第七章 化工管路設(shè)計(jì)

第七章管道布置設(shè)計(jì)第一節(jié)概述化工裝置是由各種單元設(shè)備以系統(tǒng)的、合理的方式組合起來(lái)的整體。而各單元設(shè)備間則是由管道連接起來(lái)的。故管道布置設(shè)計(jì)是化工設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，它是以帶控制點(diǎn)工藝流程圖，最終確認(rèn)的設(shè)備布置圖，以及土建、自控、電氣、采暖通風(fēng)、給排水、外管等有關(guān)專業(yè)所提出的設(shè)計(jì)條件圖和有關(guān)資料作為依據(jù)對(duì)管路做出綜合性的布置設(shè)計(jì)。本章簡(jiǎn)述了化工裝置中管道布置設(shè)計(jì)的有關(guān)內(nèi)容，使之對(duì)化工管路設(shè)計(jì)有個(gè)概括的了解。7.1管道設(shè)計(jì)基礎(chǔ)一、管道設(shè)計(jì)條件1.設(shè)計(jì)壓力2.設(shè)計(jì)溫度3.其他與設(shè)計(jì)有關(guān)的因素二、管道的分類及選用1.壓力管道2.管子的分類3.管子的通徑和壁厚的確定4.管道材料的選用5.管道等級(jí)三、管道組成元件1.閥門(mén)的形式及選用2.法蘭的形式及選用3.墊片的形式及選用4.管件7.2絕熱工程保溫工程即為絕熱工程：具體內(nèi)容：1.需要設(shè)置保溫工程的工況；2.防燙保護(hù)情況；3.保冷范圍；4.絕熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；5.管道保溫層厚度計(jì)算。7.3化工管路設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求一、設(shè)計(jì)原則（p253）1.管道布置設(shè)計(jì)必須符合管道儀表流程圖（PID）的設(shè)計(jì)要求，應(yīng)做到安全可靠、經(jīng)濟(jì)合理，并滿足施工、操作、維修等方面的要求；2.管道布置必須遵守安全及環(huán)保的法規(guī)，對(duì)防火、防爆、安全防護(hù)、環(huán)保要求等條件進(jìn)行檢查，以便管道布置能滿足安全生產(chǎn)的要求；3.管道布置應(yīng)滿足熱脹冷縮所需的柔性；4.對(duì)于動(dòng)設(shè)備的管道，應(yīng)注意控制管道固有的頻率，避免產(chǎn)生共振；5.管道布置應(yīng)嚴(yán)格按照管道等級(jí)表和特殊件表選用管道組成件；6.在確定進(jìn)、出裝置的管道方位與敷設(shè)方式時(shí)，應(yīng)做到內(nèi)外協(xié)調(diào)；7.廠區(qū)內(nèi)的全廠性管道的敷設(shè)應(yīng)與廠區(qū)整體協(xié)調(diào)；8.管道布置應(yīng)符合“化工裝置設(shè)備布置設(shè)計(jì)工程規(guī)定”中的有關(guān)要求。二、化工車(chē)間管道布置設(shè)計(jì)的任務(wù)⑴確定車(chē)間中各個(gè)設(shè)備的管口方位和與之相連接的管段的接口位置。⑵確定管道的安裝連接和鋪設(shè)、支承方式。⑶確定各管段（包括管道、管件、閥門(mén)及控制儀表）在空間的位置。⑷畫(huà)出管道布置圖，表示出車(chē)間中所有管道在平面、立面的空間位置，作為管道安裝的依據(jù)。⑸編制管道綜合材料表，包括管道、管件、閥門(mén)、型鋼等的材質(zhì)、規(guī)格和數(shù)量。三、設(shè)計(jì)內(nèi)容

