《压力管道》PPT课件.ppt

1,第六章 管道设计,2,管道设计,6.1 管道设计的基本要求与一般程序 6.2 管道组成件 6.3 装置用管道设计 6.4 管道设计图 6.5 管道应力分析 6.6 管道的振动,3,特种设备监察条例（2009） 压力管道，是指利用一定的压力，用于输送气体或液体的管状设备，其范围规定为最大工作压力大于或者等于0.1MPa（表压）的气体、液化气体、蒸汽介质或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体介质，且公称直径大于25mm的管道。,不按压力管道管理 设备本体所属管道 军事装备、交通工具上和装置中的管道 入户（居民楼、庭院）前的最后一道阀门之后的生活用燃气管道及热力点（不含热力点）之后的热力管道,引言：压力管道介绍,4,法律,全国人大,国家主席颁布实施,条例,行政规章,安全技术规范,引用标准,国务院,质检总局,特种设备 安全监察局,国务院总理颁布实施,质检总局令,质检总局,法规范畴,5,工业管道 企业、事业单位所属的用于输送工艺介质的工艺管道、公用工程管道和其他辅助管道。 公用管道 城镇范围内用于公用事业或民用的燃气管道和热力管道。 长输管道 产地、存储库、使用单位间的用于输送商品介质的管道。,压力管道按用途分为三类,6,7,8,2009年5月 TSG D00012009压力管道安全技术监察规程,管道安全,9,10,特别重大事故： （一）特种设备事故造成30人以上死亡，或者100人以上重伤（包括急性工业中毒，下同），或者1亿元以上直接经济损失的； （二）600兆瓦以上锅炉爆炸的； （三）压力容器、压力管道有毒介质泄漏，造成15万人以上转移的； （四）客运索道、大型游乐设施高空滞留100人以上并且时间在48小时以上的。,特种设备监察条例事故划分,11,重大事故： （一）特种设备事故造成10人以上30人以下死亡，或者50人以上100人以下重伤，或者5000万元以上1亿元以下直接经济损失的； （二）600兆瓦以上锅炉因安全故障中断运行240小时以上的； （三）压力容器、压力管道有毒介质泄漏，造成5万人以上15万人以下转移的； （四）客运索道、大型游乐设施高空滞留100人以上并且时间在24小时以上48小时以下的。,特种设备监察条例事故划分,12,较大事故： （一）特种设备事故造成3人以上10人以下死亡，或者10人以上50人以下重伤，或者1000万元以上5000万元以下直接经济损失的； （二）锅炉、压力容器、压力管道爆炸的； （三）压力容器、压力管道有毒介质泄漏，造成1万人以上5万人以下转移的； （四）起重机械整体倾覆的； （五）客运索道、大型游乐设施高空滞留人员12小时以上的。,特种设备监察条例事故划分,13,一般事故： （一）特种设备事故造成3人以下死亡，或者10人以下重伤，或者1万元以上1000万元以下直接经济损失的； （二）压力容器、压力管道有毒介质泄漏，造成500人以上1万人以下转移的； （三）电梯轿厢滞留人员2小时以上的； （四）起重机械主要受力结构件折断或者起升机构坠落的； （五）客运索道高空滞留人员3.5小时以上12小时以下的； （六）大型游乐设施高空滞留人员1小时以上12小时以下的。,特种设备监察条例事故划分,14,15,16,TSG D00012009压力管道安全技术监察规程对工业管道级别的划分,17,6.1 管道设计的基本要求与一般程序,6.1.1 管道设计的基本要求 6.1.2 管道设计的一般程序,18,6.1.1 管道设计的基本要求,1. 一般要求 2. 防火安全设计 3. 防爆安全设计 4. 其它安全设计 5. 便于检修、运行操作,19,一般要求,满足生产 足够的强度 足够的刚度 ，适当的支撑 柔性分析 动力分析 抵御风载和地震载荷的能力,20,一般要求,1）管道的总体布置 2）管道布置与敷设 3）管道连接与弯管 4）管道与建筑物,21,1）管道的总体布置,管道布置设计应做到安全可靠、经济合理，并满足施工、操作、维修等方面的要求。 