《化工管道设计》PPT课件.ppt

第八章 化工管道设计,一般，在化工装置工程建设中，管道设计工作量占工程设计总工作量40%，管道工程材料费用占设备材料总费用的20%，管道安装工时占施工总工时的40%以上，工艺生产装置能否长期安全运行与管道设计的好坏密切相关。,管道设计,一、设计原则 1、统筹规划合理布局:工艺,电气,仪表管线。2、保证正常生产、满足开（停）工及事故处理需要。3、运用先进技术，充分利用能源:热(冷)量充分利用。4、尽量集中布置便于安装检修:协调一致,便于操作。5、注意整齐美观:排列整齐,清洁美观。,第一节 设计原则及注意事项,二、注意事项,1、物料管道（凡输送原料,半成品,成品,废料等的管线统称为物料管道）,避免死角。坡度为3/1000-5/1000,含固体结晶为1/100。根据物料的性质来选择管材。管道阀门选择旋塞阀,球阀,截止阀。输送腐蚀性介质管道不得位于通道上方,法兰连接处要装护套,与其它管道保持一定距离,并略低一些。输送易凝固的物料管道应考虑吹扫和加热保温。防爆管道,易产生静电管道应注意安装接地。,根据蒸汽用量和压力选择管材规格。坡度为5/1000。适当地点应设置疏水器放水孔。适当地点应设置膨胀器。蒸汽加热设备的冷凝水应尽量回收。选定保温材料及保温层厚度。选定支架形式及其跨度。,2、蒸汽管道,充分考虑综合利用,尽量减少污水排放。合流式分流式。根据废水不同成分和组成,选择管道材料。废水中含有可燃性溶剂,应导入窨井回收。污水管道启闭器常选用旋塞或球阀。污水管道坡度为1/1000。,3、污水管道,4、真空管线.真空管道尽量短,避免过多曲折。.真空管道坡度为3/1000,避免死角。.真空管道启闭器常选用旋塞或球阀。.应有足够的强度及抗腐蚀能力。5、压缩空气管线.压缩空气应先进入储气罐,析出夹带的油和水。.仪表,分析用压缩空气,应经过除尘,脱水。.压缩空气管道坡度为4/1000。.压缩空气管道启闭阀常用球阀。,一、管道和管件的公称压力及公称直径系列 1、管道和管件的公称压力系列 碳钢在200,合金钢在250以下,最大的允 许工作压力(表压),称为公称压力PN(MPa）。2、管道和管件的公称直径系列 以外径表示钢管的直径，称为公称直径DN(mm)同一公称直径的钢管,外径相同,但内径随壁 厚而异。,第二节 管件选择与管径计算,耐酸陶瓷:耐酸,但强度低,热稳定性差。玻璃钢:耐酸碱,耐高温,强度高。硬聚氯乙烯:耐腐蚀,耐酸碱,电绝缘。聚四氟乙烯:耐腐蚀,耐酸碱,摩擦系数小。,二、材质与常用管道种类,1、材质 1)金属类：耐温范围大,耐压力高,有一定的耐腐蚀性。2)非金属类：耐腐蚀性好,品种多,资源丰富。,2、常用管道种类 1)钢管.有缝钢管:钢板卷焊而成,强度低,可靠性差。.无缝钢管:由管坯热轧而成,耐高温,高压。2)有色金属管 常见的是铜管和黄铜管,铅管和铅合金管,铝管和铝合金管,都无缝管,用作换热管,真 空管及输送酸性物料。3)非金属管 品种繁多如硬聚氯乙烯,聚四氟乙烯,玻璃钢。,1、焊接:施工方便,可靠不漏,成本低,尽量用焊接,管径大于32mm电焊,管径小于32mm气焊。2、螺纹连接:连接简单,拆装方便,成本低,但连接可靠性低,不宜用于易燃易爆有毒管线。3、法兰连接:连接强度高,拆装方便,密封可靠但费用高,用于大管径,密封要求高的管道。4、承插连接:用于供排水管,陶瓷管,水泥管。5、卡箍连接:金属插入非金属管后卡箍箍紧。,三、管道连接,1)旋塞:结构简单,操作方便,阻力小,但密封面易磨损。2)闸阀:流体阻力小开关力小,但结构复杂密封面易损。