过程装备成套技术(二版) 第6章

1、 6 压力管道压力管道6.1 压力管道的基本慨压力管道的基本慨念及设计的一般要求念及设计的一般要求6.2 管道组成件管道组成件 6.3 装置用管道设计装置用管道设计 6.4 管道设计图管道设计图 6.5 管道应力分析管道应力分析 6.6 管道的振动管道的振动 6.4 管道设计管道设计图图 6.4.1 管道设计图的种类与绘制方法管道设计图的种类与绘制方法 6.4.2 主管布置图主管布置图 6.4.3 管道平、立面布置图管道平、立面布置图 6.4.4 管道空视图管道空视图 南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 6.4.1 管道设计图的种类与绘制方法管

2、道设计图的种类与绘制方法 设计单位向施工部门提供的施工图种类设计单位向施工部门提供的施工图种类各公司虽不尽相同，但大致可分为两类各公司虽不尽相同，但大致可分为两类 管道平面布置图及立面布置图管道平面布置图及立面布置图 管道平面布置图加管道空视图管道平面布置图加管道空视图 南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 管道设计图的绘制方法管道设计图的绘制方法 在绘制管道平面布置图时，辅以若干局部立面图或立体在绘制管道平面布置图时，辅以若干局部立面图或立体图图 管道布置图的比例通常是根据装置的占地大小，设备管道布置图的比例通常是根据装置的占地大小，设备尺寸、

3、管径的不同以及管道的多少等决定尺寸、管径的不同以及管道的多少等决定 石油炼制、石油化工、化工装置等（露天布置的设备）石油炼制、石油化工、化工装置等（露天布置的设备）用用1/301/50比例绘图比例绘图 油罐区设备及其它大型设备用油罐区设备及其它大型设备用1/501/300比例绘图比例绘图 对于食品工业装置、制药装置及试验装置等小型设备对于食品工业装置、制药装置及试验装置等小型设备（室内布置的设备）用（室内布置的设备）用1/201/30比例绘图比例绘图 南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 分张绘制与分区索引分张绘制与分区索引 采用分张绘制的方法，

4、采用分张绘制的方法，同一区内的管系必须画在同同一区内的管系必须画在同一张图上。一张图上。 每一区的范围以使该区每一区的范围以使该区的管道平面布置图能在一张的管道平面布置图能在一张图纸上完成为原则图纸上完成为原则 。 为了了解分区情况，方为了了解分区情况，方便查找，应绘制分区索引图。便查找，应绘制分区索引图。 南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 6.4.2 主管布置主管布置图图 设计装置内主管时应对装置内所有设计装置内主管时应对装置内所有管道、电缆、照明、仪表管

5、道，采暖通管道、电缆、照明、仪表管道，采暖通风管道统一规划，各就各位。风管道统一规划，各就各位。 装置内主管布置可分为环状和树枝装置内主管布置可分为环状和树枝状两种。状两种。 在主管的末端或环状管的中间设置在主管的末端或环状管的中间设置附带阀门的排净口，且加法兰盲板附带阀门的排净口，且加法兰盲板 。 绘制主管管道布置图时应将空间区绘制主管管道布置图时应将空间区域进行规划，以减小碰撞域进行规划，以减小碰撞 。南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 6.4.2 主管布置图2 配管设计的管道应尽量靠拢，管子间距配管设计的管道应尽量靠拢，管子间距取整数，必

6、须保证施工间距取整数，必须保证施工间距 .一般热介质设一般热介质设在上面，冷介质设在下层，公用系统主管设在上面，冷介质设在下层，公用系统主管设在下层在下层 。 一般主管架沿梁敷设，管可设在梁侧，一般主管架沿梁敷设，管可设在梁侧，在遇柱子时可在柱子侧面预埋钢板，设管架在遇柱子时可在柱子侧面预埋钢板，设管架作柱吊架，可承受较大载荷作柱吊架，可承受较大载荷。南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 6.4.3 管道平、立面布置管道平、立面布置图图 一般规定一般规定 主要内容主要内容 画法画法 标注方法标注方法 其他标注内容其他标注内容 南南 工工 大大第六

7、章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 一般规定一般规定 管道布置图图幅一般采用管道布置图图幅一般采用A0，比较简，比较简单的也可采用单的也可采用A1或或A2，同区的图宜采用同，同区的图宜采用同一种图幅，图幅不宜加长或加宽。一种图幅，图幅不宜加长或加宽。 常用比例为常用比例为1:25、1:50，也可用，也可用1:100，但同区的或各分层的平面图应采用同一比但同区的或各分层的平面图应采用同一比例例 。 管道布置图中的标高、坐标以管道布置图中的标高、坐标以m为单为单位，其他尺寸以位，其他尺寸以mm为单位只注数字，不注为单位只注数字，不注单位。管道公称直径以单位。管道公称直

8、径以mm表示。表示。 南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 1. 一般规定2 尺寸线始末应标绘箭头，或打杠，不按尺寸线始末应标绘箭头，或打杠，不按比例画图的尺寸应在尺寸数字下面画一道横比例画图的尺寸应在尺寸数字下面画一道横线。尺寸一般写在尺寸线的上方中间，并且线。尺寸一般写在尺寸线的上方中间，并且平行于尺寸线平行于尺寸线。 在平面布置图的右上角应绘制一个与设在平面布置图的右上角应绘制一个与设备布置图设计方向一致的方向标。在每张管备布置图设计方向一致的方向标。在每张管道布置图标题栏上方或左边用缩小的并加阴道布置图标题栏上方或左边用缩小的并加阴影线的

