本文介紹目前國內常用非金屬管道情況，并提出在設計非金屬管道時應遵循的一些基本原則，著重介紹設計時考慮的各種因素。
關鍵詞非金屬管道設計選用因素
非金屬管道具有耐腐蝕、耐磨性、重量輕、良好的柔性、電絕緣性、加工成型方便等獨特性能，因而，廣泛應用于工程中。特別是在金屬材料無法耐腐蝕或選用高級合金材料投資太高的情況下，更非它莫屬。目前非金屬管道發展迅速，品種眾多，如何正確合理選用各種非金屬管道，是設計者面臨的一大難題。為了適應工程上的需要，本文根據國內有關規定及標準，參考美國ASMEB31.3標準，提出一些有關的設計原則供設計者參考。
1 選材考慮原則
(1)選用非金屬防腐管道時，應考慮下列因素：
a．設計溫度下的拉伸強度、壓縮強度、彎曲強度、剪切強度和彈性棋盤(長期的和短期的)；
b．設計條件下的蠕變特性；
c．確定許用應力的基礎及其影響因素所取數據的可靠度；
d．材料的延伸率及熱膨脹系數；
e．耐沖擊性和冷熱急變性；
f．操作中可能出現的溫度極限及材料所能承受的溫度范圍；
g．材料轉化溫度：熔化和氣化溫度；
h．氣孔的滲透性；
i．試驗方法；
j．接頭連接方法及可靠性；
k．操作中損壞的可能性。
(2)綜合常用非金屬管道道采取絕熱防護措施，以防止環境溫度超過設計溫度（可按表1考慮）。
2 設計溫度設計溫度應取流體溫度。如管道安裝環境溫度超過設計溫度時，應取環境溫度為流體溫度，或對管道采取絕熱防護措施，以防止環境溫度超過設計溫度時管道受熱。
3 非金屬材料對流體輸送的限制
(1)一般限制
非金屬材料對高溫、震動、振動和誤操作較敏感，在流體輸送中應采取安全保護措施。
本限制適用于管道受壓零部件，不適用于支架、襯里、墊片和填料等。
(2)特殊限制
熱塑性塑料
l．不適用于在地面上輸送可燃性流體。
a．當用于輸送D類以外的流體時*，應采取適當的安全防護措施。
②增強熱固性樹脂當用于輸送D類以外的流體時，應采用適當安全防護措施。
③硼硅玻璃和陶瓷
a．應考慮它沒有延性，耐溫急變性差，對熱沖擊和機械振動的敏感性。
b．不能用于輸送有毒的易燃的介質。
4 非金屬管道的壓力設計(1)直管的最小壁厚按下式計算tm=t+c式中：tm —最小管壁厚度(包括壁厚附加顯)，mm；t—設計厚度；承受內壓時按4.1.1規定，承受外壓時按4.1.2規定；c—壁厚附加量，包括制造廠的負公差加工余量、機械余量(螺紋或開槽)等。對帶螺紋的組件，采用：A類：有毒流體(包括劇毒和一般有毒介質)；B類；易燃流體；C類：非易燃和無毒流體；D類：非易燃和無毒流體(使用范圍：設計力，P≤1.05MPa，設計溫度：-29~+186℃)。用公稱螺紋深度。對于未規定公差的機械加工面或槽口，其公差為在規定的切割量外再加0.5mm。
①承受內壓的直管內壓設計厚度t按下式計算：t=PD/2[σ]t 式中：P—設計內壓力(表壓)MPa D0—管子外徑，mm；[σ]t—設計溫度下的材料的許用應力。
②承受外壓的直管外壓設計厚度計算較煩，若必須計算時按HGJ8—87第114頁中E4.2.1.3規定確定。
4 使用非金屬管件時應考慮的因素
(1) 用熱風焊接的熱塑性管道預制支管連接件，應將支管插入主管開孔內。主管上開孔應開成450坡口形式。
(2) 用粘接工藝連接熱塑性管道的予制支管連接件，應采用整體承口加工的全補強鞍座結構。
(3) 用粘接工藝連接的增強熱固性樹脂管道予制支管時，應采用全補強鞍座結構。鞍座上應具有承口或一段整體的支管段，并外伸出足夠的長度。
(4) 非金屬管道法蘭應具有合適的密封面，相關的墊片及螺栓連接，使其能達到額定的最大設計參數和承受外部載荷。
(5) 選用墊片時，應使所需的密封負荷與法蘭的額定參數和密封面、法蘭強度及其螺栓連接相適應。墊片材料應適合相應的條件。
(6) 熱塑性管道的螺紋接頭應符合下列規定：
a．管壁厚度至少應與規定的管子同等厚；
b．應確定螺紋型式標準是NPT(600)還是PT(550)；
c．螺紋應符合相應標準；
d．應采用合適的螺紋潤滑和密封劑。L
(7)增強熱固性樹脂管道的螺紋接頭應符合下列規定：
a．外螺紋應在特制壁厚管端上，在工廠內切制成或用模壓法制成；
b．相配的內螺紋應在工廠內切制或模壓在管件內；
c．不允許在增強熱固性樹脂管子未加厚的管端上切制外螺紋，除非此螺紋與內螺紋相結合僅機械鎖緊作用，而內螺紋又位于管件的承口處。
6 非金屬管道的膨脹和柔性，
