管道设计与布置

第7章,管道设计与布置,目录,7.1 管道设计与布置的内容,管道的设计计算 主要包括:管径计算、管道降压计算、管道保温绝热工程、管道应力分析、热补偿计算、管件选择、管道支吊架计算等内容。,管道的布置设计 主要内容：设计绘制表示管道在空间位置连接，阀件、管件及控制仪表安装情况的图样。,管道设计与布置的具体内容,管道设计与布置的具体内容,管道设计与布置的具体内容,14,绘制管道布置图,13,选定管道固定工具,15,编制管材、管件、阀门、管件及绝热材料的材料表及综合汇总表,16,选择管道的防腐蚀措施,17,编制施工说明书,7.2 管道及阀门的选用,7.2.1 基本概念 7.2.2 管道 7.2.3 常用阀门 7.2.4 常用管件 7.2.5 法兰、法兰盖、紧固件及垫片,7.2.1基本概念,（2）管道的公称压力 公称压力是指管道、管件和阀门在一定温度范围内（碳钢在200以下，合金钢在250以下）的最大允许工作压力。公称压力以PN表示。,(1)公称直径 凡是能够实现连接的管子与法兰、管子与管件或管子与阀门就规定这两个连接件具有相同的公称直径。 凡是同一公称直径的钢管，外径相等，而内径则因壁厚不同而异。 公称直径以DN表示。,7.2.2 管道 1 、管道材料的选择,管道的材质有两大类，一是金属类，另一类是非金属类。 金属类材质的特点耐温范围高、耐压力高，有一定耐腐蚀性，易加工，安装。 非金属类材质的特点耐腐蚀性能好，品种多，资源丰富，缺点是耐热、耐压不高。,管道材料的选择主要根据工艺要求，如输送介质的温度、压力、性质（酸性、碱性、毒性、腐蚀性和可燃性等）、货源和价格等因素综合考虑决定。,（1）温度 -40350可用碳钢，-196-40可用耐低温的合金钢、铝及铝镁合金，温度高于350则用合金钢。 （2）压力 压力低于9.8MPa（表压)可用碳钢，9.831.4MPa（表压）可用碳钢或者低合金钢，压力31.4MPa（表压)用高强度合金钢。 （3）介质性质,2 、常用管道,(1)钢管分为有缝与无缝两类。钢管分不镀钢（黑铁管）和镀锌钢管（白铁管）。按壁厚分普通钢管和加厚钢管。 （2）有色金属管最常用的是铜、铅、铝或铝合金管，都是无缝管。 （3）非金属管,3 、管道及壁厚的计算与选取,1、管径 a.公式法 b.图表法,2、管壁厚度的连接 根据管子的工作压力、公称直径，查化工工艺设计手册的常用公称压力下管道壁厚选用表，可确定管壁厚度。,4、管道连接,焊接是化工厂中最常用的一种管道连接方法。特点是施工方便，焊接可靠不漏；成本低。,特点是连接简单，拆装方便，成本低，但连接的可靠性低，容易在螺纹处发生渗漏。,（1）焊接,（2）螺纹连接,该连接适用于金属管插入非金属管，在插入口外，用金属箍箍紧，防止介质外漏，适用于临时装置或要求经常拆洗的洁净管。拆装灵活。,适用于埋地或沿墙敷设的供排水管，如铸铁管、陶瓷管、石棉水泥管与管与管件、阀门的连接。,应用广泛，优点是结合高度强，密封可靠，拆装方便；缺点是费用较高。适用于大管径、密封性要求高的管道连接。