1.管子、管件、和閥門(mén)的選擇。2.管路的布置設(shè)計(jì)。3.管道支吊架的配制。4.管路的絕熱設(shè)計(jì)。5.管路的涂漆和防腐設(shè)計(jì)。6.管路的柔性計(jì)算與應(yīng)力分析。7.綜合材料表的編制。8.配管工程說(shuō)明。四、管道布置的基本要求(一)管道布置的一般要求

1.管道布置的凈空高度應(yīng)符合有關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)定。2.應(yīng)按國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中許用最大支架間距的規(guī)定進(jìn)行管道布置設(shè)計(jì)。3.管道盡可能架空敷設(shè)，如必要時(shí)，也可埋地或管溝敷設(shè)。4.管道布置應(yīng)考慮操作、安裝及維護(hù)方便，不影響起重機(jī)的運(yùn)行。在建筑物安裝孔的區(qū)域不應(yīng)布置管道。

5.管道布置設(shè)計(jì)應(yīng)考慮做支吊架的設(shè)計(jì)，使管道盡量靠近已有建筑物或構(gòu)筑物，但應(yīng)避免使柔性大的構(gòu)件承受較大的荷載。6.有條件的地方，管道應(yīng)集中成排布置。裸管的管底與管托底面取齊，以便設(shè)計(jì)支架。7.無(wú)絕熱層的管道不用管托或支座。大口徑薄壁裸管及有絕熱層的管道應(yīng)采用管托或支座支承。8.在跨越通道或轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備上方的輸送腐蝕性介質(zhì)的管道上，不應(yīng)設(shè)置法蘭或螺紋連接等可能產(chǎn)生泄露的接點(diǎn)。9.管道穿過(guò)為隔離或易爆介質(zhì)的建筑物隔離墻時(shí)應(yīng)加套管，套管內(nèi)的空隙應(yīng)采用非金屬柔性材料填充。管道上的焊縫不應(yīng)在套管內(nèi)。10.消防水和冷卻水總管以及下水管一般為埋地敷設(shè)，管外表面應(yīng)按有關(guān)規(guī)定采取防腐措施。11.埋地管道應(yīng)考慮車(chē)輛荷載的影響，管頂與路面的距離不小于0.6mm,并應(yīng)在凍土深度以下。(二)設(shè)計(jì)的工藝要求⑴符合工藝流程要求，能滿足生產(chǎn)要求；⑵便于操作管理，能保證安全生產(chǎn)；⑶便于管道的安裝和維護(hù)；⑷要求整齊美觀，盡量節(jié)約材料和投資。需考慮的因素：①物料因素，②施工操作及維修，③安全生產(chǎn)，④其它因素（三）管架和管道的安裝布置用來(lái)支承、固定和約束管道的設(shè)施，分室外、室內(nèi)兩類。按《管架通用系列》選用。管道支架分：固定支架、滑動(dòng)支架、導(dǎo)向支架、彈簧吊架等。1.管道排列的基本原則垂直面排列：⑴熱介質(zhì)管道在上，冷介質(zhì)管道在下；⑵無(wú)腐蝕性介質(zhì)的管道在上，有腐蝕性介質(zhì)的管道在下；⑶小管道應(yīng)盡量支承在大管道上方或吊在大管道下方；⑷氣體管道在上，液體管道在下；⑸不經(jīng)常檢修的管道在上，檢修頻繁的管道在下；⑹高壓介質(zhì)管道在上，低壓介質(zhì)管道在下；⑺保溫管道在上，不保溫管道在下；⑻金屬管道在上，非金屬管道在下；⑼公用工程管道在上，工藝管道在下水平面排列（尤其對(duì)于必須在室內(nèi)布置、沿墻敷設(shè)的管道）：⑴大管道靠墻、柱，小管道在外；⑵常溫管道靠墻，熱管道在外；⑶不經(jīng)常檢修的管道靠墻，經(jīng)常檢修的管道在外；⑷高壓管道靠墻，低壓管道在外。