学习情境9 管道与阀门

1、第十一章第十一章 管道与阀门管道与阀门生物医药系精化生物医药系精化101101班班第一节第一节 化工管道化工管道一、管子及管件一、管子及管件 按材质按材质可分为金属管可分为金属管和非金属管和非金属管 按形状按形状可分为套管、可分为套管、翅片管、各种衬里管翅片管、各种衬里管 我国配管用的钢管我国配管用的钢管标准有国家标准标准有国家标准(GB)、冶金部标准冶金部标准(YB、YBT)和石油天然气行业标和石油天然气行业标准准(SY、SYT)。化工。化工装置常用钢管见表装置常用钢管见表 11-1。 化工装置中常用的非金属管主要有：化工装置中常用的非金属管主要有： 聚氯乙烯管聚氯乙烯管(PVC管管)、聚乙

2、烯管、聚乙烯管(PE)、聚丙、聚丙烯管烯管(PP)、玻璃钢管、玻璃钢管(FPR)、聚氯乙烯玻璃钢复、聚氯乙烯玻璃钢复合管合管(PVCFRP)、聚丙烯玻璃钢复合管、聚丙烯玻璃钢复合管(PPFRP)、不透性石墨管以及钢塑复合管。、不透性石墨管以及钢塑复合管。 (1)聚氯乙烯管聚氯乙烯管(PVC 管管) 聚氯乙烯管广泛应用于石油化工、冷却水等领域，具有良好的耐腐蚀性聚氯乙烯管广泛应用于石油化工、冷却水等领域，具有良好的耐腐蚀性能、机械加工性能和力学性能。能、机械加工性能和力学性能。PVC 管的适用温度范围为管的适用温度范围为-l560.(2)玻璃钢管玻璃钢管 玻璃钢管是将浸有树脂的纤维增强材料按照特

3、定的工艺条件逐层缠玻璃钢管是将浸有树脂的纤维增强材料按照特定的工艺条件逐层缠绕，经固化处理而制成，管壁是层状结构。绕，经固化处理而制成，管壁是层状结构。(3)聚丙烯玻璃钢复合管聚丙烯玻璃钢复合管(PPFRP复合管复合管) 聚丙烯管普遍适用于石油化工、化纤、农药、化肥、染料、制药等聚丙烯管普遍适用于石油化工、化纤、农药、化肥、染料、制药等工业领域。聚丙烯管将表面进行特殊处理后与热固性玻璃钢牢固地结合工业领域。聚丙烯管将表面进行特殊处理后与热固性玻璃钢牢固地结合成整体，形成聚丙烯玻璃钢复合管结构。成整体，形成聚丙烯玻璃钢复合管结构。(4)衬里管衬里管 使用衬里管的目的是防腐、电绝缘、减少流体阻力、

4、提高耐磨性、使用衬里管的目的是防腐、电绝缘、减少流体阻力、提高耐磨性、防止金属离子混入介质以及污染等。防止金属离子混入介质以及污染等。2.管件管件表表11-2 11-2 管件用途管件用途管件名称用途活接头、管箍直管与直管连接弯头、弯管改变走向三通、四通、承插焊管接头、螺纹管管接头分支异径管（大小头）、异径短节、异径管箍、内外对丝改变管径管帽、丝堵封闭管端 在管路中改变走向、标高或管径以及由主管上引出支管等均需用管件，管件与管子的连接方法有很多，一般有对焊连接、螺纹连接、承插焊接及法兰连接四种。二、法兰连接二、法兰连接图图 11-1 法兰连接结构法兰连接结构 1.法兰连接结构与密封原理法兰连接结

5、构与密封原理 法兰介质结构是一个组合件，一般由法兰、密封垫、螺栓与法兰介质结构是一个组合件，一般由法兰、密封垫、螺栓与螺母组成。螺母组成。 为了实现法兰连接口的为了实现法兰连接口的密密 封，必须使密封组合件的封，必须使密封组合件的各部分的变形与操作条件下各部分的变形与操作条件下的密封条件相适应，使密封的密封条件相适应，使密封元件在操作压力作用下仍然元件在操作压力作用下仍然保持密封。为此，螺栓和法保持密封。为此，螺栓和法兰都必须具有足够大的强度兰都必须具有足够大的强度和刚度，使螺栓和法兰在介和刚度，使螺栓和法兰在介质压力作用下不发生过大的质压力作用下不发生过大的变形。变形。2管法兰的常用标准及类

