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文档简介

压力管道设计基础

(压力管道考核培训班专题讲座)

XXXXX过程装备研究所XXXXX

1概述

1.1设计资格

压力管道的安全涉及设计、制造、安装、检验、使用、修理

等多个环节,其中设计是“优生”的基础,是能否确保压力管道

安全运行的最重要一环。为此必须把好设计关,对设计单位进行

资格认证,是确保压力管道设计质量的重要措施。2002年8月

14日国家质量监督检验检疫局总局颁布实施《压力容器压力管

道设计单位资格许可与管理规则》,对压力管道按危险程度分成

3类6个级别。

类另IJ级另1」备注

长输管道GA1国家质检检总局

(GA)GA2批准、发证

公用管道GB1省质量技术监督局

(GB)GB2批准、发证

工业管道GC1国家局批准、发证

(GC)GC2省局批准、发证

1.2设计程序和主要内容

在我国,工程设计一般分两步进行,首先根据已批准的项目

建议书和可行性研究报告(设计前期工作)进行初步设计。初步

设计经上级主管部门组织审查、批准后再进行施工图设计。设计

主要内容如下:

1.工艺计算

包括物料衡算、热量衡算和水力计算等;按照物料的

流量及该物料允许的流速确定管径、管长。

2.管道材料选择

按照不同介质的物理化学性质、压力等级、工作温度

等因数确定管子的材料和阀门、法兰等管道附件,初估材

料数量。

3.管线的结构设计

包括管线器材的选用(阀门、法兰、管件、补偿器、

支吊架)及隔热、伴热设计。

4.管道的强度计算

包括静载计算(压力、重力)、动载计算(风载、地

震)、振动计算、热应力计算。

5.安全装置设计

包括安全阀、爆破片、阻火器。

6.绘制草图和施工图

绘制流程图(系统图)、平面布置图、立面布置图、

管段图(空视图)、管件图、管架图等。

7.编制设计说明书

编制管道安装一览表、综合材料表、油漆保温一览表

等。

所有设计文件必须进行校对、审核,部分图纸还要

进行审定,最后还要进行各有关专业参加的综合会签,确

保设计的质量。

1.3标准规范

压力管道的初步设计和施工图设计,都必须按先行标准和规

范设计。

原劳动部《压力管道安全管理与监察规定》(1996)

国家质检总局《压力容器压力管道设计单位资格许可与管理

规则》

GB50316-2000《工业金属管道设计规范》

GB50028-2002《城镇燃气设计规范》

GB5001-1991《石油化工企业设计规范》

GB50251-1994《输气管道工程设计规范》

GB50253-1994《输油管道工程设计规范》

HGJ8-87-1994《化工管道设计规范》

SH3054-1993《石油化工企业管道综合设计规范》

GB50160-1992《石油化工企业设计防火规范》

GBJ16-1994《建筑设计防火规范》

GB50058-1992《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》

GB50264-1997《工业设备及管道绝热工程设计规范》

HG/T20549-1998《化工装置管道布置设计规定》

SHJ40-1991《石油化工企业蒸气伴热管及夹套管设计规范》

HG/T20670-2000《化工、石油化工管架、管墩设计规定》

GB50235-1997《工业金属管道工程施工及验收规范》

GB50236-1998《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规

范》

HG20225-1995《化工金属管道工程施工及验收规范》

SH3501-2002《石油化工剧毒、可燃介质管道工程施工及验收

规范》

JB4730-1994《压力容器无损检测》

GB3323-1987《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》

GB11345T987《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》

GB/T8163-1999《输送流体用无缝钢管》

GB9948-1988《石油裂化用无缝钢管》

GB/T12771-1991《输送流体用不锈钢焊接钢管》

GB/T14976-1994《输送流体用不锈钢无缝钢管》

GB9112-9123-1988《钢制管法兰》

JB/T74-90-1994《管路法兰及垫片》

HG20592-20635-1997《钢制管法兰、垫片、紧固件》

GB/T17116-1997《管道支吊架》

GB/T12777-1997《金属波纹管膨胀节》

在进行某个特殊介质的压力管道设计时,除了按一般通用的

标准、规范进行设计外,还要参照该产品的设计规范。如在进行

氧气管道设计时,必须符合《氧气站设计规范》要求;进行乙快

气管道设计时,必须符合《乙快站设计规范》要求。

各种管道组件都有标准,设计中尽量执行各种现行标准。

总之,压力管道的设计,必须确保安全,必须由有设计资格

的单位按有关标准规范进行设计。以免造成重大的经济损失利人

员伤亡。

2压力管道总体布置(设计)及安全规程

2.1压力管道总体设计的基本原则

压力管道的设计可分为干线压力管道设计利装置内压力管道

设计;设计中应考虑到以下几个方面:

(1)满足工艺要求、材料、结构形式、柔性、抗振能力、各

种组件、附件等适当组合,全面达到生产要求;

⑵管道设计要为安装施工、操作管理、维护检修提供方便,

保证足够的空间;

(3)满足防火、防爆等安全规范的要求,创造安全运行环境;

(4)管道走向合理,避免不必要的往返和转折,使总体设计经

济合理;

(5)管道排列规范、美观,框架、管廊立柱对齐、纵横成行,

管道横平竖直,不在特殊需要的情况下不用歪斜管道布置方式。

2.2管道总体设计及安全规程

1)一般要求

管道设计要与装置全部设计统一考虑,必须符合管道仪表流

程图,要有适当的支撑,保证足够的强度,对工作温度较高的管

道要作柔性分析、有激振源的管道要作动力分析,使管道既有足

够的强度,又能吸收热膨胀位移又有良好的抗振性。在经常出现

飓风或地震分区级别高的地区还要考虑抵御风载和地震载荷的

能力。

管道的敷设主要有架空和埋地两种类型,在选择何种敷设时

可根据具体情况确定,化工和石油化工企业的工业管道大都采用

架空敷设,便于施工、操作、检查、维修,也较为经济,大中型

装置的架空管道都用管廊、管架和管墩成排敷设。对于分散的管

道可用支吊架。长输管道一般采用埋地敷设,它利用了地下空间。

缺点是有腐蚀,检查和维修困难,尤其是需排液的管道,困难更

大。工业管道地下敷设的较少,就是地下敷设也大都用管沟,而

不是直接敷设在地下。

2)防火安全设计

当管道敷设在管廊上时,为充分利用空间,一般机泵就置

于管廊下,管廊的上面放置引风机,管廊的两侧是主体设备。

管廊与它们要保持一定的距离,这个距离要满足有关防火的规

范标准。涉及的问题是:装置中的物质火灾危险性如何?防火

要求如何?与其设备的防火间距应多大?材料的耐火等级与耐

火保护如何?这些问题在GB5001-91《石油化工企业设计规范》

中都有详细而明确的规定。

据统计石油化工企业装置内,发生火灾后的持续时间多数在

lh左右,所以必须加耐火保护层。标准规定耐火层的耐火极限

不应低于1.5ho

3)防爆安全设计

一般产生爆炸必须具备三个条件:①存在可燃气体、易燃液

体的蒸汽或薄雾;②上述物质与空气混合,其浓度达到爆炸极限;

