管道课程设计.doc

课 程 设 计 报 告 书设 计 题 目： 西校区新大楼管段管道设计 学 院 名 称： 化学工程学院 专 业： 油气储运工程 班 级： 10-1 姓 名： 樊一帆 学 号 10402050116 同 组 人 员： 潘晓琴 吴健常 指 导 教 师： 俞小勇 成 绩 宁波工程学院化学工程学院油气储运教研室课 程 设 计 任 务 书设计题目西校区新大楼管段管道设计课程名称油气管道工程设计类型初步设计学生姓名樊一帆学 号10402050116专 业油气储运工程联系电程设计要求：1、管道设计的基础数据从东大门至新大楼敷设一条管廊，布置一条自来水管道，一条污水管道，一条蒸汽管道。已知自来水年输量为170万吨，污水年输量为130万吨，蒸汽年输量为170万立方米。自来水及污水管道经济流速取1m/s。蒸汽管道经济流速均取20m/s。 2、参考资料（部分）：1 杨筱蘅. 输油管道设计与管理. 北京：中国石油大学出版社，2006.5；2 郭光臣. 油库设计与管理. 东营：中国石油大学出版社，2006.12； 3 石油化工装置工艺管道安装设计手册第一篇、第二篇及第四篇. 北京：中国石化出版社。 4 油品储运设计手册. 北京：石油工业出版社；5 40b2261997，石油化工装置管道跨距设计技术规定s；6 sh30102000，石油化工设备和管道隔热技术规范s；7 刁玉玮，王立业，喻健良化工设备机械基础m大连：大连理工大学出版社，2006 3、完成形式：3.1选定线路，布置管道，完成总平面布置图；3.2完成管道安装图及管道布置断面图；3.3完成课程设计报告。课程设计进度要求：2013年 9月24日止： 选定线路、实地测量； 2013年 9月27日止： 完成说明及计算部分； 2013年9月30日止： 完成总平面布置图、管道安装图及管道布置断面图；2013年 10月7日： 上交设计报告及有关图纸。设计开始时间： 2013-9-22设计结束时间： 2013-10-7任务下达教师：俞小勇1 前言现在为了供给学校新建的办公楼所需的自来水和蒸汽，特需要从东门门卫室处引进输气和输水管道，满足办公楼的生活用水和采暖用气的要求，并将生活污水引出排出校外。由于，学校地理位置的特殊性，处在市中心，虽然采用架空敷设可以不受地下水位、土质和其他地下管线的影响，构造简单，易于发现和消除故障，维修管理方便，但占地面积较多，管道的热损失较大，影响学校美观。另外，由于学校环境的特殊性，本来在校园内进出的基本上都是小型汽车，且车流量少，采用埋地敷设的方式对管道的影响也很小。因此，本设计将采用埋地敷设的方式。从东门至办公楼挖一条管沟，敷设一条自来水管道，一条污水管道和一条蒸汽管道。2 文字说明部分2.1设计原始数据资料2.1.1管道设计的基础数据从东大门至新大楼敷设一条管廊，布置一条自来水管道，一条污水管道，一条蒸汽管道。已知自来水年输量为170万吨，污水年输量为130万吨，蒸汽年输量为170万立方米。自来水及污水管道经济流速1m/s。蒸汽管道经济流速均取20m/s。对于暖气的供应，按照宁波市的气候及每年的气温变化情况，采用以往供气的平均值来设计，取用120天。2.1.2管道地址周围环境管道敷设地处学校东门以西，由于东门长期不通机动车，因此车辆对于埋地管道的影响可忽略不计。该地段绿化面积大，对于埋地管道，优先考虑将其安置在绿化带下。图2-1为管道地址的卫星图，红色方框内就是管道敷设地。图2-1 管道敷设地卫星图2.1.3宁波地区气候概况宁波濒海，属北亚热带湿润季风气候，南部具向中亚热带过渡的特征。冬季主要受西风带冷空气控制；夏季则受副热带高压，台风和西南气流影响，多异常天气。夏冬长，春秋短，四季分明，季风交替显著，雨量充沛，温暖湿润。查阅有关宁波市海曙区的水文地质条件：全年月平均气温15.7；绝对最高气温39；绝对最低气温-1.4；冰冻线最大深度18.6mm；最低平均温度0。全年平均降雨量 995.3mm；最大降雨量1624.3mm；均降雨天数 126.3天。