第五章管道設(shè)計與布置

第七章管道設(shè)計與布置教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié)概述第二節(jié)工藝管道的設(shè)計計算第三節(jié)管道布置設(shè)計第四節(jié)管道布置圖現(xiàn)在是1頁\一共有104頁\編輯于星期四教學(xué)目的與要求：了解不同設(shè)計階段管道的要求，掌握管道的種類、計算和標(biāo)注。重點與難點：管道的種類、計算和標(biāo)注。現(xiàn)在是2頁\一共有104頁\編輯于星期四思考題1、解釋概念：公稱直徑、公稱壓力、管件、管路死角2、按照規(guī)定管道壓力可分為幾個等級？3、發(fā)酵工廠常用管材？4、無縫鋼管的標(biāo)注方法？5、管道局部阻力的計算方法有哪幾種？6、管道熱補償?shù)男问剑?、發(fā)酵車間管道布置的特點？8、管道涂色？現(xiàn)在是3頁\一共有104頁\編輯于星期四第一節(jié)概述管道設(shè)計布置工作量約占工廠工藝設(shè)計工作總量的40%；管道安裝工作量約占工程安裝工作總量的35%；管道的費用約占工程總投資的20%。一、管道設(shè)計與布置的意義現(xiàn)在是4頁\一共有104頁\編輯于星期四二、管道設(shè)計與布置的內(nèi)容管道設(shè)計計算管道布置設(shè)計管徑計算、管壁厚計算、管道壓降計算、管道保溫絕熱工程、管道應(yīng)力分析、熱補償計算、管件選擇、管道支吊架計算等。設(shè)計繪制表示管道在空間位置連接，閥件、管件及控制儀表安裝情況的圖樣?，F(xiàn)在是5頁\一共有104頁\編輯于星期四具體內(nèi)容如下：1、選擇管道材料

輸送介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)、流動狀態(tài)、溫度、壓力等因素。2、選擇介質(zhì)的流速

介質(zhì)的性質(zhì)、輸送的狀態(tài)，及相接的設(shè)備、流量等。

3、確定管徑流量和流速?，F(xiàn)在是6頁\一共有104頁\編輯于星期四4、確定管壁厚度介質(zhì)的壓力及所選擇的管道材料5、確定管道連接方式

管道---管道，管道--設(shè)備，管道---閥門，設(shè)備---閥門。6、選閥門和管件

有分、有合、轉(zhuǎn)彎、變速等。彎頭、三通、異徑管、法蘭等管件和各種閥門。7、選管道的熱補償器

采用轉(zhuǎn)彎、支管、固定等方式自然補償；選擇合適的熱補償器。現(xiàn)在是7頁\一共有104頁\編輯于星期四8、絕熱形式、絕熱層厚度及保溫材料的選擇

9、管道布置

確定管道的敷設(shè)方式——明裝或暗設(shè)。在垂直面和水平面的排布。10、計算管道的阻力損失校核檢查選泵、選設(shè)備、選管道等前述各步驟是否正確合理。11、選擇管架及固定方式