9、分区索引图表示本图所在装置的位置影线的分区索引图表示本图所在装置的位置。 每张管道布置图均应独立编号，一套图每张管道布置图均应独立编号，一套图纸用同一个编号，图纸总张数为分母，顺序纸用同一个编号，图纸总张数为分母，顺序号为分子号为分子。南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 主要内容主要内容 一般根据装置一般根据装置(设备设备)平面、立面布置图绘平面、立面布置图绘出有关设备出有关设备(包括基础、平台、梯子包括基础、平台、梯子)、建筑物和、建筑物和构筑物构筑物(包括门、窗、梁、柱、楼层、楼梯包括门、窗、梁、柱、楼层、楼梯)、管、管架、管沟、操作通道、

10、检修设施等。架、管沟、操作通道、检修设施等。 带控制点工艺流程图和公用工程带控制点带控制点工艺流程图和公用工程带控制点流程图上表示的管道、阀门等都应画出，即或流流程图上表示的管道、阀门等都应画出，即或流程图没有表示的低点放净高点排气等也要画出。程图没有表示的低点放净高点排气等也要画出。 管道上安装的一次仪表（或元件）管道上安装的一次仪表（或元件） 。 南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 画法画法 配管图配管图 有关设备、平台、梯子、框架等仅用细实线绘有关设备、平台、梯子、框架等仅用细实线绘出轮廓外形出轮廓外形。 贯通的管道仅在通过处附近绘制管架

11、或小梁贯通的管道仅在通过处附近绘制管架或小梁 。 仪表等附属设备仅在连接处正确地注出项目编仪表等附属设备仅在连接处正确地注出项目编号，其他另有标准图和说明书号，其他另有标准图和说明书。 有多层平台的立式设备或多层框架布置设备的有多层平台的立式设备或多层框架布置设备的管道，可按标高分层绘制管道平面布置图，立面布管道，可按标高分层绘制管道平面布置图，立面布置图则应包括各层平面的管道，不必表示的内容不置图则应包括各层平面的管道，不必表示的内容不画，不需要的尺寸不注画，不需要的尺寸不注。 南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 管道平面布置图画法管道平面布

12、置图画法 按比例用细实线绘出建筑物柱梁、楼板、按比例用细实线绘出建筑物柱梁、楼板、门、窗、楼梯、管沟等门、窗、楼梯、管沟等 。根据设备布置图画出。根据设备布置图画出设备、操作台、安装孔、吊车梁等，画出电缆设备、操作台、安装孔、吊车梁等，画出电缆桥架、电缆沟、仪表管缆等外形尺寸并标出底桥架、电缆沟、仪表管缆等外形尺寸并标出底面标高，标准建筑物的轴线与轴线间的尺寸。面标高，标准建筑物的轴线与轴线间的尺寸。标准地面、楼面、平台面、吊车梁底面的标高标准地面、楼面、平台面、吊车梁底面的标高以及生活间的辅助间的组成标出其名称以及生活间的辅助间的组成标出其名称 。 按设备布置标注设备的定位尺寸按设备布置标注

13、设备的定位尺寸 。 根据管道流程图及公用系统流程图和主管根据管道流程图及公用系统流程图和主管布置图对每台设备作逐根管道的绘制，先绘制布置图对每台设备作逐根管道的绘制，先绘制物料管，后绘制公用系统管。物料管，后绘制公用系统管。 南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 管道平面布置图画法2 将有关管件（弯头、三通、阻火器、视镜、过滤器）将有关管件（弯头、三通、阻火器、视镜、过滤器）及阀门按比例及图例作合理的配管设计。管道、管件、及阀门按比例及图例作合理的配管设计。管道、管件、阀门、仪表等的表示方法即图例符号，参照有关规定。阀门、仪表等的表示方法即图例符

14、号，参照有关规定。 管道公称管道公称通径通径DN125mm的管道、弯头、三通用粗的管道、弯头、三通用粗实线绘制实线绘制；DN125mm的管道用中粗双实线绘制。物料的管道用中粗双实线绘制。物料流向箭头画在中心线上。流向箭头画在中心线上。 消声器、爆破片、洗眼器、分析设备等特殊件，应消声器、爆破片、洗眼器、分析设备等特殊件，应在管道布置图上用细线在管道布置图上用细线10mm圆标注，在圆内注明标准圆标注，在圆内注明标准号或特殊件编号。号或特殊件编号。 管道立、剖面图应交将装置结构、梁、柱、门、窗、管道立、剖面图应交将装置结构、梁、柱、门、窗、操作台、设备及传动部件、减速机、仪表盘、变送器等操作台、设

15、备及传动部件、减速机、仪表盘、变送器等按比例绘制。按比例绘制。南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 管道平面布置图画法管道平面布置图画法3 除设备进出口不标注定位尺寸外，凡管道阀门标高、除设备进出口不标注定位尺寸外，凡管道阀门标高、管道间距、弯头、三通位置均应一一标注管道间距、弯头、三通位置均应一一标注 调节阀组、减压阀组、疏水阀组等均应按比例绘制，调节阀组、减压阀组、疏水阀组等均应按比例绘制，并应与管道平面一致并应与管道平面一致 对检测元件应在立剖面上示出注明具体定位尺寸及标对检测元件应在立剖面上示出注明具体定位尺寸及标高，以及扩大管的规格高，

16、以及扩大管的规格 在剖切范围内应将主管管架用细点划线绘出，确定管在剖切范围内应将主管管架用细点划线绘出，确定管架预埋件位置架预埋件位置 管道平、立面布置图上应将管道的定位尺寸标注清楚，管道平、立面布置图上应将管道的定位尺寸标注清楚，有坡度的管道标注坡度及坡向有一带限流孔板的旁通有坡度的管道标注坡度及坡向有一带限流孔板的旁通 当管道重叠时，可断开上面管道表示下面管道的管当管道重叠时，可断开上面管道表示下面管道的管件件 南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 管道平面布置管道平面布置图图 南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4