6、型管法兰的常用标准及类型 v管法兰是容器、设备与管道连接的标准件及通用件。管法兰标准的选管法兰是容器、设备与管道连接的标准件及通用件。管法兰标准的选用必须考虑各相关行业的协调。用必须考虑各相关行业的协调。 管法兰标准涉及的内容相当广泛，除管法兰标准涉及的内容相当广泛，除了管法兰本身以外，还与钢管系列了管法兰本身以外，还与钢管系列(外径、厚度外径、厚度)、公称压力等级、垫、公称压力等级、垫片材料及尺寸、紧固件、螺纹等密切相关。片材料及尺寸、紧固件、螺纹等密切相关。 表表 11-3 管法兰标准管法兰标准 表表 11-4 管法兰和钢管公称直径和外径管法兰和钢管公称直径和外径 （单位：（单位：mm）3

7、.影响法兰密封的因素影响法兰密封的因素 (1)螺栓预紧力螺栓预紧力 螺栓预紧力必须使垫片压紧并实现初始密封条件。螺栓预紧力必须使垫片压紧并实现初始密封条件。(2)密封面形式密封面形式 压紧面直接与垫片接触，它既传递螺栓力使垫片变形，同时约束垫片压紧面直接与垫片接触，它既传递螺栓力使垫片变形，同时约束垫片表面变形。因而，为了达到预期的密封效果，压紧面的形状和表面粗糙度表面变形。因而，为了达到预期的密封效果，压紧面的形状和表面粗糙度应与垫片相配合。应与垫片相配合。(3)垫片性能垫片性能 垫片是构成密封的重要元件，适当的垫片变形和回弹能力是形成密封垫片是构成密封的重要元件，适当的垫片变形和回弹能力是

8、形成密封的必要条件。的必要条件。(4)法兰刚度法兰刚度 在实际生产中，由于法兰刚度不足而产生过大的翘曲变形，法在实际生产中，由于法兰刚度不足而产生过大的翘曲变形，法兰发生翘曲变形往往是导致密封失效的原因之一。兰发生翘曲变形往往是导致密封失效的原因之一。(5)操作条件操作条件 操作条件即介质压力、温度和物理、化学性质。单纯的压力或操作条件即介质压力、温度和物理、化学性质。单纯的压力或介质因素对泄漏的影响并不是主要的，只有和温度联合作用时，介质因素对泄漏的影响并不是主要的，只有和温度联合作用时，问题才显得严重。问题才显得严重。垫片断面形状垫片断面形状 三、管道热膨胀与热补偿三、管道热膨胀与热补偿1

9、.管道热膨胀管道热膨胀2.管道热补偿管道热补偿 管道由安装状态过渡到运行状态，由于管内介质的温度变化，管管道由安装状态过渡到运行状态，由于管内介质的温度变化，管道产生热胀或冷缩，使之变形。道产生热胀或冷缩，使之变形。 应尽量利用管道自身的弯曲或扭转产生的变位来实现热胀或冷缩应尽量利用管道自身的弯曲或扭转产生的变位来实现热胀或冷缩时的自补偿。常用补偿器可分成两类时的自补偿。常用补偿器可分成两类 一是自然补偿器，是工艺需要在布置管道时自然形成的弯曲管段。一是自然补偿器，是工艺需要在布置管道时自然形成的弯曲管段。二是专门设置用于吸收管道热膨胀的弯曲管段或伸缩装置，称人工补二是专门设置用于吸收管道热膨

10、胀的弯曲管段或伸缩装置，称人工补偿器偿器。（a）型补偿器型补偿器 (b)波纹式补偿器波纹式补偿器 (c)填料函式补偿器填料函式补偿器 图图 11-3 人工补偿器人工补偿器 四、管路绝热四、管路绝热v 绝热是保温和保冷的统称绝热是保温和保冷的统称。其目的是为了防止在。其目的是为了防止在生产过程中设备或管道等向环境散热或吸热，以节约生产过程中设备或管道等向环境散热或吸热，以节约能源，降低消耗，改善操作条件，保护环境，保障设能源，降低消耗，改善操作条件，保护环境，保障设备和管道的安全运行备和管道的安全运行.下列情况应该采取绝热措施：下列情况应该采取绝热措施： v(1)当设备当设备、管道及其附件外表面