3)截止阀:结构简单,价格便宜,开关力大,密封性能差。4)节流发:外形小,重量轻,调节性能好,用于低温高压。,四、常用阀门和阀件的选择及阀门的标注,2、常用阀门和阀件的选择,1、阀门的标准、型号和标志:JB 308-75规定。,5)球阀:结构简单,开关力小,外形小,重量轻,阻力小。6)止回阀:介质不能倒流。7)减压阀:通过阀瓣时产生阻力,造成压力损失。8)安全阀:压力超过规定值时,自动开启泄压。9)隔膜阀:隔膜夹于阀体与阀盖之间,增加了密封强度。10)疏水阀:自动排出管道中的冷凝水。11)管道过滤器:Y型过滤器,用于疏水器前,或仪表前。,1、管径选择:当输送流体的能力一定时,管径的大小直接影响到经济效益。管径大:管壁,重量,阀门,管件加大,保温,基建费增加。管径小:流速增加,阻力增大,动力消耗大输送费增加。2、流速选取:液体流速一般不超过 3 m/s气体流速一般不超过 100 m/s具体选择时可从附录五中选取,五、流速选择与管径计算,3、管径计算：长管道要校核压力降,不符合要求调整流速和管径。4、管道压力降计算计算压力降的目的是为了选择合适的泵,压缩机,鼓风机等输送设备和校核选择流速或管径。用公式计算比较麻烦,工程上常用算图计算压力降。,15,d:管径为(mm)Q:流体的体积流量(m3/s)V:流体的平均流速（m/s）,一、管道隔热,第三节 管道隔热与热补偿,1.管道隔热的一般规定,（1）热力管道及其附件，凡表面温度大于50oC以上时，须考虑隔热，隔热后的管道外表温度不应超过下列数值：,（2）室外架空敷设的非干燥气体管道及附件，又处于0oC以下温度时，应考虑防冻。,室外管道，当温度25oC时为60oC，当气温25oC时为40oC。室内管道，当操作地点按25oC考虑时为50oC。,（4）所有可能在0oC以下的煤气管及气体气体管道的排水管必须进行隔热防冻。,（3）室外架空敷设的冷煤气管道，有处于0oC以下可能时，一般应按以下规定隔热、防冻。,当室外气温为0到-10oC时，DN300的管道应做隔热防冻。当室外气温为-10到-20oC时，DN500的管道应做隔热防冻。当室外气温为-20以下时，所有管道应进行隔热防冻。,2、保温材料选择,密度小，在450kg/m3以下机械强度大，一般可承受0.3MPa以上；导热系数小，350以下时导热系数小于0.14W/mK,化学稳定性好，耐腐蚀，耐火，膨胀小；能耐一定温度，对潮湿，水分的寝室有顶的抵抗力；价格便宜，易于施工。,按导热系数（W/mK）划分为：一级隔热材料 0.08；二级隔热材料；三级隔热材料；四级隔热材料,3、常用保温材料的特性与应用范围,保温材料的导热系数随温度的增加而增加。在高温管道可先包覆耐热性较高的保温材料,然后再敷以导热系数较小的保温材料。,参考：HG/T 206832005,4、隔热层厚度的选择,隔热层厚度的计算较为复杂，随厚度的增加，管道热量损失可以减少，但隔热的投资费和折旧费却在增加，一次需要进行经济核算来去顶最适宜的厚度。,Dw：管道或圆柱形设备的外径，mm；：隔热材料的导热系数，W/mK；t1：管道或圆柱形设备的外表面温度，oC；q：最大允许热损失，W/m（可参考相关标准）,1)隔热形式:除一般绝热隔热外,有时还采用夹套保温或伴热管保温,物料凝固点(或熔点)50时采用伴热管保温,150采用夹套保温。2)热载体的选择:常用的热载体有热水,蒸汽,烟道气,热空气,高温时用联苯混合物,熔盐。,5、隔热形式及热载体的选择,1、管道的热变形与热应力,二、管道的热补偿,管道的热膨胀,冷缩：L=Lt,若管道不能自由伸缩,将产生热应力。