（四）管道敷設(shè)的方式管道敷設(shè)的方式有：地面以上敷設(shè)和地面以下敷設(shè)兩大類。（1）地面以上敷設(shè)通稱架空敷設(shè)，是化工裝置敷設(shè)的主要方式，它具有便于施工、操作、檢修及經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)。架空敷設(shè)主要表現(xiàn)在管道成排地集中敷設(shè)在管廊、管架或管墩上。有些特殊的管道，如某些有色金屬管和大多數(shù)非金屬管道由于其強(qiáng)度低或脆性大，因此在支撐上要給予特別的考慮。（2）地下式敷設(shè)分為埋地敷設(shè)和管溝敷設(shè)a）埋地敷設(shè)：其優(yōu)點(diǎn)是利用地下空間，使地面以上空間較為簡(jiǎn)潔，不需要支撐措施；其缺點(diǎn)是管道腐蝕強(qiáng)，檢查和維修困難，在車(chē)行道處有時(shí)需要特別處理以承受大的載荷，低點(diǎn)排液不便及易凝油品凝固在管內(nèi)時(shí)處理困難，帶隔熱層的管道很難保持其良好的隔熱功能等，故只有架空敷設(shè)不可能時(shí)，才予以采用。b）管溝敷設(shè)：其優(yōu)點(diǎn)是利用地下空間，并提供較為方便的檢查維修條件，還可敷設(shè)設(shè)有隔熱層的高溫、易凝介質(zhì)或腐蝕介質(zhì)的管道；其缺點(diǎn)是費(fèi)用高，占地面積大，需設(shè)排水點(diǎn)，易積聚或串入油氣，增加不安全因素，污物清理困難。（五）管道布置在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題1.管道應(yīng)力⑴應(yīng)力分析的內(nèi)容及其目的管道設(shè)計(jì)為了避免管道及管道對(duì)相鄰設(shè)備施加超出能承受的壓力。在設(shè)計(jì)過(guò)程中必需對(duì)這些管道進(jìn)行應(yīng)力分析。以解決它們的強(qiáng)度、鋼度、振動(dòng)等問(wèn)題，為管道的設(shè)計(jì)提供科學(xué)根據(jù)。管道應(yīng)力分析分為靜力分析和動(dòng)力分析。靜力分析包括：a、壓力荷載和持續(xù)荷載作用下的一次應(yīng)力計(jì)算：防止塑性變形破壞；b、管道熱脹冷縮以及端點(diǎn)附加位移等位移荷載作用下的二次應(yīng)力計(jì)算：防止疲勞破壞；c、管道對(duì)設(shè)備作用力的計(jì)算：防止作用力太大，保證設(shè)備正常運(yùn)行；動(dòng)力分析包括a、管道自振頻率分析：防止管道系統(tǒng)共振；b、管道強(qiáng)迫振動(dòng)響應(yīng)分析：控制管道振動(dòng)及應(yīng)力；c、往復(fù)式壓縮機(jī)（泵）氣（液）柱頻率分析：防止氣柱共振；d、往復(fù)式壓縮機(jī)（泵）壓力脈動(dòng)分析：控制壓力脈動(dòng)值。