主导风向东北或东南风；风速 东北风4.7m/s；东南风2.78m/s。其中将本设计中着重需要用到的各条件列于表2-1中表2-1 宁波地区气候冬季采暖室外设计温度（）室外平均风率w/（m/s）最热月平均温度（）最热月相对湿度/%全年月平均气温（）冬季夏季02.92.928.18315.7极端温度（）最大冻土深度/cm夏季室外空调计算温度（）对应露点温度（）采暖期平均最低最高温度天数-4.539.318.634.531.033.52.2管道概述管道是用管子、管子联接件和阀门等联接成的用于输送气体，液体，或带固体颗粒的流体的装置。通常，流体经鼓风机，压缩机，泵和锅炉等增压后，从管道的高压处流向低压处，也可利用流体自身的重力和压力输送。管道的用途范围很广，主要用在供水，给水，供煤气，长距离输送石油和天然气，农业灌溉，水利工程和各种工业装置中。特别是在石油天然气工业中，管道运输在当前世界范围内发展迅速。在石油及天然气行业中，管道运输往往是最佳的选择，因为利用管道把石油及其产品和各种气体从产地输送到炼厂或用户是最安全，最经济和对环境的破坏是最小的。在城市生活区里或生产区，管道也是常见的，城市的输水和输送燃气的管网到处可见。城镇燃气管网采用不同的压力级制，以确保输送水，燃气的安全经济的输送。2.2.1管道的设计原则（1）设计中贯彻国家有关政策，积极采用新工艺、新技术、新设备和新材料，做到技术先进、经济合理、安全使用、确保质量；（2）保护环境，降低能耗，节约土地；处理好与铁路、公路、空运、水路间的相互关系，在满足管线设计要求的前提下，充分利用管线的承压能力以减少不必要的损耗；（3）积极采用先进技术、合理吸取国内外新的科技成果。管线线路选择应根据沿线的气象、水文、地形、地质、地震等自然条件和交通、电力、水利、工矿企业、城市建设等的现状与发展规划，在施工便利和运行安全的前提下，通过综合分析和技术比较确定。2.2.2管道材料的选取原则管道的材质选择应根据设计压力、温度和所输送液体的物理化学性质等因素，经技术经济比较后确定。由于管道的向着大口径、高压力的方向发展，为了减少钢材耗量、降低成本，就要提高制管钢材的强度。对于高强度薄壁管道，为了防止断裂事故发发生，要求钢材拥有足够的强度、较好的韧性和良好的可焊性。2.2.3管道的分级（1）按设计压力将管道分为四级表2-2 gbj235-82管道分级级别名称设计压力mpa真空管道10（2）按管道的材质，工作压力和工作温度分为五类表2-3 gbj235-82工业管道分级管道材质工作温度（）工作压力碳素钢3703210324101.64370104101.641.6合金钢及不锈钢-70或450-70450任意104101.641.6铝及铝合金任意1.6铜及铜合金任意104101.641.6（3）按介质的毒性、火灾危险性、操作温度、设计压力分为三类表2-4 sh3059-94管道分级管道分级试用范围a1.剧毒设计管道2.设计压力大于或等于10mpa可燃介质管道b1.介质闪电低于28的可燃液体管道2.介质爆炸下限低于10%的气体管道3.操作温度高于或等于介质自然点的c级管道c1.介质闪电28-60的可燃液体管道2.介质爆炸下限等于或大于10%的可燃气体管道2.3给排水管的要求2.3.1给水管的选择原则选择给水管材时，应考虑以下几方面因素：（1）管道承受内压和外荷载强度；（2）管道耐腐蚀性能；（3）管道使用年限；（4）管道运输、施工和安装难易程度；（5）管道内壁光滑程度；管道价格。设计中，应通过以上几方面的技术、经济综合评价，确定技术、经济合理的管道材料。2.3.2排水管的选择原则对排水管渠的要求是：（1）应有足够的强度以承受外荷载内部水压；（2）应具有抵抗污水中固体杂质的冲刷和磨损的性能；（3）应具有抗腐蚀性能；（4）管道内壁光滑、不透水；（5）尽量就地取材。2.3.3给排水管材料的优缺点给排水管道主要是指给水管道部分。现在市面上的管道材质五花八门，用户往往摸不到头绪。（1）镀锌铁管。镀锌铁管是目前使用量最大的一种材料。