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1、1,由图思考： 什么叫管道？ 配管设计的内涵是什么？,第六章 配管设计,2,管道是用管子、管子联接件和阀门等联接成的用于输送气体、液体或带固体颗粒的流体的装置 。在化工装置中，管道是联接PID中各设备的通道，也是按照工艺流程顺序保证物料流向的装置。 管道联接件是连接管道的部件，也称管件。如弯头(肘管)、法兰、三通管、四通管(十字头)和异径管(大小头)等。,管道的定义：,3,所谓配管设计，就是按照PID的要求对工艺管线、公用工程管线、地下管线按照操作、维修（设备及管线）、安全，并考虑经济、美观、安全等因素进行合理的布置。即对设备进行配管（即配置管子、管件和阀门等），对管线走向与支承等进行布置设计
2、。,配管设计的内涵：,4,5,工艺专业管道设计的内容：,(1)管径：选择各种介质管道的材料并计算管径和管壁厚度。 (2)地沟断面的决定：地沟断面的大小及坡度应由管子的数量、规格和排列方法来决定。 (3)管道的配置：根据施工图阶段工艺流程，结合设备布置及设备施工图进行管道的配置。管道配置图应包括平面图和立面图，其要求有：a)以代号或符号表示介质名称、管子材料和规格、介质流向以及管件、阀件、汽水分离器、补偿器等;b)注明管道的标高和坡度,标高以地平面为基准面,或以楼板为基准面；c) 同一水平面或同一垂直面上有数种管道安装时应予以注明；d)绘出地沟的轮廓线;e)管架敷设情况。,6,(4)提出下列资料
3、： a)将各种断面的地沟长度提供给土建； b)将车间上水、下水、冷冻盐水、压缩空气及蒸汽等管道管径及要求(如温度、压力等条件)提供给公用工程； c)统计各种介质管道(包括管子、管件及阀件等)的材料、规格和数量； (5)编写施工说明书：施工说明书包括施工中应注意的问题，各种介质的管子及附件的材料，各种管道的坡度，保温油漆等要求及安装时采用的不同种类的管件管架的标准等，以及施工中所必须遵循的规范。,工艺专业管道设计的内容：,7,明确一个任务： 配管设计的任务 掌握二个技术： 配管技术与管道布置技术 熟练一个技能： 管道布置图的绘制技能,本章学习目的：123工程,8,6.1 管道选择示例,（一）选择
4、条件 （二）计算与选择 （三）热补偿和绝热保温,9,（一）选择条件,选择条件： 由物料衡算和能量衡算得，某泠却工段的换热器(H-101)的进料量为24m3/h，料液性质和水相近。 试选管道,对某泠却工段的换热器进料管进行选择,10,（二）计算与选择,管径的计算公式为,1、管径的计算与选择,式中d管道内径，mm v s物料体积流量，m3/h u物料平均流速，m /s,水的流速范围为0.53.0m3/h，泵的出口管线水类液流速为1.53m/s。 料液性质与水相近，取u=2.0m/s,11,管内流速表,12,管内流速表,13,（二）计算与选择,1、管径的计算与选择,代入计算得d65mm,因料液腐蚀性
5、不强，温度不高，可选用无缝钢管（碳钢）。换热器压强不高，选薄壁管即可。 按热扎无缝钢管规格GB8163-87 选取764(DN65)的无缝钢管,流速验算：,（合理）,管子间采用法兰连接或焊接,14,（二）计算与选择,料液性质与水相近，而且需调节流量和压力，采用一般的直流式铸铁截止阀 （DN65即可） 由于此管还是泵的出口管，最好还水平设置 一个升降式止回阀,2、管阀件的选取,15,（三）热补偿和绝热保温,因料温不高，管径小，无支管，可不作详细的应力计算 采用弯管、Z形管自然补偿即可 因为料液本身就要泠却，而且泠却后出口温度接近室温 故不需保温,16,6.2 化工管路设计基础,（一）管子、管件与
