配管与管路设计要点

配管与管路设计9.1概述本项目在进行管道配管设计时，在符合工艺流程需要的基础上，首先要满足安全，然后既要考虑节约管材管件经济合理、布置整齐美观、便于维修，也要满足管道应力计算的要求和管架设计的要求。只有这样，才能使得配管设计既经济、又安全，装置也能长期运行。合理的布置管道对化工生产有重要意义。它关系到建设指标的是否先进合理，关系到生产操作能否正常进行：管道运转的顺畅，设备运转的顺畅，整个车间的生产操作的成效，关系到车间布置得整齐美观和通风采光聊好等问题。工厂管道布置需要避免各专业管网间的拥挤和冲突，确定合理的间距和相对位置，使之与工厂总体布置协调，并减少生产过程中的动力消耗，节约投资、节约用地、保证安全、方便施工和检修、便于扩建。管道在化工厂中，广泛应用于许多物料原料、半成品和成品的输送中。因而合理的设置管道布置对化工厂生产效率的提高有重要意义。9.2设计原则与依据表9-1设计规范与编号规范编号化工装置管道布置设计规定HG/T20549-1998化工管道设计规范HGJ8-87碳钢、低合金钢无缝对焊管件HG/T21635-1987工业金属管道工程施工及验收规范GB50235-97设备及管道保温设计导则GB8157-87设备及管道保冷设计导则GB15586-95现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范GB50236-98管路跨距设计规定CD42A22-849.2.1管道布置原则1.车间外管道布置原则（1）大直径管道应靠近管廊柱子布置；（2）小直径、气体管道、公用工程管道直布置在省廊中间；（3）工艺管道宜布置在与省廊相连接的设备一侧；工艺管道视其两端所连接的设备管口标高可以布置在上层或下层；（4）需设置“”型补偿器的高温管道，应布置在靠近柱子处，且”型补偿器宜集中设置；（5）低温介质管道和液化烃管道，不应靠近热管道布置；也不要布置在热管道的正上方；（6）对于双层管廊，气体管道、热管道、公用工程管道、泄压总管、火炬干管、仪表和电气电缆糟架等宜布置在上层；一般工艺管道、腐蚀性介质管道、低温管道等直布置在下层；（7）管廊上管道设计时，应留1020裕量。2、车间内管道布置原则（1）布置腐蚀性介质、有毒介质和高压管道时，应避免由于法兰、螺纹和填料密封等泄露而造成对人身和设备的危害。易泄漏部位应避免位于人行通道或机泵上方，否则应设置安全防护，不得铺设在空道上空或并列管线的上方或内侧； （2）真空管线应尽量短，尽量减少弯头与阀门，以降低阻力，达到更高的真空度。（3）全厂性管道敷设应有坡度，并宜与地面坡度一致。管道的最小坡度宜为2.管道变坡点宜设在转弯处或固定点附近；（4）输送易燃易爆、有毒及有腐蚀性的物料管道不得布设在生活间、楼梯、走廊和门等处，这些管道上还应设置安全阀、防爆膜、阻火器和水封等防火防爆装置，并应将放空管引至指定地点或高于屋顶2m以上。3.管线综合布置的一般原则(1)所有管线均应力求短捷，少转变、少交叉，尽量和道路平行或垂直敷设；当管线必须转弯敷设时，其转弯半径应符合有关规定。(2)当几条管线交叉布置发生矛盾时，一般应以压力流管道避让重力流管道；小管径管道让大管径管道；技术要求低的管线让技术要求高的管线；新建管线让已建的永久管线。(3)所有管线提倡直埋，除明沟排(雨)水外，一般不做地下管沟如电缆沟、暖气沟等：地下管线的上部覆土深度应符合地下管线最小覆土深度表的要求。(4)各类管线之间及其与其他建筑、设施的最小水平、垂直间距应符合地下管线最小垂直挣距表和地下管线交叉最小垂直净距表的要求。(5)为了方便旋工、检修和不影响交通，地下管线尽可能不要布置在交通频繁的机动车道下面，可优先考虑敷设在绿地或人行道下面，尤其是小口径给水管、煤气管、电力、电讯管缆。其次，才考虑布置在非机动车道下面。大管径的给水管、雨水管、污水管等较少检修的管道才可布置在机动车道下面。(6)为节省占地面积和减少土方量，某些性质同类的管道可在留出安装检修距离后平行或上下共沟敷设，但性质相悖的管道，如电力管线与煤气，则严禁近距离同沟敷设。