管道设计(共64页)

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1、第7章 管道设计,在药品生产中，水、蒸汽以及各种流体物料通常采用管道来输送。管道布置是否合理,不仅影响装置的基建投资,而且与装置建成后的生产、管理、安全和操作费用密切相关。因此,管道设计在制药工程设计中占有重要的地位。,管道设计的内容,管道设计的基础资料,1. 管道设计概述,管道设计已具备的基础资料有： 施工阶段带控制点的工艺流程图 设备一览表 设备的平面布置图和立面布置图 定型设备样本或安装图,非定型设备设计简图和安装图 物料衡算和能量衡算资料 水、蒸汽等总管路的走向、压力等情况 建(构)筑物的平面布置图和立面布置图 与管道设计有关的其它资料,如厂址所在地区的地质、水文资料等。,1.1 管道

2、设计的基础资料,管道设计一般包括以下内容： 选择管材 管路计算 管道布置设计 管道绝热设计 管道支架设计 编写设计说明书,1.2 管道设计的内容,7.2.1 公称压力和公称直径,7.2.2 管道,7.2.3 阀门,7.2.4 管件,2. 管道、阀门及管件,公称压力和公称直径是管子、阀门及管件尺寸标准化的两个基本参数。 1.公称压力 公称压力是管子、阀门或管件在规定温度下的最大许用工作压力(表压)。公称压力常用符号Pg表示，可分为12级。 表1 公称压力等级,2.1 公称压力和公称直径,2.公称直径 公称直径是管子、阀门或管件的名义内直径，常用符号Dg表示，如公称直径为100mm可表示为Dg10

3、0。 公称直径并不一定就是实际内径。例如，管子的公称直径既不是它的外径，也不是它的内径，而是小于管子外径的一个数值。管子的公称直径一定，其外径也就确定了，但内径随壁厚而变。,表2 无缝钢管的公称直径与外径 单位：mm,对法兰或阀门而言，公称直径是指与其相配的管子的公称直径。如Dg100的管法兰或阀门，指的是连接公称直径为100mm的管子用的管法兰或阀门。 各种管路附件的公称直径一般都等于其实际内径。,1. 常用管子 2. 管道连接 3. 管道的热补偿 4. 管道油漆及颜色 5. 管道验收,2.2 管道,钢管 钢管包括焊接(有缝)钢管和无缝钢管两大类。 焊接钢管：通常由碳钢板卷焊而成，以镀锌管较

4、为常见。焊接钢管的强度低，可靠性差，常用作水、压缩空气、蒸汽、冷凝水等流体的输送管道。 无缝钢管可由普通碳素钢、优质碳素钢、普通低合金钢、合金钢等的管坏热轧或冷轧(冷拨)而成，其中冷轧无缝钢管的外径和壁厚尺寸较热轧的精确。无缝钢管品质均匀、强度较高，常用于高温、高压以及易燃、易爆和有毒介质的输送。,1. 常用管子,有色金属管 在药品生产中，铜管和黄铜管、铅管和铅合金管、铝管和铝合金管都是常用的有色金属管。 铜管和黄铜管可用作换热管或真空设备的管道 铅管和铅合金管可用来输送1565%的硫酸 铝管和铝合金管可用来输送浓硝酸、甲酸、醋酸等物料。,非金属管,无机非金属管,有机非金属管,橡胶管、聚丙烯管

5、、硬聚氯乙烯管、聚四氟乙烯管、耐酸酚醛塑料管、不透性石墨管等,玻璃管、搪玻璃管、玻璃钢管、陶瓷管等,卡套连接 常用于小直径(40mm)管道、阀门及管件间的连接，具有连接简单、拆装方便等优点，常用于仪表、控制系统等管道的连接。 螺纹连接 常用于小直径(50mm)低压钢管或硬聚氯乙烯管道、管件、阀门间的连接。具有连接简单、拆装方便、成本较低等优点,但连接的可靠性较差,螺纹连接处易发生渗漏,因而不宜用作易燃、易爆和有毒介质输送管道之间的连接。,2. 管道连接,焊接 药品生产中最常用的一种管道连接方法，具有施工方便、连接可靠、成本较低的优点。凡是不需要拆装的地方，应尽可能采用焊接。所有的压力管道，如煤