17、管道设计图管道设计图 阀门的表示方法即图例符号阀门的表示方法即图例符号南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 单线管道的表示方法单线管道的表示方法南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 双线管道的表示方法双线管道的表示方法南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 标注方法标注方法 在平面布置图上要标注管道、阀门等的坐标位置在平面布置图上要标注管道、阀门等的坐标位置或者尺寸以及与设备等连接点的坐标位置或尺寸、或者尺寸以及与设备等连接点的坐标位置或尺寸、 管管间距

18、、支架间距等，而在立面图上只标注其标高间距、支架间距等，而在立面图上只标注其标高 基准基准：与设备相连接的管道、阀门等一般以设备或附：与设备相连接的管道、阀门等一般以设备或附性设备的中心线为基准，与框架、管架等有关联的管性设备的中心线为基准，与框架、管架等有关联的管道则以其柱中心线为基准顺序标注上述尺寸道则以其柱中心线为基准顺序标注上述尺寸 单位单位：标注尺寸均以毫米为单位：标注尺寸均以毫米为单位 标高标高 ：通常两根以上管道并排在支架上时，管底与地：通常两根以上管道并排在支架上时，管底与地面或平台楼板间有一定距离要求者，应标管底标高。面或平台楼板间有一定距离要求者，应标管底标高。与设备接管直

19、接连接的管道，则标管中心线标高与设备接管直接连接的管道，则标管中心线标高 。标。标高都是以地面为基准算起，基准面以上为高都是以地面为基准算起，基准面以上为“+”，以下，以下为为“” 南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 标注方法2在垂直管道上设置的阀门高度，有两种标注方法在垂直管道上设置的阀门高度，有两种标注方法 法兰联接的阀门，标注与阀门下端相连接的管道法兰面上法兰联接的阀门，标注与阀门下端相连接的管道法兰面上的标高的标高 。承插焊或螺纹联接的阀门标注中心线标高承插焊或螺纹联接的阀门标注中心线标高 。管道与设备接管直接相联接时，有两种标注方法：

20、管道与设备接管直接相联接时，有两种标注方法：设备接管朝上时，应注出与其连接的管道法兰下面标高。设备接管朝上时，应注出与其连接的管道法兰下面标高。设备接管朝下时，应注出与其连接的管道法兰上设备接管朝下时，应注出与其连接的管道法兰上面标高。面标高。 南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 标注方法3 仪表等安装在垂直管道上时，立面图（或空视图）仪表等安装在垂直管道上时，立面图（或空视图）必须标注其位置必须标注其位置 。 在水平管道上时，以标注在平面图上为好，但不应在在水平管道上时，以标注在平面图上为好，但不应在平面图上和立面图上重复标注。平面图上和立面

21、图上重复标注。 立面图上还应标注地面、平台（楼板面）的标高。立面图上还应标注地面、平台（楼板面）的标高。 南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 综上所述，尺寸线（包括）标高的标注方法大致有：综上所述，尺寸线（包括）标高的标注方法大致有： 建筑物轴线或坐标线到中心线建筑物轴线或坐标线到中心线,如容器、泵、设备、管道如容器、泵、设备、管道 。 中心线到中心线中心线到中心线,如管道如管道 。 中心线到法兰面中心线到法兰面,如容器、泵、设备的接管。如容器、泵、设备的接管。 法兰面到法兰面法兰面到法兰面,如设备、焊制弯管和仪表等。如设备、焊制弯管和仪表等。

22、 其他标注内容其他标注内容 设备的项目编号及名称设备的项目编号及名称。 框架、管架等的编号；管内介质的流动方向框架、管架等的编号；管内介质的流动方向 。 管径尺寸、管道编号、管道等级；仪表项目编号管径尺寸、管道编号、管道等级；仪表项目编号。 表示出管道支管的位置及其详细图的编号表示出管道支管的位置及其详细图的编号。 保温、保冷、伴热管道除用图表示外尚须注明；（保保温、保冷、伴热管道除用图表示外尚须注明；（保温温H，保冷，保冷C，防烫，防烫P，蒸汽，蒸汽伴热伴热ST，电伴热，电伴热ET） 。 指北针指北针。 分区索引图分区索引图 。 现场焊接点位置及符号现场焊接点位置及符号。 南南 工工 大大第

23、六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 6.4.4 管道空视图管道空视图 管道空视图的内容管道空视图的内容 绘制方法绘制方法 标注方法标注方法 特殊的标记方法特殊的标记方法南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 6.4.4 管道空视图管道空视图2 管道空视图又叫管段图，是单根管道的详管道空视图又叫管段图，是单根管道的详细图，一般表示从一个设备到另一个设备的整细图，一般表示从一个设备到另一个设备的整根管道根管道 。 用管道空视图可以深度预制管道以加快施用管道空视图可以深度预制管道以加快施工速度，缩短周期工速度，缩短周期。

24、在工程设计中，除了设备、管道和仪表的在工程设计中，除了设备、管道和仪表的蒸汽加热伴管用的蒸汽及其冷凝液管道外，其蒸汽加热伴管用的蒸汽及其冷凝液管道外，其他管道都要绘制空视图他管道都要绘制空视图 。南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 轴侧配管图轴侧配管图南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 管道空视图的内容管道空视图的内容 在管道空视图上应表示出管在管道空视图上应表示出管段的尺寸、角度、标高段的尺寸、角度、标高(或坐标或坐标)、管段所在的平面图号，在流程图管段所在的平面图号，在流程图上的管道编号、管

