陈声宗化工设计--第六章--20 13

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1、,第六章,化工管道布置设计,Chart 6 Pipeline arrangement design,本章学习目的与要求,掌握化工车间管道布置设计的任务，了解化工车间管道布置设计的要求； 理解管道在管架上的平面布置原则、管道和管架的立面布置原则； 掌握容器、换热器、塔的管道布置。 本章重点： 化工车间管道布置设计的任务，管道在管架上的平面布置原则、管道和管架的立面布置原则。 难点： 容器、换热器、塔的管道布置。,6.1 管道设计基础,6.2 管道布置设计概述 6.3 管道布置,6.4 管道布置图,6.1 管道设计基础,6.1.1 管道设计基本知识,一、管道的分类与等级,1. 管道的分类 (1)

2、按设计压力分为四级：,SH/T 3517-2001 石油化工钢制管道工程施工工艺标准,(2) 按管道输送介质的温度、闪点、爆炸下限、毒性及设计压力分级。,公称直径(DN)一般为整数，表示管子、管件等管道器材元件的名,义内直径，单位mm。与组成件真实尺寸接近，但不相等。 工程上，管材习惯上采用管子外径壁厚，单位mm。 管件采用公称直径 DN 表示。,2. 管道及管件的公称压力及公称直径,公称压力(PN) 一般表示管道及管件在规定温度下的最大许用压,力，单位为MPa。,1. 管材的分类,二、管材选择,(1) 按用途分,流体输送和传热用途分为流体输送用、长输(输送油、气等) 管道用、锅炉用和换热器用

3、等。 结构用途分为普通结构用、高强度结构用和机械结构用。 特殊用途分为例如钻井用、高压气体容器用等。,(2) 按材质分类,2. 金属管材的选用,(1) 高温用钢管(350)在高温下具有较高强度的钢材。,高温、伴有腐蚀的管道必须使用耐腐蚀材料； 高温、不伴有腐蚀的管道则应使用高温、高压钢管。 碳素钢使用上限为450，超过时用沸腾钢和 A1镇静钢。 不锈钢的高温强度高，特别是18-12Mo，18-8-Ti和18-8-Nb等合金 钢的强度更为优越。 (2) 耐热用钢管材料具有耐氧化性、耐气体腐蚀性，具高温强 度、不发生高温脆化和热冲击强度高的材料。 常用耐热钢一般有：1Cr5Mo，12Cr2Mo，C

4、r13SiAl，Cr17Al4Si， Cr22Ni4N，Cr22Ni20，Cr20M n9Ni2Si2N(101)，ZGCrl5Ni35和 4Cr14Ni14W2Mo等。,(3) 低温用钢管材料低温管道有低温冷脆和造成管系断裂的危险； 常压低温管道应采用镇静钢；,-20使用碳素钢和低合金钢管，进行退火，并在相应温度下进行,最低冲击试验。,(4) 耐腐蚀金属材料, 不锈钢适用范围有限，必须了解不锈钢对环境的耐腐蚀性能。 对于硝酸，18-8系钢具有良好的耐蚀性，但含 Mo的18-8Mo系钢,对氧化性酸的耐蚀性较差。, 对于盐酸，不锈钢仅能用于稀盐酸。研究表明：Cr是 Fe耐盐酸性 有害元素，Cr系

5、合金钢耐酸性非常差，但加入改善耐盐酸性的元 素Ni、Cu、Mo、W和Co等材料的合金，如蒙乃尔(M one1)和 hastelloy钢等则有良好的耐盐酸性能。,硫酸不锈钢在很窄的浓度范围和温度范围内具有耐腐蚀性。增加,Ni含量或添加 Si、Mo、Cu等元素可改善其耐硫酸性能。,醋酸室温下，Cr-Ni系不锈钢可耐所有浓度醋酸的腐蚀，但在高,温、高浓度时呈现活性。Ni-Cr系的 18Cr-8Ni，18Cr-8Ni-Ti和 18Cr- 8Ni-Nb可耐50，99m%的醋酸，可是沸腾的纯醋酸对其则有显著 腐蚀。添加Mo和 Si对耐醋酸性有改善。,稀碱液一般不锈钢具有良好的耐腐蚀性能。,3. 非金属管材

