005第五章化工管路设计

1、化工管路设计化工管路设计管道是化工生产过程中不可缺少的部分管道是化工生产过程中不可缺少的部分p各种工艺物料、蒸汽、水以及气体都要用管道来输送；p设备与设备间的连接，要用管道来沟通；p据统计，管道安装的费用约占全厂化工设备总投资的15一20，化工管道的设计设计（计算）（计算）和敷设和敷设（布置）（布置）是化工厂常遇到的一个十分重要的普遍性问题一、一、 管道设计基础管道设计基础（1 1）施工图阶段深度的工艺及仪表流程图（）施工图阶段深度的工艺及仪表流程图（PIDPID图）；图）；（2 2）公用工程系统流程图；）公用工程系统流程图；（3 3）设备平面布置图和立面布置图；）设备平面布置图和立面布置图；

2、（4 4）非标设备施工图，定型设备的样本或详细安装图；）非标设备施工图，定型设备的样本或详细安装图；（5 5）建构筑物平、立面布置图；）建构筑物平、立面布置图；（6 6）工程设计规范、管道等级表；）工程设计规范、管道等级表；（7 7）设备一览表；）设备一览表；（8 8）其他技术参数（如水源、锅炉房蒸汽压力和压缩）其他技术参数（如水源、锅炉房蒸汽压力和压缩空气站空气压力等）。空气站空气压力等）。 1 1 概述概述- -设计依据设计依据（1 1）依据管道设计规定，收集设计资料及有关的标准）依据管道设计规定，收集设计资料及有关的标准规范。规范。（2 2）根据工艺管道流程图（）根据工艺管道流程图（PI

3、DPID）进行管道设计。进行管道设计。（3 3）根据装置的特点，考虑操作、安装、生产及维修）根据装置的特点，考虑操作、安装、生产及维修的需要，合理布置管路，做到整齐美观。的需要，合理布置管路，做到整齐美观。（4 4）根据介质性质及工艺操作条件，经济合理地选择）根据介质性质及工艺操作条件，经济合理地选择管材。管材。（5 5）配置的管道要有一定的挠性，以降低管道的应力，）配置的管道要有一定的挠性，以降低管道的应力，对直径大于对直径大于DN150DN150，温度大于温度大于177177的管道应进行柔的管道应进行柔性核算。性核算。（6 6）管道布置中考虑安全通道及检修通道。）管道布置中考虑安全通道及检

4、修通道。（7 7）输送易燃易爆介质的管道不能通过生活区。）输送易燃易爆介质的管道不能通过生活区。（8 8）废气放空管应设置在操作区的下风向，并符合国）废气放空管应设置在操作区的下风向，并符合国家排放标准。家排放标准。1 1 概述概述- -设计原则设计原则（1 1）管径）管径（2 2）地沟断面的决定）地沟断面的决定（3 3）管道配置图）管道配置图 ：a a）以代号或符号表示介质名称、管子材料和规格、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。补偿器介质流向以及管件、阀件、汽水分离器。补偿器等；等；b b）注明管道的标高和坡度，标高以地平面为基准面，注明管道的标高

5、和坡度，标高以地平面为基准面，或以楼板为基准面；或以楼板为基准面；c c）同一水平面或同一垂直面上有数种管道安装时应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；予以注明；d d）绘出地沟的轮廓线；绘出地沟的轮廓线；e e）管架敷设情况。管架敷设情况。 1 1 概述概述- -设计内容设计内容（4 4）提出下列资料：）提出下列资料： a a）将各种断面的地沟长度提供给土建；将各种断面的地沟长度提供给土建；b b）将车间上水、下水、冷冻盐水、压缩空气及蒸汽将车间上水、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）提供等管道管径及要求（如温度、压力等条件）提供给公用工程；

6、给公用工程；c c）统计各种介质管道（包括管子、管件及阀件等）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；的材料、规格和数量；（5 5）编写施工说明书：）编写施工说明书： 施工中应注意的问题施工中应注意的问题; ; 各种介质的管子及附件的材料各种介质的管子及附件的材料; ; 各种管道的坡度各种管道的坡度; ; 保温油漆保温油漆; ; 安装时采用的管件管架的标准安装时采用的管件管架的标准; ; 施工中所必须遵循的规范。施工中所必须遵循的规范。 二、管道的材料与规格二、管道的材料与规格1 1、管路、管件的公称压力和公称直径、管路、管件的公称压力和公称直径公称压力（公称压力（PgP