11、温度达到、管道及其附件外表面温度达到 50时，时，或者外表面温度低于等于或者外表面温度低于等于 50，且生产工艺要求保温，且生产工艺要求保温时，须采取保温措施。时，须采取保温措施。v(2)当介质当介质温度低于环境大气露点温度时，设备或管道温度低于环境大气露点温度时，设备或管道外壁就会结露，容易造成锈蚀。外壁就会结露，容易造成锈蚀。v(3)外表面外表面温度超过温度超过 60时时.v(4)有些设备有些设备需要通过绝热提高耐火等级，则需要进行需要通过绝热提高耐火等级，则需要进行绝热处理。绝热处理。v(5)会造成会造成升温或气化，造成冷量损失，影响系统制冷升温或气化，造成冷量损失，影响系统制冷效率。效

12、率。不需要进行绝热处理的设备、不需要进行绝热处理的设备、管道及其附件主要有：管道及其附件主要有：v1)生产过程中或工艺要求必须裸露的设备和管生产过程中或工艺要求必须裸露的设备和管道；道； v(2)生产过程中要求及时发现泄漏的设备、管生产过程中要求及时发现泄漏的设备、管道法兰及附件；道法兰及附件； v(3)工艺上无特殊要求的放空、排凝液的管道；工艺上无特殊要求的放空、排凝液的管道；要求经常监测，防止发生损坏的部位等。要求经常监测，防止发生损坏的部位等。 1.绝热结构形式绝热结构形式 绝热结构设计基本要求：绝热结构设计基本要求： v绝热效果好，热损失不超过国家规定的最绝热效果好，热损失不超过国家规

13、定的最大损耗允许值；大损耗允许值； v足够的机械强度；足够的机械强度； v良好的保护层，抵御外部雨水和蒸汽的侵良好的保护层，抵御外部雨水和蒸汽的侵蚀；蚀； v结构简单，便于施工；结构简单，便于施工； v外表整齐美观，与环境协调。外表整齐美观，与环境协调。 阀门保温充填结构阀门保温充填结构 工程上常用的绝热结构，通常有如下形式：工程上常用的绝热结构，通常有如下形式：(1)胶泥结构胶泥结构:胶泥结构所用保温材料是石棉、石棉胶泥结构所用保温材料是石棉、石棉硅藻土或碳酸钙石棉粉等硅藻土或碳酸钙石棉粉等(2)填充结构填充结构:(3)捆扎绝热结构捆扎绝热结构:绝热结构绝热结构 (4)复合结构复合结构(5)

14、 喷涂结构喷涂结构(6) 缠绕式结构缠绕式结构 复合结构复合结构 绝热结构绝热结构2.绝热材料绝热材料（1）硅酸钙保温材料硅酸钙保温材料（2）石棉保温材料石棉保温材料（3）玻璃棉保温材料玻璃棉保温材料（4）硅酸铝纤维保温材料硅酸铝纤维保温材料（5）硬质聚氨酯泡沫塑料硬质聚氨酯泡沫塑料（6）聚苯乙烯泡沫塑料聚苯乙烯泡沫塑料第二节第二节 阀门及其使用阀门及其使用 一、阀门的基本参数一、阀门的基本参数1.公称通径公称通径:阀门的公称尺寸系列阀门的公称尺寸系列(GBTl047-2005) 2.阀门的公称压力阀门的公称压力:阀门的公称压力阀门的公称压力(GBl04890)是是指与阀门的机械强度有关的设计

15、给定压力，用指与阀门的机械强度有关的设计给定压力，用PN表示表示。3.适用介质适用介质气体：如空气、氨、石油气、煤气等；气体：如空气、氨、石油气、煤气等； 液体：如油品、水、液氨等；液体：如油品、水、液氨等； 含固体介质；含固体介质； 腐蚀性介质和剧毒介质。腐蚀性介质和剧毒介质。 4.试验压力试验压力:强度试验压力：强度试验压力：按规定的试验介质，对阀门受压零件的强按规定的试验介质，对阀门受压零件的强 度进行试验时规定的压力。度进行试验时规定的压力。 密封试验压力：密封试验压力：按规定的试验介质，对阀门按规定的试验介质，对阀门进行密封试验时规定的压进行密封试验时规定的压力。 主要功能是：接通和