对于需长期施工的工程，其管道的布置设计应统一规划，力求做到施工、生产、维修互不影响 。 永久性的工艺、热力管道不得穿越工厂的发展用地。 在确定进出装置（单元）的管道方位与敷设方式时，应做到内外协调 。 厂区内的全厂性管道的敷设，应与厂区内的装置（单元）、道路、建筑物等协调，避免管道包围装置（单元），减少管道与铁路、道路的交叉 。,22,2）管道布置与敷设,尽可能地上敷设,管道敷设主要有架空和埋地两种类型。可根据具体情况确定选择合适的敷设方式。一般过程工业装置的管道大都采用架空敷设。 载荷均衡并留有一定发展空位。 输送介质工艺条件对距离、角度、高度差等有特殊要求的管道及大直径管道布置，应在设计时统筹规划；,23,管道应具有必要柔性，可靠支承； 避免袋形或盲肠； 两相流管道应考虑对称布置； 不防碍设备的安装检修操作。,24,袋形,为防止管线中有积液，阀门应布置在横管上，管线不得布置成袋形,25,盲管,26,27,3）管道连接与弯管,连接：法兰、螺栓连接、焊接。尽可能采用焊接。 弯管：,28,4）管道与建筑物,管道穿过建筑物的楼板、房顶或墙面时，应加套管。套管直径大于管道绝热层的外径，并不得影响管道的热位移。焊缝不应在套管内。,29,4）管道与建筑物,布置腐蚀性介质或有毒介质的管道时，应避免由于法兰、楼板和填料密封等泄漏而造成对人身和设备的危害；全厂性管道敷设应有坡度并尽量与地面坡度一致。对于跨越、穿越厂区内铁路和道路的管道，在其跨越段或穿越段上不得装设阀门、波形补偿器和法兰、螺纹接头等管件,30,防火安全设计,GB501602008石油化工企业设计防火规范 裸露的钢结构耐火极限只有0.25h 发生火灾后的持续时间多数在1h左右 标准规定耐火层的耐火极限不应低于1.5h,31,防爆安全设计,爆炸的三个条件： 存在可燃气体、易燃液体的蒸汽或薄雾 上述物质与空气混合，其浓度在爆炸极限以内 存在足以点燃爆炸性混合物的火花或高温 GB5005892爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范 工艺设计、联锁保护,32,其它安全设计,经过道路的管道必须有一定的架空高度 只有人员通行的净高度不小于2.2m 通行大型车辆的净高度要留4.5m 跨越铁路的净高度则不小于5.5m,33,34,其它安全设计,法兰的位置避免处于人行通道和机泵上方。输送腐蚀性介质管道上的法兰要设安全防护罩。,35,便于检修、运行操作,泵一般布置在管廊的下面 ，为便于泵安装、操作、检修，至少要有3.5m的净空高度 管廊在道路上空穿越时，净空高度应为：装置内检修通道不低于4.5m；管廊下的检修通道不低于3m。,36,6.1.2 管道设计的一般程序,初步设计 根据已批准的项目建议书和可行性研究报告进行 施工设计 初步设计经上级主管部门组织审查批准后,37,初步设计 : 物料和热量衡算等 物料的流量及该物料允许的流速确定管径 不同介质的物理化学性质、压力等级、工作温度等因素确定管子的材料和阀门、法兰等管道附件 绘制流程图（系统图）、布置图、绘制主要管道走向草图 并对主要管道进行应力计算,38,施工图设计 绘制详细的管道流程图和设备布置图 设计管道的平立面布置图 ,对温度较高的重要管道进行应力计算 绘制单管图、管口方位图、蒸汽伴热管系图等 编制管道安装一览表、综合材料表和油漆一览表等 所有设计文件必须进行校对、审核，部分图纸还要进行审定，最后还要进行各有关专业参加的综合鉴定，确保设计的质量。,39,6.2 管道组成件,6.2.1 管道材料选定的基本原则 6.2.2 管子、管件和附件 6.2.3 法兰连接件 6.2.4 阀门 6.2.5 其他组成件,40,管道,管子 主要组成部分 管件 三通、弯头、异径管、丝堵 法兰连接件 管法兰、螺栓/螺母、垫片 阀门 其他组成件 阻火器、过滤器、疏水器,41,6.2.1 管道材料选定的基本原则,依据： 管道材料的使用是根据所输送介质的操作条件（如温度、压力）及其在该条件下的特性决定的 。 