25、段号、介质流上的管道编号、管段号、介质流向、保温、保冷、伴热，与管道向、保温、保冷、伴热，与管道相连接的设备编号，设备位置相连接的设备编号，设备位置(以以中心线表示中心线表示)和设备接管号，非标和设备接管号，非标准图例的说明准图例的说明 。 阀门阀门 的型号和尺寸，除螺纹的型号和尺寸，除螺纹和承插焊接的阀门外，其它阀门和承插焊接的阀门外，其它阀门的手轮方向、调节阀的尺寸、温的手轮方向、调节阀的尺寸、温度压力等级，仪表接头编号、位度压力等级，仪表接头编号、位置和方向置和方向。 南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 管道空视图的内容管道空视图的内容2

26、 管件管件 ： 管道上管道上的放空，放净和疏水的放空，放净和疏水点的位置、支架位置点的位置、支架位置型号和编号，预拉伸、型号和编号，预拉伸、密封焊、衬里、涂漆密封焊、衬里、涂漆和其它特殊要求和其它特殊要求 ，工，工厂或现场焊接符号，厂或现场焊接符号，安装或检修用活接安装或检修用活接头头 。 指北针及材料表指北针及材料表等。等。 南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 绘制方法绘制方法 在专用的正等轴侧坐在专用的正等轴侧坐标纸上，按正等轴侧投影标纸上，按正等轴侧投影方法制图。方法制图。 对于管道、管件、阀对于管道、管件、阀门及小型管道设备、仪表门及小

27、型管道设备、仪表等用立体图图例表示等用立体图图例表示 。 对于垂直方向或水平对于垂直方向或水平方向改变走向的管道或在方向改变走向的管道或在垂直与水平方向均改变走垂直与水平方向均改变走向的管道用立体图表示向的管道用立体图表示 。 按近似的比例绘制。按近似的比例绘制。南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 2. 绘制方法2 一般将管道空视图绘制在印有浅色格子的图纸一般将管道空视图绘制在印有浅色格子的图纸上，图侧附有材料表。上，图侧附有材料表。 小于和等于小于和等于DN50mm的中、低压碳钢管道，小的中、低压碳钢管道，小于和等于于和等于DN20连接的小管

28、，如调节阀组、排液管、连接的小管，如调节阀组、排液管、放空管等还是要绘空视图。放空管等还是要绘空视图。 管道空视图上水平管道标高管道空视图上水平管道标高EL注在管道上方注在管道上方 。 不同材料的管道不要绘在一张空视图上。不同材料的管道不要绘在一张空视图上。 空视图上的指北方向一般指向右上方，也可指空视图上的指北方向一般指向右上方，也可指向左上方，但不得指向下方。绘制管道空视图时要向左上方，但不得指向下方。绘制管道空视图时要注意管道的走向注意管道的走向 。南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4

29、 6.4 管道设计图管道设计图 标注方法标注方法 管道空视图上所有尺管道空视图上所有尺寸都以寸都以mm为单位，垂直方为单位，垂直方向不注长度尺寸，而以水向不注长度尺寸，而以水平管道的标高落差表示。平管道的标高落差表示。 异径管以大端确定位异径管以大端确定位置尺寸置尺寸 。 为标注管道尺寸的需为标注管道尺寸的需要，应画出容器或设备的要，应画出容器或设备的中心线，注出其位号。与中心线，注出其位号。与标注尺寸无关时就不要画标注尺寸无关时就不要画设备中心线，只画出管道设备中心线，只画出管道连接法兰位置。连接法兰位置。 南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图

30、 3. 标注方法2 螺纹连接的调节螺纹连接的调节阀，图纸上必须注明阀，图纸上必须注明“螺纹螺纹” 。 非坐标轴上的斜管非坐标轴上的斜管要表示出斜管的长度和要表示出斜管的长度和角度，且需注明是水平角度，且需注明是水平角还是垂直角。角还是垂直角。 垂直弯管管托必须垂直弯管管托必须注明管道管径，由此选注明管道管径，由此选出合适的管托型式；水出合适的管托型式；水平弯管管托注出焊上的平弯管管托注出焊上的这段管子的直径和长度，这段管子的直径和长度，并注明并注明“管底平管底平” 。南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 孔板法兰孔板法兰 注出编注出编号、取压管方

31、向，并注号、取压管方向，并注明要求明要求“焊接处内表面焊接处内表面用砂轮打光用砂轮打光”，尽量不，尽量不使其引起紊流使其引起紊流 。 表示管道直径和介表示管道直径和介质流动方向的标注方法质流动方向的标注方法 每一单管至少有个流向每一单管至少有个流向箭头，最好在介质流向箭头，最好在介质流向变动处都画上箭头，管变动处都画上箭头，管径就注在流向箭头的边径就注在流向箭头的边上上 。南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 图上要注明放空、图上要注明放空、放净口的尺寸放净口的尺寸。 图中需表示出管段图中需表示出管段中哪些是预制的，哪些中哪些是预制的，哪些是现场

32、焊接的，用文字是现场焊接的，用文字表示现场焊口表示现场焊口 。 预拉伸的表示方法：预拉伸的表示方法： 尺寸线上方是管段制作尺寸线上方是管段制作长度，下面是安装时的长度，下面是安装时的预拉伸长度预拉伸长度。 南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 特殊的标记方法特殊的标记方法 SRE短半径无短半径无缝弯头；缝弯头；WC焊接焊接管帽；管帽；THDC螺纹管（螺纹管（帽）；帽）；SWC承插焊管帽承插焊管帽；THDF螺纹螺纹法兰法兰；PLG堵头；堵头；NIP管接头管接头 。 在同一张空视图中管径法兰有两种在同一张空视图中管径法兰有两种以上形式时，图中应将用量

