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1、化工管路设计,管道是化工生产过程中不可缺少的部分,各种工艺物料、蒸汽、水以及气体都要用管道来输送； 设备与设备间的连接，要用管道来沟通； 据统计，管道安装的费用约占全厂化工设备总投资的15一20，化工管道的设计（计算）和敷设（布置）是化工厂常遇到的一个十分重要的普遍性问题,一、 管道设计基础,（1）施工图阶段深度的工艺及仪表流程图（PID图）； （2）公用工程系统流程图； （3）设备平面布置图和立面布置图； （4）非标设备施工图，定型设备的样本或详细安装图； （5）建构筑物平、立面布置图； （6）工程设计规范、管道等级表； （7）设备一览表； （8）其他技术参数（如水源、锅炉房蒸汽压力和压缩空
2、气站空气压力等）。,1 概述-设计依据,（1）依据管道设计规定，收集设计资料及有关的标准规范。 （2）根据工艺管道流程图（PID）进行管道设计。 （3）根据装置的特点，考虑操作、安装、生产及维修的需要，合理布置管路，做到整齐美观。 （4）根据介质性质及工艺操作条件，经济合理地选择管材。 （5）配置的管道要有一定的挠性，以降低管道的应力，对直径大于DN150，温度大于177的管道应进行柔性核算。 （6）管道布置中考虑安全通道及检修通道。 （7）输送易燃易爆介质的管道不能通过生活区。 （8）废气放空管应设置在操作区的下风向，并符合国家排放标准。,1 概述-设计原则,（1）管径 （2）地沟断面的决定
3、 （3）管道配置图 ： 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。,1 概述-设计内容,（4）提出下列资料：,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： 施工中应注意的问题; 各种介质的管子及
4、附件的材料; 各种管道的坡度; 保温油漆; 安装时采用的管件管架的标准; 施工中所必须遵循的规范。,二、管道的材料与规格,1、管路、管件的公称压力和公称直径,公称压力（Pg或PN） ：管路、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。,公称直径（Dg或DN） ：管子、管件和阀件的名义直径。般情况下，公称直径既非外径，亦非内径，而是与之相近的整数；某些情况下，如铸铁管的内径等于公称直径。,优质碳素钢制品公称压力（PN）和最大工作压力的关系,水、煤气输送钢管公称直径,管道等级代号的确定, 第三单元，表示相同的公称压力和类似的或相同的基本材料下的变化顺序号第二
5、单元，表示基本材质第一单元，表示法兰的公称压力。,例：1.6k1，2.5C3，10G1等 同一管道等级下有管子、管件、阀门、法兰。 2.5C3：PN2.5，材质12CrMo，阀门材质为铬钼钢。,2、管道等级,材料代号,A铸铁及硅铸铁；B 碳素钢；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；,3、材质与常用管道种类,金属管,1、铸铁管 常用作埋于地下的给水总管、煤气管及污水管等，亦可用来输送矿液及浓硫酸不可用铸铁管输送蒸汽及在压力下输送爆炸性与有毒害性的气体；铸铁管的公称直径有50、75、100、125、150、200、250、300、350、400
6、，450、500、600、700、800、900和1000mm多种，长度有2、3、4、5和6m，视管径而异 。,2、硅铁管 适用于输送公称压力2.5kgcm2以下的腐蚀性介质。高硅铁能耐强酸，而含铂的抗氯硅铁更可耐各种浓度、温度的盐酸。,3、水煤气管 用软钢焊成，分镀锌和不镀锌两种，镀锌的称为白铁管，不镀锌的称为黑铁管。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管道。,4、无缝钢管 特点是品质均匀和强度高，可用于输送有压力的物料、蒸汽、高压水、过热水以及输送燃烧性、爆炸性和有毒害性的物料，极限工作温度为435。 输送强腐蚀性或高温介质(可达900950)则用