在选择管子材料时，要求设计人员首先要了解管子的种类、规格、性能、使用范围，根据管系的设计压力、设计温度和管内介质的性质对经济性和安全性或寿命等因素作考虑。 管道材料一般优先选用与之相联接的设备或机器的材料 。,42,基本原则： 经济性和安全性统一，兼顾使用年限。 关键部位采用高级材料。,43,表6.2 管子分类表,6.2.2 管子、管件和附件,一、管子,（一）管子分类,44,表6.3 不同用处分类表,45,铅管、铝管、钛管,铜管、铝黄铜、铝砷高强度黄铜、铜、镍、蒙乃尔合金、耐蚀耐热镍基合金,铜及铜合金,有色金属管,奥氏体钢管,合金钢,低温用钢管、高温用钢管,低合金钢,普通钢管、高压钢管、高温钢管,碳素钢管,钢管,高级铸铁管、延性铸铁管,铸铁管,铁管,金 属 管,名称,小分类,中分类,大分类,钢塑复合管、铝塑复合管,钢塑复合管,复合管,玻璃管、玻璃衬里管,玻璃陶瓷管,混凝土管,混凝土管,石棉管,石棉管,聚氯乙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯,塑料管,橡胶软管、橡胶衬里管,橡胶管,非金属管,表6.4 不同材质分类表,46,（二）管子的规格尺寸,直径和壁厚：一般无缝钢管用外径与壁厚表示，主要需确定管子的内径。,管路内径：,D管路内径，m； qv管内介质的流量，m3/s； u管内介质的流速，m/s。,47,实际根据管内流速、压力损失确定经济管径，主要考虑压力损失和设备费的比较。,最佳管径：对于碳钢管：,对于不锈钢管：,式中：G流量 kg/s； 密度， kg/m3； D最佳最佳经济直径，mm。,一般在石化企业选择钢管规格可按钢管表号选取。中石化总公司和原化学工业部标准分别编制了管表号表示的钢管壁厚系列，作为工艺配管用管的基本系列。,48,钢管的公称直径系列DN,公称直径是表示管道系统中除已用外径表示的组成件以外的所有组成件通用的一个尺寸数字。 通常是整数。 与组成件真实尺寸接近，但不相等。 公称直径有公制（SI）和英制两种。 换算关系：1 in25mm,49,50,钢管的外径系列,目前各国外径系列尺寸不统一。 目前广泛应用的有：美国ANSI B36.10；德国DIN2448；英国BS 3600；国际标准化组织ISO 4200。 日本有JIS标准，但按美、英、德标准生产钢管。 单位：我国、日、德、ISO用mm，美有mm和in两种。,51,以管子表号（Sch.）表示的壁厚系列,Sch.-全称：Schedule,式中： p管子设计压力，MPa； 管子材料的许用应力， MPa； x管表号数值。,52,53,以管子表号（Sch.）表示的壁厚系列,举例： 计算管子公称直径为DN50，即2”；若材质为20#，设计压力为1.2MPa，设计温度为150，该温度下材料的许用应力为130MPa，则,表示为： 2“ sch.10 2“ sch.10s 表示2”接管的壁厚为2.9mm,材质为不锈钢,54,55,以管子表号（Sch.）表示的壁厚系列,ANSI B36.10壁厚等级：Sch10、Sch20、Sch30、Sch40、Sch60、Sch80、Sch100、Sch120、Sch140、Sch160十个等级; ANSI B36.19壁厚等级：Sch5s、Sch10s、Sch40s、Sch80s四个等级;,56,以钢管壁厚尺寸表示 中国、ISO、日本部分钢管标准采用 以管子重量表示管壁厚度,它将管子壁厚分为三种： a.标准重量管,以STD表示 b加厚管，以XS表示 c.特厚管，以XXS表示。 对于DN250mm的管子，Sch40相当于STD， DN200mm的管子，Sch80相当于XS。