學(xué)習(xí)情境一、化工管路

1、化學(xué)工程系 2021年6月19日星期六 李麗 認(rèn)識(shí)化工管路的構(gòu)成認(rèn)識(shí)化工管路的構(gòu)成1 熟悉化工管路用材熟悉化工管路用材2 掌握密度、流量、流速、管徑概念及相關(guān)計(jì)算掌握密度、流量、流速、管徑概念及相關(guān)計(jì)算3 根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)確定管道、管件、閥門(mén)類(lèi)型與規(guī)格根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)確定管道、管件、閥門(mén)類(lèi)型與規(guī)格4 化工管路化工管路 按輸送介質(zhì) 的壓力 真空管、低壓管、中壓管、高壓管、超高壓管真空管、低壓管、中壓管、高壓管、超高壓管 低溫管、常溫管、高溫管低溫管、常溫管、高溫管 按輸送介質(zhì)的溫度 簡(jiǎn)單管路、復(fù)雜管路簡(jiǎn)單管路、復(fù)雜管路 按按 連連 接接 方方 式式 按輸送介按輸送介 質(zhì)的種類(lèi)質(zhì)的種類(lèi) 水管、蒸汽管、氣體

2、管、油管以及輸水管、蒸汽管、氣體管、油管以及輸 送酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì)管路送酸、堿、鹽等腐蝕性介質(zhì)管路 概述與分類(lèi) 一、壓力管道 （一）壓力管道概念 壓力管道是指利用一定的壓力，用 于輸送氣體或液體的管狀設(shè)備 （二）壓力管道的分類(lèi)與分級(jí) 壓力管道通常根據(jù)其危害程度實(shí)施 分級(jí)安全監(jiān)察。一般將壓力管道按 安全等級(jí)分為GC1、GC2、GC3三 級(jí)。 （三）石油化工管道的分級(jí) 根據(jù)介質(zhì)的性質(zhì)和工藝條件分 為5級(jí)：SHA、SHB、SHC、 SHD、SHE 二、化工管路的構(gòu)成 （一）管子 在實(shí)際化工生產(chǎn)中， 由于輸送流體物料的性質(zhì) 和工藝條件的不同，用于 連接設(shè)備和輸送流體物料 的管子不僅要滿(mǎn)足強(qiáng)度和

3、通過(guò)物料能力的要求，還 要適應(yīng)耐溫（高溫或低溫 ）、耐壓（高壓或低壓） 、耐腐蝕（酸、堿）、導(dǎo) 熱等性能的要求。 1管子的標(biāo)準(zhǔn)管子的標(biāo)準(zhǔn) 公稱(chēng)直徑 公稱(chēng)壓力 2管子的材料管子的材料 金屬管 非金屬管 （二）常用管件 1.彎頭 彎頭的作用主要是 用來(lái)改變管路的走向 。彎頭可用直管彎曲 而成，也可用管子組 焊，還可用鑄造或鍛 造的方法制造。彎頭 的常用材料為碳鋼和 合金鋼。彎頭的形狀 常有45度、60度、 90度、180度回彎頭 等。 據(jù)接入管的角度和旁 路管徑的不同，可分 為正三通、斜三通。 接頭處的管徑除三通 外，還有四通、Y形 管等，有時(shí)也用來(lái)改 變流向，多余的一個(gè) 通道接頭用。， 2三通三