6、阀门 （二）管路基础设计步骤 （三）管路阻力计算 （四）管路的胀缩补偿 （五）管道的防腐、标志及保温 (六) 管架设计,17,（一）管子、管件与阀门,1、化工用管（见下表）,管子类别,适用场合,铸铁管,常用作埋于地下的给水总管及污水管，化工厂用来输送碱液及硫酸,硅铁管,高硅铁能输送强酸，含钼的抗氯硅铁可输送各种含量、温度的盐酸,可输送有压力的物料、水蒸气、高压水、过热水以及可燃性和有爆炸危险的有毒性的物料,无缝钢管,水煤气管,常用作给水、煤气、暖气、压缩空气、真空、低压蒸汽和凝液以及无侵蚀性物料的管道,18,（一）管子、管件与阀门,2、化工管路常用阀门（见下表）,阀门类别,功能与用途,闸 阀,
7、可切断和调节流量；用于各种气体和液体管路上，但不宜用于含固体物的流体管路，也不宜用于输送腐蚀性流体的管路。其尺寸较大、价格高,截止阀,可调节流量；应用广泛，不适于带颗粒和粘度较大的介质。其公称直径200,可节流，调节流量和压力；主要用于仪表调节流量和节流用，也可作取样用，不适用粘度大和含固体颗粒的介质。其公称直径25,节流阀,旋 阀,可制成三通或四通路阀门作分配换向用，用于含悬浮物和固体杂质的管路（低温）。DN 200,19,2、化工管路常用阀门（见下表）,阀门类别,功能与用途,球 阀,与旋阀相仿，但小，不能作调节流量用。适用于低温高压及粘度大的介质和要求开关迅速的部位,隔膜阀,可调节流量；适
8、用于酸、碱性和带悬浮物的介质。但橡胶膜的材质不适用高于60及有机剂和强氧化剂的介质,特用于高压操作和要求精确调节流量的管路,针形阀,安全阀,能使设备自动泄压而防止超压爆炸；一般用在锅炉上,止逆阀,其作用是防止倒流。故在锅炉进水、往复泵的进出口管路上设止逆阀,减压阀,能自动将高压减为低压；通常用于加压水蒸气和压缩空气管路上,其作用是排除泠凝液而不让气体排出；一般用于蒸汽管路上或蒸汽加热器的泠凝水排除管路上。,疏水器,20,安全阀,截止阀,21,（一）管子、管件与阀门,3、化工管路常用管件（见下表）,管件名称,作用与规格,弯 头,改变流向；其规格有45、60、 90、180,直管连接处,活接头,法
9、兰盖、盲板,封闭管路,三四通、Y形管,管路分流,异径管,改变管径,22,弯 头,三通管,23,异径管,活接头,24,螺纹接头,金属法兰,法兰及垫片,25,（一）管子、管件与阀门,4、管道连接方法（见下表）,连接方法,特点与使用场合,焊 接,成本低、方便、可靠；特别适用于大口径的长管道连接，但拆装不便,螺纹连接,结构简单、装拆方便；主要用于小直径的水煤气钢管的连接，在化工厂只用于上下水、压缩空气管道的连接。,法兰连接,强度高、装拆方便、密封可靠；适用于各种温度、压力的管道，但费用较高,其他连接,如承插式、填料函式连接等,26,（一）管子、管件与阀门,5、公称直径与公称压力,公称直径用符号DN或D
10、N表示 它与管子的实际内径相近，但不一定相等。 凡是同一DN的管子，外径必定相同，但内径因壁厚不同而异。例如573.5mm和574.5mm的无缝钢管，DN均为50mm，但内径却分别为50mm，48mm 目前水煤气钢管的DN用英寸表示，如2表示DN2英寸,公称压力符号为PN或PN，是管道、管件、阀门在一定温度范围内的最大允许工作压力。,27,（二）管路基础设计步骤,选择管材,选择介质流速,确定管径,确定管子连接方式,选择阀门、管件,28,（二）管路基础设计步骤,选择管材,考虑输送介质（如腐蚀性、含固体颗粒与否等）、流动状态、温度等因素，参照材料价格和供应情况，同时满足经济、安全性，决定采用何种材
11、质。 如清水类介质选碳钢即可 腐蚀性强的物料选耐腐材料或衬耐腐衬 里的钢管 工作温度、压力不大的场合可用塑料管,29,（二）管路基础设计步骤,选择介质流速 根据介质、输送状态及设备流量，从有关管内流体常用流速表中选取经济合理的流速,确定管径 利用管径公式计算 也可通过流速-流量-管径算图估算 有时应直接根据设备接管资料确定,30,流速-流量-管径算图,31,（二）管路基础设计步骤,确定管径 由上述三种方法得到的管子内径，应调整到相应（稍偏大）的公称直径，由有关标准查出壁厚、外径等。,然后，验算流速和壁厚,焊接系数 无缝： =1 有缝: =0.8 螺旋焊缝 =0.6,管材许用应力 k Pa (可