、確定管架跨度、選定管道固定用具現(xiàn)在是8頁\一共有104頁\編輯于星期四12、繪制管道圖平、剖面配管圖、透視圖、管架圖和工藝管道支吊點預(yù)埋件布置圖等。13、編制管材、管件、閥門、管架及絕熱材料綜合匯總表14、選擇管道的防腐蝕措施表面處理方法和涂料及涂層順序，編制材料及工程量表。現(xiàn)在是9頁\一共有104頁\編輯于星期四第二節(jié)工藝管道的設(shè)計計算一、管道、管件及閥門的選用（一）基本概念公稱直徑——將管子和管道用的零部件的直徑加以標(biāo)準(zhǔn)化以后的標(biāo)準(zhǔn)直徑。公稱壓力——管道、管件、閥門在一定溫度范圍內(nèi)的最大允許工作壓力。現(xiàn)在是10頁\一共有104頁\編輯于星期四現(xiàn)在是11頁\一共有104頁\編輯于星期四（二）管道1、管道材料的選擇（1）選擇依據(jù)輸送介質(zhì)的溫度、壓力以及腐蝕情況、貨源、價格等。金屬類非金屬類——耐溫高、耐壓高，易加工、安裝。——耐腐蝕性能好，品種多，但耐熱、耐壓不高。（2）分類現(xiàn)在是12頁\一共有104頁\編輯于星期四（3）生物工廠常用的管材常用作埋于地下的給水總管及污水管；化工廠用來輸送堿液及濃硫酸；鑄鐵管不能用來輸送蒸汽及在壓力下輸送爆炸性與有毒的氣體。a.鑄鐵管a.鑄鐵管b.鋼管c.有色金屬管d.非金屬管現(xiàn)在是13頁\一共有104頁\編輯于星期四b.鋼管無縫鋼管品質(zhì)均勻且強度大，可用來輸送有壓力的物料、水蒸汽、高壓水、過熱水以及可燃性和有爆炸危險的及有毒性的物料。水煤氣鋼管常用作給水、煤氣、暖氣、壓縮空氣、真空、低壓蒸汽和冷凝液以及無腐蝕性物料的管道?，F(xiàn)在是14頁\一共有104頁\編輯于星期四不銹鋼輸送有腐蝕性介質(zhì)、氨水、酸、堿等，且有溫壓的或食品衛(wèi)生要求高的管道，可耐800-950℃高溫?，F(xiàn)在是15頁\一共有104頁\編輯于星期四c.有色金屬管銅管與黃銅管多用作低溫管道（冷凍系統(tǒng)）、儀表的測壓管線。銅、鉛、鋁或鋁合金管。現(xiàn)在是16頁\一共有104頁\編輯于星期四鋁管常用來輸送濃硝酸、醋酸、甲酸等物料，但不能抗堿，在溫度大于160℃時不宜在壓力下操作，極限工作溫度為200℃。現(xiàn)在是17頁\一共有104頁\編輯于星期四鉛管常用作硫酸管道或酸性物料管道，但由于強度低，重量大，抗熱性差等缺點，已逐步被耐酸合金管，尤其為塑料管所代替。現(xiàn)在是18頁\一共有104頁\編輯于星期四品種很多，如硬聚氯乙烯管、軟聚氯乙烯管、聚四氟乙烯管、搪玻璃管、耐酸酚醛塑料管、玻璃管、耐酸陶瓷管、膠管等。d.非金屬管現(xiàn)在是19頁\一共有104頁\編輯于星期四（三）管道的連接（1）焊接特點：施工方便，可靠不漏，成本低。凡是不需要拆裝的地方，都應(yīng)盡量采用焊接。所有壓力管道都應(yīng)盡量采用焊接。電焊：管徑大于32mm，厚度在4mm以上的管道。氣焊：管徑在32mm以下，厚度在3.5以下的管道。現(xiàn)在是20頁\一共有104頁\編輯于星期四（2）螺紋連接特點：連接簡單，拆裝方便，成本低。缺點：連接的可靠性低，容易在螺紋處發(fā)生滲漏。一般只用于輸送上、下水，壓縮空氣等介質(zhì)的管道。不宜用于易燃、易爆和有毒介質(zhì)的管道。現(xiàn)在是21頁\一共有104頁\編輯于星期四（3）法蘭連接特點：結(jié)合強度高，密封可靠，拆裝方便，應(yīng)用極為廣泛。缺點：費用較高。一般用于大管徑，密封性要求高的管道連接?，F(xiàn)在是22頁\一共有104頁\編輯于星期四（4）卡箍連接特點：拆裝靈活。適用于臨時裝置或要求經(jīng)常拆洗的潔凈管。用凸緣式管口，管與管之見用O形密封圈，凸緣外用金屬扎緊。現(xiàn)在是23頁\一共有104頁\編輯于星期四現(xiàn)在是24頁\一共有104頁\編輯于星期四（四）常用閥門1、閥門選擇依據(jù)①閥門的功能②閥門尺寸③阻力損失④閥門材質(zhì)2、常用閥門的特性和選用條件現(xiàn)在是25頁\一共有104頁\編輯于星期四(1)閘閥特點：流體阻力小，具有一定的調(diào)節(jié)性能。主要用途：用以啟閉管路或設(shè)備中的介質(zhì)，具有一定的調(diào)節(jié)流量性能，從閥桿的升降高低可以看出閥的開度大小?，F(xiàn)在是26頁\一共有104頁\編輯于星期四(2)截止閥特點：流體阻力大，密封性能差。主要用途：主要用以啟閉管路或設(shè)備中的介質(zhì)，可調(diào)節(jié)流量，不適宜帶顆粒和粘度大的介質(zhì)。注意安裝方向。現(xiàn)在是27頁\一共有104頁\編輯于星期四(3)球閥特點：流體阻力小，快速啟閉，結(jié)構(gòu)簡單，體積小。主要用途：用于切斷介質(zhì)，不能作調(diào)節(jié)流量。適于低溫、高壓及粘度大的介質(zhì)。現(xiàn)在是28頁\一共有104頁\編輯于星期四(4)止回閥特點：靠流體自身力量開閉，限制介質(zhì)流動方向，介質(zhì)不能倒流。主要用途：主要用于防止介質(zhì)倒流。適用于清凈介質(zhì)，不適宜帶顆粒和粘度較大介質(zhì)。注意安裝方向?，F(xiàn)在是29頁\一共有104頁\編輯于星期四(5)蝶閥特點：開閉迅速，結(jié)構(gòu)簡單，外形尺寸小，密封性差。主要用途：只適用于調(diào)節(jié)流量，不能用于切斷管路。