③存在足以点燃爆炸性混合物的火花或高温。

只要设法使这三个条件不同时出现,就基本可以防止出现爆

炸。可通过设法防止设备和管道泄漏、用惰性气体将易燃物质与

空气隔离、联锁保护等措施来达到。

在总体设计中还要设法限制和缩小危险区的范围。将不同等

级的爆炸危险区与非爆炸危险区隔开;采用露天布置和加强室内

通风使爆炸危险物质浓度低于爆炸极限,用测量报警装置监测爆

炸危险物浓度。

4)其他安全设计

(1)输送易燃易爆介质的埋地管道需要穿越电缆沟,且管道

温度又较高时,必需采取隔热措施,以使外表面温度低于60C。

(2)经过道路的管道必须有一定的架空高度,只有人员通行

的净高不小于2.2m;通行大型车辆的净高要留4.5m;跨越铁路

的净高则不小于5.5m;以免在车辆通行时撞到管道。万一出现

意外事故有利于车辆出入。

(3)法兰的位置避免处于人行通道和机泵上方。输送腐蚀性

介质管道上的法兰要设安全防护罩。

5)便于检修、运行操作

管廊的下面一般布置泵,这样可以有效利用空间,而且泵与

管廊的距离缩短节省管材。为便于泵安装、操作、检修,至少要

有3.5m的净空高度,在管廊下布置设备的还要增加管

廊下的净空高度。

管廊在道路上空穿越时,净空高度应为:装置内检修道不低

于4.5m;主干道和铁路不低于5.5m;管廊下的检修通道不低于

3mo

3.压力管道常用管子材料选用原则

在进行压力管道设计时,管径经计算确定以后,就要选择管

子的材料。压力管道常用管子材料的使用是根据所输送介质的操

作条件(如压力、温度)及其在该条件下的介质特性决定的。

材料的正确选用是管道安全运行并经济合理的前提,管道材

料的选用应考虑如下因素:

3.1考虑优先选用的管材

在选用管子材料时,一般先考虑采用金属材料,金属材料不

适用时,再考虑非金属材料。金属材料优先选择钢制管材,后考

虑选用有色金属材料。钢制管材中,先考虑采用碳钢,不适用时

再选用不锈钢。在考虑碳钢材料时,先考虑焊接钢管,不适用时

再选用无缝钢管。

3.2考虑介质压力的影响

输送介质的压力越高,管子的壁厚就越厚,对管子材料的要

求一般也越高。

⑴・介质压力在1.6MPa以上时,可选用无缝钢管或有色金属管

子。

(2).压力很高时,如在合成氨、尿素和甲醇生产中,有的管子

介质压力高达32MPa,一般选用材料为20钢或15MnV的高压无

缝钢管。

(3).真空设备上的管子及压力大于lOMPa时的氧气管子,一般

采用铜和黄铜管。

(4).介质压力在L6MPa以下时,可考虑采用焊接钢管、铸铁管

或非金属管子。但铸铁管子承受介质的压力不得大于1.0MPao

非金属管子所能承受的介质压力,与非金属材料品种有关,如硬

聚氯乙烯管子,使用压力小于或等于l.6MPa;增强聚丙烯管子,

使用压力小于或等于LOMPa;ABS管子,使用压力小于或等于

0.6MPa。

(5).对水管,当水的压力在LOMPa以下时,通常采用材料为

Q235A的焊接钢管;当水的压力大于2.5MPa时,一般采用材料

为20钢的无缝钢管。

3.3考虑介质温度的影响

不同材料的管子,适用于不同的温度范围。表5.2

表5.2不同材料的管子,使用温度范围

材料牌号使用温度范围℃材料牌号使用

温度范围℃

Q235AF0-250纯

钛W350

Q235A0〜

350铝-268--150

20R-20-475铜、黄

铜-196〜200

20g-20-475纯

铝W120

16MnR-14-475硬

铝W140

16Mn-40〜475灰铸

铁W250

0.5MoW520球墨铸

铁W350

Crl8Ni9-196-700

3.4考虑介质化学性质的影响

介质化学性质的影响主要体现在腐蚀上,应予以高度重视。

(1).介质呈中性,一般对材料要求不高,可选用普通碳钢管;

(2).介质呈酸性或碱性,就要选择耐酸或耐碱的管材一。

(3).输送水及水蒸汽,采用碳钢材料的管子。

3.5考虑管子本身功能的影响

有些管子除需具备输送介质的功能外,还要具有吸震的功能、

吸收热胀冷缩的功能,在工作状况下,能经常移动的功能。

3.6考虑压力降的影响

管子的材料初步选定以后,还要进行管道压力降的计算,确

定管子内径。通过压力降的计算,看选用的材料是否符合要求。

特别在初步选用塑料管子时,更要重视压力降的复核。

压力管道的计算,在工程设计中,一般要根据生产规模进行物料

衡算、能量衡算和设备计算,初步确定物料流量。并参照有关资料,

假定一个物料流速,计算出管子内径,查手册或标准,选用标准管子,

通常选用的标准管子内径应等于或略大于计算出的管子内径。再计算

管道的压力降。利用下式可以对各种情况进行计算:

3彳D2•u(5—1)

式中:D----内径(m);

Q——容积流量(m'/s);

u----流速(m/s)

儿种情况如下:

(1)已知容积流量,设定某一流速,计算出管子内径D;

(2)已知管子内径,并根据输送介质设定的管道流速,可计算容积

流量Q;

(3)已知容积流量和管子内径,计算流体在管子中的流速uo

根据容积流量和管子内径,计算出的物料流速应在允许的流速范

围之内。通常情况下,各种物料的流速范围可参照表5.3"

表5.3物料一般流速范围

流体名称流速

范围(m/s)

饱和蒸汽主管3

0~40

支管2030

低压蒸汽V1.0MPa(绝压)15

20

中压蒸汽1.0〜4.0MPa(绝压)20

40

高压蒸汽4.0〜12.0MPa(绝压)40

60

过热蒸汽(主管)40

60

(支管)35〜4

0

一般气体(常压)10

20

高压乏气8

0-100

蒸汽(加热蛇管)(入口管)30

40

氧气0-0.05MPa(表压)5.0

10

2.0~3.0MPa(表压)3.0、

4.0

车间换气通风(主管)4.