16、截断流通介质；防止介质倒流；调解介质主要功能是：接通和截断流通介质；防止介质倒流；调解介质压力、流量；分离、混合或分配介质；防止介质压力超过规定数值，压力、流量；分离、混合或分配介质；防止介质压力超过规定数值，以保证管道或设备安全运行等。以保证管道或设备安全运行等。二、常用阀门结构二、常用阀门结构1.闸阀闸阀 闸阀适闸阀适用于蒸汽、用于蒸汽、高温油品及高温油品及油气等介质，油气等介质，以及开关频以及开关频繁的部位，繁的部位，不宜用于易不宜用于易结焦的介质。结焦的介质。图图11-6 闸阀结构闸阀结构 图图11-7单闸板单闸板 图图11-8双闸板双闸板 双闸板阀双闸板阀2.截止阀截止阀图图11-9

17、 截止阀结构截止阀结构 3.3.节流阀节流阀4.止回阀止回阀11-11升降式止回阀结构升降式止回阀结构 11-12旋启式止回阀结构旋启式止回阀结构 5.球阀球阀浮动球球阀浮动球球阀 固定球球阀固定球球阀 a-1型全焊接球阀球阀6.柱塞阀柱塞阀7.旋塞阀旋塞阀（a）T型通道阀芯型通道阀芯 （b）L型通道阀芯型通道阀芯 （c）四通道阀芯）四通道阀芯图图10-17 三通和四通旋塞阀三通和四通旋塞阀 8.隔膜阀隔膜阀9.蝶阀蝶阀10.减压阀减压阀膜片式减压阀的工作原理膜片式减压阀的工作原理 图图11-20活塞式减压阀活塞式减压阀蒸汽减压阀蒸汽减压阀一体化式减温器一体化式减温器 减压阀及减温减压阀及减温

18、 压力调节阀压力调节阀 蒸汽减压阀蒸汽减压阀 11.疏水阀疏水阀图图11-21浮球式疏水阀浮球式疏水阀 疏水阀疏水阀也称阻气排水阀，疏水器。其作用是自动排泄蒸汽管道和设备中不也称阻气排水阀，疏水器。其作用是自动排泄蒸汽管道和设备中不断产生的凝结水、空气及其他不可凝性气体，同时又阻止蒸汽的逸出。疏水阀断产生的凝结水、空气及其他不可凝性气体，同时又阻止蒸汽的逸出。疏水阀有热动力型、热静力型和机械型等。有热动力型、热静力型和机械型等。（1 1）机械型疏水阀是利用蒸汽和凝结水的密度工作的。）机械型疏水阀是利用蒸汽和凝结水的密度工作的。（2 2热静力型疏水阀是由凝结水温度变化驱动启闭件，使其完成阻汽排水

19、动作。热静力型疏水阀是由凝结水温度变化驱动启闭件，使其完成阻汽排水动作。（3 3）热动力型疏水阀的动作原理是：在人口和出口中间设置了中间变压室，当）热动力型疏水阀的动作原理是：在人口和出口中间设置了中间变压室，当变压室内流入了蒸汽或高温凝结水时，变压室内流入了蒸汽或高温凝结水时，图图 11-22 敞口向下浮子式敞口向下浮子式 蒸汽疏水阀蒸汽疏水阀浮球疏水阀浮球疏水阀/德国德国 图图 11-24 波纹管式波纹管式 蒸汽疏水阀蒸汽疏水阀图图 11-23 敞口向上浮敞口向上浮 子子 式蒸汽疏水阀式蒸汽疏水阀 敞口向上浮子式疏水阀，敞口向上浮子式疏水阀，如图如图 11-23 所示。又称为浮桶式疏水阀，

20、由浮所示。又称为浮桶式疏水阀，由浮子内凝结水的液位变化控制启闭件的开关动作。其缺点是在每次设备启动时子内凝结水的液位变化控制启闭件的开关动作。其缺点是在每次设备启动时要特别打开手动排放空气。要特别打开手动排放空气。 在波纹管内封入沸点在波纹管内封入沸点低、易挥发的液体作为感低、易挥发的液体作为感温元件。在波纹管上固定温元件。在波纹管上固定着阀瓣，随着温度变化，着阀瓣，随着温度变化，波纹管产生伸缩而启闭疏波纹管产生伸缩而启闭疏水阀。如图水阀。如图11-24图图11-25膜盒式蒸汽疏水阀膜盒式蒸汽疏水阀 膜盒式蒸汽疏水阀膜盒式蒸汽疏水阀是是由凝结水的压力与可变形由凝结水的压力与可变形元件内挥发性液

