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由图思考 什么叫管道 配管设计的内涵是什么 第六章配管设计 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 在化工装置中 管道是联接PID中各设备的通道 也是按照工艺流程顺序保证物料流向的装置 管道联接件是连接管道的部件 也称管件 如弯头 肘管 法兰 三通管 四通管 十字头 和异径管 大小头 等 管道的定义 所谓配管设计 就是按照PID的要求对工艺管线 公用工程管线 地下管线按照操作 维修 设备及管线 安全 并考虑经济 美观 安全等因素进行合理的布置 即对设备进行配管 即配置管子 管件和阀门等 对管线走向与支承等进行布置设计 配管设计的内涵 工艺专业管道设计的内容 1 管径 选择各种介质管道的材料并计算管径和管壁厚度 2 地沟断面的决定 地沟断面的大小及坡度应由管子的数量 规格和排列方法来决定 3 管道的配置 根据施工图阶段工艺流程 结合设备布置及设备施工图进行管道的配置 管道配置图应包括平面图和立面图 其要求有 a 以代号或符号表示介质名称 管子材料和规格 介质流向以及管件 阀件 汽水分离器 补偿器等 b 注明管道的标高和坡度 标高以地平面为基准面 或以楼板为基准面 c 同一水平面或同一垂直面上有数种管道安装时应予以注明 d 绘出地沟的轮廓线 e 管架敷设情况 4 提出下列资料 a 将各种断面的地沟长度提供给土建 b 将车间上水 下水 冷冻盐水 压缩空气及蒸汽等管道管径及要求 如温度 压力等条件 提供给公用工程 c 统计各种介质管道 包括管子 管件及阀件等 的材料 规格和数量 5 编写施工说明书 施工说明书包括施工中应注意的问题 各种介质的管子及附件的材料 各种管道的坡度 保温油漆等要求及安装时采用的不同种类的管件管架的标准等 以及施工中所必须遵循的规范 工艺专业管道设计的内容 明确一个任务 配管设计的任务掌握二个技术 配管技术与管道布置技术熟练一个技能 管道布置图的绘制技能 本章学习目的 123工程 6 1管道选择示例 一 选择条件 二 计算与选择 三 热补偿和绝热保温 一 选择条件 选择条件 由物料衡算和能量衡算得 某泠却工段的换热器 H 101 的进料量为24m3 h 料液性质和水相近 试选管道 对某泠却工段的换热器进料管进行选择 二 计算与选择 管径的计算公式为 1 管径的计算与选择 式中d 管道内径 mmvs 物料体积流量 m3 hu 物料平均流速 m s 水的流速范围为0 5 3 0m3 h 泵的出口管线水类液流速为1 5 3m s 料液性质与水相近 取u 2 0m s 管内流速表 管内流速表 二 计算与选择 1 管径的计算与选择 代入计算得d 65mm 因料液腐蚀性不强 温度不高 可选用无缝钢管 碳钢 换热器压强不高 选薄壁管即可 按热扎无缝钢管规格GB8163 87选取 76 4 DN65 的无缝钢管 流速验算 合理 管子间采用法兰连接或焊接 二 计算与选择 料液性质与水相近 而且需调节流量和压力 采用一般的直流式铸铁截止阀 DN65即可 由于此管还是泵的出口管 最好还水平设置一个升降式止回阀 2 管阀件的选取 三 热补偿和绝热保温 因料温不高 管径小 无支管 可不作详细的应力计算采用弯管 Z形管自然补偿即可因为料液本身就要泠却 而且泠却后出口温度接近室温故不需保温 