,（3）法兰连接,(4) 承插连接,（5）卡箍连接,4、管道连接,LOREM IPSUM DOLOR LOREM IPSUM DOLOR LOREM,LOREM IPSUM DOLOR LOREM IPSUM DOLOR LOREM,管道连接,螺纹连接,法兰连接,管道连接,承插连接,卡箍连接,7.2.3 常用阀门,（1）阀门功能 （2）阀门尺寸,（3）阻力损失,（4）阀门的材质,1、阀门的选择依据,（1）闸阀 可按阀杆上螺纹位置分为明杆式和暗杆式，从闸板的结构特点又可分为楔式、平行式。,2、常用阀门的特性和 选用条件,（2）截止阀,截止阀与闸阀相比，其调节性能好，封密性能差，结构简单，制造维修方便，流体阻力较大，价格便宜。适用于蒸汽等介质，不易用于粘度大、含有颗粒、易沉淀的介质，也不易作放空阀及低真空系统的阀门。,节流阀是通过改变节流截面或节流长度以控制流体流量的阀门 ，其外形尺寸小，重量轻，调节性能较盘形截止阀和针形阀好，但调节精度不高。由于流速较大，易冲蚀密封面，适用于温度较低、压力较高的介质以及需要调节流量和压力的部位，不适用于粘度大和含有固体颗粒的介质，不宜作隔断阀。,（3）节流阀,（4）止回阀,止回阀是指依靠介质本身流动而自动开、闭阀瓣，用来防止介质倒流的阀门，又称逆止阀、单向阀、逆流阀、和背压阀。 止回阀的作用是限制介质的流动方向，介质不能倒流，但不能防止渗漏。止回阀按结构可分为升降式和旋启式两种。,（5）球阀,球阀的结构简单，开关迅速，操作方便、体积小、重量轻、零部件少，流体阻力小，结构比闸阀、截止阀简单密封面比旋塞阀易加工且不易擦伤。适用于低温、高压及粘度大的介质，不能作调节流量用。,（6）旋塞阀,旋塞阀结构简单，开关迅速，操作方便，流体阻力小，零部件少，重量轻。适用于温度较低、粘度较大的介质和要求开关迅速的部位，一般不适用于蒸汽和温度较高的介质。,（7）蝶阀,蝶阀其尺寸小、重量轻、开闭迅速、具有一定的调节性能，适合制成较大口径阀门。,（8）隔膜阀,隔膜阀结构简单，密封性能好，便于维修，流体阻力小，适用于温度小于200，压力小于1.0MPa的 油品、水、酸性介质和含悬浮物的介质，不适用于有机溶剂和强氧化剂的介质。,（9）减压阀,减压阀是使流体通过阀瓣 时产生阻力，造成压力损耗，来达到减压力的目的。 活塞式减压阀不能用于液体的减压，而且流体中不能含有固体颗粒，所以减压阀前要装管道过滤器。,（10）安全阀,安全阀在工作压力超过规定值时即自动开启保护使流体外泄，压力恢复后即自动关闭，以保护设备和管道，使生产安全运行。,（11）疏水阀,（1）疏水阀的作用是自动排除设备或管道中的凝结水、空气及其他不凝性气体，又同时阻止蒸汽的逸出。 （2）疏水阀按其工作原理可分为热动力型、热静力型和机械型三种。 （3）疏水阀的安装。,29,（12）管道过滤器,这是一种用在管道上用来除去流体介质中固体渣物的阀件，是液压系统中用于管路部分的过滤器。具有保护疏水阀、提高疏水阀效能的作用；此外，对保护仪表设备等也有一定作用。,3. 阀门型号和标志,以Z41T-10P闸阀为例，说明阀门型号的表示方法 Z阀门类型代号 4阀门连接面形式代号 1各种阀体形式结构代号 T-10T表示阀座密封面或衬里材料代号 10表示压力等级，0.1MPa P阀体材料代号,31,阀门类型的表示,表7.4 阀门类型代号,32,阀座密封面或衬里材料用字母代号表示,表7.5阀座密封面或衬里材料代号,33,常用管件,（1）连接管件 1、管节和外牙管 2、活管节 3、管堵 4、大小头 5、内外丝,（2）导流管件 （3）分河流管件 （4）管道附件,法兰、法兰盖、紧固件及垫片,（1）法兰 ：法兰是管道与管道，管道与设备之间的连接元件。