7、合金钢或耐热钢制成的无缝钢管。,铜管与黄铜管 制造换热设备，亦有用作低温管道、仪表的测压管线或传送有压力的流体。 铝管 用来输送浓硝酸、醋酸、蚁酸等物料，或用作换热管，不抗碱。 铅管 用作硫酸管道或酸性物料管道，但由于强度低、重度大、抗热性差等缺点，巳逐步为耐酸合金管，尤其是为塑料管所代替。,有色金属管,1、陶瓷管 耐蚀性能很好，缺点是陶瓷性脆、机械强度低和不能耐温度剧变。 2、玻璃管 耐蚀，清洁，透明，易于清洗，流体阻力小和价格较低；缺点是耐压低、性脆易碎。玻璃管可用于温度为-30150的场合，温度骤变不得超过80。 3、硬聚氯乙烯管 对任何浓度的各种酸类、碱类和盐类浓液都稳定，但对强氧化剂
8、是不稳定。可用来输送60以下的介质。,非金属管,4.阀门的选择,1、旋塞 装置简单、启闭迅速、流体阻力小，可用于输送含有晶体和悬浮物的液体管路中；不适于调节流量、磨光旋塞费人工、旋转旋塞较费力，在高温时会由于膨胀而旋转不动。 2、闸阀 阻力小、易调节流量，但般用于大管道中作启闭阀；价贵、)制造和修理较困难、不易用非金属抗腐蚀材料制造、不得用于输送含用晶体和悬浮物的液体管道中。,3、截止阀 结构简单、维修方便、价格便宜、流量调节方便；密封性能差，开关力较大。 4、节流阀 用于需调节流量和压力的部位、但调节精度不高；适用于温度较低、压力较高的介质，不适合黏度大和含有固体颗粒的介质。 5、球阀 价格
9、比旋塞贵，比闸阀便宜，操作极为可靠，易密封，易调节流量；流体阻力大，不得用于输送含结晶和悬浮物的管道中，因固体悬浮物会积聚在阀盘、阀座间，阻止阀盘和阀座的闭合。,6、止逆阀(单向阀) 用来使介质只作单方间的流动。(1) 升降式：阻漏性能好，但阻力大，只能用于水平管道；(2) 摇板式（旋启式）：阻力小，只要保证摇板旋转轴线的水平，可任意地安装在水平、垂直或倾斜的管道上。 7、安全阀 根据介质工作压力自动启阀的阀件(1)杠杆式：使用可靠，体积庞大，安装时必须严格保持阀盘轴线的垂直；(2)弹簧式，结构精巧，可装于任何位置。,8、隔膜阀 用于输送悬浮液或腐蚀性流体。 9、疏水阀 用于排除设备、管道中的
10、凝结水、空气及其它不凝性气体，同时阻止蒸汽排出。,阀门的标准、型号和标志(p225),碟阀,截止阀,闸阀,止回阀,柱塞阀,过滤器,阀门类型选择表,5、管件,管件的分类,按用途分类表,各种管件举例,弯头,三通,异径管,法兰的密封面 宽面、光面、凹凸面、榫槽面和梯形槽面等。,管道法兰均按公称压力选用,5、管道连接,焊接：施工方便、可靠不漏，用于不需拆卸的管道连接。 螺纹连接： 简单，拆卸方便，成本低，可靠性差。 法兰连接 ：结合强度高，密封可靠，拆卸方便，费用高，适用于大管径、密封性要求高的管道连接。,4）承插连接：适用于埋地或沿墙敷设的供排水管，如铸铁管、陶瓷管和水泥管等。 5）卡箍连接： 适用
11、于金属管插入非金属管的连接。,6. 管径计算,(1)管子直径 的计算和选择,管内流体的常见速度范围,(2)最经济管径的选择,M：每年生产费用与原始投资费用之和;：每年消耗于克服管路阻力的能量费用; A：管路设备材料、安装、检修和维护费用的总和； P：设备每年消耗部分。,7. 管道保温,为了保持一定的温度，对不在常温下操作的设备及管道需要保温。对保温材料的基本要求为重度小，导热系数低（在0.18kcal/m.h.以下），能耐热或冷，易于施工并具有足够的机械强度。除以上技术特性外，还需考虑材料的来源，尽可能就地取材。,保温管道的热损失算图,(1)保温管道的热损失计算,qat0,例1管子外径为150