9.2.2管道敷设原则及敷设方式布置管路时，应对车间所有管路，包括生产系统管路、辅助生产系统管路、电缆和照明管路、仪表管路、采暖通风管路等作出全盘规划。应了解建筑物，构筑物、设备的结构材料，以便进行管路固定的设计。（1）管道应尽可能地上敷设。（2）管道应避免通过电动机、配电盘、仪表盘上空；在有吊车的情况下，管道的布置应不妨碍吊车工作。（3）管道的布置不应妨碍设备、管件、阀门、仪表的检修。塔和窗口的管路不可从人孔正前方通过，以免影响打开人孔。（4）管道应尽量集中布置在公用管架上，平行走直线敷设，力求整齐、美观，少拐弯，少交叉，不妨碍门窗开启和设备。阀门及管件的安装维修，并列管道的阀门应尽量错开排列。（5）全厂性管架或管墩上应留有10%30%的空位，并考虑其荷重，装置中管廊管架应留有10%的空位，并考虑其荷重。（6）管道敷设坡度不可小于0.002，管道的高位点、低位点应设置放气、放水装置。（7）管道应尽量沿墙面铺设，或布置在固定在墙上的管架上。（8）地下管线、管沟，不得布置在建筑物、构筑物的基础压力影响范围内和平行敷设在道路下面，并不宜平行敷设在道路下面。管架高度根据规范要求进行，管架跨路之处净高需大于5米，自来水管、排水管采用埋地敷设，地下管线的管顶覆土厚度，应根据外部荷载、管材强度及土壤冻结深度等条件确定。直埋式的地下管线，不应平行重叠敷设。（9）输送易燃、易爆介质的管路，一般应设有防火安全装置和防爆安全装置如安全阀、防爆膜、阻火器、水封等。此类管路不得敷设在生活间、楼梯间和廊等处。易燃易爆和有毒介质的放空管应引至高出邻近建筑物处。9.3管道设计9.3.1管道直径（1）同一介质在不同管径的情况下，虽然流速和管长相同，但管道的压力降可能相差较大，因此在设计管道时，如允许压力降相同，小流率介质应选用较小流率，大流率介质应选用较高流速。确定管径后，应选用符合管材的标准规格。（2）不同流体按其性质、状态和操作要求的不同，应选用不同的流速。粘度较高的液体，摩擦阻力较大，应选较低流速，允许压力降较小的管道。为了防止因介质流速过高而引起管道冲蚀、磨损、振动和噪声等现象，液体流速一般不宜超过4m/s；气体流速一般不超过其临界速度的85%，真空下最大不超过100m/s；含有固体的流体，其流速不应过低，以免固体沉积在管内而堵塞管道，但也不宜太高，以免加速管道的腐蚀或磨损。（3）管道直径的设计应满足工艺对管道的要求，其流通能力应按正常生产条件下介质的最大流量考虑，其最大压力降应不超过工艺允许值，其流速应位于根据介质的特性所确定的安全流速范围内。综合权衡建设投资和操作费用。一套化工装置的管道投资一般占装置投资的20%左右，因此在确定管径时，应综合权衡投资和操作费用两种因素，取其最佳值，即成本最低点。由选定的管内流体流速按下式计算管子内径，并修正到符合公称直径要求：Vs=4ud2 整理得： 式中： VS：通过管道的流体流量（m/s）d：管子直径（m）u：流体常用速度（m/s），一般液体为0.53m/s，气体为1530m/s。（4）常用液体流速与条件表9-2常用液体流速与条件每100m管长的压力降控制值（Pf100）介质管道种类压力降kPa输送液体的管道自流的液体管道5泵的吸入管道饱和液体1011不饱和液体2022泵的排除管道流量小于150m3/h4550流量大于150m3/h45循环冷却水管道30输送气体的管道负压管道P49kPa1.1349kPaP101kPa1.96通风机管道P=101kPa1.96压缩机吸入管道101kPaP111kPa1.96111kPaP0.45MPa4.5P0.45MPa0.01压缩机排出管和其他压力管道P0.45MPa4.5P0.45MPa0.01P工艺用的加热蒸汽管道P0.3MPa100.3kpaP0.6kPa150.6kpaP1.0kPa20注：表中的P为管道进口端的液体压力（绝对压力）（5）常用液体流速与条件表9-3 常用液体流速与条件介质工作条件及管径范围流速 （m/s）介质工作条件及管径范围流速 （m/s）饱和蒸汽DN2003040冷凝水自流0.20.5DN=2001003525排出废水自流0.40.8DN1003015气体鼓风机吸入管1015饱和蒸汽P1MPa1520鼓风机排出管1520P=14MPa2040压缩机吸入管1020P=412MPa4060压缩机排出管过热蒸汽DN2004060P1MPa108DN=2001005030P=110MPa1020DN1004020P10MPa812自来水主管P=0.3MPa1.53.5往复式真空泵吸入管1316支管P=0.3MPa1.01.5往复式真空泵排出管2530锅炉给水P0.8MPa1.23.5油封式真空泵吸入管10139.3.2管壁厚度一般低压管道的壁厚，可凭经验选用；较高压力管路，可按下表选择常用的壁厚，另外还要考虑材质的因素，常用公称压力下的管壁厚度如表9-3所示：表9-4 常用公称压力下的管壁厚度公称直径/mm管子外径/mm管壁厚度/mmPN=1.6PN=2.5PM=4PN=6.4PN=1015182.52.52.52.5320252.52.52.52.5325322.52.52.533.532382.52.5333.540452.5333.53.450572.535.53.54.5707633.53.54.5680893.5445610010844467125133444.5691501594.54.55710200219667101325027388811163003258891235037799101040042691012159.3.3管材管材应按输送介质的温度和压力选用。一般在选择管材时，首先考虑管材的机械性能（主要是强度）能否达到输送介质工作压力的要求。管材的材质，壁厚则应按设计要求决定，不能随意更换或用管壁过厚（或过薄）的管字代替。其次考虑介质的温度，通常管材随着被输送介质温度的升高而强度变低。所以管材的材质，壁厚与输送介质的压力和温度有密切的关系。管道材料应根据所输送的流体的设计温度和压力进行选择，并应符合有关标准、规定的要求。选择材料时应考虑由于设备（如热交换器、疏水器）、阀门（调节阀、节流阀）等而出现的压力、温度的变化，上游切断阀、旁通阀应符合上游条件；下游切断阀应根据下游条件和短时期的上游条件来确定。（1）铸铁管常用于埋在地下的给水总管及污水管等，亦可输送碱液和浓硫酸，不可用于铸铁管输送蒸汽及在压力下输送爆炸性与有毒性的气体。（2）无缝钢管被广泛应用于很多化工装置中，特点为品质均匀和强度高，可用于输送有压力的物料、蒸汽、高压水、过热水及输送燃烧性、爆炸性和有毒物料，极限工作温度435。（3）常用的管道有铸铁管、硅铁管、水煤气管、无缝钢管、有色金属管、有衬里的钢管，非金属管等。9.3.4检修平台及检修通道的设置管道上设有经常开启的阀门时，应在阀门处设置800 mm800 mm左右的操作平台，同时设置梯子(可设置直爬梯)，方便操作人员进行阀门操作。如管廊上阀门比较多，可在管廊上设置可通行的操作通道，供操作阀门和维修使用。9.3.5安全措施（1）输送火灾危险性为甲、乙类介质或有毒、腐蚀性介质的管道，不应穿过与其无关的建筑物、构筑物。（2）集中敷设于同一管架上的各种介质必须留有规定间距。从主干线上分出的支管上，一般情况下都应设置截断阀门，以便当建筑物内部管道系统发生故障时，可以进行截断检修，不影响全厂供热、供气。（3）易燃、可燃气体管道应有消除由于管道内气体流动与管壁摩擦而产生静电，管道应全部可靠接地，电阻不应大于10，所有法兰及螺纹连接处应焊有导电的跨线，管道应每隔80m接地一次。（4）多层管架中的热料管道应布置在最上层，腐蚀性介质管道应布置在最下层;易燃液体及液化石油气体管道严禁与蒸汽、热料管道相邻布置;助燃和可燃介质管道之间，宜用不燃物料管道隔开或保持不低于250mm的间距。9.3.6架空要求（1）架空管道管底至人行道路面垂直距离一般为2.5m；管底至厂区道路路面垂直距离一般不小于5m； （2）考虑到顶层中压蒸汽垂直方向的方形补偿，根据实际工作经验，当中压蒸汽管径DN200，压力3.5MPa，温度300时，顶层标高就不宜小于4.5m，否则补偿器的弯曲应力将很难控制在许用应力范围内。