《化工管道設計》PPT課件

第八章化工管道設計,一般，在化工裝置工程建設中，管道設計工作量占工程設計總工作量40%，管道工程材料費用占設備材料總費用的20%，管道安裝工時占施工總工時的40%以上，工藝生產(chǎn)裝置能否長期安全運行與管道設計的好壞密切相關。,管道設計,一、設計原則1、統(tǒng)籌規(guī)劃合理布局:工藝,電氣,儀表管線。2、保證正常生產(chǎn)、滿足開（停）工及事故處理需要。3、運用先進技術，充分利用能源:熱(冷)量充分利用。4、盡量集中布置便于安裝檢修:協(xié)調一致,便于操作。5、注意整齊美觀:排列整齊,清潔美觀。,第一節(jié)設計原則及注意事項,二、注意事項,1、物料管道（凡輸送原料,半成品,成品,廢料等的管線統(tǒng)稱為物料管道）,避免死角。坡度為3/1000-5/1000,含固體結晶為1/100。根據(jù)物料的性質來選擇管材。管道閥門選擇旋塞閥,球閥,截止閥。輸送腐蝕性介質管道不得位于通道上方,法蘭連接處要裝護套,與其它管道保持一定距離,并略低一些。輸送易凝固的物料管道應考慮吹掃和加熱保溫。防爆管道,易產(chǎn)生靜電管道應注意安裝接地。,根據(jù)蒸汽用量和壓力選擇管材規(guī)格。坡度為5/1000。適當?shù)攸c應設置疏水器放水孔。適當?shù)攸c應設置膨脹器。蒸汽加熱設備的冷凝水應盡量回收。選定保溫材料及保溫層厚度。選定支架形式及其跨度。,2、蒸汽管道,充分考慮綜合利用,盡量減少污水排放。合流式分流式。根據(jù)廢水不同成分和組成,選擇管道材料。廢水中含有可燃性溶劑,應導入窨井回收。污水管道啟閉器常選用旋塞或球閥。污水管道坡度為1/1000。,3、污水管道,4、真空管線.真空管道盡量短,避免過多曲折。.真空管道坡度為3/1000,避免死角。.真空管道啟閉器常選用旋塞或球閥。.應有足夠的強度及抗腐蝕能力。5、壓縮空氣管線.壓縮空氣應先進入儲氣罐,析出夾帶的油和水。.儀表,分析用壓縮空氣,應經(jīng)過除塵,脫水。.壓縮空氣管道坡度為4/1000。.壓縮空氣管道啟閉閥常用球閥。,一、管道和管件的公稱壓力及公稱直徑系列1、管道和管件的公稱壓力系列碳鋼在200,合金鋼在250以下,最大的允許工作壓力(表壓),稱為公稱壓力PN(MPa）。2、管道和管件的公稱直徑系列以外徑表示鋼管的直徑，稱為公稱直徑DN(mm)同一公稱直徑的鋼管,外徑相同,但內徑隨壁厚而異。,第二節(jié)管件選擇與管徑計算,耐酸陶瓷:耐酸,但強度低,熱穩(wěn)定性差。玻璃鋼:耐酸堿,耐高溫,強度高。硬聚氯乙烯:耐腐蝕,耐酸堿,電絕緣。聚四氟乙烯:耐腐蝕,耐酸堿,摩擦系數(shù)小。,二、材質與常用管道種類,1、材質1)金屬類：耐溫范圍大,耐壓力高,有一定的耐腐蝕性。2)非金屬類：耐腐蝕性好,品種多,資源豐富。,2、常用管道種類1)鋼管.有縫鋼管:鋼板卷焊而成,強度低,可靠性差。.無縫鋼管:由管坯熱軋而成,耐高溫,高壓。2)有色金屬管常見的是銅管和黃銅管,鉛管和鉛合金管,鋁管和鋁合金管,都無縫管,用作換熱管,真空管及輸送酸性物料。3)非金屬管品種繁多如硬聚氯乙烯,聚四氟乙烯,玻璃鋼。,1、焊接:施工方便,可靠不漏,成本低,盡量用焊接,管徑大于32mm電焊,管徑小于32mm氣焊。2、螺紋連接:連接簡單,拆裝方便,成本低,但連接可靠性低,不宜用于易燃易爆有毒管線。