,57,（三）材料的选择 常用：无缝钢管（DN15DN600） 20#、15CrMo、1Cr5Mo、0Cr18Ni9、 0Cr17Ni12Mo2 焊接钢管（大直径DN250、大壁厚Sch.100）,（四）选用标准 常用：GB/ T8163、GB 9948、GB 6479、GB 3087、GB 5310、GB/T 14976,58,二、管件,在管系中改变走向、标高或管径以及由主管上引出支管等均需用管件 如三通、四通、异径管、弯头、活接头、丝堵等,59,作用：改变走向、标高、直径、局部加强、由主管上引出支管。,三通、四通、异径管、弯头、活接头、丝堵、接缘（管嘴）、管帽等。,连接形式：对焊、螺纹、承插焊、法兰。,注意：连接方式的选择；主管引出支管。,选择：直径、壁厚、材料与管子一致。,60,三通,流体分流处或并流处使用三通,61,弯头,62,异径管,异径管用于不同管径的管子连接的管件,63,6.2.3 管法兰连接件,flange,64,1.组成：管法兰、垫片、紧固件,管法兰标准：HG20592-20635，SH3405，ANSI B16.24,连接方式：焊接、活套（松套）、螺纹,2.法兰：,材料,65,选择：根据工作压力、工作温度和介质特性，还要注意与之相连的设备、机器的接管和阀门，以及管件、附件的连接型式和尺寸一致 法兰选择包括合适的结构型式；合适的材料,66,密封面：平面(宽面)、凸台面（光面）、凹凸面、榫槽面、环槽面（梯形槽面）,67,3.垫片：,选用：操作温度、压力、介质的性质、密封面的型式、结构、装卸、经济性等,注意：整个装置尽量垫片品种少、规格标准统一。,种类： 非金属垫片：石棉、聚四氟乙烯包覆垫片 半金属垫片：金属缠绕垫片、包覆垫片（铁包式垫片）以及波齿型垫片 金属垫片：平垫、八角型垫片、椭圆型垫片,68,69,4.紧固件：螺栓、螺母,螺栓：六角头（单头螺栓） 双头螺栓（通丝和非通丝）,材料的选择：使用温度、压力；介质种类；垫片类型。 螺母材料低于螺栓材料，保证螺母硬度比螺栓低HB30左右。,表示方法： M24140,70,6.2.4 阀门,阀门用于启闭、节流及保证管系和设备的安全运行等 选用阀门主要从装置无故障操作和经济二方面考虑 阀门与管子的联接主要有法兰连接、螺纹连接、对焊连接和承插焊连接,71,72,阀门的分类,闸阀 截止阀 节流阀 止回阀 球阀 柱塞阀 蝶阀 隔膜阀 减压阀 疏水阀 安全阀,73,闸阀,主要起启、闭作用，另外具有一定调节流量能力； 闸阀的密封性能较截止阀好，流体阻力小。,74,截止阀,截止阀与闸阀相比，其调节性能好，密封性能差，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，不宜用于粘度大、含有颗粒易沉淀的介质，也不宜作放空阀及低真空系统的阀门。,75,节流阀,节流阀的外形尺寸小、质量轻、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 。,76,止回阀,止回阀按结构可分为升降式和旋启式两种 升降式止回阀较旋启式止回阀的密封性好，流体阻力大，卧式的宜装在水平管线上，立式的应装在垂直管线上 旋启式止回阀不宜制成小口径阀门。它可装在水平、垂直或倾斜的管线上。如装在垂直管线上，介质流向应由下向上,77,升降式止回阀,78,旋启式止回阀,79,球阀,球阀的结构简单、开关迅速、操作方便、体积小、质量轻、零部件少、流体阻力小、结构比闸阀、截止阀简单。,80,柱塞阀,柱塞与密封圈间采用过盈配合，通过调节阀盖上连接螺栓的压紧力，使密封圈上所产生的径向分力远大于流体的压力，从而保证了密封性，杜绝了外泄漏。柱塞阀是国际上最近发展的新颖结构阀门，具有结构紧凑、启闭灵活、寿命长、维修方便等特点,81,蝶阀,蝶阀与相同公称压力等级的平行式闸阀比较，其尺寸小、质量轻、开闭迅速、具有一定的调节性能，适合制成大口径阀门。,82,蝶阀的传动机构,83,隔膜阀,阀的启闭是一块橡胶隔膜，夹于阀体与阀盖之间。隔膜中间突出部分固定在阀杆上，阀杆内衬有橡胶，由于介质不进入阀盖内腔，