生物工厂设计07综述

《生物工厂设计07综述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《生物工厂设计07综述（181页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第七章 管道设计与布置,第一节 概述 第二节 工艺管道的设计计算 第三节 管道布置设计 第四节 管道布置图,第一节 概述,一、管道布置设计的意义 二、管道设计与布置的内容和步骤,一、管道布置设计的意义,生物工程工厂属于有多种化工操作单元的工业企业，各种物料、蒸汽、水及气体都要用管道来输送，设备之间相互连接、操作单元之间的相互联系也要依靠管道，各种管道纵横交错。因此管道是生物工程工厂中十分重要的组成部分。 在施工图阶段，工作量最大、费时最多的是管道布置设计。,管道布置设计又称为配管设计，是施工图设计阶段的主要内容之一。为了用管道把车间布置设计固定下来的设备连接起来，使之形成一个完整连贯的生产工艺

2、流程，车间管道布置设计的任务就是确定各个设备的管口方位和各个管段（包括阀门、管件和仪表）的空间位置以及安装、连接和支承方式等。,通常车间设备布置合理，管道布置就容易进行。在进行车间布置设计时，要考虑管道安装的要求和原则，而在车间管道布置设计时，为了满足管道安装的要求，对设备有时要进行适当的调整，尤其是在确定设备安装的管口方位时。因此，在车间布置设计中，设备布置和管道布置要相辅相成，以使整个工艺流程通畅顺利。,二、管道设计与布置的内容和步骤,（一）管道设计与布置的内容 （二）管道设计与布置的步骤,（一）管道设计与布置的内容,两部分： 管道的设计计算 管道的布置,（二）管道设计与布置的步骤,1、选

3、择管道材料 2、选择介质的流速 3、确定管径 4、确定管壁厚度 5、确定管道连接方式 6、选阀门和管件 7、选管道的热补偿器 8、绝热形式、绝热层厚度及保温材料的选择 9、管道布置：,10、计算管道的阻力损失 11、选择管架及固定方式 12、确定管架跨度 13、选定管道固定用具 14、绘制管道图 15、编制管材、管件、阀门、管架及绝热材料综合汇总表。 16、确定管道的防腐措施，选择合适的表面处理方法和涂料及涂层顺序，编制材料及工程量表。,1、选择管道材料,影响因素：输送介质的腐蚀情况（化学性质、流动状态）、温度、压力，管道材料的成本等。 管道材料常用的有：普通碳钢、合金钢、不锈钢、铜、铝、铸铁

4、等材料制成的管子。,2、选择介质的流速,计算管径时，关键是管道内介质流速的选择。流速大、管径小，可以节省材料即节省投资，但增加了输送过程的能量消耗，增大了生产成本。 影响因素：输送介质的组成成分、化学性质、流动状态、粘度、流量、相连接的设备等。 参照有关表格数据，选择合理经济的介质流速。如P179-180表7-1管内常用流速范围确定。,3、确定管径,影响因素：输送介质的流量和流速。 方法是首先计算管子内径： 直接公式计算； 用管径算图确定。 通过计算或查图所求的管子内径，换算为接近的实际管径，再用实际使用的管子内径校核流速，检查管内物料的流速是否符合规定的范围。,4、确定管壁厚度,影响因素：输

5、送介质的压力、管道材料。 一般情况下，根据公称压力PN，查管材表确定即可。如果工作压力和温度过高，则应用P180的公式来验算管壁厚度。 选择几段介质压力较大，或管壁较薄的管道，进行管道强度的校核，以检查所确定的管壁厚度是否符合要求。,5、确定管道连接方式,管道-管道，管道-设备，管道-阀门，设备-阀门都存在连接的问题。 影响因素：管道材料、管径、管道或设备的使用检修状态，输送介质的压力、组成成分、化学性质、用途等。 管道连接方式有等径连接与不等径连接两种。,6、选阀门和管件,介质的流动状态有：分、合、转弯、变速等。 管件的种类有：弯头、三通、异径管、法兰等。 阀门的种类有：截止阀、闸阀、隔膜阀