影響應(yīng)力的因素：主要考慮以下幾點(diǎn)：a、溫度荷載：應(yīng)考慮熱脹（或冷縮）受約束而產(chǎn)生的位移應(yīng)力對(duì)管系的影響；b、壓力荷載：主要對(duì)管道和管件的強(qiáng)度校核以及內(nèi)壓或外壓所產(chǎn)生的一次應(yīng)力對(duì)管系的影響；

c、質(zhì)量荷載：包括管道及附加結(jié)構(gòu)的質(zhì)量荷載，流體的質(zhì)量荷載（包括水壓試驗(yàn)部分）、絕熱層的質(zhì)量荷載，以及可能有冰或雪的質(zhì)量荷載所產(chǎn)生的一次應(yīng)力對(duì)管系的影響；d、動(dòng)力荷載：包括沖擊荷載、風(fēng)荷載、地震荷載、振動(dòng)荷載以及流體排放的反作用力等。

管道的熱補(bǔ)償固然引起管道應(yīng)力的原因較多，但由管道和設(shè)備的熱膨脹引起的問(wèn)題是最主要的，也是最復(fù)雜的，為了防止管道熱膨脹而產(chǎn)生的破壞作用，在管道設(shè)計(jì)中需考慮自然補(bǔ)償或設(shè)置各種形式的補(bǔ)償器以吸收管道的熱膨脹或端點(diǎn)位移。除了少量管道采用波形補(bǔ)償器等專業(yè)補(bǔ)償器外，大多數(shù)管道的熱補(bǔ)償是靠自然補(bǔ)償來(lái)實(shí)現(xiàn)的。a、自然補(bǔ)償：改變管道的局部走向，以增加管道的柔性；選用彈簧支吊架，利用彈簧支吊架放松約束；在條件許可的情況下，改變?cè)O(shè)備及固定管架的位置，以增加管系自然補(bǔ)償能力。b、選用補(bǔ)償器常用的補(bǔ)償器有4種：Π形補(bǔ)償器（膨脹彎管）、波形補(bǔ)償器和套管式補(bǔ)償器及球形補(bǔ)償器Π形補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、投資少，在石油化工管道設(shè)計(jì)中廣泛采用；波形補(bǔ)償器補(bǔ)償能力大、占地小，但制造較為復(fù)雜，價(jià)格高，適用于低壓大直徑管道；套管式和球形補(bǔ)償器因填料容易松馳，發(fā)生泄漏，在劇毒及易爆介質(zhì)管道中嚴(yán)禁采用。

2.管道支架對(duì)于長(zhǎng)管道，為了防止管道的撓度過(guò)大，需要設(shè)置管道支架。其作用為：承受管道的重量荷載、阻止管道發(fā)生非預(yù)期方向的位移、控制管道的擺動(dòng)和沖擊。各種管架的分類及其作用如下表：管架分類表序號(hào)大分類

小分類用途

1承重管架1）剛性支吊架用于無(wú)垂直位移的場(chǎng)合2）可調(diào)剛性支吊架用于無(wú)垂直位移，但安裝誤差要求嚴(yán)格的場(chǎng)合3）可變彈簧支吊架用于少量垂直位移的場(chǎng)合4）恒力彈簧架

用于垂直位移較大或要求支吊點(diǎn)的荷載變化率不能太大的場(chǎng)合

2限制性管架5）固定架用于固定處，不允許有線位移和角位移的場(chǎng)合6）限位架用于限制任一方向線位移的場(chǎng)合7）軸向限位架用于限制管道軸向線位移的場(chǎng)合8）導(dǎo)向架用于允許有管道軸向位移，但不允許有管道橫向位移的場(chǎng)合3減振支架