（3）管架的高度必须符合国家和行业的有关标准，在此前提下，底层净高一般取+3.5m，层与层之间的净距，考虑到实际情况的不同，可相应取小一些，但必须保证该层最大管道的管径加上保温层厚度以及管托的高度之和小于层与层间净高200mm。（4）架空管道跨越道路时，由于跨度较大，高度较高，对于管径较小的管道，往往会超过允许跨距，传统的做法是在道路上设置钢桁架，管道在桁架上通过，或者采用“大管背小管”等做法。（5）当管架上的绝大多数管道，尤其是距离较长，粘度较大的介质管道介质流向为同一方向时，可采用调节管架基础底部标高，选取同一高度的管托，来实现管道的坡度，综合坡度一般可取35/1000之间。（6）架空管道应尽可能沿建筑物和建筑物及沿山坡布置，并尽可能采用低管架敷设，亦可穿越用气（汽）车间，并结合车间内部管道敷设。9.3.7外管架的布置设计外管架应根据全厂工艺及供热外管道系统图、全厂总平面布置图和分期建设规划进行设计；避免管廊包围装置（单元），减少管廊与铁路、道路的交叉，做到统筹规划、整齐有序；设计管廊时，应与厂区内的装置（单元）、道路、建构筑物等协调，力求经济合理，管线长度最短，并尽量减少管架改变走向；考虑到扩建区的运输，管架应预留出足够的空间和通道，在抗震设防地区，管架的设计应满足抗震的要求。9.3.7.1外管架的形式外管架的形式一般分为单柱(T 型)和双柱(型)式。按连接结构形式分为独立式、纵梁式、轻型桁架式、桁架式、吊索式、悬索式及轴向悬臂式等。按管道限位要求分为固定管架和非固定管架。按管架净空高度分为高管架(净空高度4.5m)、中管架(净空高度2.53.5m) 、低管架(净空高度11.5m)和管墩或管枕。按管架断面宽度分为小型管架(管架宽度3m)和大型管架(管架宽度3m)。9.3.7.2外管架的跨度和宽度独立式管架跨度以4m 为宜，当管架横梁长度不大于1.8m 时，一般采用单柱管架，管架横梁长度不小于2.0m 时，一般采用双柱管架。纵梁式管架跨度一般为6.012m，梁间宽度一般为1.52.5m；桁架式管架跨度一般为1624m,最大为32m，宽度为2.03.0m；吊索式管架跨度一般为1215m；悬索式管架跨度一般为2025m。9.3.7.3外管架的高度及距设施的最小间距外管架距铁路轨顶的净空高度不小于5.5m，距工厂主干道的净空高度不小于4.5m，推荐值为不小于5.0m，装置内管廊横梁的底面距地面的净空高度不小于4.0m，管廊下检修通道的高度不小于3m。管架边沿与铁路轨外侧水平距离不小于 3.0m，与道路边缘的水平距离不小于1.0 m，与人行道边缘的水平距离不小于0.5m，与厂区围墙中心的水平距离不小于1.0m，与有门窗的建筑物外墙水平距离不小于3.0m，与无门窗的建筑物外墙水平距离不小于1.5m。9.3.7.4外管架的选材外管架的材质分为钢筋混凝土(或混凝土)、钢结构、钢结构与钢筋混凝土(或混凝土)的组合体，设计时应结合实际情况，合理选用管架结构。外管架的选用：对于装置规模较大、管架数量较多、管架品种较少的，通常选用预制钢筋混凝土结构，能节约建设资金，加快工程建设进度；对于装置规模不太大、管架数量不多且管架品种较多设计、施工时间较紧的，可选用钢结构或钢结构与钢筋混凝土(或混凝土)的组合体，钢结构必须进行防腐蚀处理及避雷接地、静电接地的设计；工艺有防火需要的，还需要设计防火涂料。9.3.8管道编号9.3.8.1管道编号组成根据管道仪表流程图设计规定（HG 20559-93）的相关规定，管道号由五部分组成，在每个部分之间用一短横线隔开。图9-1即为典型的编号示意图。图9-1 管道编号示意图9.3.8.2管道号各部分说明1、第一部分物料代号：用规定的大写英文缩写字母表示管内流动的物料介质，物料字母代号见管道仪表流程图上的物料代号和缩写词（HG20559一93)。工程中需要但在规定中没有列入的物料代号应根据工程要求，由工艺系统专业负责人编制，经设计经理批准后在工程中应用。2、第二部分工程的工序(主项)编号和管道顺序号：由二个或三个单元组成，一般用数字或带字母（字母要占一位数，大小与数字相同）的数字组成。（1）工程的工序编号单元工程的工序(主项)编号是工程项目给定的，由装置内分配给每一个工序(主项)的识