6、气、蒸汽、空气、真空等管道应尽量采用焊接。 法兰连接 常用于大直径、密封性要求高的管道连接,也可用于玻璃管、塑料管、阀门、管件或设备之间的连接。法兰连接的优点是连接强度高,密封性能好，拆装比较方便。缺点是成本较高。,管道的安装都是在常温下进行的，而在实际生产中被输送介质的温度通常不是常温，此时，管道会因温度变化而产生热胀冷缩。当管道不能自由伸缩时，其内部将产生很大的热应力。管道的热应力与管子的材质及温度变化有关，而与管道长度无关。所以，不能因为管子短而忽视热应力。 为减弱或消除热应力对管道的破坏作用，在管道布置时应考虑相应的热补偿措施。,3. 管道的热补偿,一般情况下，管道布置应尽可能利用管道

7、自然弯曲时的弹性来实现热补偿，即采用自然补偿。有热补偿作用的自然弯曲管段又称为自然补偿器。 (a) L形补偿器 (b) Z形补偿器,若使用温度低于1000C或公称直径不超过50mm的管道，一般可不考虑热补偿。 表3 可不装补偿器的最大直管长度,当自然补偿不能满足要求时，应考虑采用补偿器补偿。补偿器的种类很多。 (a) U形 (b) 波形(单波) 图2 常用补偿器,彻底除锈后的管道表层应涂红丹底漆两道，油漆一道。 需保温的管道应在保温前涂红丹底漆两道，保温后再在外表面上油漆一道。 敷设于地下的管道应先涂冷底子油一道，再涂沥青一道，然后填土。 不锈钢或塑料管道不需涂漆。,4. 管道油漆及颜色,表4

8、 常见管道油漆颜色,安装完成后的管道需进行强度及气密性试验。,5. 管道验收,水压试验 气密性试验,常用阀门,阀门的选择,2.3 阀门,(1) 旋塞阀 具有结构简单、启闭方便快捷、流动阻力较小等优点。旋塞阀常用于温度较低、粘度较大的介质以及需要迅速启闭的场合，但一般不适用于蒸汽和温度较高的介质。由于旋塞很容易铸上或焊上保温夹套，因此可用于需要保温的场合。此外，旋塞阀配上电动、气动或液压传动机构后，可实现遥控或自控。,图3 旋塞阀,1. 常用阀门,(2) 球阀 内有一可绕自身轴线作900旋转的球形阀瓣,阀瓣内设有通道。球阀结构简单,操作方便,旋转900即可启闭。球阀的使用压力比旋塞阀高,密封效果

9、较好,且密封面不易擦伤,可用于浆料或粘稠介质。,图4 球阀,图5 闸阀,(3) 闸阀 内有一与介质的流动方向相垂直的平板阀心，利用阀心的升起或落下可实现阀门的启闭。其优点是不改变流体的流动方向，因而流动阻力较小。闸阀主要用作切断阀，常用作放空阀或低真空系统阀门。闸阀一般不用于流量调节，也不适用于含固体杂质的介质。缺点是密封面易磨损，且不易修理。,图6 截止阀,(4) 截止阀 其阀座与流体的流动方向垂直，流体向上流经阀座时要改变流动方向，因而流动阻力较大。截止阀结构简单，调节性能好，常用于流体的流量调节，但不宜用于高粘度或含固体颗粒的介质，也不宜用作放空阀或低真空系统阀门。,摇板式止回阀,升降式

10、止回阀,(5) 止回阀 内有一圆盘或摇板，当介质顺流时，阀盘或摇板即升起打开；当介质倒流时，阀盘或摇板即自动关闭。因此，止回阀是一种自动启闭的单向阀门，用于防止流体逆向流动的场合，如在离心泵吸入管路的入口处常装有止回阀。止回阀一般不宜用于高粘度或含固体颗粒的介质。,图7 止回阀,(6) 疏水阀 疏水阀的作用是自动排除设备或管道中的冷凝水、空气及其它不凝性气体，同时又能阻止蒸汽的大量逸出。因此，凡需蒸汽加热的设备以及蒸汽管道等都应安装疏水阀。,一般情况下，阀门可按以下步骤进行选择： (1) 选择阀门材质。 (2) 确定阀门的公称压力。 (3) 选择密封面材质。密封面材质的最高使用温度应高于工作温

11、度。 (4) 确定阀门的公称直径。 (5) 选择阀门的连接形式。 (6) 确定阀门的类别、结构形式和型号。,2. 阀门的选择,管件是管与管之间的连接部件，延长管路、连接支管、堵塞管道、改变管道直径或方向等均可通过相应的管件来实现，如利用法兰、活接头、内牙管等管件可延长管路，利用各种弯头可改变管路方向，利用三通或四通可连接支管，利用异径管或内外牙可改变管径，利用管帽或管堵可堵塞管道等。,2.4 管件,450弯头 (b) 900弯头 (c) 回弯头 (d) 三通 (e) 四通 (f) 变径,(g) 管帽 (h) 管塞 (i)法兰 (j) 内牙管 (k) 内外牙 (l) 活接头 图8 常用管件,3.