(1)管系設計及布置時，應盡量使管道的膨脹、收縮和其它原因產生的位移引起的應力達到最小值，以防止發生下列不利因素：a．因過度應力或疲勞而損壞管道；b．支承件、管端連接設備因管系的推力和力矩過大，產生應力或變形，甚至破壞；c．接頭處發生泄漏。
(2)增加管道柔性的措施管道布置設計時，改變管道走向，可使管道具有內在柔性，使位移轉化為彎曲和扭轉應變，不超過規定的極限范圍。并可盡量減小其軸向拉伸或壓縮應變，不致產生較大的反作用力。如管系處于不平衡狀態或走向不合理時，可能會產生較大的反作用力或有害的過量應變。當對管道系重新調整確有困難時，可采用下列一種或幾種措施增加其柔性：
a．選用彎頭、環形管或偏心管；
b．選用波紋管、波形的或滑動連接式的膨脹接頭，或其它允許有移動或轉動的裝置；
c．必要時對應采用合適的錨固件、拉桿或其它設施，以承受由于流體壓力、摩擦阻力和其它原因產生的端部作用力。
(3)位移應變管道由于熱脹冷縮受到某些約束，以及受到外水位移作下而引出的管道位移應變概念，原則上適用于非金屬管路。但要注意，金屬管道分析中關于材料的彈性假設對于非金屈管道是不適用的。非金屬管道的分開生則應視具體情況而定，如：·在熱塑性塑料如某些熱固性樹脂管中，位移應變不一定會造成管道立即損壞，但有可能產生永久性有害變形，特別是熱塑性管道，反復的交變循環或長時間暴露于高溫下都可能使它發生遞增的變形；
·脆性管道(如陶瓷、玻璃等)和某些熱固性數脂管道，其破壞的原因常常是由于過度的應變而產生較高的位移應力，直至突然發生破裂。
(4)位移應力非金屬管道位移受到約束時；也會產生位移應力，但其應力—應變特性不同于金屬管道，其應力(柔性)分析應根據具體材料而定。
如熱塑性和熱固性管道，即使出現較低的總位移量，也會產生過量的塑性應力。脆性管道應變一開始就產生較大的彈性應力，過量應變會導致管道突然損壞，而不足產生塑性變形。
(5)冷緊
冷緊是在管道安裝時人為地造成管道變形(預拉伸)，以產生預期要求的初始位移和應力。以它來平衡初始位移狀態和最終位移狀態下的應力值。如能恰當地使用冷緊，則可以減小管系在運行初期的應力和管端對連接設備的作用力(瞬態值)，使管系較快達到應變自平衡。由于冷緊需要對管道進行預拉伸，因此對于延展性低或短的大管徑的管道材料不推薦使用。在運行初期，管系中的懸吊裝置會因冷緊而偏離原始位置，但由于冷緊變形量較小，一般是允許的。但在計算應力范圍或計算推力和力矩中不應考慮冷緊的作用。
(6)管道柔性分析的特性參數
熱膨脹系數在應力分析中按下列規定進行：
c．應力范圍值：在應力范圍的計算中，確定總位移應變中的熱位移值所需線膨脹系數；
d．反作用力數值：對管道支架和連接設備（接口）的反作用力計算中，應正確選用線膨脹系數；彈性模數常用非金屬材料的彈性模數為實驗植，而一般條件下的實驗數據與某些特定條件下（如載荷、溫度、試件方位、纖維加強方式等）實際有效彈性摸數之間可能存在差異。在可能的情況下，應以可靠的實際有效值為準。
泊松比根據材料和溫度的不同而變化，應視具體情況確定。
尺寸在進行柔性分析計算時，才用管子和管件的公稱外徑和厚度。
非金屬管道的柔性分析下述管系不需柔性分析：
a．運轉良好裝置的復制管系，或曾運轉良好而沒有重大改動的更換管系；
b．與已分析通過的管系比較，肯定具有足夠柔性的管系；
c．根據制造廠有關規定，管系布置采用較安全的內在柔性安全系數，或采用有效而可靠的方法。凡不符合上述情況的管系，應采用適合其具體情況的應力分析方法，驗證管系是否具有足夠的柔性。⑥位移應特別注意管道J；B對于支架和只有小間隙的移動(線位移和角位移)。在確定支管所需要的柔性時，應考慮主管在與小支管連接處的移動。
7 非金屬管道的支承件設計
(1) 非金屬管道的支架
對非金屬管道的支架、導向件和錨固件的選用原則應符合第6節規定和要求。對于熱塑性塑料管道，其支架端面不得有尖銳的邊緣，以免劃傷管道，并應是連續的或是相隔成合理的間距，用以防止熱變形造成過分下垂。設計者應考慮制造廠非金屬管道推薦的支架。
(2)脆性管道的支架支架的設計應防止劃傷管道表面，在管道布置設計時應考慮減振和隔振措施。支架應能牢固支撐管道，但又不得阻礙其膨脹或其他位移(移動)。對錨固點的設置要慎重，在任何無膨脹接頭的直管道上不得裝設一個以上的錨固點(即在兩固定點間禁止直線連接)。較重的閥門和管道上的設備應單獨支撐，以免將其重量載荷傳遞到管道上。處于交通區內的支架應考慮裝設必要的安全防護措施。
