第九章管道設(shè)計(jì)與布置

1、第三部分第三部分 發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)發(fā)酵工廠工藝設(shè)計(jì)第十七章第十七章 管道設(shè)計(jì)與布置管道設(shè)計(jì)與布置 17.1 概概 述述 17.2 工藝管道工藝管道的設(shè)計(jì)計(jì)算的設(shè)計(jì)計(jì)算 17.3 管道管道布置設(shè)計(jì)布置設(shè)計(jì)17.1 概概 述述一、管道布置設(shè)計(jì)的意義物料輸送、設(shè)備連接工廠設(shè)計(jì)的一個(gè)組成部分和重要內(nèi)容 關(guān)系到建設(shè)指標(biāo)、生產(chǎn)操作等問題；在施工圖階段，工作量最大、花時(shí)間最多；二、管道設(shè)計(jì)與布置的內(nèi)容和步驟（一）內(nèi)容管道的設(shè)計(jì)計(jì)算管道的布置（二）步驟1、管道材料的選擇；2、介質(zhì)流速的選擇；3、管徑的選擇；4、管壁厚度的確定；5、確定管道的連接方式； 等徑連接，不等徑連接；6、選閥門和管件； 合適的彎頭、三通

2、、異徑管、法蘭， 各種閥門7、選管道的熱補(bǔ)償器；熱膨脹長度小：轉(zhuǎn)彎、支路、固定等自然補(bǔ)償方式；熱膨脹長度大：波形、方形、弧形、套筒形等熱補(bǔ)償方式；8、絕熱形式、絕熱厚度及保溫材料的選擇；9、管道的布置； 敷設(shè)方式：明裝或暗設(shè)；10、計(jì)算管道的阻力損失：計(jì)算幾段典型管道；11、選擇管架及固定方式；12、確定管架跨度；13、選擇管道固定用具；14、繪制管道圖；15、編制綜合匯總表；16、選擇管道防腐措施；17.217.2 工藝管道的設(shè)計(jì)計(jì)算工藝管道的設(shè)計(jì)計(jì)算一、管子、管件和閥門的選擇（一）公稱直徑、公稱壓力 管子、法蘭和閥門標(biāo)準(zhǔn)化的基本參數(shù)；1、公稱直徑定義 為了使管子、法蘭和閥門等連接尺寸統(tǒng)一，

3、將管子和管道用的零部件的直徑加以標(biāo)準(zhǔn)化后的標(biāo)準(zhǔn)直徑，稱為公稱直徑，以Dg表示。其后附公稱直徑的尺寸；管子的公稱直徑 與管子的外徑接近但小于外徑的數(shù)值； 如：管子Dg150，外徑159mm；法蘭和閥門的公稱直徑 指與它們相配的管子的公稱直徑；管路的各種附件和閥門的公稱直徑 一般等于附件和閥門的實(shí)際直徑；2、公稱壓力定義 把管子、法蘭和閥門等所承受的工作壓力分成若干規(guī)定的壓力等級，稱為公稱壓力，一般大于或等于實(shí)際工作壓力，以Pg表示；如公稱壓力為25105Pa，表示為Pg25；根據(jù)Dg和Pg 選擇標(biāo)準(zhǔn)管道、法蘭和閥門，以及密封結(jié)構(gòu)和材料公稱壓力分類 低壓：2.5、6、10、16（ 105Pa）；

4、中壓：25、40、64、100（ 105Pa）； 高壓：160、200、250、300（ 105Pa）；（二）管材的選擇根據(jù)輸送介質(zhì)的溫度、壓力以及腐蝕情況進(jìn)行選擇常用管材 普通碳鋼、合金鋼、不銹鋼、鑄鐵、銅、鋁以及非金屬材料等；1、鋼管（1）無縫鋼管 碳鋼； 輸送帶壓力的物料、蒸汽、壓縮空氣； 熱扎：外徑32600mm，壁厚2550mm； 冷拉：外徑4150mm，壁厚112mm；（2）電焊鋼管螺旋電焊鋼管 碳鋼板條；用于大口徑（200）的低溫低壓管道；鋼板卷管 碳鋼板；用于大口徑（600）的低溫低壓管道；（3）水煤氣鋼管 碳鋼； 鍍鋅與否（白鐵管和黑鐵管）； 用于低溫低壓水道；（4）不銹鋼管

5、 用于輸送有腐蝕性介質(zhì)、氨水、酸、堿等；2、鑄鐵管 用于室外給水或室內(nèi)排水，輸送堿液、濃硫酸；3、有色金屬管 銅管、黃銅管；鋁管；4、非金屬管（1）硅酸鹽材料管陶瓷管、玻璃管 耐腐蝕性好，耐壓低，性脆易碎；鋼筋混凝土管、石棉水泥管 用于室外排水；（2）塑料管（硬）聚氯乙烯（卷）管 用于輸送溫度在60以下的腐蝕性介質(zhì)；軟聚氯乙烯管、酚醛塑料、聚四氟乙烯管等（3）橡膠管 耐酸堿，抗腐蝕性好，可任意彎曲；作臨時(shí)管道；（三）管件與閥門管件（管路附件） 短管、彎頭、三通、異徑管、法蘭、盲板、閥門等1、彎頭 改變管路的方向，有90、45、180彎頭；2、三通 用于兩條管道連通、或需旁路分流時(shí)，3、短接管和