管道法兰按与管子的连接方式分成平焊、对焊、螺纹、承插焊和松套法兰等五种基本类型。（2）法兰盖： 法兰盖又称盲法兰，设备、机泵上不需要接出管道的管嘴，一般用法兰盖封住，在管道上则用在管道端部与管道上的法兰相配合作封盖用。 （3）法兰紧固片螺栓、螺母 （4）垫片 非金属垫片、半金属垫片和金属垫片,7.3 管道压力降计算,直管阻力计算 某些重要管道或长管道进行压力降计算，目的是为了校核各类泵的选型、介质自输送设备的标高确定或用以选择管径。 局部阻力计算 （1）当量长度法 （2）阻力系数法,单相流（不可压缩流体）,本规定适用于牛顿型单相流体在管道中流动压力降的计算.工艺系统专业在化工工艺专业已基本确定各有关主要设备的工作压力的情况下,进行系统的水力计算.根据化工工艺要求计算各主要设备之间的管道(包括管段、阀门、控制阀、流量计及管件等)的压力降，使系统总压力降控制在给定的工作压力范围内，在此基础上确定管道尺寸、设备接管口尺寸、控制阀和流量计的允许压力降，以及安全阀和爆破片的泄放压力等。流动过程中剪应力与剪变率之比为一常数,并等于其动力粘度的流体称牛顿型流体.凡是气体都是牛顿型流体,除工业上的高分子量液体、胶体、悬浮液、乳浊液外，大部分液体亦属牛顿型流体。,计算方法,计算方法中未考虑安全系数，计算时应根据实际情况选用合理的数值。通常,对平均需要使用510年的钢管，在摩擦系数中加20%30%的安全系数，就可以适应其粗糙度条件的变化；超过510年，条件往往会保持稳定；但也可能进一步恶化。此系数中未考虑由于流量增加而增加的压力降，因此须再增加10%20%的安全系数。规定中对摩擦压力降计算结果按1.15倍系数来确定系统的摩擦压力降，但对静压力降和其它压力降不乘系数。,计算准确度,在工程计算中，计算结果取小数后两位有效数字为宜。对用当量长度计算压力降的各项计算中，最后结果所取的有效数字仍不超过小数后两位,管径,确定管径的一般原则 （a） 应根据设计条件来确定管道直径.当需要时，可增加设计条件下压力降15%25%的富裕量，但以下情况除外： 1， 有燃料油循环管路系统的排出管尺寸，应考虑一定的循环量; 2，泵、压缩机和鼓风机的管道，应按工艺最大流量(在设备设计允许的流速下)来确定尺寸，而不能按机器的最大能力来确定管道尺寸； 3， 间断使用的管道（如用于开工的旁路管道）尺寸，应按可能得到的压差来确定。,直管阻力H1计算,局部阻力H2计算,当量长度法,阻力系数法,7.4 管道热补偿设计,热补偿产生原因 热胀冷缩，产生应力，形成推力，导致管道变形，影响管道系统在工作状态的稳定和安全，为缓解和消除这种影响而采用的措施。,热补偿计算,一根自由放置的长度为L的管子，因温度变化t 而引起的伸长L为：L=L（t2-t1） 若管道两端固定，管道受到拉伸或压缩时，由温度变化而引起热应力，热应力产生的轴向推力P为：P= A=E t A 由上述公式可知，热应力和轴向推力与管道长度无关，所以不能因为管道短而忽视这个问题。,热补偿设计,1.自然补偿（利用管道自身弯曲） 分为：L型，Z型，空间自然补偿 2 补偿器补偿 分为：方形补偿器，套管式、波纹、球形补偿器、旋转式补偿器。