6、、旋塞等。 影响因素：工艺及安全要求的输送介质的流动状态。,7、选管道的热补偿器,影响因素：由于安装和使用中的温差而存在的热应力。 热应力的效果用热膨胀长度衡量。解决方法分为自然补偿和采用热补偿器两种。 自然补偿：利用管道的转弯、支管、固定等，用于热膨胀长度较小的情况。 热补偿器有波形、方形、弧形、套筒形等型式，用于热膨胀长度较大的情况。,一般使用温度低于100度和公称直径小于DN50的管道可不进行热应力计算。直径大、直管段长、管壁厚的管道要进行热应力计算，如蒸汽管道，使管道的热变形限定在允许的范围内。有关管道热变形计算和管道热补偿设计，见P184管道热补偿计算和设计。,8、绝热形式、绝热层厚

7、度及保温材料的选择,影响因素：输送介质的组成成分、化学性质、温度等特性，工艺要求，环境状况（温度、振动、腐蚀性等），管道材料、使用寿命，成本等。 绝热方式有：加热保护、保温、保冷。 需要进行热力管道的热损失计算。,9、管道布置,影响因素：生产流程、流向等工艺要求，输送介质的组成成分、化学性质等特性，相连设备的位置、环境、安装、操作、检修等情况，管道垂直面的排布、水平面的排布、管间距离、管与墙的距离、管道坡度、管道穿墙、管道穿楼板、管道与设备连接等。 管道敷设方式：明装、暗设。,10、计算管道的阻力损失,物料在管道中流动时，由于管壁摩擦和管件的局部障碍，产生直管阻力和局部阻力，造成压力损失，以致

8、物料的总压头（总扬程）减少，尤其是长距离管道输送，压力损失大。因此在施工图阶段要进行管道压力降计算，以校验泵、设备、管件、阀门等选型的合理性。 影响因素：管道的管径、实际长度、相连设备的相对标高、管壁状态，介质流速，管件，阀门等。 管道压力降计算见书P181管道压力降计算。,11、选择管架及固定方式,影响因素：管道的强度、刚度、线膨胀系数、运行时的受力状态、管道数目，介质的温度、工作压力，车间的梁柱墙壁楼板等土木建筑等。,12、确定管架跨度,影响因素：管道材料、固定方式、垂直荷重、水平推力、强度、刚度，介质，管件等。 通过计算或查表确定。,13、选定管道固定用具,影响因素：管架类型、管道固定方

9、式。 管道附件即管道固定用具，分标准件和非标准件。 所选管架附件是标准件，可列出图号。是非标准件，需绘出制作图。,14、绘制管道图,管道图包括：平面配管图、剖面配管图、透视图、管架图、工艺管道支吊点预埋件布置图。,15、编制汇总表,编制管材、管件、阀门、管架及绝热材料综合汇总表。,16、确定防腐措施,选择合适的表面处理方法和涂料及涂层顺序，编制材料及工程量表。 P194表7-10管道的涂色。,第二节 工艺管道的设计计算,一、管子、管件和阀门的选择 二、管径、壁厚计算 三、管道压力降计算 四、管道热补偿计算,一、管子、管件和阀门的选择,（一）公称直径、公称压力 （二）管材选择 （三）管件与阀门,

10、（一）公称直径、公称压力,国家有关部门制定了管子、法兰和阀门等管道用零部件标准。对于管子、法兰和阀门等标准化的最基本参数： 公称直径和公称压力,1、公称直径,将管子和管道用的零部件的直径加以标准化以后的标准直径，称公称直径，以DN表示，其后附加公称直径的尺寸，单位为mm。 如：公称直径为100mm，用DN100表示。 管子的公称直径是指管子的名义直径，既不是管子内径，也不是它的外径。而是与外径相近又小于外径的一个数值。管子的公称直径一定，管子的外径也就确定。,如输送流体用的（GB/T 81631999）DN150的热扎无缝钢管，其外径都是159mm，但常用壁厚有4.5mm和6.0mm，则内径分

11、别为150mm和147mm。 设计管路时应将初步计算的管径调整到相近的标准管子直径，以便按标准管选择。 法兰或阀门的公称直径是指与它们相配的管子的公称直径。 管路的各种附件和阀门的公称直径，一般都等于管件和阀门的实际内径。,2、公称压力,公称压力，就是管道和管件在一定温度范围内（碳钢在200以下，合金钢在250以下）的最大允许工作压力，称为公称压力，用PN表示，单位为兆帕MPa。,在制订管道及管道用零、部件标准时，只有公称直径这样一个参数是不够的，公称直径相同的管道、法兰或阀门，它们能承受的工作压力是不同的，它们的连接尺寸也不一样。所以要把管道及所用法兰、阀门等零部件所承受的压力，也分成若干个