9）減振器用于限制或緩和管道振動(dòng)10）阻尼器用于限制或緩和管道振動(dòng)管道間距圖示3.管道坡度對(duì)于停止生產(chǎn)時(shí)要求靠重力排凈積存介質(zhì)的管道，敷設(shè)時(shí)應(yīng)有坡度，按介質(zhì)排放時(shí)的流動(dòng)方向傾斜，傾斜度可取1/1000-3/1000，對(duì)于粘性物料，坡度應(yīng)更大一些。4.管道間距管道間距考慮管道保溫和擰緊法蘭螺栓所需要的距離。5.管道留孔當(dāng)管道穿越樓板、屋頂或其它混凝土構(gòu)件，在土建施工時(shí)應(yīng)預(yù)留管孔，留孔的直徑以比管道最大部位直徑大10mm左右為宜。7.4管道布置圖又稱管道安裝圖或配管圖，是管道施工安裝的依據(jù)。一、概述(一)管道布置應(yīng)保證安全、正常生產(chǎn)及操作檢修方便的前提下，力求整齊美觀，創(chuàng)造良好的生產(chǎn)環(huán)境。(二)管道布置應(yīng)根椐具體生產(chǎn)物點(diǎn)，結(jié)合設(shè)備布置、建筑物和構(gòu)筑物情況進(jìn)行綜合考慮。(三)繪制管道安裝圖時(shí)，首先應(yīng)考慮看圖人的方便，同時(shí)也考慮制圖簡(jiǎn)便。(四)繪圖人應(yīng)根據(jù)管道儀表流程圖及設(shè)備布置圖、設(shè)備圖等資料，進(jìn)行詳細(xì)分析考慮，然后適用恰當(dāng)?shù)谋磉_(dá)，以最小的圖形將各部分管道配置清晰、完整而又主次分明地表達(dá)出來(lái)。(五)圖形布置要適當(dāng)、均勻、不要太擠，且比例符合要求。二、一般規(guī)定(一)圖幅管道布置圖圖幅應(yīng)盡量采用A0，比較簡(jiǎn)單的也可采用A1或A2。同區(qū)的圖應(yīng)采用同一種圖幅。圖幅不宜加長(zhǎng)或加寬。(二)比例常用比例為1：30，也可采用1：25或1：50，但同區(qū)的或各分層的平面圖，應(yīng)采用同一比例。(三)尺寸單位管道布置圖中標(biāo)注的標(biāo)高、坐標(biāo)以米為單位，其余的尺寸一律以毫米為單位，只注數(shù)字，不注單位。(四)圖名標(biāo)題欄中的圖名一般分成兩行書(shū)寫(xiě)，上行寫(xiě)“管道布置圖”，下行寫(xiě)“EL×××.×××平面”，或“A—A、B—B…剖視等”。三、圖紙寬度及字體規(guī)定(一)圖線1.所有圖線都要清晰光潔、均勻、寬度應(yīng)符合要求。平行線間距至少要大于1.5mm，以保證復(fù)制件上的圖線不會(huì)分不清或重疊。2.圖線寬度分三種：a、粗線0.9-1.2mm、b、中粗線0.5-0.7mmc、細(xì)線0.15-0.3mm。3、圖線用法的一般規(guī)定表7-16圖線用法的一般規(guī)定(二)字體1.圖紙和表格中所有文字（包括數(shù)字）書(shū)寫(xiě)必須字體端正、筆劃清楚、排列整齊、間距均勻、粗細(xì)一致,應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)及有關(guān)要求。2.漢字要盡可能寫(xiě)成長(zhǎng)仿宋體或者（至少）寫(xiě)成正楷體（簽名除外），并以國(guó)家正式公布的簡(jiǎn)化字為標(biāo)準(zhǔn)。3.字號(hào)、字體高度應(yīng)符合表7-17的規(guī)定。4.外文字母的大小應(yīng)符合表7-17的規(guī)定，外文字母必須全部大寫(xiě)，不得書(shū)寫(xiě)草體。

