)，其可靠性好，操作、維護(hù)費(fèi)用低；相反亦然。另外，在我國(guó)，美標(biāo)體系管道材料價(jià)格，與我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)體系管道材料價(jià)格也有差別，應(yīng)根據(jù)工程項(xiàng)目實(shí)際情況確定。對(duì)于特別重大和復(fù)雜的決策，可借助計(jì)算機(jī)分析選取技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的最優(yōu)化組合。在設(shè)計(jì)時(shí)，盡力做到管系中各元件具有相同的強(qiáng)度和壽命。
4. 多學(xué)科性
管道器材設(shè)計(jì)是配管設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)技能之一，管道器材設(shè)計(jì)既要求從事這項(xiàng)設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員具有材料、力學(xué)、機(jī)械、技術(shù)經(jīng)濟(jì)等多學(xué)科知識(shí)，還要求能夠運(yùn)用好計(jì)算機(jī)和外語(yǔ)兩個(gè)最重要的工具，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際的采購(gòu)情況，根據(jù)工藝專(zhuān)業(yè)的工藝管道數(shù)據(jù)表要求，根據(jù)管道布置、設(shè)備布置和管道應(yīng)力分析的特殊要求，根據(jù)甲方提出的要求，并遵循相關(guān)法規(guī)和規(guī)定，用計(jì)算機(jī)文本、表格或者數(shù)據(jù)庫(kù)表示出來(lái)，成為一個(gè)系統(tǒng)的、集體的、創(chuàng)造性的智力勞動(dòng)。
氧氣、硫酸等介質(zhì)配管設(shè)計(jì)管道器材的選用，需要考慮流體的流速，還需要考慮配管設(shè)計(jì)的布置情況進(jìn)行選材。有時(shí)候氧氣管道主管與分支旁路管的管道材質(zhì)不應(yīng)相同，因分支旁路管道內(nèi)氧氣流速快，例如，p=2.0MPa 的氧氣管道，氧氣最高流速15m/s時(shí)可選用碳鋼管道材料，當(dāng)氧氣最高流速達(dá)到25m/s時(shí)需選用不銹鋼管道材料。
某工程濃硫酸管道用普通碳鋼管道材料，運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)腐蝕破壞，多處開(kāi)始泄漏，后來(lái)?yè)Q成了316L不銹鋼材質(zhì)管道。經(jīng)分析原因，是流速和硫酸濃度的問(wèn)題。
某熱水管道在管廊上用普通碳鋼管道加普通保溫管道，直埋段時(shí)改用高密度聚乙烯外保護(hù)預(yù)制直埋保溫管。
5. 復(fù)雜性
管道工程設(shè)計(jì)過(guò)程中實(shí)際應(yīng)用的管道器材種類(lèi)很多，使用工況也千差萬(wàn)別，影響因素和環(huán)節(jié)也比較多。管道是一個(gè)系統(tǒng)，相互關(guān)聯(lián)相互影響，牽一發(fā)動(dòng)全身，管道組成件和管道支承件的種類(lèi)繁多，各種材料各有特點(diǎn)和具體技術(shù)要求，材料選用復(fù)雜。管道長(zhǎng)徑比很大，極易失穩(wěn)，受力情況比壓力容器更復(fù)雜。管道內(nèi)流體流動(dòng)狀態(tài)復(fù)雜，緩沖余地小，工作條件變化頻率比壓力容器高（如高溫、高壓、低溫、低壓、位移變形、風(fēng)、雪、地震等都可能影響管道受力情況）。在做配管設(shè)計(jì)管道器材選用時(shí)需要全面統(tǒng)一考慮。