,自然补偿计算 1.L型直角弯自然补偿 L型直角弯断臂长度l按下式计算,2.Z型折角弯自然补偿 其短壁长度l按下式计算,2.补偿器补偿 2.1方形补偿器,2.2 球形补偿器,球形补偿器是热力管道热膨胀补偿方面的一种新型补偿器。,以球体回转中心自由转动，吸收管道热位移，从而减少管道之应力。,2.3 波纹补偿器（又名膨胀节），又分：轴向型，横向型，角向型,b 横向型 （平面横向位移补偿）,.2 套管式补偿器又分为： GSJ型套管补偿器， 自调式套管补偿器， SB41SA-16/25C型自导式高温补偿器，PNB-E型平衡式补偿器,7.5 管 道 的 绝 热设 计,一、绝热的定义与目的 定义：绝热是保温和保冷的统称。 目的：防止在生产过程中的设备和管道等向周围环境散发或吸收热量，以节约能源，降低能耗，改善操作条件，保护环境，保障设备和管道的安全运行,(三) 绝 热 的 意 义,（1）用绝热减少设备、管道及其附件的热（冷）量损失。 （2）保证操作人员安全，改善劳动条件，防止烫伤和减少热量散发到操作区。 （3）在长距离输送介质时，用绝热来控制热量损失，以满足生产上所需要的温度。 （4）冬季，用保温来延缓或防止设备、管道内液体的冻结。 （5）当设备、管道内的介质温度低于周围空气露点温度时，采用绝热可防止设备、管道的表面结露。 （6）用耐火材料绝热可提高设备防火的等级。 （7）对工艺设备或炉窑采用绝热措施，不但可减少热量损失，而且可以提高生产能力。,绝 热 范 围,当设备、管道及其附件有下列情况之一时，一般应采取绝热措施。 外表面温度大于50以及外表面温度小于或等于50但工艺需要保温的设备、管道及其附件。 工艺生产中需要减少介质的温度降或延迟介质凝结时。 介质温度低于周围空气露点温度时；以及在环境温度下，为防止设备或管道外表面凝露时。,对于工艺生产中不需要保温的设备、管道及其附件，当其外表面温度超过60，而需经常操作维护，无法采用其它措施防烫伤时。 凡用绝热来提高设备的耐火等级时，例如直径大于或等于1.5m的设备支架和裙座需双面绝热，直径小于1.5m的设备支架和裙座只要在外侧绝热。 减少冷介质在生产或输送过程中的冷量损失以及制冷系统中的冷设备、冷管道等。 与保冷设备或管道相连的仪表及其管道。 防止0以上常温以下的设备或管道外表面凝露时。,5、不应采取绝热措施的情况,要求散热或必须裸露的设备和管道； 要求及时发现泄漏的设备和管道法兰； 工艺上无特殊要求的放空、排凝管道； 要求经常监测，防止发生损坏的部位。,绝 热 结 构,绝热结构是保温结构和保冷结构的统称。为减少散热损失，在设备或管道表面上覆盖的绝热材料，以绝热层和保护层为主体及其支撑、固定的附件构成的统一体，称为绝热结构。 （1）绝热层 绝热层是利用保温材料优良的绝热性能，增加热阻，从而达到减少散热的目的。绝热层是绝热结构的主要组成部分。,（2）防潮层 防潮层的作用是抗蒸汽渗透，防潮、防水。 （3）保护层 保护层是利用保护层材料的强度、韧性和致密性等，以保护保温层免受外力和雨水的侵袭，从而达到延长保温层的使用年限，并使保温结构外形整洁、美观。,管道热力计算的基本任务,（1）已知热力设备或管道保温结构的保温层厚度，计算其热损失； （2）根据允许的热损失，计算热力设备或管道保温层厚度； （3）已知保温结构的保温层厚度及热损失，计算保温层的表面温度； （4）根据规定的保温结构的表面温度，计算保温结构的保温层厚度。