4、通 3.3.短路和異管徑短路和異管徑 短管兩端面直徑相同 的叫等徑管，兩端面 直徑不同的叫異徑管 。異徑管可改變流體 的流速。短管與管子 的連通常采用法蘭或 螺紋連接方式，也可 采用焊接 4. 4.法蘭與盲板法蘭與盲板 為了管路安裝和檢修 的需要，管路中需裝 設(shè)管道法蘭。管法蘭 已標(biāo)準(zhǔn)化，使用時(shí)可 根據(jù)公稱(chēng)壓力和公稱(chēng) 直徑選取。通常管路 的末端裝有法蘭蓋（ 實(shí)心法蘭），以便于 檢修和清理管路 法蘭法蘭 盲板盲板 （三）常用閥門(mén) 1.閘閥 閘閥的結(jié)構(gòu)如圖所示 ，主要部分為一閘板 ，通過(guò)閘板的升降以 啟閉管路（相當(dāng)于在 管道中插入一塊和管 徑相等的閘門(mén)，閘門(mén) 通過(guò)手輪來(lái)進(jìn)行升降 ，從而達(dá)到啟閉管路

5、 的目的）。 楔式閘閥平行式閘閥 截止閥又稱(chēng)球心閥或球形閥，截止閥的密封零件是閥盤(pán)和閥座。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪 ，帶動(dòng)閥桿和閥盤(pán)做軸線(xiàn)方向的升降，改變閥盤(pán)與閥座之間的距離，從而改變 流體通道面積大小，使得流體的流量改變或截?cái)嗤ǖ馈?3止回閥 止回閥是根據(jù)閥盤(pán)前 后介質(zhì)的壓力差而自動(dòng)啟 閉 的閥門(mén)。如將它裝在管 路中，流體只能向一個(gè)方 向流動(dòng)，從而阻止介質(zhì)的 逆流。它的結(jié)構(gòu)是在閥體 內(nèi)裝有一個(gè)閥盤(pán)或搖板， 當(dāng)介質(zhì)順流時(shí)，閥盤(pán)或搖 板被頂開(kāi)；當(dāng)介質(zhì)倒流時(shí) ，閥盤(pán)或搖板受介質(zhì)壓力 作用而自動(dòng)關(guān)閉。 根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，止回 閥分為升降式和旋啟式兩 種。 升降式止回閥 4旋塞 旋塞閥是利用帶孔的錐 形栓塞來(lái)控制啟閉

6、的閥門(mén) 。錐形旋塞與閥體內(nèi)表面 形成圓錐形壓合面相配合 ，閥體上部用填料將旋塞 與閥體之間的間隙密封。 旋塞上部有方榫，使用專(zhuān) 門(mén)的方孔扳手轉(zhuǎn)動(dòng)栓塞， 通過(guò)旋轉(zhuǎn)一定角度來(lái)開(kāi)閉 閥門(mén)。 旋塞閥與管路的連接方 式有螺紋連接和法蘭連接 兩種。 法蘭連接旋 塞閥 內(nèi)螺紋連接旋 塞閥 5球閥 球閥主要由閥體、閥蓋 、密封閥座、球體和閥 桿等組成。其結(jié)構(gòu)與旋 塞閥相似。球閥是通過(guò) 旋轉(zhuǎn)帶孔球體來(lái)控制閥 門(mén)啟閉的。根據(jù)球體在 閥體內(nèi)可否浮動(dòng)，分為 浮動(dòng)球球閥和固定球球 閥。 帶固定密封閥座的 浮頭球球閥 固定球球閥 6隔膜閥 隔膜閥是在閥桿下面固 定一個(gè)特別橡膠膜片構(gòu) 成隔膜，并通過(guò)隔膜來(lái) 進(jìn)行啟閉工作。橡