現(xiàn)在是30頁\一共有104頁\編輯于星期四(6)旋塞閥特點：開閉迅速，流體阻力小，重量輕。主要用途：適用于溫度較低、粘度較大的介質(zhì)和要求開關(guān)迅速的部位。一般不適用于蒸汽和溫度較高的介質(zhì)。現(xiàn)在是31頁\一共有104頁\編輯于星期四(7)針形閥特點：能精確地控制流體流量。主要用途：主要用于取樣管道上。現(xiàn)在是32頁\一共有104頁\編輯于星期四(8)隔膜閥特點：結(jié)構(gòu)簡單，密封性能好。主要用途：適用于溫度小于200℃，壓力小于1.0MPa的油品、水、酸性介質(zhì)，不適用于有機溶劑和強氧化劑的介質(zhì)?，F(xiàn)在是33頁\一共有104頁\編輯于星期四(9)安全閥特點：在工作壓力超過規(guī)定值時自動開啟使流體外泄，壓力回復(fù)后自動關(guān)閉，以保護(hù)設(shè)備和管道，使生產(chǎn)安全運行。主要用途：應(yīng)用于鍋爐、管道和各種壓力容器中?，F(xiàn)在是34頁\一共有104頁\編輯于星期四(10)減壓閥流體通過閥瓣時產(chǎn)生阻力，造成壓力損耗，達(dá)到減低壓力的目的。主要用途：在蒸汽管道中應(yīng)用較廣?，F(xiàn)在是35頁\一共有104頁\編輯于星期四(11)疏水閥特點：自動排除設(shè)備或管道中的冷凝水，又同時阻止蒸汽的逸出。主要用途：凡是需要蒸汽加熱的設(shè)備、蒸汽管道等都應(yīng)裝疏水閥。現(xiàn)在是36頁\一共有104頁\編輯于星期四3、閥門型號現(xiàn)在是37頁\一共有104頁\編輯于星期四（五）常用管件在管道上，常用的管件有如下幾種：（1）連接管件（2）導(dǎo)流管件（3）分合流管件現(xiàn)在是38頁\一共有104頁\編輯于星期四①管堵用于需要經(jīng)常檢修和具特殊用途的管道堵塞。（1）連接管件現(xiàn)在是39頁\一共有104頁\編輯于星期四②異徑管（大小頭）用于改變管道的直徑。現(xiàn)在是40頁\一共有104頁\編輯于星期四③內(nèi)牙管現(xiàn)在是41頁\一共有104頁\編輯于星期四外牙管現(xiàn)在是42頁\一共有104頁\編輯于星期四（2）導(dǎo)流管件—彎頭用于改變流體方向之用。90°彎頭45°彎頭180°彎頭現(xiàn)在是43頁\一共有104頁\編輯于星期四（3）分合流管件等徑三通用于將流體分成幾條流向或合并流體為同一流向。現(xiàn)在是44頁\一共有104頁\編輯于星期四異徑三通現(xiàn)在是45頁\一共有104頁\編輯于星期四現(xiàn)在是46頁\一共有104頁\編輯于星期四現(xiàn)在是47頁\一共有104頁\編輯于星期四現(xiàn)在是48頁\一共有104頁\編輯于星期四現(xiàn)在是49頁\一共有104頁\編輯于星期四1、管道材料金屬類：非金屬類鑄鐵管、鋼管、有色金屬管2、管道的連接：焊接、螺紋連接、法蘭連接、卡箍連接3、常用閥門：閘閥、截止閥、球閥、止回閥、蝶閥、旋塞閥、針形閥、隔膜閥、安全閥、減壓閥、疏水閥等4、常用管件連接管件：管堵、異徑管、內(nèi)牙管、外牙管導(dǎo)流管件：彎頭分合流管件：三通、四通等小結(jié)：現(xiàn)在是50頁\一共有104頁\編輯于星期四二、管徑、壁厚的計算先求出液體的流量，根據(jù)流體在管內(nèi)的流量、流速與管徑之間的關(guān)系即可計算出管道的內(nèi)徑d：1.88(Q/W)1/2。(一)管徑的計算與選擇Q——流體流量(m3/h)w——流體的流速(m/s)現(xiàn)在是51頁\一共有104頁\編輯于星期四現(xiàn)在是52頁\一共有104頁\編輯于星期四現(xiàn)在是53頁\一共有104頁\編輯于星期四現(xiàn)在是54頁\一共有104頁\編輯于星期四(二)管子壁厚的計算根據(jù)公稱壓力Pg和工程直徑Dg，可以查表確定管壁厚度。現(xiàn)在是55頁\一共有104頁\編輯于星期四現(xiàn)在是56頁\一共有104頁\編輯于星期四現(xiàn)在是57頁\一共有104頁\編輯于星期四如果工作壓力和溫度過高，則應(yīng)進(jìn)行驗算，其計算公式為：S——鋼管允許最小壁厚(mm)d——管子內(nèi)徑(mm)[σ]——許用應(yīng)力(kPa)φ——焊縫系數(shù)，無縫鋼管1，直焊縫鋼管0.8P——試驗壓力(kPa)現(xiàn)在是58頁\一共有104頁\編輯于星期四P=KPgPg——工作壓力（表壓，kPa）K——壓力系數(shù)；Pg≤98kPa,K=2Pg≥245kPaK=1.5C——壁厚附加量，C=C1+C2+C3C1——壁厚負(fù)偏差，壁厚的10~15%mmC2——腐蝕裕度C3——加工減薄量，螺紋管為螺紋深度，常見55圓錐狀管螺紋=1.2~1.5mm現(xiàn)在是59頁\一共有104頁\編輯于星期四三、管道壓力降的計算流體在管道中流動時，遇到各種不同的阻力，造成壓力損失，以致流體總壓頭減小?？傋枇直管阻力H1局部阻力H2直管阻力(沿程阻力)是流體流經(jīng)一定管徑的直管時，由于摩擦產(chǎn)生的阻力。它是伴隨著流體流動同時出現(xiàn)的。局部阻力是流體在流動中，由于管道的某些局部障礙(如管道中的管件、閥門、彎頭、流量計及管子出人口等)所引起的。現(xiàn)在是60頁\一共有104頁\編輯于星期四△P——壓力降kPaH1——直管阻力m流體柱λ——摩擦系數(shù)l、d——管道總長度、內(nèi)徑mγ——流體重度kg/m3

