第九章管道设计与布置课件

第三部分第三部分 发酵工厂工艺设计发酵工厂工艺设计第三部分 发酵工厂工艺设计1第十七章第十七章 管道设计与布置管道设计与布置17.1 概概 述述17.2 工艺管道的设计计算工艺管道的设计计算17.3 管道布置设计管道布置设计第十七章 管道设计与布置17.1 概 述217.1 概概 述述一、管道布置设计的意义物料输送、设备连接工厂设计的一个组成部分和重要内容 关系到建设指标、生产操作等问题；在施工图阶段，工作量最大、花时间最多；17.1 概 述一、管道布置设计的意义3二、管道设计与布置的内容和步骤（一）内容管道的设计计算管道的布置（二）步骤1、管道材料的选择；2、介质流速的选择；3、管径的选择；4、管壁厚度的确定；5、确定管道的连接方式；等径连接，不等径连接；二、管道设计与布置的内容和步骤46、选阀门和管件；合适的弯头、三通、异径管、法兰，各种阀门7、选管道的热补偿器；热膨胀长度小：转弯、支路、固定等自然补偿方式；热膨胀长度大：波形、方形、弧形、套筒形等热补偿方式；8、绝热形式、绝热厚度及保温材料的选择；9、管道的布置；敷设方式：明装或暗设；10、计算管道的阻力损失：计算几段典型管道；6、选阀门和管件；511、选择管架及固定方式；12、确定管架跨度；13、选择管道固定用具；14、绘制管道图；15、编制综合汇总表；16、选择管道防腐措施；11、选择管架及固定方式；617.2 17.2 工艺管道的设计计算工艺管道的设计计算一、管子、管件和阀门的选择（一）公称直径、公称压力 管子、法兰和阀门标准化的基本参数；1、公称直径定义 为了使管子、法兰和阀门等连接尺寸统一，将管子和管道用的零部件的直径加以标准化后的标准直径，称为公称直径，以Dg表示。其后附公称直径的尺寸；管子的公称直径 与管子的外径接近但小于外径的数值；如：管子Dg150，外径159mm；17.2 工艺管道的设计计算一、管子、管件和阀门的选择7法兰和阀门的公称直径 指与它们相配的管子的公称直径；管路的各种附件和阀门的公称直径 一般等于附件和阀门的实际直径；2、公称压力定义 把管子、法兰和阀门等所承受的工作压力分成若干规定的压力等级，称为公称压力，一般大于或等于实际工作压力，以Pg表示；如公称压力为25105Pa，表示为Pg25；法兰和阀门的公称直径8根据Dg和Pg 选择标准管道、法兰和阀门，以及密封结构和材料公称压力分类 低压：2.5、6、10、16（105Pa）；中压：25、40、64、100（105Pa）；高压：160、200、250、300（105Pa）；（二）管材的选择根据输送介质的温度、压力以及腐蚀情况进行选择常用管材 普通碳钢、合金钢、不锈钢、铸铁、铜、铝以及非金属材料等；根据Dg和Pg91、钢管（1）无缝钢管 碳钢；输送带压力的物料、蒸汽、压缩空气；热扎：外径32600mm，壁厚2550mm；冷拉：外径4150mm，壁厚112mm；（2）电焊钢管螺旋电焊钢管 碳钢板条；用于大口径（200）的低温低压管道；钢板卷管 碳钢板；用于大口径（600）的低温低压管道；1、钢管10（3）水煤气钢管 碳钢；镀锌与否（白铁管和黑铁管）；用于低温低压水道；（4）不锈钢管 用于输送有腐蚀性介质、氨水、酸、碱等；2、铸铁管 用于室外给水或室内排水，输送碱液、浓硫酸；3、有色金属管 铜管、黄铜管；铝管；（3）水煤气钢管114、非金属管（1）硅酸盐材料管陶瓷管、玻璃管 耐腐蚀性好，耐压低，性脆易碎；钢筋混凝土管、石棉水泥管 用于室外排水；（2）塑料管（硬）聚氯乙烯（卷）管 用于输送温度在60以下的腐蚀性介质；软聚氯乙烯管、酚醛塑料、聚四氟乙烯管等（3）橡胶管 耐酸碱，抗腐蚀性好，可任意弯曲；作临时管道；4、非金属管12（三）管件与阀门管件（管路附件）短管、弯头、三通、异径管、法兰、盲板、阀门等1、弯头 改变管路的方向，有90、45、180弯头；2、三通 