6、的选用,(1) 聚氯乙烯管(PVC管),性能：有优异的耐腐蚀性、机械加工和力学性能；,适用温度范围：1560，60时软化。,适用压力范围：轻型管0.6M Pa；重型管1.0M Pa；也可用于真,空度小于 9.87104Pa的管道。,不宜于输送可燃、剧毒和含有固体的流体。,(2) 聚乙烯管(PE管), 乙烯管对硫酸、低浓度盐酸、碱类、大多数无机盐类及饮料食品,类液体都耐腐蚀。, 不耐浓硝酸(其质量分数为 50%70% )、氯气等物质的腐蚀。,(3) 玻璃钢管(FRP管) 玻璃钢管有W 型、R 型、F型和 H 型 4种。 W 型专用作输水(海水、淡水、污水、循环冷却水)管道。 R 型专用作通风管道

7、。 F 型用作化工生产中有腐蚀性介质的管道。 H 型专用作温度120 有严重腐蚀的介质输送管道。,(4) 聚丙烯/玻璃钢复合管(PP/FRP复合管),适用于化工、石油、化纤、农药、化肥、轻工食品、染料、制,药、电子和机械等工业领域，可取代不锈钢管和其他有色金属管材,和制品。,(5) 衬里管在光管的内或外粘敷不同的材料，基体为碳素钢,衬里目的防腐蚀、电绝缘和减少流体阻力，还可防止金属离子混入,和铁污染发生。,橡胶衬里管：,钢塑复合管：钢的机械性能+塑料的耐腐蚀性能,国内生产的复合管有：钢/聚氯乙烯、钢/聚乙烯、钢/聚丙烯、钢,/聚四氟乙烯。,涂塑钢管：基体为钢管，聚乙烯、聚丙烯或环氧树脂为涂料。

8、,6.1.2 管路计算,1. 流速限制 流体在管道中的流动存在着流速的限制牢记。 介质流速过高管道冲蚀、磨损、振动和噪声等现象，各类流体都有其特殊而明确的流速限制。 设计实践经验表明：不同管径和介质，都有既满足工艺操作条件，操作费用又少的速度范围。,2. 流动型态雷诺数判据,雷诺数流体质点的湍动程度，根据Re分为层流和湍流； Re，湍动程度越大，内摩擦也越大，流体阻力也愈大。,6. 2 概述 管路是化工生产中不可缺少的组成部分，其作用主要是输送各种流体。 管路设计是一门运用多种学科的综合性技术。正确而合理设计管路，对减少建设工程投资，节约钢材，便于安装、操作和维修，确保安全生产以及车间布置整齐

9、美观等都起着十分重要的作用。,据有关资料统计，管路设计工作量约占化工工艺设计工作总量40%，管路安装工作量约占工程安装工作总量35%左右，管路的费用约占工程总投资20% 做好管路设计多化工工程设计具有十分重要的意义。,一、化工车间管道布置设计的任务 确定车间中各个设备的管口方位和与之相连接的管段的接口位置。 确定管道的安装连接和铺设、支承方式。 确定各管段(包括管道、管件、阀门及控制仪表)在空间的位置。 画出管道布置图，表示出车间中所有管道在平面、立面的空间位置，作为管道安装的依据。 编制管道综合材料表，包括管道、管件、阀门、型钢等的材质、规格和数量。,二、管道敷设种类,管道敷设方式可以分为地

10、上架空敷设和地下敷设两类。,1. 架空敷设 架空敷设类型： (1) 管道成排集中布置在管廊、管架或管墩上。 适用于：连接距离较远的设备之间的管道、进出装置的工艺管道以及 公用工程管道。, 管廊：规模大，联系设备多，有多种平面形状及分支，宽度可达,10m以上，下方可布置泵和其他设备，上方布置空气冷却器。, 管架：规模较小和较少使用。, 管墩：混凝土构架或混凝土和钢的混合构架，或是枕式混凝土,(2) 管道敷设在支吊架上,支吊架常生根于建筑物、 构筑物、设备外壁和设备 平台上。,(3) 特殊管道的布置,有色金属、玻璃、搪瓷和 塑料等管道强度低， 脆性高，支承特殊考虑 可布置在型钢构成的槽 架上，必要