7、g或或PNPN） ：管路、管件在管路、管件在一定温度范围内（碳钢在一定温度范围内（碳钢在200 200 以下；合以下；合金钢在金钢在250 250 以下）的最大允许工作压力。以下）的最大允许工作压力。公称直径（公称直径（DgDg或或DNDN） ：管子、管件和阀件管子、管件和阀件的名义直径的名义直径。般情况下，公称直径既非外径，般情况下，公称直径既非外径，亦非内径，而是与之相近的整数；某些情况下，亦非内径，而是与之相近的整数；某些情况下，如铸铁管的内径等于公称直径。如铸铁管的内径等于公称直径。优质碳素钢制品公称压力（优质碳素钢制品公称压力（PNPN）和最大工作压力的关系和最大工作压力的关系水、煤

8、气输送钢管公称直径管道等级代号的确定管道等级代号的确定 第三单元，表示相同的公称压力和类 似的或相同的基本材料下的变化顺序号 第二单元，表示基本材质 第一单元，表示法兰的公称压力。例：1.6k1，2.5C3，10G1等同一管道等级下有管子、管件、阀门、法兰。2.5C3：PN2.5，材质12CrMo，阀门材质为铬钼钢。2 2、管道等级、管道等级材料代号材料代号A铸铁及硅铸铁；B 碳素钢；C 普通低合金钢；D 合金钢； E 不锈耐酸钢；F 有色金属； G 非金属； H 衬里管； 3 3、材质与常用管道种类、材质与常用管道种类金属管金属管1、铸铁管 常用作埋于地下的给水总管、煤气管及污水管等，亦可用

9、来输送矿液及浓硫酸不可用铸铁管输送蒸汽及在压力下输送爆炸性与有毒害性的气体；铸铁管的公称直径有50、75、100、125、150、200、250、300、350、400，450、500、600、700、800、900和1000mm多种，长度有2、3、4、5和6m，视管径而异 。2、硅铁管 适用于输送公称压力2.5kgcm2以下的腐蚀性介质。高硅铁能耐强酸，而含铂的抗氯硅铁更可耐各种浓度、温度的盐酸。3、水煤气管 用软钢焊成，分镀锌和不镀锌两种，镀锌的称为白铁管，不镀锌的称为黑铁管。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管道。 4、无缝钢管 特点是品质均匀

10、和强度高，可用于输送有压力的物料、蒸汽、高压水、过热水以及输送燃烧性、爆炸性和有毒害性的物料，极限工作温度为435。 输送强腐蚀性或高温介质(可达900950)则用合金钢或耐热钢制成的无缝钢管。 1. 铜管与黄铜管 制造换热设备，亦有用作低温管道、仪表的测压管线或传送有压力的流体。2. 铝管 用来输送浓硝酸、醋酸、蚁酸等物料，或用作换热管，不抗碱。3. 铅管 用作硫酸管道或酸性物料管道，但由于强度低、重度大、抗热性差等缺点，巳逐步为耐酸合金管，尤其是为塑料管所代替。 有色金属管有色金属管 1、陶瓷管 耐蚀性能很好，缺点是陶瓷性脆、机械强度低和不能耐温度剧变。 2、玻璃管 耐蚀，清洁，透明，易于

11、清洗，流体阻力小和价格较低；缺点是耐压低、性脆易碎。玻璃管可用于温度为-30150的场合，温度骤变不得超过80。3、硬聚氯乙烯管 对任何浓度的各种酸类、碱类和盐类浓液都稳定，但对强氧化剂是不稳定。可用来输送60以下的介质。非金属管非金属管4. 4.阀门的选择阀门的选择1、旋塞 装置简单、启闭迅速、流体阻力小，可用于输送含有晶体和悬浮物的液体管路中；不适于调节流量、磨光旋塞费人工、旋转旋塞较费力，在高温时会由于膨胀而旋转不动。2、闸阀 阻力小、易调节流量，但般用于大管道中作启闭阀；价贵、)制造和修理较困难、不易用非金属抗腐蚀材料制造、不得用于输送含用晶体和悬浮物的液体管道中。 3、截止阀 结构简