3、法蘭連接:連接強度高,拆裝方便,密封可靠但費用高,用于大管徑,密封要求高的管道。4、承插連接:用于供排水管,陶瓷管,水泥管。5、卡箍連接:金屬插入非金屬管后卡箍箍緊。,三、管道連接,1)旋塞:結構簡單,操作方便,阻力小,但密封面易磨損。2)閘閥:流體阻力小開關力小,但結構復雜密封面易損。3)截止閥:結構簡單,價格便宜,開關力大,密封性能差。4)節(jié)流發(fā):外形小,重量輕,調節(jié)性能好,用于低溫高壓。,四、常用閥門和閥件的選擇及閥門的標注,2、常用閥門和閥件的選擇,1、閥門的標準、型號和標志:JB308-75規(guī)定。,5)球閥:結構簡單,開關力小,外形小,重量輕,阻力小。6)止回閥:介質不能倒流。7)減壓閥:通過閥瓣時產(chǎn)生阻力,造成壓力損失。8)安全閥:壓力超過規(guī)定值時,自動開啟泄壓。9)隔膜閥:隔膜夾于閥體與閥蓋之間,增加了密封強度。10)疏水閥:自動排出管道中的冷凝水。11)管道過濾器:Y型過濾器,用于疏水器前,或儀表前。,1、管徑選擇:當輸送流體的能力一定時,管徑的大小直接影響到經(jīng)濟效益。管徑大:管壁,重量,閥門,管件加大,保溫,基建費增加。管徑小:流速增加,阻力增大,動力消耗大輸送費增加。2、流速選取:液體流速一般不超過3m/s氣體流速一般不超過100m/s具體選擇時可從附錄五中選取,五、流速選擇與管徑計算,3、管徑計算：長管道要校核壓力降,不符合要求調整流速和管徑。4、管道壓力降計算計算壓力降的目的是為了選擇合適的泵,壓縮機,鼓風機等輸送設備和校核選擇流速或管徑。用公式計算比較麻煩,工程上常用算圖計算壓力降。,15,d:管徑為(mm)Q:流體的體積流量(m3/s)V:流體的平均流速（m/s）,一、管道隔熱,第三節(jié)管道隔熱與熱補償,1.管道隔熱的一般規(guī)定,（1）熱力管道及其附件，凡表面溫度大于50oC以上時，須考慮隔熱，隔熱后的管道外表溫度不應超過下列數(shù)值：,（2）室外架空敷設的非干燥氣體管道及附件，又處于0oC以下溫度時，應考慮防凍。,室外管道，當溫度25oC時為60oC，當氣溫25oC時為40oC。室內管道，當操作地點按25oC考慮時為50oC。,（4）所有可能在0oC以下的煤氣管及氣體氣體管道的排水管必須進行隔熱防凍。,（3）室外架空敷設的冷煤氣管道，有處于0oC以下可能時，一般應按以下規(guī)定隔熱、防凍。,當室外氣溫為0到-10oC時，DN300的管道應做隔熱防凍。當室外氣溫為-10到-20oC時，DN500的管道應做隔熱防凍。當室外氣溫為-20以下時，所有管道應進行隔熱防凍。,2、保溫材料選擇,密度小，在450kg/m3以下機械強度大，一般可承受0.3MPa以上；導熱系數(shù)小，350以下時導熱系數(shù)小于0.14W/mK,化學穩(wěn)定性好，耐腐蝕，耐火，膨脹小；能耐一定溫度，對潮濕，水分的寢室有頂?shù)牡挚沽?；價格便宜，易于施工。,按導熱系數(shù)（W/mK）劃分為：一級隔熱材料0.08；二級隔熱材料0.08-0.116；三級隔熱材料0.116-0.174；四級隔熱材料0.174-0.209,3、常用保溫材料的特性與應用范圍,保溫材料的導熱系數(shù)隨溫度的增加而增加。在高溫管道可先包覆耐熱性較高的保溫材料,然后再敷以導熱系數(shù)較小的保溫材料。