应力大小可由下式计算:=E=Et,L：线形热膨胀或体积热膨胀值；：材料膨胀系数；t：温度变化,E：材料弹性模量；：材料膨胀系数；t：温度变化,2）补偿器补偿：自然补偿达不到要求时,要采用补偿器补偿，常见的补偿器有形和U形两种。形补偿器应用最多，优点耐压可靠,补偿能力大，制造方便，缺点尺寸大，流体阻力大，安装时要预拉伸或预压缩。,1）自然热补偿：利用管道部置时的自然弯曲来吸收热伸长量，此弯段称自然热补偿器。有L形有Z形，自然热补偿可不用补偿器，简单经济。,2、管道的热补偿,一、管道支架类型和作用,第四节 管架的设计,1.固定式支架：在管道上不允许有任何的位移，紧卡在或固定在牢固的生根架上。一般使用在热管、冷管上直线很长的场合，为防止热膨冷缩位移量过大，在固定管架之间须设置补偿器或利用管道拐弯自然补偿。,2.活动支（吊）架：该支（吊）架用于管道的正常支撑，这种支（吊）架在支撑面上允许有纵向和横向的移动，是配管使用比较多的一种，根据管道允许跨度，确定其位置。,3.导向支架：又叫限位移支架，只限于某个方向的位移，一般仅允许轴向移动，不允许横向移动。多用于设备入口，铸铁阀门的两侧，以避免产生弯距；还用于波形伸缩器，高管伸缩器的直管线上，以保持轴向位移。,4.弹簧支（吊）架：利用弹簧的伸长或压缩，伴随管道垂直位移起支撑作用。一般布置在垂直管道的两侧和顶端，如水平管道受垂直管道的影响有上下位移的场合需要用弹簧支架。,各种支架类型、配件及图示参考：HG/T 21629-1999 管架标准图,二、管架宽度计算 W=f nS+A,W：管架总宽度，m；f：安全因素，按工艺流程图估计管数时，取f=1.5，按施工工艺图估算时，f=1.2；S：管道的平均距离，一般S=0.3，当管径0.25m时，取S=0.25；n：管件根数；A：扩建需要的预留宽度，需要仔细考虑，一般为0.7m。,W一般为6-8m，大于9m时要采用双层管架。管架宽度也收起下面布置的设备和通道影响。,三、管道支吊架载荷计算,不同支（吊）架形式、管道走向及阀门控制等，有不同的计算方法，可参考相关资料，如工程力学等。,a,b,A,B,C,G：承受的载荷，NQ：单位长度的基本载荷，N/m,确定管道支架时要预先考虑管道支架的载荷,水平直管无集中负荷时,三、管间距,1.各种情况的管间距可查相关手册，间距确定的一般考虑原则为：,无法兰不保温或保温、保冷管道，其突出部分净距离不小于80mm；有法兰的不保温管道，其突出部分的净距离不小50mm；法兰相错的管道，按大管道上有法兰与小管道无法兰考虑间距；管道最突出部分距墙壁或柱边的净空不小于100mm,3.并排管道上并排安装用手轮操作的阀门时，管间距离处考虑法兰大小及净距离外，还要考虑手轮大小及其净距离（一般选100mm），采用两者中较大值。,4.管道通过人行道时，最低点离地面不小于2m；离公路不小于4.5m；离铁路不小于6m；离厂交通干线一般为5m。,2.管道最突出部分距管架梁端部距离不小100mm，距管架柱距离也不小于100mm,一、几种常见设备的工艺配管 1、泵的管道布置：泵的吸入管要短,直,阻力小，入口安装临时过滤器（有永久除外）。,第五节 生产系统管道布置要求,吸入管的直径不应小于泵的入口，入口进泵为水平方向时，入口管道应配置偏心异径管，取顶平安装，以免形成气袋。泵的排出管一般均按止回阀，旁路管。往复泵,齿轮泵,旋涡泵在排出管设安全阀。蒸汽泵,计量泵,非金属泵入口处设过滤器。,1)管口方位 人孔：设在安全方便的操作侧，面对过道。回流孔：设置在配管区180的地方。塔顶出汽孔：靠近人孔的操作平台。再沸器接口:双出口尽量对称,避开塔封液板。