12、单、维修方便、价格便宜、流量调节方便；密封性能差，开关力较大。4、节流阀 用于需调节流量和压力的部位、但调节精度不高；适用于温度较低、压力较高的介质，不适合黏度大和含有固体颗粒的介质。5、球阀 价格比旋塞贵，比闸阀便宜，操作极为可靠，易密封，易调节流量；流体阻力大，不得用于输送含结晶和悬浮物的管道中，因固体悬浮物会积聚在阀盘、阀座间，阻止阀盘和阀座的闭合。6、止逆阀(单向阀) 用来使介质只作单方间的流动。(1) 升降式：阻漏性能好，但阻力大，只能用于水平管道；(2) 摇板式（旋启式）：阻力小，只要保证摇板旋转轴线的水平，可任意地安装在水平、垂直或倾斜的管道上。7、安全阀 根据介质工作压力自动启

13、阀的阀件(1)杠杆式：使用可靠，体积庞大，安装时必须严格保持阀盘轴线的垂直；(2)弹簧式，结构精巧，可装于任何位置。8、隔膜阀 用于输送悬浮液或腐蚀性流体。9、疏水阀 用于排除设备、管道中的凝结水、空气及其它不凝性气体，同时阻止蒸汽排出。 阀门的标准、型号和标志阀门的标准、型号和标志(p225)(p225)碟阀碟阀截止阀截止阀闸阀闸阀止回阀止回阀柱塞阀柱塞阀过滤器过滤器阀门类型选择表阀门类型选择表5 5、管件、管件管件的分类管件的分类 按用途分类表各种管件举例各种管件举例弯头弯头三通三通异径管异径管法兰的密封面法兰的密封面宽面、光面、凹凸面、榫槽面和宽面、光面、凹凸面、榫槽面和梯形槽面等。梯形

14、槽面等。管道法兰均按公管道法兰均按公称压力选用称压力选用5 5、管道连接、管道连接1) 焊接：施工方便、可靠不漏，用于不需拆卸的管道连接。2) 螺纹连接： 简单，拆卸方便，成本低，可靠性差。3) 法兰连接 ：结合强度高，密封可靠，拆卸方便，费用高，适用于大管径、密封性要求高的管道连接。4）承插连接：适用于埋地或沿墙敷设的供排水管，如铸铁管、陶瓷管和水泥管等。5）卡箍连接： 适用于金属管插入非金属管的连接。6. 6. 管径计算管径计算(1)(1)管子直径管子直径的计算和选择的计算和选择 管内流体的常见速度范围管内流体的常见速度范围4Vdu秒(2)(2)最经济管径的选择最经济管径的选择 MAP M

15、：每年生产费用与原始投资费用之和; ：每年消耗于克服管路阻力的能量费用;A：管路设备材料、安装、检修和维护费用的总和；P：设备每年消耗部分。7. 7. 管道保温管道保温 为了保持一定的温度，对不在常温下操作的设备及管道需要保温。对保温材料的基本要求为重度小，导热系数低（在0.18kcal/m.h.以下），能耐热或冷，易于施工并具有足够的机械强度。除以上技术特性外，还需考虑材料的来源，尽可能就地取材。保温管道的热损失算图保温管道的热损失算图(1)(1)保温管道的热损失计算保温管道的热损失计算 q qatat0 0例1管子外径为150mm，保温层厚度为60mm，保温材料的导热系数为0.1 kcal

16、/m.h.，管内流体温度为220，周围空气温度为20，求每m保温管子的热损失。解：由管子外径、保温层厚度及导热系数查图得a1.12。再由管子外径、保温层厚度、导热系数及流体温度与周围空气温度差（220-2020）查得综合温度差t0167，每米保温管子的热损失为 qat01.12167187.04 kcal/mh 管道保温层材料厚度的计算较为复杂，随着厚度的增加，管道的热损失可以减小，但保温的投资费用和折旧费用增加，因而必须从经济核算来决定最适宜的厚度。(2)(2)管道保温层厚度的选择管道保温层厚度的选择保温材料的导热系数(kcal/mh)流体温度()管道直径（mm）50以下6010012520