7、膠隔 膜的四周夾在閥體與閥 蓋隔離開(kāi)來(lái)。在隔膜中 間凸起的部位，用螺釘 或銷(xiāo)釘與閥盤(pán)相連接， 閥盤(pán)與閥桿通過(guò)圓柱銷(xiāo) 連接起來(lái)。 7蝶閥 蝶閥主要有手柄、齒輪 、閥桿、閥板、閥體等 組成如圖1-12所示。當(dāng) 旋轉(zhuǎn)手柄時(shí)，通過(guò)齒輪 、閥桿、杠桿和松緊彈 簧傳動(dòng)，使閥板門(mén)開(kāi)啟 。檔手柄反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)， 使蝶閥關(guān)閉。蝶閥除手 動(dòng)外，還有電動(dòng)、氣動(dòng) 等方式。 8節(jié)流閥 中低壓外螺紋節(jié)流閥 節(jié)流閥結(jié)構(gòu)與截止閥 相似，僅啟閉件形狀 不同。截止閥的啟閉 件為盤(pán)狀，而節(jié)流閥 啟閉件為錐狀或拋物 線(xiàn)狀。 節(jié)流閥屬于調(diào)節(jié)類(lèi)閥 門(mén)。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)手輪， 改變流體通道的截面 積，從而調(diào)節(jié)介質(zhì)流 量與壓力的大小。 9.閥門(mén)的選用原

8、則 輸送流體的性質(zhì)。如液體、氣體、蒸汽、漿液、懸浮液、粘稠液等。 閥門(mén)的功能。選用時(shí)應(yīng)考慮各種閥門(mén)的特征及適用場(chǎng)合。 閥門(mén)的尺寸。應(yīng)根據(jù)流量大小和允許的壓降范圍選定，一般應(yīng) 與工藝管道尺寸相配。 阻力損失。根據(jù)閥門(mén)的功能和可能產(chǎn)生的阻力來(lái)選定閥門(mén)的結(jié)構(gòu)形 式。 根據(jù)操作條件，來(lái)確定法閥門(mén)的壓力等級(jí)和材質(zhì)。 三、管路的連接 1焊接連接 適用于有壓管道及真空管道 ，視管徑和壁厚的不同選用 電焊或氣焊。這種連接方式 簡(jiǎn)單、牢固且嚴(yán)密，多用于 無(wú)縫鋼管，有色金屬管的連 接。 焊接連接屬于不可拆連接方 式。采用焊接連接密封性能 好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、連接強(qiáng)度高 ，可適用于承受各種壓力和 溫度的管道上，故在化工生

9、 產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。 對(duì)接搭接 角接 T形接 2法蘭連接 法蘭連接是管路中應(yīng)用最多的可拆連接方式。法蘭連接強(qiáng) 度高、拆卸方便、適應(yīng)范圍廣，廣泛應(yīng)用于大管徑、耐溫 耐壓與密封性要求高的管路連接以及管路與設(shè)備的連接。 在法蘭連接中，法蘭盤(pán)與管子的連接方法多種多樣，常用 的有整體式法蘭、活套式法蘭和介于兩者之間的平焊法蘭 等。 3螺紋連接 （1）內(nèi)牙管連接 （3）活管接連接（2）外牙管連接 4承插式連接 在化工管路中，承插連接適 用于壓力不大，密封性能不 高的場(chǎng)合。常用作鑄鐵水管 的連接方式，也可用作陶瓷 管、塑料管、玻璃管等金屬 管路的連接。 承插式連接結(jié)構(gòu)如圖1-18所 示。承插連接時(shí)，在插口和

10、 承口接頭處留有一定的軸間 間隙，一邊與補(bǔ)償管路受熱 后的伸長(zhǎng)。 （二）管路的熱補(bǔ)償（二）管路的熱補(bǔ)償 若管路兩端固定，當(dāng)溫度變化較大時(shí)，就會(huì)因熱脹冷 縮而產(chǎn)生拉伸或壓縮變形，嚴(yán)重時(shí)可使管子彎曲、斷 裂或接頭松動(dòng)。因此，承受溫度變化較大的管路，要 采用熱膨脹補(bǔ)償裝置。一般溫度變化在32以上， 要考慮熱補(bǔ)償。 1.回折管補(bǔ)償器 2.波形補(bǔ)償器 四、管徑選擇與壁厚確定 工廠(chǎng)的流體輸送管道大多為圓形管道，其管子的粗細(xì)主要 是管子直徑的不同即管子規(guī)格的不同。管子直徑的確定是 我們選擇管子規(guī)格的基礎(chǔ)。 輸送管路的直徑d與流量Vs和流速u(mài)有關(guān)。管子直徑的求 取公式為： (一)流量與流速 1流量流量 (1)