0〜15

(支管)2.0〜

8.0

风管距风机最远

处1.0〜4.0

最近处8.0〜1

2

真空管V1

0

真空蒸发器汽出口(低真空)5

0〜60

(高真空)60〜

70

废气低压2

。〜30

高压80-10

0

自来水主管,0.3MPa(表压)1.5〜

3.5

支管,0.3MPa(表压)1.0〜1.5

蛇管冷却水V1

石棉水泥输水管①50〜250下限0.2

8〜0.4

上限0.9〜1.5

0600—1000下限0.55〜

0.6

上限2.2〜2.6

浆0.5〜0.7

油封式真空泵吸入口10〜

13

易燃易爆液体V1

流体在管道中流动,由于管道内径不是绝对光滑,不一定是等径,

管道走向也可能有弯曲、升降,加之管道中有阀门、法兰等管件,从

而使流体在管道中流动必然会产生压力降。

(1)管内摩擦压力降

-1522

APr=6.506X10fLW/Dp(5-

2)

式中:△Pr—管内摩擦压力降(kPa);

f—摩擦系数;

L一管路总长度(包括管子及附件)(m);

W一气(液)体的重量流量(kg/h);

P一气(液)体的密度(kg/n?)。

(2)局部压力降

AP,=5.1X10-7Kpu2/g(5-

3)

式中:△PY—局部压力降(kPa);

g一重力加速度;

K一局部阻力系数。

在工程上还常用当量长度计算法,将各种局部压力降折合为相当

于直管长度的压力降来计算。

(3)上升管静压压力降

A1.02X10-6(HLHC(5-

4)

式中:△PH一上升管静压压力降(KPa)

H”Hi一管段始端和终端的标高(m)

(4)加速度压力降

-72

APV=5.1X10Pu/g(5

—5)

式中:IP、一加速度压力降(KPa)

(5)流体粘度引起的压力降

对于油类、因粘滞性产生的压力降用下式计算

2

△Pw=40.74LuQ/d(5

—6)

式中:△P.——流体粘度引起的压力降(kPa);

〃——动力粘度(KPa・S)。

(6)总压力降:

\P\.15(△+AAP„+△Pv+△F

w)(5-7)

式中:△尸i一总压力降(kPa);