17、02253003254000.0750.080.090.10100200300400405060705060708060708090708090100708090100 保温材料的性质影响保温厚度的大小，在选用时，应使保温厚度不超过最大允许值。8. 8.管道的热膨胀及其补偿管道的热膨胀及其补偿 ll t 化工管道都是在室温下安装的，当操作温度与安装时的温度不同时，管子的长度就有伸缩。管道因温度变化t而引起的伸长为:式中:线膨胀系数，钢为1210-6/。(1)(1)管道热膨胀管道热膨胀 若管道两端固定，管道受到拉伸或压缩时，由温度变化而引起的热应力为： lEEl（kg/cm2）式中： E弹性模数

18、，钢为2.1106kg/cm2。 对钢管而言，钢的许用拉应力800 kg/cm2，则最大许可温度变化为： 66 8003212 102.1 10tE (2)(2)补偿器的种类补偿器的种类自动补偿自动补偿：自动补偿是利用管道现成转折所能承担的弹性弯曲与扭转，以补偿管道的热膨胀。在管道设计时，尽量利用自动补偿，有L形和Z形两种 补偿器补偿补偿器补偿：当自动补偿不足补偿热膨胀时，才采用其他补偿器。常用的有型、型等。波纹式补偿器波纹式补偿器：波纹式补偿器适用于低压(真空至2kgcm2)，管径大于100mm，管道长度不大于20米的气体或蒸汽管道，补偿能力小，在最好条件下，每个波纹只能补偿1015mm，一

19、个补偿器的波纹数为36个，对含尘气体，可在补偿器内加一一端固定的衬管，以减小流体阻力，避免灰尘积聚在器内。对蒸汽管道则应于每个波纹下安装凝液排除阀。 二、二、管道的布置管道的布置 化工产品品种繁多，操作条件不一，要求较高，如高温、高压、真空或低温等，且被输送物料性质的复杂，如易燃、易爆、毒害性和腐蚀性等，对化工管道的安装难以作出统一的规程。1. 1. 管道敷设方式管道敷设方式架空敷设架空敷设p管道成排地集中敷设在管廊、管架或管墩上；p管道敷设在支吊架上；p玻璃管、有色金属管等特殊管道的支撑。管道敷设的主要方式管道敷设的主要方式, 具有便于施工、操作、检具有便于施工、操作、检查、维修、经济的特点

20、查、维修、经济的特点地下敷设地下敷设p埋地敷设；p管沟敷设。总要求：符合工艺要求和规范标准； 整齐美观，横平竖直，成组成排； 简洁明了，节省投资；2. 2. 管道布置基本要求管道布置基本要求 化工管道布置应符合下列要求：化工管道布置应符合下列要求：（1 1）必须符合）必须符合PIDPID图、进出装置的管道应与界区外管道图、进出装置的管道应与界区外管道连接相吻合；连接相吻合；（2 2）确定管道与自控仪表及变送器等的位置，并不与）确定管道与自控仪表及变送器等的位置，并不与仪表电缆碰撞；仪表电缆碰撞；（3 3）管道与装置内的电缆、照明灯）管道与装置内的电缆、照明灯分区行走分区行走；（4 4）管道不影

21、响设备吊装及安全设施；）管道不影响设备吊装及安全设施；（5 5）管道应避开门、窗和梁；）管道应避开门、窗和梁；（6 6）管道布置应保证安全生产，满足操作，维修方便）管道布置应保证安全生产，满足操作，维修方便和人，货道路畅通。和人，货道路畅通。A.A.物料因素物料因素(1)输送易燃、易爆、有毒及有腐蚀性的物料管道不得铺设在生活间、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过屋面2m以上。(2)有腐蚀性物料的管道，不得铺设在通道上空和并列管线的上方或内侧。(3)管道铺设时应有一定的坡度，坡度方向一般是沿物流的方向，坡度一般为1/1