11、时可加软质材 料、衬垫等。,2. 地下敷设分直接埋地敷设和管沟敷设 (1) 埋地敷设,优点：利用地下空间，一般不需支承。,缺点：管道易腐蚀，检修困难，低点排液不便，有物质凝固时处理,困难。,适用于：不能采用架空装置时考虑。输送常温、不易凝固、不含固,体、不易自聚、无腐蚀性或腐蚀性轻微的介质。,(2) 管沟敷设地下式、半地下式,优点：检修方便，可同时敷设有隔热层、,温度高、输送易凝介质或有腐蚀性介质 管道。,缺点：费用高，占地面积大，需设排水,点。,用于敷设管道的槽沟称管沟,二、化工车间管道布置设计的要求 管道布置设计通常是以带控制点工艺流程图、设备布置图、设备施工图以及土建、自控、电气、采暖通

12、风、供排水、外管等有关专业的图纸和资料作为依据，对管道作出适合工艺要求的布置设计。 管道的布置设计首先应保证安全、正常生产和便利操作、检修，其次应尽量节约材料及投资，并尽可能做到整齐和美观以创造美好的生产环境。,二、车间管道布置设计基本要求 (1) 符合生产工艺流程，满足生产要求； (2) 便于操作管理，并保证安全生产； (3) 便于管道的安装和维护； (4) 要求整齐美观，尽量节约材料和投资。 化工车间管道布置除了符合上述要求外，还应考虑下列问题：,1. 物料因素,(1) 输送易燃、易爆、有毒及有腐蚀性物料的管道不得铺设在生活间、,楼梯、走廊和门等处，这些管道应设置安全阀、防爆膜、阻火器和

13、水封等防火防爆装置，放空管应引至指定地点或高过屋面2m以上。,(2) 有腐蚀性物料管道，不得铺设在通道上空和并列管线上方或内侧。,化工装置管道布置设计规定HG/T20549-1998 石油化工管道布置设计通则SG3012-2000,(3) 管道铺设时应有一定坡度，方向沿物流方向。,(4) 真空管线应尽量短，减少弯头和阀门，以减小阻力，提高真空度。,2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，平行直走，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。 (2) 支管多的管道布置在并行管线的外侧，气体支管应从上方引出， 液体支管应从下方引

14、出，尽量避免出现“气袋”、“口袋”和“盲 肠”。 (3) 室内管道应尽量沿墙铺设，或固定在墙上管架上，管道与墙面之 间距离要满足管件、阀门的操作、安装和维修。 (4) 阀门和仪表的安装高度要考虑操作方便和安全。,阀 门：1.21.6m 安全阀：2.2m 取样阀：1m左右 压力计：1.41.6m,3. 安全生产 架空管道与地面距离应满足工艺要求，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2m； 通过公路时 4.5m； 通过铁路时 6m； 通过厂区主要交通干线时离地5m,(2) 直接埋地或铺设在管沟中的管道通过道路时应加套管保护。 (3) 易燃、易爆介质管道应采取接地措施，防止介

15、质在管内流动产生静电聚集而发生危险，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。 (5) 输送有毒、有腐蚀性介质管道，不得在人行道上空设置阀件、伸缩器、法兰等，以免管道泄露时发生事故。,4. 其他因素 (1) 管道与阀门一般不宜直接支承在设备上。 (2) 距离较近两设备间的管道，不应直接连接，应用45或90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,四、管道间距及坡度,1. 管道间距,道的布置。,d管子轴线离墙面的距离,2. 管道敷设坡度,管道敷设应有坡度，其方向一般沿流动方向，也有相反情况。,坡度大小一般为1/1003/1000

16、。,输送粘度大的流体介质，坡度要大一些，可达1/100。,埋地管道、敷设在地沟管道，停止生产时积存介质不排尽时，可不,设坡度。,一般蒸汽、冷凝水、清水、冷冻水及压缩空气、氮气坡度为,1/10005/1000。,五、管架和管道的安装布置 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。 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。 管架已有标准设计，按管架布置图HG/T21623-90、H型钢结构管架通用图HG/T21640-2000选用。 管道支（吊）