w——流體流速m/s(一)直管阻力H1計算現(xiàn)在是61頁\一共有104頁\編輯于星期四(二)局部阻力H2計算常用兩種方法：當(dāng)量長度法；阻力系數(shù)法。

1.當(dāng)量長度法：流體通過某一管件或閥門時，因局部阻力而造成的壓力損失，相當(dāng)于流體通過與其具有相同管徑的若干米長度的直管的壓力損失，這個直管長度稱為當(dāng)量長度，用符號le表示?，F(xiàn)在是62頁\一共有104頁\編輯于星期四現(xiàn)在是63頁\一共有104頁\編輯于星期四2．阻力系數(shù)法流體通過某一管件或閥門的壓頭損失用流體在管路中的速度頭(動壓頭)倍數(shù)來表示這種計算局部阻力的方法，稱為阻力系數(shù)法。

h1——局部阻力損失的壓頭m流體柱w——管路中流體速度m/sξ——阻力系數(shù)，實驗測定現(xiàn)在是64頁\一共有104頁\編輯于星期四計算過程中，根據(jù)經(jīng)驗計算流體阻力。當(dāng)量長度法為主。例如，某一個輸送系統(tǒng)的管路中，如直管的長度為l(m)，則在計算該系統(tǒng)的流體總阻力H時，取(l+∑le)為l的1.3至2倍，即：

