管道讲义

管道知识 第一节 基础知识 一 名词解释 1 管子 断面的几何形状为封闭形 并有一定壁厚和长度 外表形状均匀的 构件 主要是用于流体介质的输送通道 2 管材 管子的构成材料 3 管段 构成管线的最基本单元或安装管线时的最基本单元 能独立进行加 工的一段管子 长径比很小的管段称为短管 管节或短节 4 管线 由管段 管件以及阀门等组成 与机器 设备连接 用以输送相同 压力 流量或温度的介质而命名 编号或划分 有时因管线太长而按机器 设 备的进出口划分为若干线 5 管道 又称为管路 是所有管线的统称 6 管网 管道系统 由若干管线组成的网络或系统 用以实现完整的工艺操 作而构成的管线体系 7 管件 管子的连接件 用以沟通介质的通道或作介质导流 分流 汇合 截断甚至调节之用 广义的管件包括阀门 二 公称直径 根据生产实践的需要 按照一定的科学规律 人为地规定一系列标准直径 称为公称直径 公称直径也称为公称通径或名义直径 以符号 DN 标志 其后附 加公称直径的尺寸 例如 公称直径为 100mm 用 DN100 表示 对容器或设备 而言 公称直径一般是指容器或设备的内径 对管道则是指管子的名义直径 即既不是管子的内径 也不是管子的外径 而是与内径相近的某个数值 例如 DN100 的无缝钢管 其外径为 108mm 内径视壁厚的不同而有多种尺寸 大部分 都不等于但接近于 100mm 法兰标准中的公称有径就是设备或管道的公称直径 国家灰铸铁管法兰标准 GB4216 2 84 限定的公称直径为 DN10 DN4000 国家凸面对焊钢制管法兰标准 GB9115 23 88 限定的公称直径为 DN10 DN600 管子和管路附件的公称直径是为了设计 制造 安装和修理的方便而规定 的一种标准直径 一般情况下 公称直径的数值既不是管子内径 又不是管子 外径 而是与管子内径相接近的整数 如低压流体输送钢管和无缝钢管 其外 径为固定系列数值 其内径随着壁厚的增加而减小 但是 无论其外径或内径 是多大的管子 都能够与公称直径相同的阀件及管路附件相连接 公称直径用符号 DN 表示 其后附加公称直径的数值 例如 公称直径为 100mm 用 DN100 表示 对采用螺纹连接的管子 公称直径 也可用相当的管螺纹尺寸 英寸 in 表示 例如 公称直径为 100mm 时用 DN4 in 表示 管子和管路附件的公称直径标准见表 2 2 1 从表中可以看出 公称直径由 1 4000mm 共分为 51 个级别 其中 15 20 25 32 40 50 65 80 100 125 150 200 250 300 350 400 500 600 800 1000 以上单位为 mm 等 20 种规格是管道工程中 最常用的直径 管子和管件的公称直径 表 2 2 1 公 称 直 径 mm 1 8 40 150 350 800 1400 2400 3600 2 10 50 175 400 900 1500 2600 3800 3 15 65 200 450 1000 1600 2800 4000 4 20 80 225 500 1100 1800 3000 5 25 100 250 600 1200 2000 3200 6 32 125 300 700 1300 2200 3400 三 压力 1 公称压力与压力分级 根据生产实践的需要 按照一定的科学规律 人 为地规定一系列标准压力 称为公称压力 公称压力以符号 PN 标志 其后附加 公称压力数值 例如 公称压力 10MPa 用 PN10 0 表示 公称压力表示的是一定材料和一定温度下的最大工作压力 我国国家标准规定的公称压力等级有 PN0 25 PN0 6 PN1 0 PN1 6 PN2 0 PN2 5 PN4 0 PN5 0 PN10 0 