6 2化工管路设计基础 一 管子 管件与阀门 二 管路基础设计步骤 三 管路阻力计算 四 管路的胀缩补偿 五 管道的防腐 标志及保温 六 管架设计 一 管子 管件与阀门 1 化工用管 见下表 管子类别 适用场合 铸铁管 常用作埋于地下的给水总管及污水管 化工厂用来输送碱液及硫酸 硅铁管 高硅铁能输送强酸 含钼的抗氯硅铁可输送各种含量 温度的盐酸 可输送有压力的物料 水蒸气 高压水 过热水以及可燃性和有爆炸危险的有毒性的物料 无缝钢管 水煤气管 常用作给水 煤气 暖气 压缩空气 真空 低压蒸汽和凝液以及无侵蚀性物料的管道 一 管子 管件与阀门 2 化工管路常用阀门 见下表 阀门类别 功能与用途 闸阀 可切断和调节流量 用于各种气体和液体管路上 但不宜用于含固体物的流体管路 也不宜用于输送腐蚀性流体的管路 其尺寸较大 价格高 截止阀 可调节流量 应用广泛 不适于带颗粒和粘度较大的介质 其公称直径 200 可节流 调节流量和压力 主要用于仪表调节流量和节流用 也可作取样用 不适用粘度大和含固体颗粒的介质 其公称直径 25 节流阀 旋阀 可制成三通或四通路阀门作分配换向用 用于含悬浮物和固体杂质的管路 低温 DN 200 2 化工管路常用阀门 见下表 阀门类别 功能与用途 球阀 与旋阀相仿 但小 不能作调节流量用 适用于低温高压及粘度大的介质和要求开关迅速的部位 隔膜阀 可调节流量 适用于酸 碱性和带悬浮物的介质 但橡胶膜的材质不适用高于60 及有机剂和强氧化剂的介质 特用于高压操作和要求精确调节流量的管路 针形阀 安全阀 能使设备自动泄压而防止超压爆炸 一般用在锅炉上 止逆阀 其作用是防止倒流 故在锅炉进水 往复泵的进出口管路上设止逆阀 减压阀 能自动将高压减为低压 通常用于加压水蒸气和压缩空气管路上 其作用是排除泠凝液而不让气体排出 一般用于蒸汽管路上或蒸汽加热器的泠凝水排除管路上 疏水器 安全阀 截止阀 一 管子 管件与阀门 3 化工管路常用管件 见下表 管件名称 作用与规格 弯头 改变流向 其规格有45 60 90 180 直管连接处 活接头 法兰盖 盲板 封闭管路 三四通 Y形管 管路分流 异径管 改变管径 弯头 三通管 异径管 活接头 螺纹接头 金属法兰 法兰及垫片 一 管子 管件与阀门 4 管道连接方法 见下表 连接方法 特点与使用场合 焊接 成本低 方便 可靠 特别适用于大口径的长管道连接 但拆装不便 螺纹连接 结构简单 装拆方便 主要用于小直径的水煤气钢管的连接 在化工厂只用于上下水 压缩空气管道的连接 法兰连接 强度高 装拆方便 密封可靠 适用于各种温度 压力的管道 但费用较高 其他连接 如承插式 填料函式连接等 一 管子 管件与阀门 5 公称直径与公称压力 公称直径用符号DN或DN表示它与管子的实际内径相近 但不一定相等 凡是同一DN的管子 外径必定相同 但内径因壁厚不同而异 例如 57 3 5mm和 57 4 5mm的无缝钢管 DN均为50mm 但内径却分别为50mm 48mm目前水煤气钢管的DN用英寸表示 如2 表示DN2英寸 公称压力符号为PN或PN 是管道 管件 阀门在一定温度范围内的最大允许工作压力 二 管路基础设计步骤 选择管材 选择介质流速 确定管径 确定管子连接方式 选择阀门 管件 二 管路基础设计步骤 选择管材 考虑输送介质 如腐蚀性 含固体颗粒与否等 流动状态 温度等因素 参照材料价格和供应情况 同时满足经济 