1.15一考虑15%的裕量。

(7)总压力降确定以后,尚须注意以下两个问题:其一是系统的

总压力降,不能超过所选管道的额定压力;其二是泵或压缩机的出口

压力必须超过系统的总压力降,但不能超过所选管子及其附件的压力

等级。

3.7常用管道的类型

一般用途及选用材料情况参见下表5.4。

表5.4常用管道的类型、选材、一般用途一览

管道类型选用材料一般用

1无缝钢管

①中低压用普通碳素钢、优质碳素钢,输送对碳钢无腐蚀

或腐蚀速度

低合金钢、合金结构钢很小的各种流体

②高压用20、15MnV等合成氨、尿素、甲醇生产中

大量使用

③不锈钢1Cr18Ni9Ti等液碱、丁醛、丁醇、液氮、

硝酸、硝镂溶液的输送

2焊接钢管

①水煤气输送钢管Q235-A适用于输送水、压缩空

气、煤气、

②螺旋缝电焊钢管Q235、16Mn等乏汽,冷凝水和采暖

系统的管路

③不锈钢焊接钢管1Cr18Ni9Ti等

3金属软管

①钎焊不锈钢软管ICrl8Ni9Ti一般适用于输送带有

腐蚀性气体

②P2型耐压软管低碳镀锌钢带一般输送中性的液体、气体

及混合物

③P3型吸尘管低碳镀锌钢带一般用于通风、吸

尘的管道

④PM1型耐压管低碳镀锌钢带一般用于输送中性

液体

4有色金属

①铜管和黄铜管T2.T3.T4.TUP用于一般工业部门,机器和

真空设备

TU1、TU2、H68、H62上的管路及压力小于1OMPa

氧气管路

②铅及其合金管纯铅,Pb4、Pb5、Pb6,铅睇合金(硬铅),

PbSb4、PbSb6、PbSb8适用于化学、染料、制药及其它工业

部门作耐酸材料的管道,如输送15〜65%的硫酸、干或湿的二氧

化硫、60%的氢氟酸、浓度小于80%的醋酸、铅管的最高使用温度为

200℃,但温度高于140C时,不宜在压力下使用。

铝及其合金L2、L3、工业纯铝铝管用于输送脂肪酸、硫化氢及二

氧化碳,铝管最高使用温度200C,温度高于160。。时,不宜在压

力下使用,铝管还可以用于输送浓硝酸、醋酸、蚁酸、硫的化合物及

硫酸盐。不能用于盐酸、碱液,特别是含氯离子的化合物。铝管不可

用对铝有腐蚀的碳酸镁、含碱玻璃棉保温。

5纤维缠绕玻璃钢管

承插胶粘直管、对接直管和0型环承插连接直管玻璃钢一般用在

公称压力0.6〜1.6MPa、公称直径大于50nlm的管道上玻璃钢

管n玻璃钢n低压接触成型直管使用压力小于等于o.6MPa,

长丝缠绕直管,使用压力小于等于1.6MPa

6增强聚丙烯管聚丙烯具有轻质高强、耐腐蚀性好、致密性

好,价格低等特点。使用温度为120C,使用压力为小于等于1.0M

Pa

7玻璃管增强聚氯乙烯复合管玻璃、聚氯乙烯一般用于公称直

径15-400mm,PN小于等于1.6MPa的管道上

4压力管道常用阀门的选用

4.1常用阀门的选用原则

'1)闸阀

闸阀的密封性能较截止阀好,流体阻力小,具有一定的调节

性能。明杆式尚可根据阀杆升降高低调节启闭程度,缺点是结构

较截止阀复杂,密封面易磨损,不宜修理。闸阀适于制成大口径

的阀门,除适用于蒸汽、油品等介质外,还适用于含有粒状固体

及粘度较大的介质,并适用于作放空阀和低真空系统阀门。

2)截止阀

截止阀与闸阀相比,其调节性能好,密封性能差,结构简单,

制造维修方便,流体阻力较大,价格便宜。适用于蒸汽等介质,

不宜用于粘度大含有颗粒易沉淀的介质,也不宜作放空阀及低真

空系统的阀门。

3)节流阀

节流阀的外形尺寸小、重量轻、调节性能较盘形截止阀和针

形阀好,但调节精度不高,由于流速较大,易冲蚀密封面。适用

于温度较低、压力较高的介质,以及需要调节流量和压力的部位,

不适用于粘度大和含有固体颗粒的介质。不宜作隔断阀。

4)止回阀

止回阀按结构可分为升降式和旋启式两种。升降式止回阀较

旋启式止回阀的密封性好,流体阻力大,卧式的宜装在水平管线

上。立式的应装在垂直管线上;旋启式止回阀,不宜制成小口径

阀门,它可装在水平、垂直或倾斜的管线上,如装在垂直管线上,

介质流向应由下至上。

止回阀一般适用于清净介质,不宜用于含固体颗粒和粘度较

大的介质。

5)球阀

球阀的结构简单,开关迅速,操作方便,体积小、重量轻、

零部件少,流体阻力小,结构比闸阀、截止阀简单,密封面比旋

塞阀易加工且不易擦伤。适用于低温、高压及粘度大的介质,不

能作调节流量用。

6)柱塞阀

柱塞与密封圈间采用过盈配合,通过调节阀盖上连接螺栓的

压紧力,使密封圈上所产生的径向分力大于流体的压力,从而保

证了密封性,杜绝了外泄漏。柱塞阀是国际上近代发展的新颖结

构阀门,具有结构紧凑启闭灵活、寿命长、维修方便等特点。

7)旋塞阀

旋塞阀的结构简单,开关迅速,操作方便,流体阻力小,零

部件少,重量轻。适用于温度较低、粘度较大的介质和要求开关

迅速的部位,一般不适用于蒸汽和温度较高的介质。

8)蝶阀

蝶阀与相同公称压力等级的平行式闸板阀比较,其尺寸小、

重量轻、开闭迅速、具有一定的调节性能,适合制成较大口径阀

门用于温度小于80℃、压力小于1.OMPa的原油、油品及水等介

质。

9)隔膜阀

阀的启闭是一块橡胶隔膜,夹于阀体与阀盖之间。隔膜中间

突出部分固定在阀杆上,阀体内衬有橡胶,由于介质不进入阀盖

内腔,因此无需填料箱。

隔膜阀结构简单,密封性能好,便于维修,流体阻力小,适

用于温度小于200℃、压力小于1.OMPa的油品、水、酸性介质

和含悬浮物的介质,不适用于有机溶剂和强氧化剂的介质。

4.2减压阀的选用原则

减压阀是通过启闭件的节流,将进口的高压介质降低至某个

需要的出口压力,在进口压力及流量变动时,能自动保持出口压

力基本不变的自动阀门。

(1)减压阀的选用,系根据工艺确定减压阀流量,阀前、阀

后的压力及阀前流体温度等条件来确定阀孔面积,并按此选择减

压阀的尺寸及规格。

(2)在设计中,减压阀组不应设置在靠近移动设备或容易受

冲击的地方,应设置在振动较小,周围较空之处,以便于检修。

(3)蒸汽系统的减压阀组前应设置排凝液疏水阀,为防止

长距离输送的蒸汽管道中夹带一些渣物,应在切断阀(闸阀)之

前,设置管道过滤器。

(4)阀组前后应装设压力表,以便于调节时观察。阀组后

应设置安全阀,当压力超过时能起泄压和报警作用,保证压力稳

定。

减压阀均装在水平管道上,为防止膜片活塞式减压阀产生严

重液击,应将减压阀底螺栓改装排水阀(闸阀DN20或25)。在

投入运行时应放尽减压阀底存水。波纹管减压阀的波纹管应向下

安装,用于空气减压时需将阀门反向安装。

4.3疏水阀的选用原则

1)疏水阀的作用

疏水阀(也称阻汽排水阀、疏水器)的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,又

同时阻止蒸汽的逸出。它是保证各种加热工艺设备所需温度和热

量并能正常工作的一种节能产品。

2)疏水阀的分类

按工作原理分为:

(1)热动力型

利用蒸汽、凝结水通过启闭件(阀片或阀瓣)时的不同流速

引起被启闭件隔开的压力室和进口处的压力差来启闭疏水阀。这

类疏水阀处理凝结水的灵敏度较高,启闭件小,惯性也小,开关

速度迅速(如微孔式根本没有内件)。

(2)热静力型

利用蒸汽和凝结水的不同温度引起温度敏感元件动作,从而

控制启闭件工作。其温度敏感元件受温度变化在开关启闭件时有

滞后现象,对低于饱和温度一定温差的凝结水和空气可同时排放

出去,可装在用汽设备上部单纯作排空气阀使用。

(3)机械型疏水阀

依靠浮子(球状或桶状)随凝结水液位升降的动作实现阻汽

排水作用。小口径阀的灵敏度较大口径的高,浮球式灵敏度高于

浮桶式疏水阀。

3)疏水阀的设计要求

①疏水阀都应带有过滤器。如果不带过滤器,应在阀前安装

管道过滤器,过滤器应设在易拆卸的位置。

②疏水阀前后要装切断阀。由于旁路管上的旁路阀易漏气,

使新鲜蒸汽窜入凝结水管网,系统背压升高,干扰了正常运行,

所以一般都不设旁路管。在疏水阀前装排污阀及管道过滤器,疏

水阀后装窥视镜及止回阀(需回收冷凝水时应加止回阀)。

③内螺纹连接的疏水阀一定要在疏水阀前或后的连接管上

安装活接头,便于检修、拆卸。

(D疏水阀组应尽量靠近蒸汽加热设备,以提高工作效率,减

少热量损失。但热静力型疏水阀,特别是双金属片式疏水阀应离

开用汽设备1m左右,这段管路不要保温以满足双金属片式疏水

阀过冷度较大的工作特点。

⑤用汽设备到疏水阀这段管路,应沿流动方向有-4%的斜度,

管路的公称通径不应小于疏水阀的公称通径,以免形成蒸汽阻

塞,造成排水不畅通。

⑥不同蒸汽压力的不同用汽设备。不能共用一个疏水阀。因

为高压用汽设备的进出口压力高,使低压用汽设备的出口压力提

高,造成进出口压差缩小,减少了低压设备排水量,甚至排不出

水,使低压用汽设备无法工作。

⑦同一蒸汽压力的几个同类型用汽设备,也不允许共同使用

一个疏水阀。由于制造和使用情况的不同,其加热效率、流体阻

力都有所不同,更重要的是这些用汽设备的负荷都不能一致。蒸

汽大量从阻力小的设备中流过,从而影响其他设备通过的蒸汽

量,不能满足用汽设备的工艺要求。

⑧寒冷地区室外安装疏水阀时应注意防冻。因为凝结水在疏

水阀内冻结,会使疏水阀失去阻汽排水的功能。防止方法是:加

强疏水阀前后管路的保温;对经常停车或间断使用的疏水阀要在

停车时进行人工放水或安装自动放水阀;特别是对体内有积水的

机械型排水阀,在其阀体下部也要设置排水阀或丝堵工

⑨对同设备先后使用蒸汽加热与冷却时,建议应分别设置

加热与冷却两套完整装置,以保证疏水阀的功能并防止蒸汽、凝

结水受到混杂。

5压力管道附属设施的选用

5.1管法兰密封组件的选用

管法兰与垫片和紧固件共同组成管道可拆连接接头。为使连

接接头能安全运行并获得满意的密封效果,选用时要对管法兰的

结构型式、密封面形式、垫片的材料和结构形式,紧固件的材料

和尺寸全面地进行综合考虑,正确选用。

1)管法兰的选用

管法兰在我国使用的有多个标准:

国家标准GB9112—1988

化工行业标准HG20592-20635-1997

机械行业标准JB80-86-1994

石化行业标准SH3406—1992

新编管法兰标准HG20592〜20635—1997是一套符合国、内

外管法兰实际使用现状、包括欧洲和美洲两大体系、考虑到英制、

公制两个钢管系列、法兰、垫片、紧固件综合选配,内容完整,

使用方便的管法兰标准。

HG20592—20635—1997管法兰型式、参数见表5.12和表

5.15o

⑴表5.12的儿点说明:

①表中适用钢管外径系列分A和B,A系列为国际通用系列

(英制管),B系列为国内沿用系歹1J(公制管),其公称通径DN由

10〜2000mm共29种,它们对应的钢管外径按表5.13的规定。

表列参数适用于公称压力等级16.OMPa以下,PN25.0,MPa(25bar)

的管法兰适用钢管外径系列见表5.140

②法兰密封面型式:

FF----全平囿(适用于非易燃、无毒、低压)

RF突面(适用于非易燃、无毒、低压)

MFM---凹凸面(适用于易燃、有毒、中压)

TG——樟槽面(适用于剧毒、高温、高压)

RJ环连接面(适用于剧毒、高温、高压)(金属垫

片-透镜垫)

③法兰公称压力PN:

0.250.61.01.62.5

4.06.310.016.025.0

公称压力一一管道、管件、阀门等在规定温度下允许承受的

以标准规定的系列压力等级表示的工作压力。

20钢,100C时:PN=Pw(最大允许工作压力)

公称直径--一管道、管件的名义直径,与管子的外径一一对

应,内径与管子的壁厚有关。

(2)表5.15的儿点说明:

①法兰密封面型式同上。

②公称压力等级为:

2.0MPa(Classl50),5.0MPa(Class300),

11.90MPa(Class600),15.OMPa(Class900),

26.0MPa(Classl500),42.0MPa(Class2500)

③公称通径以英制为基础,由15〜1500mm共38种,它们与钢

管外径的对应关系见表5.16o

(3)不同介质环境管法兰的型式选择参见表5.17。

低压、非易燃、无毒:突面、平焊法兰

低压、易燃、有毒:突面、长颈对焊法兰

低压、易燃、有毒:凹凸面、带颈平焊法兰

中压、易燃、有毒:凹凸面、长颈对焊法兰

2)垫片、紧固件的选用

垫片选用原则:

管法兰垫片包括:非金属垫片、聚四氟乙烯包垫、石墨复合

垫、

金属包垫、缠绕垫、齿形组合垫、金属环垫。

(1)选用垫片时,必须依据介质性质、工作压力和工作温

度。

(2)樟槽蜜蜂面尽量不用非金属垫片;

(3)真空系统用橡胶垫;

(4)低压、无毒场合一般用非金属垫片;

(5)介质不允许微量纤维混入,易选用石墨复合垫;

(6)介质易燃、有毒,易选用金属包垫、缠绕垫;