6、異徑管（大小頭）4、法蘭、活絡(luò)管接頭、盲板 用于可拆連接； 手孔、人空或有的管端用盲板；5、閥門 用來調(diào)節(jié)流量，切斷或切換管道，對管道起安全、控制作用；旋塞閥 用于溫度和壓力較低或介質(zhì)含顆粒或懸浮物的流體管道中，介質(zhì)黏度較低；截止閥 常用于水、蒸汽、壓縮空氣、真空、油品介質(zhì)；閘閥 一般用于大管道中做啟閉閥；隔膜閥 適應(yīng)于輸送酸性介質(zhì)和帶懸浮物的流體管道； 在發(fā)酵工業(yè)中常用；橡皮隔膜應(yīng)耐高溫；球閥 常用于發(fā)酵罐的配管中；針形閥 控制流量，發(fā)酵中常用于取樣管道；止回閥 阻止流體倒流；單向閥，安全閥 控制壓力不超過允許值；減壓閥 把壓力降低到所需壓力；疏水閥：排除蒸汽冷凝水；蝶閥：用于調(diào)節(jié)流量；二、

7、管徑計(jì)算（一）管徑計(jì)算與選擇根據(jù)流體的流量、流速與管徑的關(guān)系，求出管的內(nèi)徑： d=18.8(Q/w)0.5d：管內(nèi)徑，mm；Q：流體的流量，m3/h；w：流體流速，m/s；根據(jù)計(jì)算的管徑，選用合適的管徑值（稍大些）； 復(fù)核；（二）管道介質(zhì)流速的選擇根據(jù)輸送介質(zhì)的種類、性質(zhì)和輸送條件選擇合適的流速；原則 液體流速：一般不超過3m/s； 氣體流速：一般不超過100m/s； 與允許的壓力降也有關(guān)；三、管子壁厚的計(jì)算根據(jù)公稱壓力Pg和公稱直徑Dg，查表確定管壁厚度；在較高工作壓力和溫度下，需進(jìn)行驗(yàn)算； S=Pd/(2P)+C (mm)S：鋼管所允許的最小壁厚，mm；P： 試驗(yàn)壓力，KPa； P=K P

8、g其中Pg：工作壓力（表壓力， KPa）；K：壓力系數(shù)，Pg98KPa，取2；Pg245KPa ，取1.5：d：管內(nèi)徑，mm；：許應(yīng)壓力，KPa；：焊縫系數(shù)，無縫鋼管取1，直縫焊鋼管取0.8，螺旋縫焊接鋼管取0.6 ；C：壁厚附加量（mm） C=C1+C2+C3其中C1：壁厚負(fù)偏差，通常為壁厚的1015%；C2：腐蝕裕量，當(dāng)介質(zhì)對管子的腐蝕速度0.05mm/a時(shí)，單面腐蝕取11.5mm，雙面腐蝕取22.5mm；C3：加工減薄量，螺紋管子為螺紋的深度，無螺紋C3=0，常見的55圓錐管螺紋C3=1.21.5mm；四、管道壓力降的計(jì)算總阻力H 直管阻力H1 指流體流過一定直徑的直管時(shí)，由于摩擦作用而

9、產(chǎn)生的阻力，又稱沿程阻力； 局部阻力H2 指由于管道中的某些局部障礙，如管件、閥門、彎頭、流量計(jì)等所引起的阻力；造成壓力降，流體的總壓頭減少；（一）直管阻力H1的計(jì)算計(jì)算公式： H1=P=(l/d)w2/(2g)H1：直管阻力，m流體柱；P：直管壓力降，KPa ； ：摩擦系數(shù)，為雷諾數(shù)Re與管壁粗糙度的函數(shù)，查有關(guān)手冊；l：管道總長度，m；d：管內(nèi)徑，m；：流體重度，kg/m3；w：流體流速，m/s；g：重力加速度，9.81m/s2；（二）局部阻力H2的計(jì)算方法 當(dāng)量長度法； 阻力系數(shù)法；1、當(dāng)量長度法 指流體通過某一管件或閥門時(shí)，因局部阻力而造成的壓力損失，相當(dāng)于流體通過相同管徑而造成的相同