安全性 决定采用何种材质 如清水类介质选碳钢即可腐蚀性强的物料选耐腐材料或衬耐腐衬里的钢管工作温度 压力不大的场合可用塑料管 二 管路基础设计步骤 选择介质流速根据介质 输送状态及设备流量 从有关管内流体常用流速表中选取经济合理的流速 确定管径利用管径公式计算也可通过流速 流量 管径算图估算有时应直接根据设备接管资料确定 流速 流量 管径算图 二 管路基础设计步骤 确定管径由上述三种方法得到的管子内径 应调整到相应 稍偏大 的公称直径 由有关标准查出壁厚 外径等 然后 验算流速和壁厚 焊接系数无缝 1有缝 0 8螺旋焊缝 0 6 管材许用应力kPa 可查手册 壁厚附加量mm 管内压力kPa 管子外径mm 二 管路基础设计步骤 确定管子连接方式根据管材 管径 介质性质 压力 用途及使用状态确定 如 38mm时采用丝扣连接 45mm以上用对焊连接小直径水 煤气管和上下水管 压缩空气管等 且温度 压力都不高可用螺纹连接法兰连接检修方便 广泛适用 但费用较高 二 管路基础设计步骤 选择阀门 管件 要考虑流体特性 工作压力 要求功能 如流量调节 切换 控制等 阻力损失和安全因素 只需切断时用球阀 旋阀 闸阀需调节流量或压力时用节流阀 截止阀气体或大管且要求不严时用选蝶阀管件材质一般与连接的管子相一致 但牌号不一样 二 管路基础设计步骤 选择阀门 管件 管件选取见下表 选择阀门 管件 管材及阀门型式等的选取示例见下表 三 管路阻力计算 计算的目的 一是根据介质流量及允许的压力降来确定管径 初步设计阶段 带有一定的盲目性 二是根据管径和流量来验算压力降 核算所选泵 风机等输送设备及标高是否合理 一般在布置设计后核算 一般做法 选几段典型管道 如某些重要管道或很长的管道 进行计算 自由压头取2 3m 动压头 低速可略 管路总阻力 位压头以不最利点计 四 管路的胀缩补偿 管路的热伸长量计算式 1 补偿原理 热伸长量 m 管路安装时的最高温度 管路工作时的最高温度 管路长度 m 管材的线膨胀系数 管路位移补偿 2 补偿方法 四 管路的胀缩补偿 为解决管路的热胀泠缩问题 通常在固定支架间将管段弯成 L 型或 Z 型 见下图 这样直管段的热伸长 由与其垂直的管段的弹性变形来补偿 管路位移补偿 L形 平面 a 原管系 bc 改变效果好 de 有一定弹性 fg 改变不允许的 hi 改变无效果 Z形 空间 a 原管系 b 改变有效果 c 效果最好 d 弹性减少 最差 e 效果不好 补偿器补偿 2 补偿方法 四 管路的胀缩补偿 常用 型 型 波型 填料式 等 型 型常用在蒸汽管路上 波型 用在管径较大的管路中 填料式 多用于铸铁管路和其他脆性材料管路中 常见的管道涂色标志如见下表所示 五 管道的防腐 标志及保温 2 管道的标志 五 管道的防腐 标志及保温 在管外包覆绝热材料 按需要查手册选取 伴热管或夹套管保温适于保温材料不能满足保温要求的场合 管路长度尽可能在1Km以下当输送凝固点小于50 的腐蚀性 热敏性介质时 用伴热管保温当输送凝固点高于50 时 用夹套管保温 3 管道的保温措施 电热带保温适用于周围无蒸汽管道 而且介质无防火防爆要求的加热保温系统随着耐热绝缘材料的发展 电热带保温逐渐增加了经济性 国外已得到了广泛的应用 五 管道的防腐 标志及保温 3 管道的保温措施 4 绝热材料要求所选材料导热系数低 即 0 21W m 吸水性差 坚固耐用 密度小价廉易得 