12、查手册),壁厚附加量 mm,管内压力 k Pa,管子外径 mm,32,（二）管路基础设计步骤,确定管子连接方式 根据管材、管径、介质性质、压力、用途及使用状态确定,如38mm时采用丝扣连接 45mm以上用对焊连接 小直径水、煤气管和上下水管、压缩空气管等，且温度、压力都不高可用螺纹连接 法兰连接检修方便、广泛适用，但费用较高,33,（二）管路基础设计步骤,选择阀门、管件,要考虑流体特性、工作压力、要求功能 （如流量调节、切换、控制等）、阻力损 失 和安全因素,只需切断时用球阀、旋阀、闸阀 需调节流量或压力时用节流阀、截止阀 气体或大管且要求不严时用选蝶阀 管件材质一般与连接的管子相一致，但牌号
13、不一样,34,（二）管路基础设计步骤,选择阀门、管件,管件选取见下表,35,选择阀门、管件,管材及阀门型式等的选取示例见下表,36,（三）管路阻力计算,计算的目的：,一是根据介质流量及允许的压力降来确定管径 (初步设计阶段,带有一定的盲目性) 二是根据管径和流量来验算压力降,核算所选泵、风机 等输送设备及标高是否合理 （一般在布置设计后核算）,一般做法：,选几段典型管道（如某些重要管道或很长的管道）进行计算,自由压头 取2-3m,动压头（低速可略）,管路总阻力,位压头 以不最利点计,37,（四）管路的胀缩补偿,管路的热伸长量计算式：,1、补偿原理,热伸长量，m,管路安装时的最高温度，,管路工作
14、时的最高温度，,管路长度，m,管材的线膨胀系数，/,38,管路位移补偿,2、补偿方法,（四）管路的胀缩补偿,为解决管路的热胀泠缩问题，通常在固定支架间将管段弯成“L”型或“Z”型（见下图），这样直管段的热伸长，由与其垂直的管段的弹性变形来补偿,39,管路位移补偿,L形(平面)a:原管系;b c:改变效果好;d e:有一定弹性;f g:改变不允许的; h i:改变无效果,Z形(空间) a:原管系;b :改变有效果;c:效果最好；d:弹性减少,最差;e:效果不好,40,补偿器补偿,2、补偿方法,（四）管路的胀缩补偿,常用“”型、“”型、“波型”、“填料式”等 “”型、“”型常用在蒸汽管路上 “波型
15、”用在管径较大的管路中 “填料式”多用于铸铁管路和其他脆性材料管路中,41,常见的管道涂色标志如见下表所示：,（五）管道的防腐、标志及保温,2、管道的标志,42,（五）管道的防腐、标志及保温,在管外包覆绝热材料 （按需要查手册选取） 伴热管或夹套管保温 适于保温材料不能满足保温要求的场合，管路长度尽可能在1Km以下 当输送凝固点小于50的腐蚀性、热敏性介质时，用伴热管保温 当输送凝固点高于50时，用夹套管保温,3、管道的保温措施,43,电热带保温 适用于周围无蒸汽管道,而且介质无防火防爆要求的加热保温系统 随着耐热绝缘材料的发展,电热带保温逐渐增加了经济性,国外已得到了广泛的应用。,（五）管道
16、的防腐、标志及保温,3、管道的保温措施,44,4、绝热材料 要求所选材料导热系数低，即0.21W/(m)，吸水性差，坚固耐用，密度小价廉易得，加工安装方便。 考虑输送介质温度和绝热材料粘结剂的耐热温度 保温材料不腐蚀管子。如含高的水泥珍珠岩不能用于不锈钢管的保温 保温材料不易被物料腐蚀 高温管道上先覆以耐热性较高的保温材料，然后再覆耐热性差而导热系数小的保温材料 保温层外应包铁皮、铝皮、铝塑复合膜、铁丝网、水泥、织物或油毛毡等作保护层,（五）管道的防腐、标志及保温,45,确定保温层的厚度,（五）管道的防腐、标志及保温,4、绝热材料,46,一般室外管路较长，往往要穿过马路、厂房及其它构筑物，需要架空或敷设在地沟里。 而且都要把许多管路集中排列放在专门支承管路的管架上 管架还分上、下几层,（六）管架设计,室内管路一般都是利用厂房的柱子、墙壁、楼板以及机械设备本身的构件来支撑、吊挂等方法来固定管路,47,常见的管架如下图所示,（六）管架设计,、室外管架,48,常用的管架如下图所示,（