(7)高温、高压易选用金属环垫。

(8)缠绕式垫片具有良好的压缩性和回弹性,且价格便宜,

制造简单,特别是用膨胀石墨作填充料时,密封性能优良,

般条件下均宜采用。尤其适用于有松弛、温度波动、压力波动、

冲击和振动的中低压法兰密封。

(9)苯对耐油石棉橡胶垫片中的丁月青橡胶有溶解作用,故对

于压力小于或等于2.5MPa,温度小于或等于200C的法兰,应选

用缠绕式垫片。

(10)聚四氟乙烯有优良的耐腐蚀性能,是很好的密封材料,

在温度小于250℃时常选用。其型式有聚四氟乙烯生料带缠包石

棉橡胶板、聚四氟乙烯板、聚四氟乙烯缠绕垫片和聚四氟乙烯包

垫片。

(11)膨胀石墨是一种新型的密封材料,国内外使用证明,

它具有优良的密封性能。其型式有缠绕式垫片、金属包垫片两面

贴膨胀石墨纸和高强石墨垫片。这些垫片可以在大多数场合下使

用。

(12)当垫片在有硫化氢应力腐蚀的场合下使用时,其垫片

的金属材料应选用含Ti的不锈钢。

(13)当选用金属垫片时,应在完全退火状态下使用,尽可

能选用较软的金属材料,使法兰表面的硬度比垫片硬度大布氏硬

度HB20为宜。

(14)在有腐蚀的条件下,选用垫片对法兰盘呈阳性的垫片

材料,垫片受腐蚀;选用法兰盘对垫片呈阳性的垫片材料,法兰

盘受腐蚀,采用哪一种要根据使用方法和垫片种类来决定。

3)管法兰、垫片和紧固件的选用见表5.18、5.19o

管法兰、垫片和紧固件的选用应严格按照此表的要求匹配

5.2弯头、异径管、三通、活接头、丝堵材料的选用。

这些管件直接和输送介质接触,因此在选用时,必须由输送介

质的化学性质和物理状况来选用材料。

(1)根据介质的化学性质,选用不同材料的弯头、异径管、三

通等。一般情况下选用与管子本身相同的材料或优于管子本身的

材料。

(2)根据介质的温度、压力等状态来选用不同材料的弯头、异

径管、三通:

当介质的压力小于等于4.OMPa、温度小于等于200C,一般

采用材料为10g、20g的冲压弯头;

当介质的压力小于等于2.5MPa、温度小于等于200C,一般

采用材料Q235A或20g的焊制弯头;

当介质的压力小于等于L6MPa、温度小于等于175C,可选

用材料为可锻铸铁的弯头、异径管等。

5.3视镜的选用

视镜多用于排液或受槽前的回流、冷却水等液体管路上以观

察液体流动情况。

1)视镜的种类

钢制视镜、不锈钢视镜、铝制视镜、硬聚氯乙烯视镜、耐酸酚

醛塑料视镜、玻璃管视镜等。

2)视镜的选用

视镜系根据输送介质的化学性质、物理状态及工艺对视镜功

能的要求来选用。视镜的材料基本上和管子材料相同。如碳钢管

采用钢制视镜,不锈钢管子采用不锈钢视镜,硬聚氯乙烯管子采

用硬聚氯乙烯视镜,需要变径的可采用异径视镜,需要多面窥视

的可采用双面视镜,需要它代替三通功能的可选用三通视镜。视

镜的操作压力小于等于0.25MPa,钢制的视镜,操作压力小于等

于0.6MPa。

5.4阻火器的选用

阻火器是一种防止火焰蔓延的安全装置,通常安装在易燃易

爆气体管路上。

当某一段管道发生事故时,不至于影响另一段的管道和设备。

某些易燃易爆的气体如乙快气,充灌瓶与压缩机之间的管道,要

求设三个阻火器。

1)阻火器的种类

碳素钢壳体镀锌铁丝网阻火器;

不锈钢壳体不锈钢丝网阻火器;

钢制砾石阻火器;

碳钢壳体铜丝网阻火器;

波形散热片式阻火器;

铸铝壳体铜丝网阻火器等。

2)阻火器的选用

(1)阻火器的壳体要能承受介质的压力和允许的温度,还要

能耐介质的腐蚀。

(2)填料要有一定强度,且不能和介质起化学反应。

(3)阻火器主要是根据介质的化学性质、温度、压力来选用

合适的阻火器。

一般介质,使用压力小于等于1.OMPa,温度小于80℃时均采

用碳钢镀锌铁丝网阻火器。特殊的介质如乙快气管道,特别是压

力大于0.15MPa的高压乙快气管道上,采用特殊的阻火器。

5.5过滤器的选用

管道过滤器多用于泵、仪表(如流量计)、疏水阀前的液体管

道上。

1)过滤器的种类

种类有管螺纹连接Y型过滤器、法兰连接Y型过滤器、钢制

直角式过滤器、低温钢直角式过滤器、不锈钢制直角式过滤器、

中低压管路用锥形过滤器、高压用锥形过滤器。

2)过滤器的选用

(1)一般根据介质的性质和温度、压力来选用适当的过滤

器。

(2)过滤器承受的压力等级有:l.OMPa、1.6MPa.2.5MPa、

4.OMPa,6.3MPa,lOMPa,一般比管子内介质的压力高一个档次。

5.6压力管道热变形补偿结构设计与选用

防止管道因热胀冷缩产生过大的应力,在配管设计中,利用

管子和管件构成的弯管或其它形状,使管道系统保持适当的柔

性。抵消因管道热胀冷缩而产生的变形,防止生产事故的发生,

确保管路的安全。其主要措施有:

(1)在设计中,常将管子设计成:L型、Z型、U型。

(2)在管路中加膨胀节(补偿器)。

(3)在压缩机前后加吸震软管,压力高的管道加金属软管,有

腐蚀性的介质可加不锈钢金属软管。

1)膨胀节(补偿器)的类型

(1)补偿器类型见表5.20。

波纹管类别A型:通用型单式轴向型复式轴向

波纹管类别B型:通用型复式带座轴向型角向型

万向角型小拉杆三向型大拉杆三向

较链横向型万向较横向型直管压力

平衡型

曲管压力平衡型外压单式轴向型

外压复式带座型振动补偿器

2)管系中使用无约束型补偿器的原则

(1)任何两个相邻的固定支座只设一个补偿器;

(2)各类固定支座应有足够的强度和刚度;

(3)安装时不允许以补偿器的变形来强行适应管道安装

偏差;

(4)任何两个相邻的次固定支座间管径应相同,并成一直

线走向;

(5)对补偿量很大的补偿器,宜在管道安装前进行预拉伸

(或预压缩),以减少补偿器对支座的弹性反力,同时使补偿器

处于最佳工作状态。

3)管线设计与补偿器选型

任何一项工程管路系统的设计都要受到生产工艺流程、设备

(或装置)、安装布局、空间环境、地质条件及工程造价等因素

的制约,因此管路系统的走向和支撑体系往往相当复杂,这就给

补偿器的选型带来一定的难度。

完成管路系统的补偿往往有多种方案,而补偿器的正确选型

则是关键。这就要求管系设计者综合考虑管线的走向、支撑体系

的布局、补偿器类型的选择等,以取得既安全可靠、又经济合理

的方案。

(1)补偿器选型一般程序如下:

①管系分解,无论多么复杂的管系,均可以通过固定支座将

它们分解为“一”、“L”、“门”、“Z”、“V”等典型管

段(或称之为膨胀单元)。变复杂管系为简单管系。

②根据典型管线工作条件和膨胀形式选择波纹补偿器类型。

③计算典型管段的膨胀量,确定补偿器的波数并得出在规定

疲劳寿命下补偿器的额定补偿量,从而确定补偿器的数量。

④在装有无约束型补偿器的管段上,设置固定支座(MA)o

而装有约束型补偿器的管段上,无须因补偿器的设置而另加主

固定支座。

⑤根据补偿器的变型轨迹及稳定性要求设置相应的导向支座

G或平面导向支座PGo

(2)补偿器选型必须考虑的主要因素:

①公称通径DN、接口尺寸及法兰标准;

②工作压力Pw;

③工作温度T,核校设计温度,考虑温度修正系数;

④材料,取决于介质性质;

⑤补偿量——轴向、横向、角向;

⑥寿命——考虑使用年限或大修、更换周期;

⑦安全系数。

(3)是否有承受压力推力的构件—补偿器压力推力约束机

构:

①TA、TB、ZA、DZA、ZB、WDB、XHB、DB均无压力推力

约束机构,称为无约束型补偿器;

②IB、WJB、DHB、IHB、WHB、ZPB、QPHB等具有压力推力

约束机构,称为约束型补偿器。

4)补偿器基本应用形式及特点

常用管系支座名称、代号及符号见表5.21。其基本应用形式:

主固定支座次固定支座导向支座平面导向支座

定向主固定支座定向次固定支座弹簧吊架

(1)通用补偿器(TA、TB)

——该补偿器结构简单、价格较低,可吸收轴向位移和数量

不大的多向组合位移,因而凡是可能的地方可优先予以考虑。

①用一个通用补偿器吸收直管段的轴向位移。

②用不同直径的通用补偿器吸收异径直管段的轴向位移。

③用多个通用补偿器分别吸收各分支管段的轴向位移。

④用通用补偿器吸收Z形管段的轴向位移时,应注意以Z形

管段的偏斜程度应尽量小;各直管段的端部附近应设置导向支

座,以限制弯矩对管道的影响;偿器应靠近一个固定支座。通用

补偿器在L形管段的长腿上吸收轴向位移和少量横向位移;在L

形管段的短腿上吸收横向位移和少量轴向位移。

用复式补偿器吸收直管段的较大轴向位移。

(2)平面角向型补偿器

——这种补偿器结构紧凑、应用灵活、安装方便且对支座无

压力推力作用。单式角向补偿器只能作角偏转,因此必须两个以

上配套使用而不允许单独出现。

用一对角向补偿器吸收横向位移时,角位移量一定,其所能

吸收的横向位移量与两补偿器较链之间的距离成正比,在这种情

况下尽量加大两补偿器之间的距离将能更有效发挥其补偿功能。

①当水平管线较长(管段能够弹性变形)时,用两个补偿器

吸收平面Z形和L形管段的位移

②或用以吸收同一平面内设备与其连接管道的组合位移。

③用三个补偿器吸收L形管段的位移。

用两个补偿器吸收立式容器与主管之间的不同垂直位移量。

(3)万向型补偿器

——这种补偿器可在任意平面内作角偏转。使用时应以两个

一组或三个一组来吸收空间管段的位移。

大拉杆横向型补偿器和较链横向型补偿器——这两种补偿器

通过波纹管的角偏转可吸收各方位横向位移,且补偿能力较大,

加之对支座无内压推力作用,结构比较简单,因而在各种位移量

大的L形及Z形管段上应用广泛。

用单式大拉杆补偿器吸收L形管段的位移,根据配管要求和

补偿量大小可有“冷紧”和“不冷紧”两种安装方式。冷紧又分

50%“冷紧”和100%“冷紧”。前者可减少50%弹性力,后者主

要用于系统压力较高,而补偿量又较大的场合,其目的是使波纹

管在工作时处于直线状态,提高补偿器的稳定性。

6压力管道的绝热设计

GB50264-1997《工业设备及管道绝热工程设计规范》工程设

适用于工业设备及管道外表面温度在-196c至850c的绝

热。

6.1绝热的功能及范围

绝热包括保温与保冷,是为了防止管道向周围环境散发或吸

收热量。

1)绝热的功能

用绝热的方法,可以减少管道及其附件的热(冷)量损失,

保证操作人员安全,改善劳动条件,防止烫伤和减少热量散发到

操作区。在冬季,用保温来延缓或防止管道内液体的冻结。当管

道内的介质温度低于周围空气露点温度时,采用绝热可防止管道

的表面结露。

2)绝热的范围

管道及其附件有下列情况之一时,应采取绝热措施。

①外表面温度大于50C以及外表面温度小于或等于50℃但

工艺需要保温的管道及其附件。

②工艺生产中需要减少介质的温度降或延迟介质凝结时。

③介质温度低于周围空气露点温度时,以及在环境温度下,

为防止管道外表面凝露时。

④对于工艺生产中不需要保温的管道及其附件,当其外表面

温度超过60℃,而需经常操作维护时。在无法采用其它措施防

止烫伤时,应进行防烫伤绝热。例如距地面或工作平台的高度小

于2.1m或接近操作平台,平面距离小于0.75m时均应进行防烫

伤绝热。

⑤减少冷介质在生产或输送过程中的冷量损失以及制冷系

统中的冷管道。

可不绝热的管道及其附件主要有:要求散热或必须裸露的管

道;要求及时发现泄漏的管道法兰;工艺上无特殊要求的放空、

排凝管道;要求经常监测、防止发生损坏的部位。

6.2常用绝热材料性能

绝热材料应具有密度小、导热系数小、化学性能稳定、对管

道没有腐蚀,并且能长期在工作温度下运行等性能。绝热材料的

性能要求如下:

(1)绝热层材料的性能要求

①绝热层材料应选择能提供具有随温度变化的导热系数方

程式或图表的产品。对于松散或可压缩的绝热材料,应提供在使

用密度下的导热系数方程式或图表的产品。

②保温材料在平均温度低于350c时,导热系数不得大于

0.12W/(m・℃),保冷材料在平均温度低于27℃时,导热系数

应不大于0.064W/(m•℃)o

3

③保温硬质材料密度一般不得大于300kg/m;软质材料及半

硬质制品密度不得大于200kg/n6保冷材料密度不得大于

200kg/m3o

④耐振动硬质材料抗压强度不得小于0.4MPa;用于保冷的

硬质材料抗压强度不得小于0.15MPa0

⑤吸水率要小。保温材料的质量含水率不得大于7.5%;保

冷材料的质量含水率不得大于l%o用于直埋管道上的保温材料,

含水率应小于3%o

⑥绝热层材料应选择能提供具有允许使用温度和不燃性、难

燃性、可燃性)性能检测证明的产品;对保冷材料尚需提供吸湿

性、吸水性、增水性检测证明。对硬质绝热材料尚需提供材料的

线膨胀或收缩率数据。

绝热层材料按被绝热对象外表面的温度,其燃烧性能应符合

GB8624-85的规定:

外表面温度T°>100℃时,绝热层材料应符合不燃类A级材

料性能要求;

外表面温度ToWlOOC时,绝热层材料不得低于难燃类B1级

材料的性能要求,对泡沫塑料其氧指数应大于或等于32%;

外表面温度T°W50C时,有保护层的泡沫塑料类绝热层材料

不得低于一般可燃性B2级材料的性能要求。

⑦化学稳定性能好,对被绝热的金属表面无腐蚀作用。

与奥氏体不锈钢表面接触的隔热材料应符合BGJ126《工业

设备及管道绝热工程施工验收规范》有关氯离子含量的规定。

⑧价格低廉、施工方便,尽可能选用制品和半制品材料,如

板、瓦及毡等材料。

(2)防潮层材料的性能要求

①抗蒸汽渗透性好,防水防潮力强,吸水率不大于1%。

②防潮层材料的燃烧性能同对绝热材料的要求。

③化学稳定性好,无毒或低毒耐腐蚀并不得对绝热层和保护

层材料产生腐蚀或溶解作用。

④防潮层材料在夏季不软化,不起泡,不流淌,低温使用时

不脆化、不开裂、不脱落。

⑤涂抹型防潮材料软化温度不低于65℃,粘接强度不小于

0.15MPa,挥发物不大于30%o

(3)保护层材料的性能要求

①保护层材料应选择强度高,在使用环境下不软化、不脆裂、

外表整齐美观、抗老化、使用寿命不得小于设计使用年限,国家

重点工程的保温保护层材料的使年限应在10年以上。保冷时应

达到12〜18年。

②保护层材料应具有防水、防潮、抗大气腐蚀性能,化学稳

定性好,对接触的防潮层或绝热层不产生腐蚀或溶解作用。

③保护层材料应采用不燃或难燃性材料。但贮存或输送易

燃、易爆物料的设备及管道,以及与其邻近的管道,其保护层必

须采用不燃性材料。

(4)粘接剂、密封剂和耐磨剂主要性能要求

①保冷用粘接剂能在使用的低温范围内保持良好的粘接性,

粘接强度在常温时大于0.15MPa,软化温度大于65℃。泡沫玻璃

用粘接剂在T90℃时的粘接强度应大于0.05MPao

②对金属壁不腐蚀,对保冷材料不溶解。

③固化时间短密封性好,在设计使用年限内不开裂。

④有明确的使用温度范围和有关性能数据。在伸缩振动情况

下,耐磨剂应能防止泡沫玻璃因自身或与金属相摩擦而受损。

6.3绝热结构设计

1)对绝热结构的要求

绝热结构在能保证热损失不超过国家规定的热能最大损耗

允许值时,应有足够的机械强度,能承受自重及外力的冲击,在

受风力、雪载荷、空气温度波动及雨水的影响下,不致脱落以保

证结构的完整性。

绝热结构要有良好的保护层,使外部的水蒸汽、雨水以及潮

湿泥土的水分不能进入绝热材料内,否则使绝热材料的导热系数

增加,还会使其变软、腐烂、发霉,降低机械强度,破坏绝热结

构的完整性。

绝热结构要简单,使用寿命要长。此外还要考虑施工方便、

外表整齐美观,尽量就地取材,减少建设投资。

2)绝热结构的种类:

保温结构:绝热层,保护层(埋地管道应设防潮层,地沟内

管道宜设防潮层)

保冷结构:防锈层,绝热层,防潮层,保护层

根据采用保温材料的性质及保温层的结构形式和安装方法

不同,保温结构的种类有:

填充结构、包扎结构、复合结构、浇灌型、喷涂法、予制块

结构等。

6.4绝热计算(保温层厚度计算)

经济厚度——绝热后,年散热损失所花费的费用和绝热工

程投资的年摊销费用之和为最小值时的计算厚度。

管道的计算分界线为公称直径小于或等于DN1000的管道

(按圆筒面)计算,大于ZW1000的管道可视为设备(作平壁面)

计算。

(1)保温厚度计算原则:

①保温厚度无特别工艺要求时,应以“经济厚度”的方法

计算厚度,当经济厚度偏小以致放热损失超过最大允许热损失量

标准时,应用最大允许热损失量下的厚度进行校核。而经济厚度

太厚以致影响安装及管架费用剧增时,保温厚度可取此二者中间

某一值。

②防止烫伤的保温厚度,按表面温度法计算,保温层外表面

不得超过60℃o

(2)保冷厚度计算原则:

①保冷厚度无特殊工艺要求时,按最大允许热损失量的厚度

计算,并用经济厚度调整;

②保冷的经济厚度必须用防结露的绝热层厚度计算。

各种厚度的计算方法见标准的有关规定。

6.5绝热结构设计的规定与要求

(1)在对管道进行保温之前,应对碳钢、铸铁、铁素体合金

钢管,清除表面的铁锈、油脂及污垢,保温时需涂防锈漆,保冷

时需涂冷底子油。但是不锈钢、镀锌钢管、有色金属及非金属材

料表面,不涂防锈漆。

(2)绝热设计对绝热分层的规定:要求采用同种绝热材料时,

内外层厚度宜大致相等(10mm);蒸汽吹扫的管道的保冷层,其材

料应在高温区及低温区内均能安全使用;在经济合理前提下,超

高温和深冷介质管道的绝热,可选用异形复合结构或异形复合制

品。

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