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1、第六章管道布置设计管道设计基础管道布置设计概述管道布置管道布置图管道布置与设计是环境工程设计中一个重要的组成部分。管道布置与设计是在完成设备平、立面布置之后进行的一项工作。如一城市的建筑物之间用道路连接一样，环保处理设备、构筑物之间的物料输送都是通过管道进行的。管道布置与设计的主要内容包括：管道材质、管径的选择与计算；管道支架的设计；管道布置图(配管图)；管道投资概算；施工说明。管道设计基础一、管道的分类与等级1.管道的分类(1)按设计压力分为四级：(2)按管道输送介质的温度、闪点、爆炸下限、毒性及设计压力分为四级。按此方法分级的管道施工应按石油化工剧毒、易燃、可燃介质管道施工及验收规范（SH
2、J3501-2002）的规定进行。公称直径(DN或Dg)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。108mm4mm和108mm6mm公称直径的单位一般以“mm”计，如Dg100，是指公称直径为100mm的管子2.管道及管件的公称压力及公称直径公称压力(PN或pg)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。3.管道等级设计中，根据管道材质、压力和直径三个参数分级。管道等级号：B2A序号：同一材质、压力等级按序编排，A、B管道压力等级代号管道材质代号管道材质代号:A铸铁及硅铸铁B碳
3、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衬里管管道压力等级代号:00.6MPa11.0MPa21.6MPa32.5MPa44.0MPa66.4MPa710.0MPa1.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)按材质分类见下表。大类中类小类管道名称列举金属管铁管铸铁管承压铸铁管（砂型离心铸铁管、连续铸铁管）钢管碳素管B3F焊接钢管，10、20号无缝钢管、优质碳素钢无缝钢管低合金钢16Mn无缝钢管，低温钢无
4、缝钢管合金钢管奥氏体不锈钢、耐热无缝钢管有色金属管铜及合金钢管拉制及挤制黄铜管、紫铜管、铜镍合金（蒙乃尔等）铅管铅管、铅锑合金管铝管冷拉铝及铝合金圆管、热挤铝及铝合金圆管钛管钛管及钛合金管非金属管非金属管橡胶管输气胶管、输水、吸水胶管、输油、吸油胶管、蒸汽胶管塑料管聚丙烯管，硬聚氯乙烯、聚四氟乙烯管、酚醛塑料管石棉水泥管石棉水泥管石墨管不透性石墨管玻璃管、陶瓷管化工陶瓷管（耐酸陶瓷管、耐酸耐温陶瓷管、工业陶瓷）玻璃钢管环氧玻璃钢管、酚醛玻璃钢管、呋喃玻璃钢管衬里管衬里管橡胶衬里管、钢塑复合管、塑涂钢管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。碳素钢使用上限为450
5、，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。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。(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，Cr13SiAl，Cr17Al4Si，Cr22Ni4N，Cr22Ni20，Cr20Mn9Ni2Si2N(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
6、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(Mone1)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
7、-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0.6MPa；重型管1.0MPa；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
8、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。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(PPFRP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
9、。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。管路计算1.计算任务管道设计的计算任务为：确定管道的管径和管道系统的压力损失。2.计算程序及内容（1）绘制管道系统图，又称轴测图，在图中对管段进行编号，标注长度和流量。（2）选择管内流2.速以计算管径。流速选择的原则是：从技术和经济两方面来确定管内流速。当流量一定时，所选择的管内流速较高，则管径降低，材料消耗少，一次性投资减少。但是由于流速较高，压力损失也就较高，运行所需的动力消耗增加，也就是运行费用增加，管道和设备磨损
10、加大，噪声增加。反之，选择低流速所需的管径加大，材料消耗大，一次性投资增加，但压力损失小。因此，管道直径越小，阻力越大，在选择流速时要选择较低的流速。（3）确定管径流速确定后，可根据处理的流体流量计算出管径，计算方法如下。如果管道是圆管则，QSVd2V4式中Q流体体积流量，m3s；S管道横截面积，m2；V流体平均流速，ms；d管道直径，m。所以如果管道截面为方形则，SabQV式中，a与b分别为管道长边和短边，m。矩形管道一般是通风管道。(4)计算系统总压力损失a最不利管路的概念最不利管路是指压力损失最大的管路。如图所示为某一除尘系统管道。从图中可以看出，最不利管道是1234567，一般最不利管
11、道是从最远的管段开始。连续性方程伯努利方程阻力损失计算式管道布置设计一、管道布置设计的任务(1)确定车间中各设备管口方位和与之相连接管段的接口位置。(2)确定管道的安装连接和铺设、支承方式。(3)确定各管段(管道、管件、阀门及控制仪表)在空间的位置。(4)画出管道布置图，表示车间中所有管道在平面、立面的空间位置，作为安装依据。(5)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
12、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，或是枕式混凝土墩。敷设高度低，管道下方不通行。(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：
13、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。三、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。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、阻火器和水封等防火防爆装置，放
14、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。(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。
15、(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：1.41.6m3.安全生产(1)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
16、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道的布置。四、管道间距及坡度1.管道间距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110031000。输送粘度大的流体介质，坡度要大一些，可达1100。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1100051000。管道布置图管道布置图（管道安装图或配管图）表示车间内全部管道、管件、阀门、仪表和管架等的安装位置，管道与设备、厂房的相互关系。管道布置图是车间内部管道安装施工的依据。