仪表口:温度计压力计液位计在操作平台上方。2)塔的配管 塔平面配管:人孔的90、270扇区不排管。塔立面配管:主要反映管道,平台的标高走向。,2、塔的管道布置,1)管口方位,3、容器的管道布置,立式容器:分操作侧面和配管侧面,操作侧面有加料孔,视镜,压力表,温度计；人孔,气孔在顶部出料孔在底部。卧式容器:液体,气体进口在一端的顶部,液体出口在另一端的底部,蒸汽出口则在液体出口的顶上,人孔可在顶上,侧面或封头中心。,立式容器:,2)管道布置,卧式容器:,两设备一般不用直管连接。进料管设在设备前部。出料管在底部中心引出。,管口大多在一条直线上。阀门大多装在管口上。,1)管口布置和流体流动方向,4、换热器的管道布置,2)换热器的配管,管壳式换热器已标准化,有系列产品可供使用但管口大小,方位和安装结构由设计人员决定。,管箱面对操作通道，封头对管廊。仪表，阀门应靠进换热器，能在通道上操作。换热器两端和法兰周围应留出足够空间。,1、管道上放空 管道最高点应设置放空阀。管道最低点应设置排空阀。放空管直径一般取DN 20-40。2、设备上放空 放空管装在顶部能将气体放尽的位置。排空管装在底部能将液体放尽的位置。放空管直径一般取DN 20-50。,二、放空,三、取样:,取样口应设在操作方便,有代表性的地方,应装两个阀,易采用针形阀,高温取样应设冷却器。,四、吹洗:,吹洗管分半固定和固定两种,半固定为一短管,在吹洗时临时接上软管通入吹洗介质。,起动频繁时应设置双阀,特殊要求应设置双阀。,五、双阀的设置:,管道布置图又称配管图或管道安装图，它表示车间内外设备间管道的连接，阀门，管件及控制仪表等安装情况的详图，连同工艺管道一览表、管架表一起供施工安装使用。,第六节 管道布置图,一、有关资料准备 1、带控制点工艺流程图:满足工艺要求。2、总平面图:了解公用工程车间位置。3、车间建筑图:了解门,窗,柱,梁,楼梯位置。4、车间设备布置图:以设备布置平剖面图为据。5、设备图:根据设备管口安装不同管道与管件。6、梁板布置图和节点详图:管道穿过楼板位置。二、管道及配件安装设计的图例代号 参考相关资料 GB140-141-9,三、管道布置图的内容及表示方法 1、平、剖面配管图1:25、1:50、1:100。1)平、剖面配管图的表示方法 建筑物,构筑物,墙,柱,门,窗,孔,洞,沟,坑 用细实线画出,标注总体,定位,高度尺寸。细实线画出设备的轮廓,标注位号,管口代号。用粗实线画出管线,标注管径管材,物料代号。用细实线画出所有阀门,标注代号规格。以设备中心线,设备管口法兰,建筑物轴线,墙 壁为准,标注管道的定位尺寸。,进出车间管线应注明从何而来,到何而去。列出工艺管道一览表。2)管道在各个视图的表示方法 立管 弯头 三通 3)伴随管,夹套管的表示方法 伴随管 夹套管 4)其它情况的表示 坡度 管架 标清阀门,介质,管材,仪表的代号表。,2、透视图 该图是按轴侧投影原理绘制的一种局部立体图 样,立体感强,容易识读,利于施工。表示方法 1)设备可画外形,或只绘进出口和设备中心线。2)用粗实线画出管线,标注管段号,物料号,管 材,管径,标高,绘出管件阀门。,3、管段图 表达一个设备到另一个设备间一段管及所属 管件,阀门,仪表,控制点具体配置的情况,管 段图画法有两种。大管段图:一个设备到另一个设备透视图表达。小管段图:以法兰为界画一段管。4、管架图 供管架制造,安装用的图样,包括视图管架号,管架数,管托号及尺寸和零件编号,材料,数 量等。,5、管件图 供管件制造,安装用的图样,它完整地表达管 件的结构,尺寸。,作业题：,