33、较少的那些以上形式时，图中应将用量较少的那些法兰注明法兰注明 。南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 4. 特殊的标记方法2 焊接弯头的角度和焊缝系数要注写清楚焊接弯头的角度和焊缝系数要注写清楚 。 在同一张空视图中同种类、同规格阀门出在同一张空视图中同种类、同规格阀门出现两种以上型号，图中应将用量较少的型号注现两种以上型号，图中应将用量较少的型号注在那些阀门的近旁。在那些阀门的近旁。 注出直接焊在管道上的管架编号，该编号注出直接焊在管道上的管架编号，该编号必须与管架表中的管架编号相同。但管架材料必须与管架表中的管架编号相同。但管架材料不列入管道

34、空视图的材料表中不列入管道空视图的材料表中 。南南 工工 大大第六章第六章 管道设计管道设计 6.4 6.4 管道设计图管道设计图 6.5 管道应力分析管道应力分析 6.5.1 管道的载荷和应力管道的载荷和应力 6.5.2 管道应力许用值及安全性的判据管道应力许用值及安全性的判据 6.5.3 承受内压管子的强度计算承受内压管子的强度计算 6.5.4 管系的热应力和柔性分析管系的热应力和柔性分析 6.5.5 管道补偿器和管道支吊架管道补偿器和管道支吊架南南 工工 大大 6.5 6.5 管道应力分析管道应力分析6.5.1 管道的载荷和应力管道的载荷和应力 载荷载荷 均布载荷均布载荷 ：作用于管道的

35、载荷有管内介质产生的压力，：作用于管道的载荷有管内介质产生的压力，管子质量管子质量(包括管内介质、保温材料等包括管内介质、保温材料等)产生的。产生的。 集中载荷集中载荷 ：阀门、三通、法兰等管件质量产生的。：阀门、三通、法兰等管件质量产生的。 热载荷热载荷 ：管道温度变化热胀冷缩受约束产生的。：管道温度变化热胀冷缩受约束产生的。 安装残余应力安装残余应力 ：管道安装施工时各部分尺寸误差产生。：管道安装施工时各部分尺寸误差产生。与管道连接的设备变位或其它原因的与管道连接的设备变位或其它原因的管端位移管端位移引起管系引起管系变形而产生的载荷。变形而产生的载荷。 动载荷动载荷：管内介质压力脉动引起的

36、管道振动以及液击产：管内介质压力脉动引起的管道振动以及液击产生的冲击波等。生的冲击波等。 随机载荷随机载荷：风载荷，地震载荷等。：风载荷，地震载荷等。南南 工工 大大 6.5 6.5 管道应力分析管道应力分析根据载荷的性质根据载荷的性质静力载荷静力载荷 ：指缓慢、毫无振动地加到管道上的载荷，指缓慢、毫无振动地加到管道上的载荷，它的大小和位置与时间无关，或者是极为缓慢地变它的大小和位置与时间无关，或者是极为缓慢地变化。化。 自限性载荷自限性载荷 ：指管道由于结构变形受约束所产生的载：指管道由于结构变形受约束所产生的载荷荷 。只要管材塑性良好，初次施加自限性载荷不。只要管材塑性良好，初次施加自限性

37、载荷不会直接导致破坏。会直接导致破坏。 非自限性载荷非自限性载荷：指外力载荷，例如介质内压非自限性：指外力载荷，例如介质内压非自限性载荷超过一定的限度，就会直接导致破坏。载荷超过一定的限度，就会直接导致破坏。动力载荷动力载荷 ：指随时间有迅速变化的载荷指随时间有迅速变化的载荷 。南南 工工 大大 6.5 6.5 管道应力分析管道应力分析一般管道静力计算主要考虑的载荷一般管道静力计算主要考虑的载荷压力载荷压力载荷 ：介质内压力：介质内压力机械载荷机械载荷（持续外载（持续外载 ）：管道自身质）：管道自身质量、支吊架反力和其它外载量、支吊架反力和其它外载 位移载荷位移载荷（热载荷（热载荷 ）：热胀冷

38、缩和端）：热胀冷缩和端点附加位移点附加位移 南南 工工 大大 6.5 6.5 管道应力分析管道应力分析 应力分类应力分类 管道在压力载荷、持续外载及热载荷等作用下，在管道在压力载荷、持续外载及热载荷等作用下，在整个管路或某些局部区域产生不同性质的应力。整个管路或某些局部区域产生不同性质的应力。 压力管道的应力压力管道的应力 ： 一次应力一次应力， 是由于外载荷作用而在管道内部产生的正是由于外载荷作用而在管道内部产生的正 应力或剪应力。应力或剪应力。 一次总体薄膜应力一次总体薄膜应力 一次弯曲应力一次弯曲应力 一次局部薄膜应力一次局部薄膜应力 二次应力二次应力 ：主要考虑的是由于热胀冷缩以及其他

39、位移：主要考虑的是由于热胀冷缩以及其他位移 受约束而产生的应力受约束而产生的应力 峰值应力峰值应力 ：是由于载荷、结构形状的局部突变而引起：是由于载荷、结构形状的局部突变而引起 的局部应力集中的最高应力的局部应力集中的最高应力值值 南南 工工 大大 6.5 6.5 管道应力分析管道应力分析6.5.2 承受内压管子的强度计算承受内压管子的强度计算 6.5.2.1 承受内压直管的应力与壁厚承受内压直管的应力与壁厚 6.5.2.2 承受内压直管壁厚工程计算方法承受内压直管壁厚工程计算方法6.5.2.3 承受内压弯管或弯头的壁厚计算承受内压弯管或弯头的壁厚计算6.5.2.4 支管连接的等面积补强法支管