PN15 0 PN25 0 PN42 0 在化工管道中 常有低压 中压 高压 超高压和真空管道之分 2 试验压力 为了对设备 管子和管件的强度和材料的紧密性进行试验而 规定的压力称为试验压力 试验压力以符号 PS标志 对于一定的公称压力 便有相应的试验压力 管材及附件的公称压力与试验压力标准见表 2 2 2 管子与管件的公称压力与试验压力 单位 MPa 表 2 2 2 公称压力 试验压力 公称压力 试验压力 公称压力 试验压力 0 05 6 4 9 6 50 70 0 1 0 2 8 12 64 90 0 25 0 4 10 15 80 110 0 4 0 6 13 19 5 100 130 0 6 0 9 16 24 125 160 1 0 1 5 20 30 160 200 1 6 2 4 25 38 200 250 2 5 3 8 32 48 250 320 4 6 40 56 从表中可以看出 公称压力由 0 05 250MPa 共分 26 个级别 其中 0 25 0 4 0 6 1 0 1 6 2 5 4 6 4 10 16 20 32 等 12 个级 别是管道工程中最常用的 3 工作压力 工作压力是为了保证管路工作时的安全 而根据介质的各 级最高工作温度所规定的一种最大压力 即在正常运转情况下 所输送的工作 介质的压力 这种最大工作压力是随着介质工作温度的升高而降低的 这是因 为输送高温介质时 随着温度的升高而降低了制件材料的机械强度 四 管材规格的表示方法 管材的规格一般是这样表示的 对于无缝钢管和直缝卷制电焊钢管用外径 X 壁厚表示 例如 外径为 108mm 壁厚为 4mm 的无缝钢管表示为 108 4 外径为 377mm 壁厚为 9mm 的直缝卷制电焊钢管表示为 D377 9 对于低压流体 输送钢管 俗称水煤气管 一般用它们的公称直径来表示 例如 对于公称直 径为 50mm 的水 煤气管表示为水 煤管 DN50 对于铸铁管一般也用它们的公 称直径来表示 铸铁管公称直径与内径数值相等 例如 对于公称直径为 100mm 的铸铁管表示为 DN100 第二节 金属管材 金属管材在管道安装工程中应用极为广泛 常用的有焊接钢管 无缝钢管 给水铸铁管 排水铸铁管及有色金属管等 一 焊接钢管 焊接钢管又称为有缝钢管 它分为低压流体输送钢管及电焊钢管两大类 1 低压流体输送的焊接钢管 低压流体输送钢管是由扁钢管坯卷成管形并沿 缝焊接而成的 因为它常用来输送水和煤气 故俗称为水煤气管 水煤气管可 分为镀锌的和不镀锌的 普通的和加厚的 带螺纹的和不带螺纹的等类型 水煤气钢管广泛应用在小直径的低压管路上 如给水 煤气 暖气 压缩空 气 蒸汽 凝结水 废气 真空及某些物料管路 普通钢管正常工作压力不大 于 0 6MPa 表压 加厚钢管正常工作压力不大于 1MPa 表压 正常工作 温度不宜超过 175 最大水压试验压力 普通钢管为 2MPa 加厚钢管为 3Mpa 注 1 低压流体输送钢管分不镀锌 黑管 和镀锌钢管 带螺纹 锥形和圆柱形螺纹 和不带 螺纹 光管 钢管 按壁厚分普通钢管 加厚钢管和薄壁钢管 较普通钢管壁厚薄 0 75mm 2 钢管长度 焊接钢管一般为 4 10mm 镀锌焊接钢管通常为 4 9m 3 钢管试验水压为 普通钢管和薄壁钢管 2MPa 加厚钢管 3MPa 2 电焊钢管 电焊钢管分为螺旋缝电焊钢管及直缝电焊钢管两种 电焊钢管 一般用于压力不高或无严格要求的管路上 电焊钢管的正常工作温度不宜超过 200 螺旋缝电焊钢管外径为 108 720mm 而直焊缝电焊钢管又分为小直径 和大直径电焊钢管两类 小直径电焊钢管外径为 5 152mm 大直径电焊钢管又 称为钢板卷管 其外径为 150 450mm 二 无缝钢管 无缝钢管是由圆钢坯加热后 经穿管机穿孔轧制 