《化工管道设计》PPT课件.ppt

第八章 化工管道设计 一般，在化工装置工程建设中，一般，在化工装置工程建设中， 管道设计工作量占工程设计总工作量管道设计工作量占工程设计总工作量 40%40%，管道工程材料费用占设备材料总，管道工程材料费用占设备材料总 费用的费用的20%20%，管道安装工时占施工总工，管道安装工时占施工总工 时的时的40%40%以上，工艺生产装置能否长期以上，工艺生产装置能否长期 安全运行与管道设计的好坏密切相关安全运行与管道设计的好坏密切相关 。 管道设计 一、设计原则 1、统筹规划合理布局:工艺,电气,仪表管线 。 2、保证正常生产、满足开（停）工及事故处 理需要。 3、运用先进技术，充分利用能源:热(冷)量 充分利用。 4、尽量集中布置便于安装检修:协调一致,便 于操作。 5、注意整齐美观:排列整齐,清洁美观。 第一节 设计原则及注意事项 二、注意事项 1、物料管道（凡输送原料,半成品,成品,废 料等的管线统称为物料管道） 避免死角。 坡度为3/1000-5/1000,含固体结晶为1/100。 根据物料的性质来选择管材。 管道阀门选择旋塞阀,球阀,截止阀。 输送腐蚀性介质管道不得位于通道上方,法兰连 接处要装护套,与其它管道保持一定距离,并略 低一些。 输送易凝固的物料管道应考虑吹扫和加热保温 。 防爆管道,易产生静电管道应注意安装接地。 根据蒸汽用量和压力选择管材规格。 坡度为5/1000。 适当地点应设置疏水器放水孔。 适当地点应设置膨胀器。 蒸汽加热设备的冷凝水应尽量回收。 选定保温材料及保温层厚度。 选定支架形式及其跨度。 2、蒸汽管道 充分考虑综合利用,尽量减少污水排放。 合流式分流式。 根据废水不同成分和组成,选择管道材料 。 废水中含有可燃性溶剂,应导入窨井回收 。 污水管道启闭器常选用旋塞或球阀。 污水管道坡度为1/1000。 3、污水管道 4、真空管线 .真空管道尽量短,避免过多曲折。 .真空管道坡度为3/1000,避免死角。 .真空管道启闭器常选用旋塞或球阀。 .应有足够的强度及抗腐蚀能力。 5、压缩空气管线 .压缩空气应先进入储气罐,析出夹带的油和水 。 .仪表,分析用压缩空气,应经过除尘,脱水。 .压缩空气管道坡度为4/1000。 .压缩空气管道启闭阀常用球阀。 一、管道和管件的公称压力及公称直径系列 1、管道和管件的公称压力系列 碳钢在200,合金钢在250以下,最大的允 许工作压力(表压),称为公称压力PN(MPa）。 2、管道和管件的公称直径系列 以外径表示钢管的直径，称为公称直径 DN(mm) 同一公称直径的钢管,外径相同,但内径随壁 厚而异。 第二节 管件选择与管径计算 耐酸陶瓷:耐酸,但强度低,热稳定性差。 玻璃钢:耐酸碱,耐高温,强度高。 硬聚氯乙烯:耐腐蚀,耐酸碱,电绝缘。 聚四氟乙烯:耐腐蚀,耐酸碱,摩擦系数小。 二、材质与常用管道种类 1、材质 1)金属类：耐温范围大,耐压力高,有一定的 耐腐蚀性。 2)非金属类：耐腐蚀性好,品种多,资源丰富 。 2、常用管道种类 1)钢管 .有缝钢管:钢板卷焊而成,强度低,可靠性差 。 .无缝钢管:由管坯热轧而成,耐高温,高压。 2)有色金属管 常见的是铜管和黄铜管,铅管和铅合金管, 铝管和铝合金管,都无缝管,用作换热管,真 空管及输送酸性物料。 3)非金属管 品种繁多如硬聚氯乙烯,聚四氟乙烯,玻璃钢 。 1、焊接:施工方便,可靠不漏,成本低,尽量用焊 接,管径大于32mm电焊,管径小于32mm气焊。 