H=(l+∑le)=(1.3~2)l在選取這個倍數(shù)時，須考慮到管路的長短、形狀(直的或彎的)、管徑的大小和管路中管件及閥門等的數(shù)目多少?，F(xiàn)在是65頁\一共有104頁\編輯于星期四四、管道的熱補償計算為了防止管道熱膨脹而產(chǎn)生的破壞作用，在管道設(shè)計中需要考慮自然補償或設(shè)置各種形式的補償器，以吸收管道的熱膨脹或端點位移?，F(xiàn)在是66頁\一共有104頁\編輯于星期四(一)管道的熱變形與熱應(yīng)力計算一根自由放置的長度為l的管子，因溫度變化△t而引起的伸長為:△L=lα△tα—管材的線膨脹系數(shù)，鋼為12×10-6。現(xiàn)在是67頁\一共有104頁\編輯于星期四若管道兩端固定，管道受到拉伸或壓縮時，由溫度變化而引起熱應(yīng)力，熱應(yīng)力產(chǎn)生的軸向推力P為：

p=σF=Eα△t.F式中E——材料的彈性模數(shù)，2.1×1011PaF——管子截面積(m2)現(xiàn)在是68頁\一共有104頁\編輯于星期四(二)管道熱補償設(shè)計1.自然補償自然補償利用管道敷設(shè)時自然形成的轉(zhuǎn)彎吸收熱伸長量。這個彎管段就稱自然補償器。現(xiàn)在是69頁\一共有104頁\編輯于星期四現(xiàn)在是70頁\一共有104頁\編輯于星期四(1)L形補償當(dāng)管道有90°轉(zhuǎn)彎時，稱L形補償(2)Z形補償