22、00 - 5/1000。粘度小的液体物料管道可取5/1000左右，含固体的物料管道可取1/100左右。(4）真空管线应尽量短，尽量减少弯头和阀门，以降低阻力，达到更高的真空度。 p管道布置设计中应仔细考虑的问题管道布置设计中应仔细考虑的问题B B 考虑施工、操作及维修考虑施工、操作及维修(1)管道应尽量集中布置在公用管架上，平行走直线，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。(2)支管多的管道应布置在并行管线的外侧，引出支管时，气体管道应从上方引出，液体管道应从下方引出，管道应尽量避免出现“气袋”、“口袋”和“盲肠”。(3)管道应尽量沿墙面铺设

23、，或布置在固定在墙上的管架上，管道与墙面之间的距离以能容纳管件、阀门及方便安装维修为原则。C C 安全生产安全生产(1)架空管道与地面的距离除符合工艺要求外，还应便于操作和检修。管道跨越通道时，最低点离地：通过人行道时不小于2m；通过公路时不小于4.5m；通过铁路时不小于6m；通过厂区主要交通干线时离地5m。(2)直接埋地或管沟中铺设的管道通过道路时应加套管等加以保护。(3)为了防止介质在管内流动产生静电聚集而发生危险，易燃、易爆介质的管道应采取接地措施，以保证安全生产。(4）长距离输送蒸汽或其他热物料的管道，应考虑热补偿问题，如在两个固定支架之间设置补偿器和滑动支架。D D 其他因素其他因素

24、(1)管道与阀门一般不宜直接支承在设备上。(2)距离较近的两设备间的连接管道，不应直连，应用45o或90o弯接。(3)管道布置时应兼顾电缆、照明、仪表及采暖通风等其他非工艺管道的布置。 管架是用来支承、固定和约束管道的。管架是用来支承、固定和约束管道的。管架可分为室外管架和室内管架两类。室外管架一般由独立的支柱或带有衍架式形成的管廊或管桥。而室内管架不一定另设支柱，经常利用厂房的柱子、墙面、楼板或设备的操作平台进行支承和吊挂。任何管道都不是直接铺设在管架梁上，而是用支架支承或固定在支架梁上的。管道支架（管卡、支架、吊架）已有标准设计，按管架通用系列选用 3. 管架 支架：固定支架、导向支架、滑

25、动支架、支架：固定支架、导向支架、滑动支架、 地面支架。地面支架。吊架：吊架： 吊架、弹簧吊架、型钢吊架。吊架、弹簧吊架、型钢吊架。支架：支架：沿墙安装管列及活动支承时用沿墙安装管列及活动支承时用 吊架吊架：在天花板下，：在天花板下，安装单根管道时用。安装单根管道时用。如为管列，则用复合如为管列，则用复合吊架，单根管道的吊吊架，单根管道的吊架，如果拉杆很长架，如果拉杆很长（在（在2m2m以上），中间以上），中间用铰链连接，就可允用铰链连接，就可允许管道有纵向和横向许管道有纵向和横向的移动，如在拉杆中的移动，如在拉杆中段加入一段弹簧，更段加入一段弹簧，更允许管道在垂直方向允许管道在垂直方向移动。

26、移动。管道支撑管道支撑低强度管（铅管或陶管、玻璃管、塑料管等） （a）安放在木槽内（b）安放在角铁槽内 固定支承：系用焊接或螺钉将管道固定于支架上，固定支承主要用于不考虑热膨胀补偿的管道；有补偿装置的管道，其死点亦必须是固定支承。1、滑动支承：允许管子在纵向或横向偏移，缺点是移动阻力大。沿墙安装的管道，如为不需热膨胀补偿及不经常检修的小型管道(例如水管、煤气管道等）；可以用钩头钉直接钉住在墙上。 活动支承：用于两死点间作中间支承 2、滚动支承：允许管子作纵向移动，如将滚子与其支架间有一定的余隙，亦可承作横向偏移，至于垂直方向的移动，可将弹簧加于支承与托架或吊架之间；依靠弹簧的饶性以吸收一定量的