12、规定的压力等级，这种规定的标准压力等级就是公称压力。,公称压力系列为24.5（2.5）、59（6）、98（10）、157（16）、245（25）、392（40）、627（64）、980（100）、1570（160）、1960（200）、2450（250）、2940（300），单位为 102MPa，括号中单位为kgfcm2。,按照现行规定，可分为低、中、高压管道 低压管道分为: 2.5、6、10、16(105Pa)四个压力等级， 中压管道分为: 25、40、64、100(105Pa)四个压力等级， 高压管道分为; 160、200、250、300(105Pa)四个压力等级。 选择管道及管道用的法兰

13、或阀门，调整，然后根据DN和PN：就可以选择标准管道及法兰或阀门等管件，同时，可以选择合适的密封结构和密封材料等。,（二）管材选择,根据输送介质的温度、压力以及腐蚀情况等选择所用管子材料。常用管子材料有普通碳钢、合金钢、不锈钢、铜、铝、铸铁以及非金属材料制成的管子。 生物工程工厂常用的管材有： 1.钢管 2.铸铁管 3.有色金属管 4.非金属管,1、钢管,（1）无缝钢管 材料为碳钢，用于输送有压力的物料、蒸汽、压缩空气等管路。如果温度超过435，则须用合金钢管。 无缝钢管分热轧和冷拉两种。 热轧无缝钢管的外径为32600mm，壁厚2.550mm。 冷拉钢管外径为4150nun，壁厚为112mm

14、。标注方法是“外径壁厚”。 例45 3.5表示,（2）电焊钢管 螺旋电焊钢管：材料是用碳钢板条卷制，连续螺旋焊接，壁厚68mm。用于大口径(200)低温低压的管道，按公称通径标注。 钢板卷管：材料为碳钢板卷制，直缝焊 接，壁厚812mm，用于大口径(600) 低温低压管道，按公称通径标注，安装单位现场制作。,（3）水煤气钢管 碳钢，有普通和加厚两种，分镀锌和不镀锌两种(白铁管和黑铁管)，用于低温低压的水管。普通管壁厚为2.754.5mm，加厚管3.255.5mm。可按普通或加厚管壁厚和公称通径标注。 （4）不锈钢管 对于输送有腐蚀性介质、氨水、酸、碱等，且有温压的或食品卫生要求高的管道，可用不

15、锈钢管（含镍、铬、钼），可耐800950高温。,用于室外给水和室内排水管线，也可用来输送碱液或浓硫酸，埋于地下或管沟。 用砂型离心浇铸 普压管，工作压力7.5kg/cm2， 高压管工作压力 (10kg/cm2，接口为承插式 内径75-500mm，壁厚7.5200mm。 用砂型立式浇铸的铸铁管也有低压工作压力 4.5kg/cm2 、普压和高压三种。壁厚9.030.0mm，用公称内径标注。 高硅铸铁管、衬铅铸铁管系输送腐蚀介质用管道，公称通径Dg10400mm。,2、铸铁管,规格均为外径壁厚。 (1)铜管与黄铜管 多用于制造换热设备，也用作低温管道、仪表的测压管线或传送有压力的流体(如油压系统、润

16、滑系统)。当温度大于250时不宜在压力下使用。 (2)铝管 系拉制而成的无缝管。常用于输送浓硝酸、醋酸等物料，或用作换热器，但铝管不能抗碱。在温度大于160时不宜在压力下操作，极限工作温度为200。,3、有色金属管,4、非金属管,非金属管道种类很多，常见的有塑料、硅酸盐材料、石墨、工业橡胶以及其他非金属衬里材料等。 (1)硅酸盐材料管 有陶瓷管、玻璃管，它们耐腐蚀性能强，缺点是耐压低，性脆易碎。 钢筋混凝土管，石棉水泥管，用于室外排水管道，近年，给水管道用内径500-1000mm的预应力钢筋混凝土管增多，工作压力可达6kg/cm2 。,(2)塑料管 60以下的腐蚀性介质可用硬聚氯乙烯管或用聚氯乙烯管，标注按外径壁厚。常温下轻型管材的工作压力不超过2.5 105Pa ，重型管材(管壁较厚)工作压力不超过6105Pa 。 塑料管还用软聚氯乙烯塑料、酚醛塑料、聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)，增强塑料(玻璃钢)与聚乙烯、尼龙1010管、聚四氟乙烯管等制成的管材。 (3)橡胶管