表7-17字體高度四、管道布置圖的內(nèi)容1.管道布置圖一般只繪平面圖。當(dāng)平面圖中局部表示不夠清楚時(shí)，可繪制剖視圖或軸測(cè)圖，此剖視圖或軸測(cè)圖可畫(huà)在管道平面布置圖邊界線以外的空白處或繪制在單獨(dú)的圖紙上。有的局部管道比較復(fù)雜，因受比例限制不能表示清楚時(shí)，應(yīng)畫(huà)出局部放大圖。2.對(duì)于多層建筑物、構(gòu)筑物的管道平面布置圖應(yīng)按層次繪制，如在同一張圖紙上繪制幾張平面圖時(shí)，應(yīng)從最底層起，圖紙上由上而下或由左至右依此排列，并于各平面圖下注明“EL100.000平面”或“EL×××.×××平面”。3.在繪有平面圖的圖紙右上角、管口表的左邊，應(yīng)畫(huà)一個(gè)與設(shè)備布置圖的設(shè)計(jì)北向一致的方向標(biāo)。4.廠房、建筑物外形，標(biāo)注建構(gòu)筑物標(biāo)高及廠房方位。5.用細(xì)實(shí)線按比例以設(shè)備布置圖所確定的位置畫(huà)出所有設(shè)備的外形和基礎(chǔ)。標(biāo)注設(shè)備位號(hào)、設(shè)備名稱以及設(shè)備的定位尺寸。6.同一位號(hào)兩套以上的設(shè)備，如接管方式完全相同，可以只畫(huà)其中一套的全部接管。其余幾套可畫(huà)出與總管連接的支管接頭和位置。7.表示所有管道、管件及儀表的位置、尺寸和管道的標(biāo)高、管價(jià)位置及管架編號(hào)等。8.操作平臺(tái)的位置及標(biāo)高。9.標(biāo)高均以±0.000為基準(zhǔn)，單位為mm。例見(jiàn)附圖7-1車(chē)間管道布置圖五、管道布置圖圖例管道轉(zhuǎn)折、交叉及重疊的俯視圖式法，如圖7-2至7-4所示。管道布置圖中管道及閥門(mén)圖例見(jiàn)附錄表3-2至圖3-4所示。圖7-2管道轉(zhuǎn)折的表示方法六、管道布置圖的繪制P129附CAD7-1七、管道布置圖的閱讀P129

圖7-4重疊管道的表示方法7.5典型設(shè)備的管道布置一、容器的管道布置（一）立式容器的配管設(shè)計(jì)1,排出管道沿墻敷設(shè)距離可以小些，以節(jié)省占地面積，設(shè)備間距要求大些，兩設(shè)備出口管道對(duì)稱排出，出口閥門(mén)在兩設(shè)備見(jiàn)操作，以便操作人員能進(jìn)入切換閥門(mén)（見(jiàn)圖7-8）。

2.排出管在設(shè)備前引出。設(shè)備間距及設(shè)備離墻距均可以小些，排出管道經(jīng)閥門(mén)后一般引至地面或地溝或平臺(tái)下或樓板下（見(jiàn)圖7-8）。圖7-10進(jìn)入管道對(duì)稱安裝圖7-11進(jìn)入管敷設(shè)在設(shè)備前部3.排出管在設(shè)備底部中心引出，適用于設(shè)備底部離地面較高，有足夠距離安裝與操作閥門(mén)。這樣敷設(shè)管道短，占地面積小，布置緊湊，但限于設(shè)備直徑不宜過(guò)大，否則開(kāi)啟閥門(mén)不方便，如圖7-9所示。4.進(jìn)入管道為對(duì)稱安裝（見(jiàn)圖7-10），適用于需在操作臺(tái)上安置啟閉閥門(mén)的設(shè)備。圖7-12站在地面操作的較高設(shè)備的進(jìn)入管道5.進(jìn)入管敷設(shè)在設(shè)備前部，適用于能站在地（樓）面上操作閥門(mén)（見(jiàn)圖7-11）。6.站在地面上操作的較高進(jìn)（出）料管道的閥門(mén)敷設(shè)方法見(jiàn)圖7-12。最低處必須設(shè)置排凈閥。臥式槽的進(jìn)出料口位置應(yīng)分別在兩端，一般進(jìn)料在頂部，出料在底部。（二）臥式容器的配管P262

圖7-97-10圖7-11，7-12二、換熱器的管道布置1．冷換設(shè)備管道的布置方法應(yīng)方便操作和不妨礙設(shè)備的檢修不應(yīng)影響設(shè)備抽出管束和內(nèi)管。2．管道和閥門(mén)的布置，不應(yīng)妨礙設(shè)備法蘭和閥門(mén)自身法蘭的拆卸和安裝。圖7-15組成冷換設(shè)備的管道布置3.冷