27、移动 4. 4.管道在管架上的布置原则管道在管架上的布置原则 (1)较重的管道（大直径、液体管道等）应布置在靠近支柱处，这样梁和柱所受弯矩小，节约管架材料。 (2）连接管廊同侧设备的管道布置在设备同侧的外边；连接管架两侧的设备的管道布置在公用工程管线的左、右两边。进出车间的原料和产品管道可根据其转向布置在右侧或左侧。(3)当采用双层管架时，一般将公用工程管道置于上层，工艺管道置于下层。有腐蚀性介质的管道应布置在下层和外侧，防止泄漏到下面管道上，也便于发现问题和方便检修。小直径管道可支承在大直径管道上，节约管架宽度，节省材料。平面布置平面布置立面布置原则立面布置原则 (1)当管架下方为通道时，管

28、底距车行道路路面的距离要大于4.5m；道路为主干道时要大于6m；是人行道时要大于2.2m；管廊下有泵时要大于4m。(2)通常使同方向的两层管道的标高相差1.0 - 1.6m,从总管上引出的支管比总管高或低0.5一0.8m。在管道改变方向时要同时改变标高。大口径管道需要在水平面上转向时，要将它布置在管架最外侧。(3)管架下布置机泵时，其标高应符合机泵布置时的净空要求。若操作平台下面的管道进人管道上层，则上层管道标高可根据操作平台标高来确定。(4）装有孔板的管道宜布置在管架外侧，并尽量靠近柱子。自动调节阀可靠近柱子布置，并用柱子固定。若管廊上层设有局部平台或人行道时，需常操作或维修的阀门和仪表宜布

29、置在管架上层。 5. 5. 管道布置图管道布置图图例图例HG20519-93“化工工艺设计施工图内容与深化工工艺设计施工图内容与深度统一规定度统一规定” 1 1、管管道道转转折折A:A:管道管道2 2、管道重叠、管道重叠3 3、管道分叉和变径、管道分叉和变径4 4、管道交叉、管道交叉5 5、管道连接、管道连接B:B:阀门阀门A表示固定架表示固定架 （ANCHOR）G表示导向架表示导向架 （GUIDE）R表示滑动架表示滑动架 （RESTING）H表示吊架表示吊架 （RIGID HANGER）S表示弹吊表示弹吊 （SPRING PEDESTAL）P表示弹簧支座表示弹簧支座 （ESPECIAL SU

30、PPORT）E表示特殊架表示特殊架 （ESPECIAL SUPPORT）T表示轴向限位架表示轴向限位架(停止架停止架)C: C: 管道支架管道支架（1） 管架类别管架类别(2) 管架生根部位的结构管架生根部位的结构C表示混凝土结构表示混凝土结构 （CONCRETE）F表示地面基础表示地面基础 （FOUNDATION）S表示钢结构表示钢结构 （STEEL）V表示设备表示设备 （VESSEL）W表示墙表示墙 （WALL）（3） 区号：以一位数字表示。区号：以一位数字表示。（4） 管道布置图的尾号：以一位数字表管道布置图的尾号：以一位数字表（5） 管架序号管架序号: 以两位数字表示，从以两位数字表示

31、，从01开始开始（应按管架类别及生根部位的结构分别编写）。（应按管架类别及生根部位的结构分别编写）。管道布置图管道布置图 PL1305100 PL1305100B1A（H） EL. BOP EL.标高（以管道中心线为基准）标高（以管道中心线为基准）标高（以管底为基准）标高（以管底为基准）介质介质代号代号管道管道编号编号公称直径公称直径（HGJ 351990标准标准中中系列）系列） 管道管道等级等级隔热隔热型式型式公称直径公称直径（HGJ 351990标准标准中中系列）系列） 1 管道布置图的标注管道的标注管道的标注对安装坡度有严格要求的管道对安装坡度有严格要求的管道,要在管道上要在管道上方画出细线箭头方画出细线箭头,指出坡向指出坡向,并写上坡度数值并写上坡度数值 管接头、异径接头、弯头、三通、管堵、法兰等管接头、异径接头、弯头、三通、管堵、法兰等这些管件能使管道改变方向这些管件能使管道改变方向, ,变化口径变化口径, ,连通和分流以连通和分流以及调节和切换管道中的流体及调节和切换管道中的流体, ,在管道布置图中在管道布置图中, ,应按规应按