40、连接的等面积补强法 南南 工工 大大 6.5 6.5 管道应力分析管道应力分析6.5.2.1 承受内压直管的应力与壁厚承受内压直管的应力与壁厚 管壁上的三个主应力服从关系式管壁上的三个主应力服从关系式 z r 最大剪应力强度理论最大剪应力强度理论, 强度条件为强度条件为 e= - r Dn：内径：内径 Dw：外径：外径 P:管内介质压力管内介质压力 S:管子壁厚管子壁厚 ：焊缝系数：焊缝系数)(42SDSPDnnzSPDn2=r2P=理论壁厚公式理论壁厚公式工程上，无缝钢管以工程上，无缝钢管以外径外径表示，其表示，其理论壁厚公式理论壁厚公式为为 PPDn2S PPDw2S南南 工工 大大 6.

41、5 6.5 管道应力分析管道应力分析(2) 承受内压直管壁厚工程计算方法承受内压直管壁厚工程计算方法工程设计计算公式工程设计计算公式 工程工程设计中承受内压的直管，壁厚按式工程工程设计中承受内压的直管，壁厚按式(6-2)计算：计算： 式中式中 直管计算壁厚，直管计算壁厚，mm； DO 直管外直径，直管外直径， mm； P直管设计压力，直管设计压力，MPa； 管子材料在设计温度下的许用应力管子材料在设计温度下的许用应力式式(6-2)计算计算 使用的许用应力要从国家标准使用的许用应力要从国家标准GB/T20801.2- 2006附录附录A中查取中查取 ，MPa。jSpYPDt20=(6-2)jS

42、t南南 工工 大大 6.5 6.5 管道应力分析管道应力分析 工程设计计算公式工程设计计算公式2 纵向焊接接头系数，按表纵向焊接接头系数，按表6-12查取。查取。 Y 计算系数，当计算系数，当201512.512.510不锈钢不锈钢101020152012.515南南 工工 大大 6.5 6.5 管道应力分析管道应力分析 对于采用钢板或钢带卷制的焊接钢管，其壁厚负偏差就对于采用钢板或钢带卷制的焊接钢管，其壁厚负偏差就是钢板、钢带的厚度允许负偏差。是钢板、钢带的厚度允许负偏差。C1值按相关钢材制造标准值按相关钢材制造标准确定，标准无明确规定的可按下列数据选用。确定，标准无明确规定的可按下列数据选

43、用。 S5.5mm 5.5S7mm 7S25mm C1=0.5mm C1=0.6mm C1=0.8mm 管子腐蚀和磨损减薄量的附加值管子腐蚀和磨损减薄量的附加值当介质当介质对管子的腐蚀并不严重，即腐蚀速度小于对管子的腐蚀并不严重，即腐蚀速度小于0.05mm/a时，单时，单面腐蚀取面腐蚀取C2=11.5mm，双面腐蚀取，双面腐蚀取C2=22.5mm。当管子。当管子外面涂防腐油漆时，可认为是单面腐蚀，当管子内外壁均外面涂防腐油漆时，可认为是单面腐蚀，当管子内外壁均有较严重腐蚀时，则认为是双面腐蚀。当介质对管子材料有较严重腐蚀时，则认为是双面腐蚀。当介质对管子材料腐蚀速率大于腐蚀速率大于0.05mm

44、/a时，则应根据腐蚀速度和使用年限时，则应根据腐蚀速度和使用年限决定决定C2值。值。南南 工工 大大 6.5 6.5 管道应力分析管道应力分析 6.5.2.3 承受内压弯管或弯头的壁厚计算承受内压弯管或弯头的壁厚计算 弯管或弯头的计算厚度弯管或弯头的计算厚度(位于位于/2处处)应按式应按式(6-6)确定：确定：式中式中 S wj弯管或弯头在内侧、外侧或弯管中心线处弯管或弯头在内侧、外侧或弯管中心线处 的计算厚度，的计算厚度，mm ； 弯管或弯头的转角，弯管或弯头的转角，( )； I 计算系数；计算系数；)/(2pYIpDStowj(6-6) 南南 工工 大大 6.5 6.5 管道应力分析管道应

45、力分析I 计算系数当计算弯管或弯头的内侧厚度时：当计算弯管或弯头的内侧厚度时： 当计算弯管或弯头的外侧厚度时：当计算弯管或弯头的外侧厚度时： 当计算弯管中心线处厚度时当计算弯管中心线处厚度时 I = 1.0 R 弯管中心线曲率半径，弯管中心线曲率半径，mm 弯管在弯制成形后的端部最小厚度应不小于弯管在弯制成形后的端部最小厚度应不小于直管最小厚度。直管最小厚度。2)/(41)/(4wwDRDRI(6-7)2)/(41)/(4wwDRDRI(6-8)南南 工工 大大 6.5 6.5 管道应力分析管道应力分析6.5.2.4 支管连接的等面积补强法支管连接的等面积补强法 在管道工程中，常要用到大小不等

46、的各种三通在管道工程中，常要用到大小不等的各种三通, 如图如图6-22。由于支管处主管开孔，强度被削弱；而且支管与主。由于支管处主管开孔，强度被削弱；而且支管与主管连接处方向突然改变，曲率半径亦发生变化，导致主、管连接处方向突然改变，曲率半径亦发生变化，导致主、支管连接处出现相当大的应力集中，可比管道正常部位的支管连接处出现相当大的应力集中，可比管道正常部位的应力高出很多，大者可达应力高出很多，大者可达6-7倍。但这种应力集中现象只发倍。但这种应力集中现象只发生在很小的局部区域，离接管处稍远就很快衰减。生在很小的局部区域，离接管处稍远就很快衰减。 只要将接管处的主管只要将接管处的主管或支管加厚