L型與Z型補償可查有關(guān)算圖設(shè)計現(xiàn)在是71頁\一共有104頁\編輯于星期四五、管道的絕熱設(shè)計（1）減少設(shè)備、管道及其附件的熱（冷）量損失；（2）保證操作工人的安全；（3）冬季，用保溫來延緩或防止設(shè)備、管道內(nèi)液體的凍結(jié)；（4）用耐火材料絕熱可提高設(shè)備的防火等級。1、絕熱的功能現(xiàn)在是72頁\一共有104頁\編輯于星期四2、絕熱結(jié)構(gòu)絕熱層防潮層保護(hù)層利用保溫材料的優(yōu)良絕熱性能，增加熱阻，減少散熱防潮、防水保護(hù)保溫層免受外力和雨水侵襲，并使保溫結(jié)構(gòu)外形整潔美觀。現(xiàn)在是73頁\一共有104頁\編輯于星期四3、絕熱材料的性能和種類（1）絕熱層材料現(xiàn)在是74頁\一共有104頁\編輯于星期四（2）防潮層材料a)石油瀝青或改質(zhì)瀝青玻璃布；b）石油瀝青瑪締脂玻璃布；c）油氈玻璃布；d）聚乙烯薄膜；e）符合鋁箔。現(xiàn)在是75頁\一共有104頁\編輯于星期四（3）保護(hù)層材料a)鍍鋅或不鍍鋅薄鋼板；b）鋁或合金鋁板；c）帶鋁箔玻璃鋼板?，F(xiàn)在是76頁\一共有104頁\編輯于星期四六、管道的防腐與標(biāo)志1、管道防腐管道外多以涂層防腐。現(xiàn)在是77頁\一共有104頁\編輯于星期四2、管道標(biāo)志現(xiàn)在是78頁\一共有104頁\編輯于星期四第三節(jié)管道布置設(shè)計一、管道布置設(shè)計的任務(wù)：用管道把車間布置固定下來的設(shè)備連接起來，使之成為一條完整連貫的生產(chǎn)工藝流程?，F(xiàn)在是79頁\一共有104頁\編輯于星期四二、管道布置設(shè)計的主要依據(jù)①帶控制點的工藝流程圖；②設(shè)備布置圖；③設(shè)備裝配圖、管口方位圖、設(shè)備安裝詳圖；④廠房建筑平、立面圖；⑤有關(guān)配管規(guī)范、要求?，F(xiàn)在是80頁\一共有104頁\編輯于星期四三、管道布置設(shè)計的主要原則1、物料因素（1）輸送有毒或有腐蝕性介質(zhì)的管道不得在人行道上空設(shè)置閥體、法蘭等；若與其他管道并列時，應(yīng)在外側(cè)或下方安裝。（2）輸送易燃、易爆介質(zhì)的管道不應(yīng)敷設(shè)在生活間、樓梯和走廊等處；一般應(yīng)設(shè)置安全閥、防爆膜、阻火器等防火防爆安全裝置?，F(xiàn)在是81頁\一共有104頁\編輯于星期四（3）輸送冷熱流體的管道應(yīng)相互避開，不能避開時，冷管在下，熱管在上。保溫層外表面的間距，上下并行時一般不應(yīng)小于0.5m，交叉排列時，不應(yīng)小于0.25m。（4）管道敷設(shè)坡度坡度方向：一般為介質(zhì)流動方向。坡度大?。?/100～5/1000。現(xiàn)在是82頁\一共有104頁\編輯于星期四（5）蒸汽管道盡量不要把高壓蒸汽直接引入低壓蒸汽系統(tǒng)，如果必要，應(yīng)裝減壓閥，在低壓系統(tǒng)上裝安全閥。（6）真空管線盡量縮短，避免過多曲折，盡量減少彎頭和閥門，使阻力小，達(dá)到更大的真空度。避免用截止閥。現(xiàn)在是83頁\一共有104頁\編輯于星期四2、考慮施工、操作及維修（1）管道應(yīng)盡量集中明線敷設(shè)；（2）管道盡量架空敷設(shè)，平行成列走直線，少拐彎，少交叉；（3）支管多的應(yīng)布置在并行管的外側(cè)，引支管時，氣體管從上方引出，液體管從下方引出；（4）管道布置不得妨礙門窗開啟及閥門、管件、設(shè)備、機泵和自控儀表的操作檢修；（5）管道應(yīng)避免通過電動機、儀表盤、配電盤上空；（6）管道應(yīng)盡可能沿墻面敷設(shè)，或固定在墻上的管架上；（7）管道之間、管道與墻壁之間應(yīng)保持一定的距離。現(xiàn)在是84頁\一共有104頁\編輯于星期四（8）管道安裝時間能量避免出現(xiàn)“氣袋”、“口袋”和盲腸；（9）閥門、儀表的安裝應(yīng)方便操作與維修。閥門：1.2m安全閥高度：2.2m溫度計、壓力表：1.5m左右水平管道上的閥門閥桿不宜垂直向下。現(xiàn)在是85頁\一共有104頁\編輯于星期四3、安全生產(chǎn)（1）不銹鋼管不得與普通碳鋼制的管架直接接觸，以免產(chǎn)生因點位差造成腐蝕核心；（2）在人員通行處，管道底部的凈高不宜小于2.2米，通行大型檢修機械或車輛時，凈高不小于4.5m；（3）埋地管道應(yīng)在凍土層以下；（4）為防止管道在工作中產(chǎn)生振動、變形及損壞，合理確定其支承與固定結(jié)構(gòu)；（5）閥門要布置在便于操作的部位，容易開錯且引起重大事故的閥門，相互間距要拉開，并涂刷不同顏色；（6）管道在穿墻和樓板時，應(yīng)在墻面和樓板上預(yù)埋一個直徑達(dá)的套管；（7）長距離輸送蒸汽或其它熱物料的管道，應(yīng)考慮熱補償。現(xiàn)在是86頁\一共有104頁\編輯于星期四四、管道敷設(shè)方式架空敷設(shè)地下敷設(shè)管廊、管架或管墩敷設(shè)支吊架敷設(shè)埋地敷設(shè)管溝敷設(shè)現(xiàn)在是87頁\一共有104頁\編