用于两条管道连通、或需旁路分流时，3、短接管和异径管（大小头）4、法兰、活络管接头、盲板 用于可拆连接；手孔、人空或有的管端用盲板；（三）管件与阀门135、阀门 用来调节流量，切断或切换管道，对管道起安全、控制作用；旋塞阀 用于温度和压力较低或介质含颗粒或悬浮物的流体管道中，介质黏度较低；截止阀 常用于水、蒸汽、压缩空气、真空、油品介质；闸阀 一般用于大管道中做启闭阀；隔膜阀 适应于输送酸性介质和带悬浮物的流体管道；在发酵工业中常用；橡皮隔膜应耐高温；5、阀门14球阀 常用于发酵罐的配管中；针形阀 控制流量，发酵中常用于取样管道；止回阀 阻止流体倒流；单向阀，安全阀 控制压力不超过允许值；减压阀 把压力降低到所需压力；疏水阀：排除蒸汽冷凝水；蝶阀：用于调节流量；球阀15二、管径计算（一）管径计算与选择根据流体的流量、流速与管径的关系，求出管的内径：d=18.8(Q/w)0.5d：管内径，mm；Q：流体的流量，m3/h；w：流体流速，m/s；根据计算的管径，选用合适的管径值（稍大些）；复核；二、管径计算16（二）管道介质流速的选择根据输送介质的种类、性质和输送条件选择合适的流速；原则 液体流速：一般不超过3m/s；气体流速：一般不超过100m/s；与允许的压力降也有关；（二）管道介质流速的选择17三、管子壁厚的计算根据公称压力Pg和公称直径Dg，查表确定管壁厚度；在较高工作压力和温度下，需进行验算；S=Pd/(2P)+C (mm)S：钢管所允许的最小壁厚，mm；P：试验压力，KPa；P=K Pg其中Pg：工作压力（表压力，KPa）；K：压力系数，Pg98KPa，取2；Pg245KPa，取1.5：d：管内径，mm；三、管子壁厚的计算18：许应压力，KPa；：焊缝系数，无缝钢管取1，直缝焊钢管取0.8，螺旋缝焊接钢管取0.6；C：壁厚附加量（mm）C=C1+C2+C3其中C1：壁厚负偏差，通常为壁厚的1015%；C2：腐蚀裕量，当介质对管子的腐蚀速度0.05mm/a时，单面腐蚀取11.5mm，双面腐蚀取22.5mm；C3：加工减薄量，螺纹管子为螺纹的深度，无螺纹C3=0，常见的55圆锥管螺纹C3=1.21.5mm；：许应压力，KPa；19四、管道压力降的计算总阻力H 直管阻力H1 指流体流过一定直径的直管时，由于摩擦作用而产生的阻力，又称沿程阻力；局部阻力H2 指由于管道中的某些局部障碍，如管件、阀门、弯头、流量计等所引起的阻力；造成压力降，流体的总压头减少；四、管道压力降的计算20（一）直管阻力H1的计算计算公式：H1=P=(l/d)w2/(2g)H1：直管阻力，m流体柱；P：直管压力降，KPa；：摩擦系数，为雷诺数Re与管壁粗糙度的函数，查有关手册；l：管道总长度，m；d：管内径，m；：流体重度，kg/m3；w：流体流速，m/s；g：重力加速度，9.81m/s2；（一）直管阻力H1的计算21（二）局部阻力H2的计算方法 当量长度法；阻力系数法；1、当量长度法 指流体通过某一管件或阀门时，因局部阻力而造成的压力损失，相当于流体通过相同管径而造成的相同压力损失相应的直管的长度，这个直管长度称为当量长度，以le表示。局部阻力H2 设各种局部阻力之和为le，则H2：H2=(le/d)w2/(2g)（二）局部阻力H2的计算22总阻力H H=H1+H2=(l+le）/dw2/(2g)式中各项意义同上；le由实验确定，以管径的倍数表示2、阻力系数法指流体通过某一管件或阀门时的压头损失，用流体在管路中的速度头（动压头）倍数表示，这种方法称为阻力系数法；压头损失h1 h1=w2/(2g)h1：因局部阻力而损失压头，m流体柱；：比例系数，称为阻力系数，由实验确定；总阻力H23压头（能量）损失之和h2 h2=w2/(2g)（m流体柱）：局部阻力系数之和；与le的关系 =（le/d）经验计算法 