由于镀锌铁管的锈蚀造成水中重金属含量过高，影响人体健康，许多发达国家和地区的政府部门已开始明令禁止使用镀锌铁管。目前我国正在逐渐淘汰这种类型的管道。（2）铜管。铜管是一种比较传统但价格较贵的管道材质，耐用而且施工较为方便。在很多进口卫浴产品中，铜管都是首选。价格是影响其使用量的最主要原因，另外铜蚀也是一方面的因素。（3）不锈钢管。不锈钢管是一种较为耐用的管道材料。但其价格较高，且施工工艺要求比较高，尤其其材质强度较硬，现场加工非常困难，所以装修工程中用得较少。（4）铝塑复合管。铝塑复合管是目前市面上较为吃香的一种管材，由于其质轻、耐用而且施工方便，其可弯曲性更适合在家装中使用。其主要缺点是在用做热水管时，长期的热胀冷缩会造成管壁错位以致渗漏。（5）不锈钢复合管。不锈钢复合管与铝塑复合管在结构上差不多，在一定程度上，性能也比较接近。同样，由于钢的强度问题，施工仍较困难。（6）pvc管。pvc(聚氯乙烯)塑料管是一种现代合成材料管材。但近年来科技界发现，能使pvc变得更为柔软的化学添加剂酞，对人体内肾、肝、睾丸影响甚大，会导致癌症、肾损坏，并破坏人体再造系统，影响发育。一般来说，由于其强度远远不能适应水管的承压要求，因此极少使用于自来水管。大部分情况下，pvc管适用于电线管道和排污管道。2.4管材的选取管道所采用的钢管材质应根据使用压力、温度、输送介质的物性等因素确定，经技术比较后确定，本设计中管道均采用q235-b管道。2.5管道的防腐管道的腐蚀导致了管道使用寿命的缩短，降低了管道的输送能力，还会增加管道运行费用和意外事故的发生。腐蚀管道是直接影响管道工作可靠性的重要因素，所以防止管道的腐蚀损坏时管道建设的一个重要任务。2.5.1表面处理表面处理非常重要，同一种油漆，同一种腐蚀环境，使用抛射或喷射除锈漆膜寿命可延长三倍到五倍。应清楚钢铁表面的污物和锈层，油气是轧制钢材时形成的黑色氧化皮，它是电化学腐蚀的阴极，是腐蚀的根源，必须除掉。表面处理质量应达到gb/t 8923涂装前钢材表面除锈等级的sa2 1/2级。2.5.2材料选择 表面涂刷专用防腐漆是目前对管线、管廊、设备及钢结构防腐的主要手段。防腐漆按保护功能可分为底层漆、中层漆和面层漆，各层油气均有其特定要求，各负其责，几层组合起来，形成复合涂层，提高防腐性能，延长使用寿命。2.5.3涂层涂料只是防腐层的原材料，必须经过涂装施工才能形成涂层。如果涂层厚薄不均。刚才表面的毛刺或锚纹的高峰会露出涂层。如果施工遍数少，涂层有针孔，水中的氧、氯离子、水分子等会渗过这些薄弱的地方，使钢铁生锈腐蚀。腐蚀产物体积膨胀，形成锈包，逐渐扩大，最后涂层起泡脱落。增加涂层厚度，能加强涂层的隔离能力，是提高涂层寿命、保护钢铁的有效手段。3 数据计算部分3.1管径计算3.1.1管径计算根据公式1： （3-1）式中：g年任务质量输量，104t/aq体积流量，m3/scp年平均地温下的介质密度，kg/m3自来水：g=170104t/a污水：g=130104t/a蒸汽：g=170104t/a，取蒸汽的温度为116，蒸汽管道内的压力为0.175 mpa，密度为1.00kg/m3根据公式1： （3-2）式中：v经济流速， m/sq体积流量，m3/s d管内径，mm自来水：v=1m/s污水：v=1m/s蒸汽：v=20m/s3.1.2壁厚计算根据公式2： （3-3）式中：管道的计算壁厚， mmp管道的设计内压力， mpa管道材料的许用应力，mpa 根据压力容器使用碳素钢的适用范围表q235-b，使用温度介于0350，设计压力1.6mpa，取设计压力p=1.6mpa，根据化工设备机械基础3查得，温度20时，=113mpa。自来水管：污水管：蒸汽管：根据化工设备机械基础3选用：自来水管：dn=300mm，d0=325mm，n=8mm污水管：dn=250mm，d0=273mm，n=7mm蒸汽管：dn=65mm，d0=76mm，n=4mm由化工机械设备基础3可知：介质为压缩空气、水蒸气或水的碳素钢或低合金钢制容器，其腐蚀裕量c2不得小于1.0mm，取c2=1.0mm。