47、或主、支管同或支管加厚或主、支管同时加厚，或采用其他补强时加厚，或采用其他补强方法，可以满足强度要求，方法，可以满足强度要求，一般为等面积补强法。一般为等面积补强法。图图6-22 三通三通南南 工工 大大 6.5 6.5 管道应力分析管道应力分析 等面积补强法的适用范围等面积补强法的适用范围 . 等面积补强法计算是支管连接的最低要求，等面积补强等面积补强法计算是支管连接的最低要求，等面积补强法计算适用于以焊接支管及结构类似的焊接或锻造三通、四通、法计算适用于以焊接支管及结构类似的焊接或锻造三通、四通、斜三通；不适用于其他直接焊接于主管的支管连接管件。斜三通；不适用于其他直接焊接于主管的支管连接

48、管件。 . 支管轴线和主管轴线相交支管轴线和主管轴线相交,斜交时夹角大于斜交时夹角大于45；主管、；主管、支管的结构尺寸关系为支管的结构尺寸关系为DS z 100时，时，dD 10；DS z 100时，时，dD 0.5时适用等面积补强法（符号见图时适用等面积补强法（符号见图6-22）。）。 . 外加补强材料可不同于主管材料，但应和主管、支管外加补强材料可不同于主管材料，但应和主管、支管材料具有相近的焊接性能、热处理要求、电位差和热膨胀系数材料具有相近的焊接性能、热处理要求、电位差和热膨胀系数等；如外加补强材料的许用应力低于主管的许用应力，则用于等；如外加补强材料的许用应力低于主管的许用应力，则

49、用于补强的截面积应乘以二者许用应力的比值；如补强材料的许用补强的截面积应乘以二者许用应力的比值；如补强材料的许用应力高于主管的许用应力，则其影响可不予考虑。应力高于主管的许用应力，则其影响可不予考虑。 . 对于对于GCl级管道和剧烈循环工况，不宜采用补强圈作为级管道和剧烈循环工况，不宜采用补强圈作为补强措施。补强措施。南南 工工 大大 6.5 6.5 管道应力分析管道应力分析 下列情况下可不补强，也不需要采取其他补强措施：下列情况下可不补强，也不需要采取其他补强措施： . 直接焊于主管的螺纹、承插焊管接头直接焊于主管的螺纹、承插焊管接头 （GB/T146261993、GB/T143831993

50、），且支管公），且支管公 称直径不大于称直径不大于DN50，和支管与主管直径之比不大于，和支管与主管直径之比不大于0.25。 . 直接焊于主管的支管座。直接焊于主管的支管座。 . 螺纹或承插焊或经验证性压力试验的三通、四通或斜螺纹或承插焊或经验证性压力试验的三通、四通或斜 三通。三通。 补强结构补强结构 .支管直接焊于主管的补强结构支管直接焊于主管的补强结构 所有截面上的补强圈宽度所有截面上的补强圈宽度(通过补强圈中心度量通过补强圈中心度量)应为恒值。应为恒值。 对于支管与主管直径之比大于对于支管与主管直径之比大于0.80 的焊接支管，宜采用整的焊接支管，宜采用整体补强或支管补强结构，如需采用

51、外加补强圈补强，则应采体补强或支管补强结构，如需采用外加补强圈补强，则应采用套筒型补强圈。用套筒型补强圈。南南 工工 大大 6.5 6.5 管道应力分析管道应力分析 带挤压成型接口的支管连接补强结构带挤压成型接口的支管连接补强结构 接口接口(包括支管包括支管)轴线和主管轴线相交，且垂直于主管轴线和主管轴线相交，且垂直于主管轴线。轴线。 挤压成型接口在主管表面的凸出高度大于等于接口外挤压成型接口在主管表面的凸出高度大于等于接口外侧的过渡半径。侧的过渡半径。 最小过渡半径取最小过渡半径取005支管外直径与支管外直径与38mm中的较小者。中的较小者。 最大过渡半径最大过渡半径rx应满足以下要求：应满

52、足以下要求： 当支管的公称直径小于当支管的公称直径小于DN200，最大过渡半径取，最大过渡半径取32 mm； 当支管的公称直径大于或等于当支管的公称直径大于或等于DN200，最大过渡半径，最大过渡半径0.1d+13。 接口外轮廓由多个过渡半径组成时，应取超过接口外轮廓由多个过渡半径组成时，应取超过45弧弧线的最佳拟合半径为最大半径值，且应满足前二条的规定。线的最佳拟合半径为最大半径值，且应满足前二条的规定。 当过渡半径不满足上述要求时，不得采用机加工的方当过渡半径不满足上述要求时，不得采用机加工的方法达到目的。法达到目的。 补强面积的校核计算详见国家标准补强面积的校核计算详见国家标准GB/T2

53、0801.3-2006。南南 工工 大大 6.5 6.5 管道应力分析管道应力分析6.5.3 管道应力许用值及安全性的管道应力许用值及安全性的判据判据 压力管道的静力分析，主要考虑内压，持续外压力管道的静力分析，主要考虑内压，持续外载和热载荷的作用。载和热载荷的作用。 由内压和持续外载在管道中引起的应力属于一由内压和持续外载在管道中引起的应力属于一次应力，它的基本特征是没有自限性。次应力，它的基本特征是没有自限性。 热载荷在管道中引起的应力属于二次应力，它热载荷在管道中引起的应力属于二次应力，它的特征是有自限性。的特征是有自限性。 管道的局部形状突变等原因会造成峰值应力，管道的局部形状突变等原