12、mm，保温层厚度为60mm，保温材料的导热系数为0.1 kcal/m.h.，管内流体温度为220，周围空气温度为20，求每m保温管子的热损失。 解：由管子外径、保温层厚度及导热系数查图得a1.12。再由管子外径、保温层厚度、导热系数及流体温度与周围空气温度差（220-2020）查得综合温度差t0167，每米保温管子的热损失为 qat01.12167187.04 kcal/mh,管道保温层材料厚度的计算较为复杂，随着厚度的增加，管道的热损失可以减小，但保温的投资费用和折旧费用增加，因而必须从经济核算来决定最适宜的厚度。,(2)管道保温层厚度的选择,保温材料的性质影响保温厚度的大小，在选用时，应使
13、保温厚度不超过最大允许值。,8.管道的热膨胀及其补偿,化工管道都是在室温下安装的，当操作温度与安装时的温度不同时，管子的长度就有伸缩。管道因温度变化t而引起的伸长为:,式中:线膨胀系数，钢为1210-6/。,(1)管道热膨胀,若管道两端固定，管道受到拉伸或压缩时，由温度变化而引起的热应力为：,（kg/cm2）,式中： E弹性模数，钢为2.1106kg/cm2。,对钢管而言，钢的许用拉应力800 kg/cm2，则最大许可温度变化为：,(2)补偿器的种类,自动补偿：自动补偿是利用管道现成转折所能承担的弹性弯曲与扭转，以补偿管道的热膨胀。在管道设计时，尽量利用自动补偿，有L形和Z形两种,补偿器补偿：
14、当自动补偿不足补偿热膨胀时，才采用其他补偿器。常用的有型、型等。,波纹式补偿器：波纹式补偿器适用于低压(真空至2kgcm2)，管径大于100mm，管道长度不大于20米的气体或蒸汽管道，补偿能力小，在最好条件下，每个波纹只能补偿1015mm，一个补偿器的波纹数为36个，对含尘气体，可在补偿器内加一一端固定的衬管，以减小流体阻力，避免灰尘积聚在器内。对蒸汽管道则应于每个波纹下安装凝液排除阀。,二、管道的布置,化工产品品种繁多，操作条件不一，要求较高，如高温、高压、真空或低温等，且被输送物料性质的复杂，如易燃、易爆、毒害性和腐蚀性等，对化工管道的安装难以作出统一的规程。,1. 管道敷设方式,架空敷设
15、,管道成排地集中敷设在管廊、管架或管墩上； 管道敷设在支吊架上； 玻璃管、有色金属管等特殊管道的支撑。,管道敷设的主要方式, 具有便于施工、操作、检查、维修、经济的特点,地下敷设,埋地敷设； 管沟敷设。,总要求：符合工艺要求和规范标准；整齐美观，横平竖直，成组成排；简洁明了，节省投资；,2. 管道布置基本要求,化工管道布置应符合下列要求： （1）必须符合PID图、进出装置的管道应与界区外管道连接相吻合； （2）确定管道与自控仪表及变送器等的位置，并不与仪表电缆碰撞； （3）管道与装置内的电缆、照明灯分区行走； （4）管道不影响设备吊装及安全设施； （5）管道应避开门、窗和梁； （6）管道布置应
16、保证安全生产，满足操作，维修方便和人，货道路畅通。,A.物料因素 (1)输送易燃、易爆、有毒及有腐蚀性的物料管道不得铺设在生活间、楼梯、走廊和门等处，这些管道上还应设置安全阀、防爆膜、阻火器和水封等防火防爆装置，并应将放空管引至指定地点或高过屋面2m以上。 (2)有腐蚀性物料的管道，不得铺设在通道上空和并列管线的上方或内侧。 (3)管道铺设时应有一定的坡度，坡度方向一般是沿物流的方向，坡度一般为1/100 - 5/1000。粘度小的液体物料管道可取5/1000左右，含固体的物料管道可取1/100左右。 (4）真空管线应尽量短，尽量减少弯头和阀门，以降低阻力，达到更高的真空度。,管道布置设计中应仔细考虑的问题,B 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，平行走直线，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排列。 (2)支管多的管道应布置在并行管线的外侧，引出支管时，气体管道应从上方引出，液体管道应从下方引出，管道应尽量避免出现“气袋”、“口袋”和“盲肠”。 (3)管道应尽量沿墙面铺设，或布置在固定在墙上的管架上，管道与墙面之间的距离以能容纳管件、阀门及方便安装维修为原则。,