21、体的蒸汽元件内挥发性液体的蒸汽压力之间的不平衡来驱动压力之间的不平衡来驱动启闭件的开关动作，如图启闭件的开关动作，如图 11-25 所示。所示。 双金属片式蒸汽疏水阀双金属片式蒸汽疏水阀是由是由凝结水的温度变化，引起双金凝结水的温度变化，引起双金属片变形驱动启闭件的开关动属片变形驱动启闭件的开关动作，如图作，如图 11-26 所示。其工作所示。其工作原理与其它蒸汽疏水阀相反，原理与其它蒸汽疏水阀相反，闭阀时，把阀瓣拉向高压区，闭阀时，把阀瓣拉向高压区，阀开启。阀开启。图图 11-26 双金属片式蒸汽疏水阀双金属片式蒸汽疏水阀12.安全阀安全阀图图11-27封闭式弹簧安全阀封闭式弹簧安全阀 图图

22、11-28带扳手的弹簧式安全阀带扳手的弹簧式安全阀封闭式弹簧安全阀封闭式弹簧安全阀 ：非封闭式弹簧安全阀：非封闭式弹簧安全阀： 带扳手的弹簧式安全阀带扳手的弹簧式安全阀 ：13.气动薄膜调节阀气动薄膜调节阀 气动薄膜调节阀气动薄膜调节阀是是以压缩空气为动力源的以压缩空气为动力源的一种自动执行器，它接一种自动执行器，它接收调解器送来的控制信收调解器送来的控制信号，去改变管道中被调号，去改变管道中被调介质的流量。其外形如介质的流量。其外形如图图 11-29 所示。所示。图图 11-29气动薄气动薄 膜调节阀膜调节阀图图 11-30 正作用式气动薄膜执行正作用式气动薄膜执行机构机构 1-上膜盖；上膜

23、盖；2-波纹膜片；波纹膜片；3-下膜盖；下膜盖；4-支架；支架；5-推杆；推杆；6-弹簧；弹簧； 7-弹簧座；弹簧座；8-调节件；调节件；9-连接阀杆连接阀杆螺母；螺母；10-行程标尺行程标尺 图图 11-31 反作用式气动薄膜执行机构反作用式气动薄膜执行机构 1-上膜盖；上膜盖；2-波纹膜片；波纹膜片；3-下膜盖；下膜盖；4-密封垫片；密封垫片；5-密封环；密封环；6-填块；填块；7-支架；支架； 8-推杆；推杆；9-弹簧；弹簧；10-弹簧座；弹簧座；ll-衬套；衬套；l2-调节件；调节件；13-行程标尺行程标尺 （1）气动薄膜调节阀的结构）气动薄膜调节阀的结构 执行机构执行机构 v 当来自

24、调解器或阀门定位器的信号压力自上膜盖进入并增大时，推杆向下动作，称之为正作用执行机构，如图 11-31 所示。当信号压力自下膜盖进入并增大时，推杆向上动作，称之为反作用执行机构，如图 11-32 所示。正作用机构的信号压力通人波纹膜片上方的薄膜气室，而反作用机构的信号压力通入波纹膜片下方的薄膜气室。调节机构调节机构调节阀调节阀v 调节阀阀杆调节阀阀杆的上端与执行机构的推杆通过螺母相连接，推杆带动阀杆及阀杆下端的阀芯上下移动。流体从左侧进入调节阀，流过上、下阀芯与阀座的间隙，从右侧流出。 图图 11-32 直通双座调节阀结构图直通双座调节阀结构图 1 一阀杆；一阀杆；2压板；压板；3-填料；填料；4-上阀盖；上阀盖；5、12一斜孔；一斜孔；6、11 一衬套；一衬套； 7-阀芯；阀芯；8、9 一一阀座；阀座；10 一阀体；一阀体；l3-下阀盖；下阀盖；l4一销钉一销钉 （2）调节阀的种类）调节阀的种类 v直通双座调节阀：图直通双座调节阀：图11-32所示。所示。v直通单座调节阀有调节型和切断型：图直通单座调节阀有调节型和切断型：图11-33所示。所示。v高压调节阀使用的最大公称压力为高压调节阀使用的最大公称压力为 32 MPa，广泛应，广泛应用于化肥和