54、因会造成峰值应力，峰值应力的特征是结构不产生任何显著的变形。峰值应力的特征是结构不产生任何显著的变形。 一次应力一次应力 ：极限载荷准则来规定其许用应力值。：极限载荷准则来规定其许用应力值。 二次应力二次应力 ：安定性准则来限定其许用范围。：安定性准则来限定其许用范围。 南南 工工 大大 6.5 6.5 管道应力分析管道应力分析一次应力一次应力 根据极限载荷准则来规定其许用应力值根据极限载荷准则来规定其许用应力值 ，这是一个防止结构过度变形的准则这是一个防止结构过度变形的准则 极限载荷法认为，一旦在某结构单元的整极限载荷法认为，一旦在某结构单元的整个截面上发生屈服，该结构就达到极限状态，个截面

55、上发生屈服，该结构就达到极限状态，不能再承担任何附加载荷。结构在极限状态下不能再承担任何附加载荷。结构在极限状态下承受的外载荷称之为极限载荷承受的外载荷称之为极限载荷 一次弯曲应力和一次局部薄膜应力可以比一次弯曲应力和一次局部薄膜应力可以比一次总体薄膜应力有较高的许用应力一次总体薄膜应力有较高的许用应力值值 南南 工工 大大 6.5 6.5 管道应力分析管道应力分析二次应力二次应力 采用安定性准则来限定其许用范围采用安定性准则来限定其许用范围 安定性是指结构在载荷安定性是指结构在载荷(包括热载荷包括热载荷) 反复变化反复变化的过程中，不发生塑性变形的连续循环。对管道热的过程中，不发生塑性变形的

56、连续循环。对管道热胀二次应力的限定，是控制冷、热态的应变在一定胀二次应力的限定，是控制冷、热态的应变在一定的应力范围和控制一定的交变次数，以保证管道安的应力范围和控制一定的交变次数，以保证管道安全运行而不产生疲劳破坏全运行而不产生疲劳破坏 钢材许用应力按表钢材许用应力按表6-15所列金属材料应力准所列金属材料应力准则确定。则确定。 一般压力管道的应力限定，根据应力一般压力管道的应力限定，根据应力分类的原则，采用适当简化的方法进行。分类的原则，采用适当简化的方法进行。 南南 工工 大大 6.5 6.5 管道应力分析管道应力分析材料许用应力应不大于下列各值中的最小值抗拉强度下限值b /MPa屈服强

57、度下限值s MPa设计温度下屈服强度ts MPa持久强度平均值或持久强度最低值tD或tDmin MPa蠕变极限平均值tn MPa灰铸铁b /10球墨铸铁可锻铸铁b /5延伸率大于等于35的奥氏体不锈钢和镍基合金b /3s /1.50.90tstD/1.5tDmin/1.25tn /1.0 a 对于法兰或其他有微量永久变形就引起泄漏或故障的场合不能采用。 b A级碳素结构钢的许用应力取表中最小值再乘以0.92。表表6-15 金属材料许用应力准则金属材料许用应力准则 （摘自GB/T20801.3-2006）南南 工工 大大 6.5 6.5 管道应力分析管道应力分析材料许用应力应不大于下列各值中的最

58、小值抗拉强度下限值b /MPa屈服强度下限值s MPa设计温度下屈服强度ts MPa持久强度平均值或持久强度最低值tD或tDmin MPa蠕变极限平均值tn MPa碳钢、台金钢、铁紊体不锈钢、延伸率小于35的奥氏体不锈钢双相不锈钢、钛和钛合金、铝和铝台金b /3s /1.5ts /1.5tD/1.5tDmin/1.25tn /1.0 A 对于法兰或其他有微量永久变形就引起泄漏或故障的场合不能采用。 b A级碳素结构钢的许用应力取表中最小值再乘以0.92。南南 工工 大大 6.5 6.5 管道应力分析管道应力分析 一次应力的验算一次应力的验算 内压折算应力验算内压折算应力验算 ：内压折算应力是由

59、内：内压折算应力是由内压在管壁上产生的三个互相垂直的主应力压在管壁上产生的三个互相垂直的主应力(内压内压环向应力，内压轴向应力和内压径向应力环向应力，内压轴向应力和内压径向应力)，按，按最大剪应力理论和以管壁平均应力为基础导出的最大剪应力理论和以管壁平均应力为基础导出的当量应力，内压折算应力不得超过钢材在工作温当量应力，内压折算应力不得超过钢材在工作温度下的基本许用应力度下的基本许用应力 e t e内压折算应力内压折算应力南南 工工 大大 6.5 6.5 管道应力分析管道应力分析 一次应力的验算一次应力的验算2 内压和持续外载合成的轴向应力验算内压和持续外载合成的轴向应力验算 ：在：在持续外载

60、作用下，管壁上产生持续外载轴向应力、弯曲持续外载作用下，管壁上产生持续外载轴向应力、弯曲应力和扭转应力，其中外载产生的扭转应力一般很小，应力和扭转应力，其中外载产生的扭转应力一般很小，可以认为弯扭合成应力的方向基本上是沿轴向的。内压可以认为弯扭合成应力的方向基本上是沿轴向的。内压和持续外载合成的轴向应力（包括内压轴向应力、持续和持续外载合成的轴向应力（包括内压轴向应力、持续外载轴向应力和弯扭合成应力）也不得大于材料在工作外载轴向应力和弯扭合成应力）也不得大于材料在工作温度下的基本许用应力温度下的基本许用应力 zh1 t zh1内压和持续外载合成的轴向应力内压和持续外载合成的轴向应力 南南 工工