采用当量长度法，计算流体总阻力H，取(l+le）为直管长度l的1.32.0倍；(l+le）=（1.32.0）l 计算管道阻力或压力降时，需考虑15%的富裕量；压头（能量）损失之和h2 24五、管道热补偿的计算（一）管道的热变形与热应力计算热变形 因温度的变化t引起管子长度的变化L，L=ltl：自由放置管子长度；：管材的线膨胀系数，钢为12106；热应力 管道两端固定，由温度变化产生热应力，由此产生的轴向推力p为：p=F=E tF五、管道热补偿的计算25E：材料的弹性模数，钢为2.11011Pa；F：管子截面积，m2；直径大，直管段长，管壁厚的管道，需进行热应力计算；如发酵工厂中的锅炉蒸汽管道；（二）管道热补偿的设计1、自然补偿 利用管道敷设时自然形成的转弯吸收热伸长量的方法称为自然补偿；E：材料的弹性模数，钢为2.11011Pa；26（1）L形补偿 90转弯称为L形补偿；L1=1.1(L2Dw/300)0.5L1：短壁长度，m；L2：长壁L2的膨胀长度，m；Dw：管子的外径，mm；（2）Z形补偿 管道呈Z形；弯曲许应压力：=(6LE Dw)/L2(1+12K)：管子弯曲许应压力，一般700105Pa；（1）L形补偿27L：热膨胀长度，L=L1+L2；E：材料的弹性模数，钢为2.11011Pa；Dw：管子的外径，cm；L：垂直壁长度，cm；K：短壁与垂直壁之比，K=L1/L；垂直壁长L根据实际情况确定，由此可计算K值：K=(LE Dw)/(2L2)1/12计算过程 假设L1+L2 计算膨胀量L 计算K值 计算短壁长度L1 得到长壁长度L2L：热膨胀长度，L=L1+L2；282、补偿器补偿类型 方形补偿器：最常用，制造方便，补偿能力大；波形补偿器：补偿能力小，；填料函形补偿器：结构简单，补偿量大；方形补偿器 有管子煨制制而成，或有冲压弯头组对而成；4种形式：壁长A与边长B的关系 B=2A B=A B=0.5A B=02、补偿器补偿29 先计算管道的热膨胀长度L，确定补偿方式；制作时，应使弯曲半径R等于4倍管子公称直径或外径；安装时，应予拉伸补偿长度的一半，L/2；先计算管道的热膨胀长度L，确定补偿方式；3017.3 管道布置设计管道布置设计一、车间管道布置设计的任务和原则1、车间管道布置设计的任务是用管道把车间的设备连接起来，形成一条完整连贯的生产工艺流程；车间管道布置合理、正确，才能使管道和设备运转顺利通畅，使整个工厂的生产操作顺利、有效；主要依据 带控制点的工艺流程图、设备布置图（施）、土建图和有关的配管规范；17.3 管道布置设计一、车间管道布置设计的任务和原则312、车间管道布置设计的原则（1）满足生产需要和工艺设备的要求，便于安装、检修和操作管理，使工厂车间整齐美观；（2）尽可能使管线最短、阀门最少；（3）车间管道一般采用明线敷设；（4）普遍采用沿墙、楼板底或柱子的成排安装法；（5）管架标高不影响车辆和行人，距地面高度要大于4.5m；（6）分层布置时，大管径、热介质、气体、无腐蚀性介质和保温管道在上；其他管道在下。引支管时，气体管从上引出，液体管从下引出；2、车间管道布置设计的原则32（7）大管径、常温、支管少、不常检修和无腐蚀性介质管道靠墙；其余管道靠外；（8）穿过楼板、墙壁时，应预先留孔；（9）易堵塞管道在阀门前接上水管或空气管；（10）管道应避免经过电动机或配电板的上方；（11）腐蚀性介质管道的法兰不得位于通道上空，与其他介质管道保持一定距离，且略低；（12）阀门和就地仪表的安装高度应满足操作和检查的方便；（13）室外架空管道的走向宜平行于厂区干道和建筑物；（7）大管径、常温、支管少、不常检修和无腐蚀性介质管道靠墙；33二、车间管道布置设计的内容1、管道布置图2、特殊管件制造图3、施工说明书二、车间管道布置设计的内容34三、车间管道布置设计的特点四、车间管道布置设计的有关参数三、车间管道布置设计的特点35第九章管道设计与布置课件36