热轧 而成的 或者再 经过冷拔而成为外径较小的管子 因为它没有接缝 所以称为无缝钢管 无缝钢管按照制造方法的不同 又分为热轧无缝钢管和冷拔无缝钢管两类 热轧无缝钢管的规格为 外径为 32 630mm 壁厚为 2 5 75mm 管长为 4 12 5m 冷拔无缝钢管的规格为 外径为 2 150mm 壁厚为 0 25 14mm 管长为 1 5 9m 无缝钢管强度高 可用在重要管路上 如高压蒸汽和过热蒸汽的管路 高压 水和过热水管路 高压气体和液体管路 以及输送燃烧性 爆炸性和有毒害性 的物料管路等 各种热交换器的管子大都采用无缝钢管 中 低压管路无缝钢 管的最高工作温度 碳钢为 250 优质碳钢 如 10 钢 为 450 高压管路 均用优质碳钢 20 钢 制成的无缝钢管 最高工作温度为 200 输送强腐蚀性或高温介质时 采用不锈 耐酸钢或耐热钢制的无缝钢管 这 种无缝钢管也可用热轧而成 或再冷拔成尺寸较小的管子 热轧管的规格 外 径为 6 89mm 壁厚为 1 7mm 长度皆为 1 5 7m 耐热钢管最高工作温 度为 850 输送高压水时 可以采用厚壁无缝钢管 它的外径为 12 219mm 壁厚为 3 5 40mm 长度为 3 4m 最高工作温度为 375 三 铸铁管 铸铁管分为普通铸铁管和硅铁管两种类型 1 普通铸铁管普通铸铁管一般用灰铸铁铸造 耐腐蚀性好 但质脆 不抗冲击 常用于埋地给水管道 煤气管道和室内排水管道 给水铸铁管有低压 P 0 45MPa 常压 P 0 75MPa 和高压 P 1MPa 三种 直径 50 1500mm 壁厚 7 5 30mm 管长 3m 4m 6m 管 端形状分承插式和法兰式两种 其中以承插式为最常用 普通排水铸铁管只有承插式一种 直径 50 200mm 壁厚 4 7mm 长度有 0 5m 1m 1 5m 2m 等多种 但一般为 2m 排水铸铁管比给水铸铁管壁薄 承口也浅 使用时可根据外形加以判别 第三节 管材选用 在管道工程的施工中 合理的选用管材 是保证工程质量 降低工程成本 的关建 管材选用的原则是既满足使用要求 又要经济合理 管材选用的依据 选择管材的主要依据是管内介质的性质 工作压力和工作温度 管材选用时 首先须满足管内介质压力和温度的要求 然后再根据介质的性质决定选用什么 样的管道材质 1 根据不同工作压力和温度选用管材 根据不同压力和温度选用管材 较 为准确的方法是通过管道本体强度计算和壁厚计算 在不同的温度条件下 随 着输送介温度的升高 使用强度是逐渐降低的 也就是说 随着使用温度的升 高 工作压力也相应下降 才能保证管子的安全运行 另外 在一定的温度条 件下 随着输送介质压力的升高 对管材的强度要求也愈高 也就是说 要想 使管材在一定温度下安全运行 必须增加管材的强度和壁厚 才能保证在要求 的工作压力下运行 2 根据管内输送介质的性质选用管材根据管内输送介质的性质选用管材时 决 定于介质对管材的影响 如腐蚀 磨损等 只有管材能够抵抗介质对其影响时 才能保证管道安全可靠的运行 1 对于中性的液体 气体 即不呈酸性 碱性的液体 气体 如自来水 采暖系统的热水 蒸汽 蒸汽冷凝水 工作压力不超过 0 8MPa 的压缩空气及 公称直径不大于 50mm 的煤气管道或天然气管道等 一般采用低压流体输送钢管 对于输送压力较高 严密性强的管道 如氨制冷管道 压缩空气管道 氧气管 道 乙炔管道 氢气管道 水蒸气管道及油管道等一般采用无缝钢管 2 对于有腐蚀性作用的酸 碱性液体和气体随着浓度的不同 采用不同材质 的管道 如输送浓度 15 65 硫酸 干或湿的二氧化硫 60 的氢氟酸 浓 度小于 80 的醋酸 可采用铅及铅合金管道 这种管道只能在无压和低温下使 用 3 对于输送脂肪酸 硫化氢 二氧化碳 浓硝酸 醋酸 蚁酸 