,參考：HG/T206832005,4、隔熱層厚度的選擇,隔熱層厚度的計算較為復雜，隨厚度的增加，管道熱量損失可以減少，但隔熱的投資費和折舊費卻在增加，一次需要進行經(jīng)濟核算來去頂最適宜的厚度。,Dw：管道或圓柱形設備的外徑，mm；：隔熱材料的導熱系數(shù)，W/mK；t1：管道或圓柱形設備的外表面溫度，oC；q：最大允許熱損失，W/m（可參考相關標準）,1)隔熱形式:除一般絕熱隔熱外,有時還采用夾套保溫或伴熱管保溫,物料凝固點(或熔點)50時采用伴熱管保溫,150采用夾套保溫。2)熱載體的選擇:常用的熱載體有熱水,蒸汽,煙道氣,熱空氣,高溫時用聯(lián)苯混合物,熔鹽。,5、隔熱形式及熱載體的選擇,1、管道的熱變形與熱應力,二、管道的熱補償,管道的熱膨脹,冷縮：L=Lt,若管道不能自由伸縮,將產(chǎn)生熱應力。應力大小可由下式計算:=E=Et,L：線形熱膨脹或體積熱膨脹值；：材料膨脹系數(shù)；t：溫度變化,E：材料彈性模量；：材料膨脹系數(shù)；t：溫度變化,2）補償器補償：自然補償達不到要求時,要采用補償器補償，常見的補償器有形和U形兩種。形補償器應用最多，優(yōu)點耐壓可靠,補償能力大，制造方便，缺點尺寸大，流體阻力大，安裝時要預拉伸或預壓縮。,1）自然熱補償：利用管道部置時的自然彎曲來吸收熱伸長量，此彎段稱自然熱補償器。有L形有Z形，自然熱補償可不用補償器，簡單經(jīng)濟。,2、管道的熱補償,一、管道支架類型和作用,第四節(jié)管架的設計,1.固定式支架：在管道上不允許有任何的位移，緊卡在或固定在牢固的生根架上。一般使用在熱管、冷管上直線很長的場合，為防止熱膨冷縮位移量過大，在固定管架之間須設置補償器或利用管道拐彎自然補償。,2.活動支（吊）架：該支（吊）架用于管道的正常支撐，這種支（吊）架在支撐面上允許有縱向和橫向的移動，是配管使用比較多的一種，根據(jù)管道允許跨度，確定其位置。,3.導向支架：又叫限位移支架，只限于某個方向的位移，一般僅允許軸向移動，不允許橫向移動。多用于設備入口，鑄鐵閥門的兩側，以避免產(chǎn)生彎距；還用于波形伸縮器，高管伸縮器的直管線上，以保持軸向位移。,4.彈簧支（吊）架：利用彈簧的伸長或壓縮，伴隨管道垂直位移起支撐作用。一般布置在垂直管道的兩側和頂端，如水平管道受垂直管道的影響有上下位移的場合需要用彈簧支架。,各種支架類型、配件及圖示參考：HG/T21629-1999管架標準圖,二、管架寬度計算W=fnS+A,W：管架總寬度，m；f：安全因素，按工藝流程圖估計管數(shù)時，取f=1.5，按施工工藝圖估算時，f=1.2；S：管道的平均距離，一般S=0.3，當管徑0.25m時，取S=0.25；n：管件根數(shù)；A：擴建需要的預留寬度，需要仔細考慮，一般為0.7m。,W一般為6-8m，大于9m時要采用雙層管架。管架寬度也收起下面布置的設備和通道影響。,三、管道支吊架載荷計算,不同支（吊）架形式、管道走向及閥門控制等，有不同的計算方法，可參考相關資料，如工程力學等。,a,b,A,B,C,G：承受的載荷，NQ：單位長度的基本載荷，N/m,確定管道支架時要預先考慮管道支架的載荷,水平直管無集中負荷時,三、管間距,1.