2、螺纹连接:连接简单,拆装方便,成本低,但连 接可靠性低,不宜用于易燃易爆有毒管线。 3、法兰连接:连接强度高,拆装方便,密封可靠 但费用高,用于大管径,密封要求高的管道。 4、承插连接:用于供排水管,陶瓷管,水泥管。 5、卡箍连接:金属插入非金属管后卡箍箍紧。 三、管道连接 1)旋塞:结构简单,操作方便,阻力小,但密封 面易磨损。 2)闸阀:流体阻力小开关力小,但结构复杂密 封面易损。 3)截止阀:结构简单,价格便宜,开关力大,密 封性能差。 4)节流发:外形小,重量轻,调节性能好,用于 低温高压。 四、常用阀门和阀件的选择及阀门的标注 2、常用阀门和阀件的选择 1、阀门的标准、型号和标志:JB 308-75规定 。 5)球阀:结构简单,开关力小,外形小,重量轻, 阻力小。 6)止回阀:介质不能倒流。 7)减压阀:通过阀瓣时产生阻力,造成压力损 失。 8)安全阀:压力超过规定值时,自动开启泄压 。 9)隔膜阀:隔膜夹于阀体与阀盖之间,增加了 密封强度。 10)疏水阀:自动排出管道中的冷凝水。 11)管道过滤器:Y型过滤器,用于疏水器前,或 仪表前。 1、管径选择:当输送流体的能力一定时,管 径的大小直接影响到经济效益。 管径大:管壁,重量,阀门,管件加大,保温, 基建费增加。 管径小:流速增加,阻力增大,动力消耗大 输送费增加。 2、流速选取: 液体流速一般不超过 3 m/s 气体流速一般不超过 100 m/s 具体选择时可从附录五中选取 五、流速选择与管径计算 3、管径计算： 长管道要校核压力降,不符合要求调整流速和 管径。 4、管道压力降计算 计算压力降的目的是为了选择合适的泵,压缩 机,鼓风机等输送设备和校核选择流速或管 径。 用公式计算比较麻烦,工程上常用算图计算压 力降。 15 d:管径为 (mm) Q:流体的体积流量 (m3/s) V:流体的平均流速（m/s） 一、管道隔热 第三节 管道隔热与热补偿 1. 管道隔热的一般规定 （1）热力管道及其附件，凡表面温度大于50oC 以上时，须考虑隔热，隔热后的管道外表温 度不应超过下列数值： （2）室外架空敷设的非干燥气体管道及附件， 又处于0oC以下温度时，应考虑防冻。 室外管道，当温度25oC时为60oC，当气温25oC 时为40oC。 室内管道，当操作地点按25oC考虑时为50oC。 （4）所有可能在0oC以下的煤气管及气体气体管 道的排水管必须进行隔热防冻。 （3）室外架空敷设的冷煤气管道，有处于0oC以 下可能时，一般应按以下规定隔热、防冻。 当室外气温为0到-10oC时，DN300的管道应做 隔热防冻。 当室外气温为-10到-20oC时，DN500的管道应 做隔热防冻。 当室外气温为-20以下时，所有管道应进行隔 热防冻。 2、保温材料选择 密度小，在450kg/m3以下 机械强度大，一般可承受0.3MPa以上； 导热系数小，350以下时导热系数小于 0.14W/mK, 化学稳定性好，耐腐蚀，耐火，膨胀小； 能耐一定温度，对潮湿，水分的寝室有顶的 抵抗力； 价格便宜，易于施工。 按导热系数（W/mK）划分为为： 一级级隔热热材 料 0.08；二级级隔热热材料 0.08-0.116；三级级隔 热热材料0.116-0.174 ；四级级隔热热材料0.174- 0.209 3、常用保温材料的特性与应用范围 保温材料的导热系数随温度的增加而增加。 在高温管道可先包覆耐热性较高的保温材料, 然后再敷以导热系数较小的保温材料。 