硫的化合物 及硫酸盐等 可采用铝及铝合金管 使用温度应在 200 以下 不宜在压力下 使用 铝管不能输送碱液 盐酸 特别是含氯离子化合物 4 对于输送压力不超过 0 3MPa 使用温度在 10 40 的大部分酸类 碱类 盐类 碳氢化合物及有机溶剂等介质可采用聚乙烯管或硬聚乙烯管 用 它可以代替贵重的有色金属或不锈钢管 但是这种塑料管不耐浓度大于 50 的 硝酸 发烟硫酸及香族碳氢化合物 氯化碳氢化合物 如苯 甲苯 氯苯 酮 类等的 腐蚀 5 对于输送有剧烈磨损的强酸 碱腐蚀的液体可采用辉岩铸石管 如化工厂 的硫酸沸腾炉 水力排渣 热电厂气力及水力除渣管道均可采用辉绿碉铸石管 作衬里 以解决管道的强腐蚀和磨损 第四节 常用阀门 一 阀门的分类 阀门的种类很多 按构成材质分铸铁阀门 铸钢阀门 锻钢阀门 铜阀门 不锈钢阀 门等 按连接形式分为螺纹连接阀门 法兰连接阀门 焊接阀门等 按驱动方式分为手动 阀门 电动阀门 电磁阀门 液压阀门 气动阀门 自动阀门等 按压力分为低压阀门 中压阀门 高压阀门等 但最常用的还是按构造 形状及用途将阀门分为闸阀 截止阀 止回阀 球阀 蝶阀 隔膜阀 旋塞阀 节流阀 安全阀 减压阀 疏水阀等 二 阀门的型号 阀门的型号由七个单元组成 分别表示阀门的类别 驱动方式 连接形式 结构形式 密封圈或衬里材料 公称压力及阀体材料 各单元的排列顺序及表 示的意义如下 阀门类别 闸阀 Z 截止阀 J 止回阀 H 旋塞 X 减压阀 Y 球阀 Q 电磁阀 ZCLF 疏水器 S 安全阀 A 调节阀 T 隔膜阀 G 蝶阀 D 节流阀 L 1 截止阀 截止阀是由阀座 阀盘 垫片 阀体 阀盖 填料 手轮等部件组成 截止阀在管路上主要起开启和关闭的作用 它的主要启闭零件是阀盘和阀座 当圆盘形的阀盘沿阀座的轴线离开和压紧阀座时 即实现了阀门的开启和关闭 阀盘与阀座间经研磨配合或装有密封圈 使二者密封面严密贴合 阀盘的升降 由阀杆来控制 阀杆顶端装有手轮 中部有螺纹及填料函密封段 保护阀杆免 受外界腐蚀 为了防止阀内介质沿阀杆流出 采用填料压盖压紧填料实现密封 截止阀的类型很多 阀体形式一般分为标准式 角式和直流式三种 截止阀的阀体内腔左右两侧不对称 安装时必须注意介质的流向 在安装 时要求介质从阀盘的下面向上流动 因为这样安装 一个优点是在阀门关闭后 填料函外不承压或承压很小 易于填料的更换和维修 另一个优点是阀盘下面 承受较大压力 阀盘上面可承受介质压力或承压较小 故开启省力 只有一个 密封面 关闭严密 且易于制作和维修 与闸阀相比 由于开启高度小 关闭 时间短 因此易于操作 其缺点是介质在通过截止阀时流动阻力比闸板阀要大 特别是标准式和角式截止阀 介质通过时流动方向要改变 流动阻力更大 截止阀主要应用在蒸汽等气体介质的管路上作全开 全关使用 故俗称汽门 截止阀不宜用于粘度较大 易沉淀 带颗粒介质的管道 2 闸板阀 闸板阀是由阀体 阀座 闸板 阀盖 阀杆填料压盖 手轮等部件组成 闸板阀在管路中多用于全启或全闭操作的场合 它的主要启闭零件是闸板和阀 座 闸板平面与介质流动方向垂直 改变闸板与阀座间的相对位置 即可改变 介质流通截面的大小 从而实现对管路的开启和关闭 也可用于对输送流体流 量的调节控制 闸板阀主要用在给水及热水管路上 故又俗称水门 闸板阀一般不用在蒸 汽管路上 因为当蒸汽压力较高时 闸板一侧受压而难以开启 也不适合在含 有沉淀物的管路上使用 因为沉淀物积存闸板座槽内会造成闸板关闭不严 闸 板阀适合在全开或全关的状态下工作 不宜用来调节流量 因为当闸板在半开 半关状态下工作时 闸板的密封面受介质冲刷 会造成关闭不严 3 旋塞阀 旅塞阀是由阀体 栓塞 填料及填料压盖等部件组成 旋塞阀俗称考克 是一种快开式阀门 在管路上用作快速全开和全关使用 