12、 管道布置中的常见技术问题,一、管道敷设 二、管道排列 三、管路坡度 四、管路高度 五、安装、操作和检修 六、管路安全,一、管道敷设,1.管道既可以明敷，也可以暗敷。一般化工车间内的管道多采用明敷，以减少投资， 并有利于安装、操作和检修。有洁净要求的车间，动力室、空调室内的管道可采用明敷， 而洁净室内的管道应尽可能采用暗敷。 2.应尽量缩短管路的长度，并注意减少拐弯和交叉。多条管路宜集中布置，并平行敷设。,一、管道敷设,3.明敷的管道可沿墙、柱、设备、操作台、地面或楼面敷设，也可架空敷设。暗敷管道常敷设于地下或技术夹层内。 4.陶瓷管的脆性较大，敷设于地下时，距地面的距离不能小于0.5m。,一

13、、管道敷设,5.架空敷设的管道在靠近墙的转弯处应设置管架。靠墙敷的管道，其支架可直接固定于墙上。 6.塑料管等热膨胀系数较大的管道不能坚固于支架上。输送蒸汽或高温介质的管道， 其支架宜采用滑动式。,二、管道排列,管道的排列方式应根据生产工艺要求以及被输送介质的性质等情况进行综合考虑。 1.小直径管道可支承在大直径管道的上方或吊在大直径管道的下方。 2.输送热介质的管道或保温管道应布置在上层；反之，输送冷介质的管道或不保温管道应布置在下层。,二、管道排列,3.输送无腐蚀性介质、气体介质、高压介质的管道以及不需经常检修的管道应布置在上层；反之，输送腐蚀性介质、液体介质、低压介质的管道以及需经常检修

14、的管道应布置在下层； 4.大直径管道、常温管道、支管少的管道、高压管道以及不需经常检修的管道应靠墙布置在内侧；反之，小直径管道、高温管道、支管多的管道、低压管道以及需经常检修的管道应布置在外侧。,三、管路坡度,管路敷设应有一定的坡度，坡度方向大多与介质的流动方向一致，但也有个别例外。 管路坡度与被输送介质的性质有关，常见管路的坡度可参照下表中的数据选取。,表5 常见管路的坡度,四、管路高度,管路距地面或楼面的高度应在100mm以上，并满足安装、操作和检修的要求。当管路下面有人行通道时，其最低点距地面或楼面的高度不得小于2m。当管路下布置机泵时，应不小于4m；穿越公路时不得小于4.5m；穿越铁路

15、时不得小于6m。上下两层管路间的高度差可取1000、1200、1400mm。,五、安装、操作和检修,1.管道的布置应不挡门窗、不防碍操作，并尽量减少埋地或埋墙长度，以减轻日后检修的困难。 2.当管道穿过墙壁或楼层时，在墙或楼板的相应位置应预留管道孔，且穿过墙壁或楼板的一段管道不得有焊缝。 3.管路的间距不宜过大，但要考虑保温层的厚度，并满足施工要求。一般可取 200、250 或 300mm。管外壁、法兰外边、保温层外壁等突出部分距墙、柱、管架横梁端部或支柱的距离均不应小于100mm。,五、安装、操作和检修,4.在管路的适当位置应配置法兰或活接头。小直径水管可采用丝扣连接，并在适当位置配置活接头

16、；大直径水管可采用焊接并适当配置法兰，法兰之间可采用橡胶垫片。 5.为操作方便，一般阀门的安装高度可取1.2m，安全阀可取2.2m，温度计可取1.5m，压力计可取1.6m。 6.输送蒸汽的管道，应在管路的适当位置设分水器，以及时排出冷凝水。,六、管路安全,1.管路应避免从电动机、配电盘、仪表盘的上方或附近通过。 2.若被输送介质的温度与环境温度相差较大，则应考虑热应力的影响，必要时可在管路的适当位置设补偿器，以消除或减弱热应力的影响。 3.输送易燃、易爆、有毒及腐蚀性介质的管路不应从生活间、楼梯和通道等处通过。 4.凡属易燃、易爆介质，其贮罐的排空管应设阻火器。 5.室内易燃、易爆、有毒介质的排空管应接至室外，弯头向下。,4. 管道布置技术,常见设备的管道布置 1. 容器 2. 泵