参考： HG/T 20683 2005 4、隔热层厚度的选择 隔热层厚度的计算较为复杂，随厚度 的增加，管道热量损失可以减少，但隔热 的投资费和折旧费却在增加，一次需要进 行经济核算来去顶最适宜的厚度。 Dw：管道或圆柱形设备的外径，mm； ：隔热热材料的导热导热 系数，W/mK； t1：管道或圆圆柱形设备设备 的外表面温度，oC； q：最大允许热损许热损 失，W/m（可参考相关标标准 ） 1)隔热形式:除一般绝热隔热外,有时还采 用夹套保温或伴热管保温,物料凝固点(或 熔点)50时采用伴热管保温,150 采用夹套保温。 2)热载体的选择:常用的热载体有热水,蒸 汽,烟道气,热空气,高温时用联苯混合物, 熔盐。 5、隔热形式及热载体的选择 1、管道的热变形与热应力 二、管道的热补偿 管道的热膨胀,冷缩：L=Lt 若管道不能自由伸缩,将产生热应力。 应力大小可由下式计算:=E=Et L：线形热膨胀或体积热膨胀值； ：材料膨胀胀系数； t：温度变变化 E：材料弹性模量； ：材料膨胀胀系数； t：温度变变化 2）补偿器补偿：自然补偿达不到要求时,要 采用补偿器补偿，常见的补偿器有形和 U形两种。形补偿器应用最多，优点耐 压可靠,补偿能力大，制造方便，缺点尺 寸大，流体阻力大，安装时要预拉伸或预 压缩。 1）自然热补偿：利用管道部置时的自然弯曲 来吸收热伸长量，此弯段称自然热补偿器 。有L形有Z形，自然热补偿可不用补偿器 ，简单经济。 2、管道的热补偿 一、管道支架类型和作用 第四节 管架的设计 1. 固定式支架：在管道上不允许有任何的位移， 紧卡在或固定在牢固的生根架上。一般使用在 热管、冷管上直线很长的场合，为防止热膨冷 缩位移量过大，在固定管架之间须设置补偿器 或利用管道拐弯自然补偿。 2. 活动支（吊）架：该支（吊）架用于管道的正 常支撑，这种支（吊）架在支撑面上允许有纵 向和横向的移动，是配管使用比较多的一种， 根据管道允许跨度，确定其位置。 3. 导向支架：又叫限位移支架，只限于某个方向 的位移，一般仅允许轴向移动，不允许横向移 动。多用于设备入口，铸铁阀门的两侧，以避 免产生弯距；还用于波形伸缩器，高管伸缩器 的直管线上，以保持轴向位移。 4. 弹簧支（吊）架：利用弹簧的伸长或压缩，伴 随管道垂直位移起支撑作用。一般布置在垂直 管道的两侧和顶端，如水平管道受垂直管道的 影响有上下位移的场合需要用弹簧支架。 各种支架类型、配件及图示 参考：HG/T 21629-1999 管架标准图 二、管架宽度计算 W = f nS + A W：管架总宽度，m； f：安全因素，按工艺流程图估计管数时，取f=1.5，按 施工工艺图估算时，f=1.2； S：管道的平均距离，一般S=0.3，当管径0.25m时， 取S=0.25； n：管件根数； A：扩建需要的预留宽度，需要仔细考虑，一般为 0.7m。 W一般为6-8m，大于9m时要采用双层管架。 管架宽度也收起下面布置的设备和通道影响。 三、管道支吊架载荷计算 不同支（吊）架形式、管道走向及阀门控制 等，有不同的计算方法，可参考相关资料， 如工程力学等。 ab ABC G：承受的载荷，N Q：单位长度的基本载荷，N/m 确定管道支架时要预先考虑管道支架的载荷 水平直管 无集中负 荷时 三、管间距 1. 