10、壓力損失相應(yīng)的直管的長度，這個(gè)直管長度稱為當(dāng)量長度，以le表示。局部阻力H2 設(shè)各種局部阻力之和為le，則H2： H2=(le/d)w2/(2g)總阻力H H=H1+H2=(l+le）/dw2/(2g)式中各項(xiàng)意義同上； le由實(shí)驗(yàn)確定，以管徑的倍數(shù)表示2、阻力系數(shù)法指流體通過某一管件或閥門時(shí)的壓頭損失，用流體在管路中的速度頭（動壓頭）倍數(shù)表示，這種方法稱為阻力系數(shù)法；壓頭損失h1 h1=w2/(2g)h1：因局部阻力而損失壓頭， m流體柱；：比例系數(shù)，稱為阻力系數(shù)，由實(shí)驗(yàn)確定；壓頭（能量）損失之和h2 h2=w2/(2g) （m流體柱） ：局部阻力系數(shù)之和；與le的關(guān)系 =（le/d）經(jīng)驗(yàn)計(jì)

11、算法 采用當(dāng)量長度法，計(jì)算流體總阻力H，取(l+le）為直管長度l的1.32.0倍； (l+le）= （1.32.0）l 計(jì)算管道阻力或壓力降時(shí)，需考慮15%的富裕量；五、管道熱補(bǔ)償?shù)挠?jì)算（一）管道的熱變形與熱應(yīng)力計(jì)算熱變形 因溫度的變化t引起管子長度的變化L ， L=ltl：自由放置管子長度；：管材的線膨脹系數(shù)，鋼為12106；熱應(yīng)力 管道兩端固定，由溫度變化產(chǎn)生熱應(yīng)力，由此產(chǎn)生的軸向推力p為： p=F=E tFE：材料的彈性模數(shù)，鋼為2.11011Pa；F：管子截面積，m2；直徑大，直管段長，管壁厚的管道，需進(jìn)行熱應(yīng)力計(jì)算； 如發(fā)酵工廠中的鍋爐蒸汽管道；（二）管道熱補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)1、自然補(bǔ)償

12、利用管道敷設(shè)時(shí)自然形成的轉(zhuǎn)彎吸收熱伸長量的方法稱為自然補(bǔ)償；（1）L形補(bǔ)償 90轉(zhuǎn)彎稱為L形補(bǔ)償； L1=1.1 (L2Dw/300)0.5L1：短壁長度，m；L2：長壁L2的膨脹長度，m；Dw：管子的外徑，mm；（2）Z形補(bǔ)償 管道呈Z形； 彎曲許應(yīng)壓力： =(6LE Dw)/L2(1+12K)：管子彎曲許應(yīng)壓力，一般700105Pa；L：熱膨脹長度， L= L1+L2 ；E：材料的彈性模數(shù)，鋼為2.11011Pa； Dw：管子的外徑，cm；L：垂直壁長度， cm；K：短壁與垂直壁之比， K=L1/L； 垂直壁長L根據(jù)實(shí)際情況確定，由此可計(jì)算K值： K= (LE Dw)/(2L2)1/12計(jì)

13、算過程 假設(shè)L1+L2 計(jì)算膨脹量L 計(jì)算K值 計(jì)算短壁長度L1 得到長壁長度L22、補(bǔ)償器補(bǔ)償類型 方形補(bǔ)償器：最常用，制造方便，補(bǔ)償能力大； 波形補(bǔ)償器：補(bǔ)償能力小，； 填料函形補(bǔ)償器：結(jié)構(gòu)簡單，補(bǔ)償量大；方形補(bǔ)償器 有管子煨制制而成，或有沖壓彎頭組對而成； 4種形式：壁長A與邊長B的關(guān)系 B=2A B=A B=0.5A B=0 先計(jì)算管道的熱膨脹長度L，確定補(bǔ)償方式； 制作時(shí)，應(yīng)使彎曲半徑R等于4倍管子公稱直徑或外徑； 安裝時(shí)，應(yīng)予拉伸補(bǔ)償長度的一半， L/2；17.3 管道布置設(shè)計(jì)管道布置設(shè)計(jì)一、車間管道布置設(shè)計(jì)的任務(wù)和原則1、車間管道布置設(shè)計(jì)的任務(wù)是用管道把車間的設(shè)備連接起來，形成一

14、條完整連貫的生產(chǎn)工藝流程；車間管道布置合理、正確，才能使管道和設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)順利通暢，使整個(gè)工廠的生產(chǎn)操作順利、有效；主要依據(jù) 帶控制點(diǎn)的工藝流程圖、設(shè)備布置圖（施）、土建圖和有關(guān)的配管規(guī)范；2、車間管道布置設(shè)計(jì)的原則（1）滿足生產(chǎn)需要和工藝設(shè)備的要求，便于安裝、檢修和操作管理，使工廠車間整齊美觀；（2）盡可能使管線最短、閥門最少；（3）車間管道一般采用明線敷設(shè)；（4）普遍采用沿墻、樓板底或柱子的成排安裝法；（5）管架標(biāo)高不影響車輛和行人，距地面高度要大于4.5m；（6）分層布置時(shí)，大管徑、熱介質(zhì)、氣體、無腐蝕性介質(zhì)和保溫管道在上；其他管道在下。引支管時(shí)，氣體管從上引出，液體管從下引出；（7）大管徑、常溫、支管少、不常檢修和無腐蝕性介質(zhì)管道靠墻；其余管道靠