各種情況的管間距可查相關手冊，間距確定的一般考慮原則為：,無法蘭不保溫或保溫、保冷管道，其突出部分凈距離不小于80mm；有法蘭的不保溫管道，其突出部分的凈距離不小50mm；法蘭相錯的管道，按大管道上有法蘭與小管道無法蘭考慮間距；管道最突出部分距墻壁或柱邊的凈空不小于100mm,3.并排管道上并排安裝用手輪操作的閥門時，管間距離處考慮法蘭大小及凈距離外，還要考慮手輪大小及其凈距離（一般選100mm），采用兩者中較大值。,4.管道通過人行道時，最低點離地面不小于2m；離公路不小于4.5m；離鐵路不小于6m；離廠交通干線一般為5m。,2.管道最突出部分距管架梁端部距離不小100mm，距管架柱距離也不小于100mm,一、幾種常見設備的工藝配管1、泵的管道布置：泵的吸入管要短,直,阻力小，入口安裝臨時過濾器（有永久除外）。,第五節(jié)生產(chǎn)系統(tǒng)管道布置要求,吸入管的直徑不應小于泵的入口，入口進泵為水平方向時，入口管道應配置偏心異徑管，取頂平安裝，以免形成氣袋。泵的排出管一般均按止回閥，旁路管。往復泵,齒輪泵,旋渦泵在排出管設安全閥。蒸汽泵,計量泵,非金屬泵入口處設過濾器。,1)管口方位人孔：設在安全方便的操作側，面對過道?；亓骺祝涸O置在配管區(qū)180的地方。塔頂出汽孔：靠近人孔的操作平臺。再沸器接口:雙出口盡量對稱,避開塔封液板。儀表口:溫度計壓力計液位計在操作平臺上方。2)塔的配管塔平面配管:人孔的90、270扇區(qū)不排管。塔立面配管:主要反映管道,平臺的標高走向。,2、塔的管道布置,1)管口方位,3、容器的管道布置,立式容器:分操作側面和配管側面,操作側面有加料孔,視鏡,壓力表,溫度計；人孔,氣孔在頂部出料孔在底部。臥式容器:液體,氣體進口在一端的頂部,液體出口在另一端的底部,蒸汽出口則在液體出口的頂上,人孔可在頂上,側面或封頭中心。,立式容器:,2)管道布置,臥式容器:,兩設備一般不用直管連接。進料管設在設備前部。出料管在底部中心引出。,管口大多在一條直線上。閥門大多裝在管口上。,1)管口布置和流體流動方向,4、換熱器的管道布置,2)換熱器的配管,管殼式換熱器已標準化,有系列產(chǎn)品可供使用但管口大小,方位和安裝結構由設計人員決定。,管箱面對操作通道，封頭對管廊。儀表，閥門應靠進換熱器，能在通道上操作。換熱器兩端和法蘭周圍應留出足夠空間。,1、管道上放空管道最高點應設置放空閥。管道最低點應設置排空閥。放空管直徑一般取DN20-40。2、設備上放空放空管裝在頂部能將氣體放盡的位置。排空管裝在底部能將液體放盡的位置。放空管直徑一般取DN20-50。,二、放空,三、取樣:,取樣口應設在操作方便,有代表性的地方,應裝兩個閥,易采用針形閥,高溫取樣應設冷卻器。,四、吹洗:,吹洗管分半固定和固定兩種,半固定為一短管,在吹洗時臨時接上軟管通入吹洗介質。,起動頻繁時應設置雙閥,特殊要求應設置雙閥。,五、雙閥的設置:,管道布置圖又稱配管圖或管道安裝圖，它表示車間內外設備間管道的連接，閥門，管件及控制儀表等安裝情況的詳圖，連同工藝管道一覽表、管架表一起供施工安裝使用。,第六節(jié)管道布置圖,一、有關資料準備1、帶控制點工藝流程圖:滿足工藝要求。2、總平面圖:了解公用工程車間位置。3、車間建筑圖:了解門,窗,柱,梁,樓梯位置。4、車間設備布置圖:以設備布置平剖面圖為據(jù)。5、設備圖:根據(jù)設備管口安裝不同管道與管件。6、梁板布置圖和節(jié)點詳圖:管道穿過樓板位置。二、管道及配件安裝設計