加工安装方便 考虑输送介质温度和绝热材料粘结剂的耐热温度保温材料不腐蚀管子 如含高的水泥珍珠岩不能用于不锈钢管的保温保温材料不易被物料腐蚀高温管道上先覆以耐热性较高的保温材料 然后再覆耐热性差而导热系数小的保温材料保温层外应包铁皮 铝皮 铝塑复合膜 铁丝网 水泥 织物或油毛毡等作保护层 五 管道的防腐 标志及保温 确定保温层的厚度 五 管道的防腐 标志及保温 4 绝热材料 一般室外管路较长 往往要穿过马路 厂房及其它构筑物 需要架空或敷设在地沟里 而且都要把许多管路集中排列放在专门支承管路的管架上管架还分上 下几层 六 管架设计 室内管路一般都是利用厂房的柱子 墙壁 楼板以及机械设备本身的构件来支撑 吊挂等方法来固定管路 常见的管架如下图所示 六 管架设计 室外管架 常用的管架如下图所示 六 管架设计 室内管架 六 管架设计 常用管架选择 见下表 六 管架设计 管托 管卡 其作用 用来支承或固定管路敷设在支架上 滑动管托 滚动管托 管托与管卡 6 3管道布置设计 一 设计示例 二 管道布置的基础资料 三 管道布置的主要原则 四 配管模型设计 一 设计示例 基础资料 带控制点工艺流程图设备平 立面布置图有关的设备施工图土建 自控 电气等与工艺配套项目的有关图纸和资料 限于篇幅 下面只给出部分设备布置草图及大致管道表 对某泠却工段进行管道布置设计 1 设计条件 设备布置草图 大致管段表 管道系统透视草图 2 管道布置 泵和贮槽无较大位差 故泵进口可设置在地沟内 沟底纵向坡度选0 003 以便排水 一 设计示例 采用架空布置 管道走向按流程次序 即泠管在下 热管在上 管径较大者在近墙侧 贮槽R 101 泠却器H 101和R 104 之间有回程管 调控温度用 可设置一操作平台 将阀门 仪表等设置在距地高1 2米处 过道处最低管高取3 2米 按有关规定选取合适的管道与墙 管道之间的距离 上水管和泵进口管前物料管均设一段盲管 按管子材质 介质温度和压力及载负荷计算 选取合适的管架 固定方式 跨度及管架间距 3 绘制管道布置图 在二号图纸上以1 50画出 0 00平面视图 并分别画出A A B B和C向视图管道均用单粗实线绘制标注尺寸 位号 编号等 一 设计示例 4 绘制其它必需图样 汇总各种表格 汇总管道综合材料表编写施工说明书向工艺配套项目的各专业提供设计条件 一 设计示例 管道综合材料表 1 厂区总平面图了解各公用工程车间 如锅炉房 空压站 配气站 泵房等在厂区的位置了解与本工序毗邻的前后工序的位置以便确定各公用工程及原料 产品进出车间的管道位置 与本车间内管道衔接好 二 管道布置的基础资料 2 车间总建筑图了解门窗柱网的位置 避免管道穿过门窗台柱 3 管道及仪表流程图和车间设备平剖面布置图作为车间内管道布置的主要依据 二 管道布置的基础资料 4 土建专业的梁板布置图和节点详图确定管道穿过楼板和墙的合适位置 管架位置 5 仪表及自控流程图了解阀门 仪表及仪表管线 电力电缆 控制电缆 通信电缆等的安装情况对管道布置的影响 6 了解其他资料 如管道等级 设备设计简图等 三 管道布置的主要原则 1 考虑物料因素 注意安全的原则 输送易燃易爆介质的管道应设防火 防爆安全装置易产生静电处应接地 管道连接处设 铜桥 放空管应高于屋面2米以上输送腐蚀性介质管道的阀门 热补偿器和法兰等不得设在通道上空 与其他管道并列时应设在下方或外侧管道焊接不应设在墙 楼板和支架的范围内 