,管道绝热计算,7.6 化 工 管 道 的防 腐 与 标 志,管 道 防 腐 化工管道输送的各种流体，多数是具有一定腐蚀性的物料，即使是输送水、蒸汽、油类的管道，有时也因与其他化工管道、设备相连，或因受周围环境的影响，而产生一定的腐蚀性，金属管道裸露在大气中，塑料管道在紫外线的作用下，都会锈蚀或破坏，必须加以保护。道，有时也因与其他化工管道、设备相连，或因受周围环境的影响，而产生一定的腐蚀性，金属管道裸露在大气中，塑料管道在紫外线的作用下，都会锈蚀或破坏，必须加以保护。,常见的防腐措施有：管道内的衬里防腐、电化学防腐、使用防腐剂防腐。管道外多以涂层防腐，以防环境介质的影响。在这些防腐措施中，管道外涂层防腐使用最为广泛，而在涂层防腐中使用最多的是涂料防腐，其优点是：防腐效果好、施工方便、费用较低。,一、一般防锈漆,（1）硼钡酚醛防锈漆和铝粉硼钡酚醛防锈漆 它们是以偏硼酸钡为主的防锈颜料和醛酚树脂涂料等配置而成。成品为灰色，对钢铁表面有很强的附着力和优良的防锈能力，是新型防锈漆。 （2）铝粉铁红酚醛醇酸防锈漆 它是以铝粉、氧化铁红为主要防锈颜料和酚醛或醇酸树脂漆料等配置而成。成品为灰红色，对钢铁表面有很强的附着力和优良的防锈能力。,二、油脂漆和天然树脂漆 油脂漆附着力好，耐气候性较强，可用于室外，但抗水性及抗化学腐蚀性较差，耐磨性差，仅作一般防护用漆。 天然树脂漆施工简便，成本低，但耐久性差，在室外很快会失光、粉化、裂纹。,三、生漆和漆酚树脂漆 生漆是漆树分泌的汁液，为灰黄色粘稠液体，与空气接触后变黑。附着力强，有优良的耐久性，耐酸性、耐油性、耐溶剂性、耐磨性、抗水性，但不耐强碱和强氧化剂，黏度大，粉刷不便，毒性较大，易中毒，干燥时间较长，使用温度约150。 漆酚树脂漆是生漆经脱水、缩聚后，用有机溶剂稀释而成，为深棕色，除保持生漆的化学稳定性、耐水性、耐磨性、使用期较长等优点外，还具有干燥快、毒性小、不变质、黏度小、与钢铁附着力强和施工方便等优点。特别是在潮湿环境中耐腐蚀性能强，适用于大面积快速施工，最高使用温度约为200。,(4)醇酸树脂漆 它有优良的户外耐久性和保色性，附着力、光泽、硬度、柔韧性也较好，但耐水性和耐碱性差，可用于室内外无腐蚀性气体侵蚀的管道的防护涂层。 (5)酚醛树脂漆 它有良好的电绝缘性和耐油性，能耐60%硫酸、盐酸、一定浓度的醋酸和磷酸、大多数盐类和有机溶剂腐蚀，但不耐强氧化剂（如硝酸）和碱，与金属附着力较差，用于可烘烤的、有耐酸要求的管道外璧，其最高使用温度约为120。,(6)沥青漆 它有良好的耐水、耐化学腐蚀性，在常温下能耐氧化氮、二氧化硫、氨气、酸雾、氯气、氯乙醇、低浓度的无机盐、40%以下的碱、海水、土壤、盐类溶液、酸性气体等的腐蚀，但漆膜对阳光的稳定性较差，耐热温度为60。常用于管道、设备表面防止工业大气、土壤、水的腐蚀。沥青漆由于价格便宜，使用较多。 (7)环氧树脂漆 它有良好的耐腐蚀性和耐磨性，与金属和非金属（除聚乙烯和聚氯乙烯等外）均有极好的附着力，但耐紫外线性差，故不宜在室外使用，使用温度极限为90100。,管道标志,在化工厂中往往把管路外壁涂上各种不同颜色的油漆。这里的油漆不仅是用来保护管道外壁不受环境腐蚀外，同时，也用来区别化工管路的类别，使人们醒目地知道管路中输送的是何种介质，这就是管路的标志,