旋塞阀一般适用于低温 120 以下 低压 1MPa 以下 下输送含有悬 浮物和结晶颗粒的液体管路及低温 低压介质又要求迅速全开和全关的管路中 如低压容器上液面指示器控制阀 旋塞阀因启闭迅速 流量又不均匀 因此不 适合用于精确调节流量的管路 因栓塞受高温热胀易被卡住 也不适合用于输 送蒸汽或高温流体的管路 另外 因急速开启或关闭易产生水锤现象 因此旋 塞阀还不适合用于压力较大的液体管路 4 球阀 球阀的结构和作用原理同旋塞阀十分相似 它是由阀体 阀盖 密封阀座 球体和阀杆等部件组成 带孔的球体是球阀的主要启闭零件 利用中间开孔的 球体阀芯旋转来实现阀门的开启和关闭 球阀的最大优点是操作方便 开关迅速 旋转 90 即可实现开启和关闭 流体流动阻力小 结构也比闸板阀 截止阀简单 重量轻 零件少 密封面比 旋塞阀容易加工 且不易擦伤 在管道工程中的应用日益广泛 球阀主要用于低温 高压和粘度较大的介质和要求快速启闭的管路中 而 不适用于准确调节流量和高温介质的管路 浮动球球阀一般用于中 低压小口 径管道上 固定球球阀一般用于高压大口径管道上 5 蝶阀 蝶阀由阀体 阀门板 阀杆与驱动装置手柄等部件组成 靠手柄旋转通过齿 轮传动带动阀杆及阀门板 来实现阀门的开启和关闭 蝶阀的特点是结构简单 启闭迅速 省力 流体阻力小 维修方便 阀门 渗漏时 只须更换密封圈即可 蝶阀一般适用于工作压力小于 0 05MPa 工作温度为 30 40 的空 气 燃气 水为介质的管路上 作启闭和调节流量用 其缺点是严密性较差 不能用来精确地调节流量 橡胶密封圈容易老化而失去弹性 一般不适用于高 温 高压的管路中 6 节流阀 节流阀的结构与截止阀相似 外形上几乎难以区别 所不同的只在阀芯 截止阀阀芯的端部是平盘状 而节流阀的阀芯是锥形或抛物线形 节流阀通过 改变流体通道面积来调节流量和压力 使用在压力降要求较大的管路上 因压 力降低较大 使介质体积膨胀 所以也叫膨胀阀 节流阀按其结构型式分为直通式和直角式两种 节流阀主要使用在温度较低 压力较高的水 汽 油 氨 氨液及氮 氢 气等介质并需要调节流量和压力的管路上 由于节流阀的加工精度要求较高 不适合用于粘度大或含有固体颗粒的介质中 节流阀密封性能较差 不宜用作 切断阀 另外 节流阀在启闭时 由于流通断面变化缓慢 因此它比截止阀的 调节性能好 其调节精度为针型阀瓣的最高 直通式节流阀的安装与截止阀一样 应使介质从阀体的低头流人 高头流出 7 止回阀 止回阀又称逆止阀 单流阀 单向阀 是一种防止管道中的介质逆向流动的 自动阀门 止回阀的动作是利用阀前阀后的压力差使阀门完成自动启闭 从而控制管道 中的介质只向一定的方向流动 当介质即将倒流时 它能自动关闭 而阻止介 质逆向流动 止回阀根据其结构形式可分为升降式止回阀和旋启式止回阀两大类 止回阀主要用于泵和压缩机的管路上 也常用于疏水器的排水管上以及其 他不允许介质作逆向流动的清洁介质管路上 不适宜在粘度较大或有固体颗粒 的介质管路中使用 8 安全阀 安全阀是一种安装在受内压的容器或管道上 根据介质工作压力而自动开 启和关闭的阀门 当容器或管路中介质的工作压力超过规定数值时 阀盘自动 开启 并发出声响 报警 排出部分介质 当介质压力降到规定数值时 阀 盘又自动关闭 使系统正常工作 安全阀是设备和管路的自动保护装置 安全阀根据结构及加载方式分为杠杆式安全阀 弹簧式安全阀及脉冲式安 全阀三种 弹簧式安全阀按开启高度的不同 可分为微启式和全启式两种 弹簧微启 式安全阀主要用于液体介质的场合 弹簧全启式安全阀主要用于气体或蒸汽介 质的场合 弹簧式安全阀按介质的排放方式又可以分为封闭式和不封闭式两种 对 于有毒 易燃 易爆等不允许外泄的介质应选用封闭式 对于蒸汽 空气 惰性气体等不会污染环境的介质可选用不封闭式