各种情况的管间距可查相关手册，间距确定的 一般考虑原则为： 无法兰不保温或保温、保冷管道，其突出部分净距 离不小于80mm； 有法兰的不保温管道，其突出部分的净距离不小 50mm； 法兰相错的管道，按大管道上有法兰与小管道无法 兰考虑间距； 管道最突出部分距墙壁或柱边的净空不小于100mm 3. 并排管道上并排安装用手轮操作的阀门时，管 间距离处考虑法兰大小及净距离外，还要考虑 手轮大小及其净距离（一般选100mm），采 用两者中较大值。 4. 管道通过人行道时，最低点离地面不小于2m ；离公路不小于4.5m；离铁路不小于6m；离 厂交通干线一般为5m。 2. 管道最突出部分距管架梁端部距离不小100mm ，距管架柱距离也不小于100mm 一、几种常见设备的工艺配管 1、泵的管道布置：泵的吸入管要短,直,阻力 小，入口安装临时过滤器（有永久除外） 。 第五节 生产系统管道布置要求 吸入管的直径不应小于泵的入口，入口进 泵为水平方向时，入口管道应配置偏心异 径管，取顶平安装，以免形成气袋。 泵的排出管一般均按止回阀，旁路管。 往复泵,齿轮泵,旋涡泵在排出管设安全阀 。 蒸汽泵,计量泵,非金属泵入口处设过滤器 。 1)管口方位 人孔：设在安全方便的操作侧，面对过道。 回流孔：设置在配管区180的地方。 塔顶出汽孔：靠近人孔的操作平台。 再沸器接口:双出口尽量对称,避开塔封液板。 仪表口:温度计压力计液位计在操作平台上方 。 2)塔的配管 塔平面配管:人孔的90、270扇区不排管。 塔立面配管:主要反映管道,平台的标高走向。 2、塔的管道布置 1)管口方位 3、容器的管道布置 立式容器:分操作侧面和配管侧面,操作侧面 有加料孔,视镜,压力表,温度计； 人孔,气孔在顶部出料孔在底部。 卧式容器:液体,气体进口在一端的顶部,液 体出口在另一端的底部,蒸汽出口 则在液体出口的顶上,人孔可在顶 上,侧面或封头中心。 立式容器: 2)管道布置 卧式容器: 两设备一般不用直管连接。 进料管设在设备前部。 出料管在底部中心引出。 管口大多在一条直线上。 阀门大多装在管口上。 1)管口布置和流体流动方向 4、换热器的管道布置 2)换热器的配管 管壳式换热器已标准化,有系列产品可 供使用但管口大小,方位和安装结构由设 计人员决定。 管箱面对操作通道，封头对管廊。 仪表，阀门应靠进换热器，能在通道上 操作。 换热器两端和法兰周围应留出足够空间 。 1、管道上放空 管道最高点应设置放空阀。 管道最低点应设置排空阀。 放空管直径一般取DN 20-40。 2、设备上放空 放空管装在顶部能将气体放尽的位置。 排空管装在底部能将液体放尽的位置。 放空管直径一般取DN 20-50。 二、放空 三、取样: 取样口应设在操作方便,有代表性的地 方,应装两个阀,易采用针形阀,高温取样 应设冷却器。 四、吹洗: 吹洗管分半固定和固定两种,半固定为 一短管, 在吹洗时临时接上软管通入吹洗 介质。 起动频繁时应设置双阀,特殊要求应设 置双阀。 五、双阀的设置: 管道布置图又称配管图或管道安装图， 它表示车间内外设备间管道的连接，阀门， 管件及控制仪表等安装情况的详图，连同工 艺管道一览表、管架表一起供施工安装使用 。 第六节 管道布置图 一、有关资料准备 1、带控制点工艺流程图:满足工艺要求。 2、总平面图:了解公用工程车间位置 。 3、车间建筑图:了解门,窗,柱,梁,楼梯位置。 4、车间设备布置图:以设备布置平剖面图为据 。 5、设备图:根据设备管口安装不同管道与管件 。 6、梁板布置图和节点详图:管道穿过楼板位置 。 二、管道