根据名义厚度n，由化工机械设备基础3查得钢板负偏差c1：自来水：厚度附加量有效厚度污水：厚度附加量有效厚度蒸汽：厚度附加量有效厚度表3-1 各管的管径数据汇总表公称直径dn（mm）外径d0（mm）名义厚度n（mm）厚度附加量c（mm）有效厚度e（mm）自来水管30032581.86.2污水管25027371.65.4蒸汽管657641.32.73.1.3校核水压试验强度根据公式3： （3-4）式中：t圆筒材料在设计温度下的计算应力，mpa pc计算压力，mpadi圆筒的内径，mme圆筒的有效厚度，mmt圆筒材料在设计温度下的许用压力，mpa （3-5）式中：nb常温下最低抗拉强度（碳素钢3.0取3.0）ns常温或设计温度下的屈服点（碳素钢1.60取1.60）单面焊的对接接头，100%无损检测：=0.9，查附录9-1得到：s=235mpa，b=375mpa圆筒的焊接接头系数t=0.90.9125=101.25mpa自来水：污水：蒸汽：所以，水压试验强度足够，符合刚度要求。3.2跨距计算3.2.1强度条件下跨距计算根据公式4： （3-6）式中：l1装置内、外管道由强度条件决定的跨距，mw管子扣除腐蚀裕量及负偏差后的抗弯断面系数，cm3q每米管道的基本荷载，kg/mt管道材料在设计温度下的轴向应力，mpa根据40b22619974，查得：，。强度条件下，考虑管道内产生的环向应力达到的许用应力值，即轴向应力达到许用应力的二分之一时，装置内外的管道由管道重量荷载及其他垂直持续荷载在管壁中引起的一次轴向应力不应超过额定许用应力的二分之一，即根据公式5： （3-7）式中：d管道外径，mm管道内外径之比，3.2.2刚度条件下跨距计算根据公式4： （3-8）式中：l2装置内管道由刚度条件决定的跨距，met管材在设计温度下的弹性模数，mpai管道扣除腐蚀裕量后的断面惯性矩，cm4 q每米管道的质量，kg/m 根据公式5： （3-9）根据化工设备机械基础3查得：钢管的弹性模量表3-2 强度和刚度条件下的跨距数据汇总表强度条件下的跨距l1（m）刚度条件下的跨距l2（m）自来水管18.3220.89污水管15.8018.57蒸汽管6.068.333.3补偿计算3.3.1热伸长量计算由文献7可知，当钢管受到32以上的温度时，就要考虑热膨胀的补偿问题。自然补偿的管道长度一般为1525m，常见的自然补偿器有l型直角弯补偿器、z型补偿器、t型补偿器。因此选择l型补偿器。管道安装后，由于存在于管道内的热介质的加热作用会引起管道的热伸长。这个热伸长量又是管道热补偿器的设计依据之一，在操作温度下管道的热膨胀量可用公式7： （3-10）式中：l管道的热膨胀量，mm管材热膨胀系数，mm/ml管道两固定支座间的距离，mt1输送介质的工作温度，蒸汽取116，自来水和污水取20t2管道安装时的空气温度，取25对于碳素钢管材的管道，=0.012 mm/m3.3.2计算短臂长根据公式7： （3-11）式中：l补偿器的短臂长度，ml补偿器长臂的热膨胀量，mmd0管道的外径，mm3.3.3校核最大轴向补偿弯曲应力值7： （3-12）式中：a最大轴向补偿应力，kg/cm2系数e弹性模量e=2.1106kg/cm2dh管道外径，mml补偿器长臂长度，m在校核设计时，应使最大轴向应力a值小于表47列出的许用补偿弯曲应力bw值（是指为简化强度计算，只考虑补偿器反力所产生的应力时许用的最大应力值，称为许用补偿弯曲应力bw），即abw。自来水：a=90.123mpabw=101mpa污水：a=89.856mpabw=101mpa蒸汽：kg/cm2a=46.4mpabw=101 mpa所以满足。3.4保温层确定根据sh3010-20006，保温材料选用泡沫玻璃，导热系数为b=0.05w/m2，蒸汽管外表面的温度t=116。有时，管内输送的流体温度很高，为了减少热损失和保证工作人员的安全，要限定保温层外表面的温度，一般要求保温层表面温度不超过50c。根据公式1： （3-13）式中：tm保温层表面温度，tj环境温度，a2保温层表面至周围介质的放热系数，即保温管路的外