三 管道布置的主要原则 1 考虑物料因素 注意安全的原则 泠热流体输送管道应相互避开 不得已时应热管在上 泠管在下 高压管和无腐蚀管走上方 塑料管或衬胶管应避开热管 管道离地高度要适当 通过人行道时不应低于2 2米过公路或厂区干线时不应低于5 0米过铁路时不低于6 0米有特殊要求的管道应考虑坡度 见工艺设计手册 管道的坡度 2 便于施工 操作 检修的原则 管路应尽量明线架空和露天布置 沿墙或靠柱集中敷设 不得已才采用地沟 埋地敷设 管路应成列平行布置 少拐弯交叉 且并列的管件 阀件应错开排列 管与管 管与墙之间应保持一定的距离 见工艺设计手册 阀门仪表安装高度视操作检修需要而定 一般操作阀最佳标高为1 2米左右 三 管道布置的主要原则 管与墙之间应保持一定的距离 三 管道布置的主要原则 三 管道布置的主要原则 法兰和阀对齐时管道间距 mm 法兰相错时的管道间距 mm 2 便于施工 操作 检修的原则 水平排列时支管多者应布置在外侧 且靠近设备 引出支管时气体管道从上方引出 液体管道从下方引出 焊接与螺纹连接的管道应适当配上法兰和活接头 以便疏通 拆卸和检修 三 管道布置的主要原则 3 兼顾其他原则 近距离的两设备不应直管相连 一般采用450或900弯接管路与阀门重量不宜支承在设备上避免与其他非工艺管相冲突考虑开车 停车和事故处理的需要 作出必要的辅助设计 如排放 吹洗 试压等设置辅助管线 三 管道布置的主要原则 国外已用模型设计代替了传统的管线平 立面图设计 设计程序 四 配管模型设计 带控制点工艺流程图 实物布置模型 配管模型 以1 100 1 20比例 粗略表示主要构筑物 设备 管廊 关键管线等 以1 33 或1 25比例 制作基础模型 模型配管布置 设计方法 确定比例 制作模型的元件 如设备基础 设备 结构 管阀件 模型组制作基础模型 即制作各管段的管子 并按施工流程图在基础模型上配管 力求管线最短 管件最少绘制管道布置图 四 配管模型设计 6 4管道布置图 一 管道布置图的内容 二 管道的规定画法及图例 三 管道布置图的绘制 四 与管道布置图相关的其他图纸 一 管道布置图的内容 1 一组视图按正投影原理 画一组平立面剖视图 表示车间 装置 的设备 建筑物简单轮廓以及管道 管件 阀门 仪表控制点等的布置安装情况 2 尺寸标注注出管道及有些管件 阀门 控制点等的平面位置尺寸和标高 对建筑轴线编号 设备位号 管段代号 控制点代号等进行标注 3 方位标 表示管道安装的方位基准 4 标题栏 注写图名 图号 设计阶段等 二 管道的规定画法及图例 见下表 二 管道的规定画法及图例 见下表 三 管道布置图的绘制 1 确定表达方案以平面图为主 根据具体情况采用局部剖 局部放大或向视图等作补充 尽量清楚地表达整个车间的设备 建 构 筑物轮廓及管阀件 仪表的安装其分区可与设备布置图相同 也可按工段分区图绘制 相反 若配管简单则可与设备布置图合并 2 比例与图幅常用比例为1 50或1 100 复杂时1 20 一般用1号或2号图纸 有时也用0号图纸 三 管道布置图的绘制 用细实线画出厂房平面图用细实线画出所有设备的简单外形和所有的管口 并加注设备位号和名称用粗实线所有工艺物料管道和辅助物料管道 并标注管道编号 规格 物料代号及其流向箭头用规定的符号或代号在要求的部位画出管件 管架 阀门和仪表控制点标注厂房定位轴线的分尺寸和总尺寸 管道的定位尺寸 3 绘制管道平面