11、體積流量:單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面的流體體積 (2)質(zhì)量流量:單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道任意截面的流體質(zhì)量 (3)體積流量與質(zhì)量流量的關(guān)系為 2流速流速 (1)平均流速:單位時(shí)間內(nèi)流體質(zhì)點(diǎn)在流動(dòng)方向上所流經(jīng)的距離 （2）質(zhì)量流速：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道單位截面積的流體質(zhì)量 （3）質(zhì)量流速與流速的關(guān)系為 3. 流量流量 與流速的與流速的 關(guān)系為關(guān)系為 （二）管子直徑的影響因素分析及確定 2.管道直徑的確定步驟 （1）根據(jù)流體的種類(lèi)、性質(zhì)、壓力等在適宜流速范圍內(nèi)，選取 一個(gè)流速； （2）將索選取的流速代入公式計(jì)算管道的直徑d； （3）由計(jì)算出的d，根據(jù)管子規(guī)格，將管子圓整成標(biāo)準(zhǔn)管徑。 例1-2 有一通風(fēng)管道

12、輸送120kPa(絕壓)、30、質(zhì)量流量為 600/h的空氣。若選用流速為15m/s,試計(jì)算其管內(nèi)徑和選 擇適宜的管子規(guī)格，并計(jì)算管內(nèi)的實(shí)際流速和質(zhì)量流量。 1.管道直徑討論 當(dāng)Vs一定，流速u(mài)增加，管道直徑d減小，管道安裝的設(shè)備投資 減少，但u增加會(huì)導(dǎo)致管路中流動(dòng)阻力增加，操作費(fèi)用增加。 五、化工管路的布置與安裝五、化工管路的布置與安裝 （一） 從安裝、檢修、操作等方面考慮 1. 在安裝時(shí)除了下水道、上水總管和煤氣管以外，管路鋪設(shè)應(yīng) 盡可能采用明線(xiàn)。 2. 在安裝時(shí)并列管路上的管件和閥門(mén)應(yīng)互相錯(cuò)開(kāi)，避免在檢修 及操作時(shí)的不方便。并列管路上安裝手輪操作的閥門(mén)時(shí)，手輪 間距約100mm。 3.

13、在安裝時(shí)車(chē)間內(nèi)的管路應(yīng)盡可能沿廠(chǎng)房墻壁安裝，管架可以 固定在墻上，或沿天花板及平臺(tái)安裝。在露天的生產(chǎn)裝置，管 路可沿掛架或吊架安裝。管與管之間和管與墻之間的距離以能 容納活動(dòng)接頭或法蘭以及便于檢修為宜，管與墻、柱邊或管架 支柱之間的凈空距離不小于100mm為宜。中壓管與管之間的距 離保持在4060mm，高壓管與管之間的距離保持在7090之 間。 4. 在安裝時(shí)管路的傾斜度通常為3/10005/1000,對(duì)含有固 體結(jié)晶或顆粒較大的物料管應(yīng)大于等于1%。 5. 在安裝時(shí)為了便于區(qū)別各種類(lèi)型的管路，應(yīng)在管路的保 護(hù)層或保溫層表面涂以顏色加以區(qū)別。 6. 一般上下水管及廢水管適宜埋地鋪設(shè)，埋地管路的

14、安裝 深度，在冬季結(jié)冰地區(qū)，應(yīng)在當(dāng)?shù)乇鶅鼍€(xiàn)以下。 （二） 從保障操作與人身安全考慮 1. 輸送流體的管路，特別是輸送腐蝕性介質(zhì)的管路，為防止因 滴漏而造成對(duì)人體的傷害，在穿越通道時(shí)，不得裝設(shè)各種管件、 閥門(mén)以及可拆卸連接。 2. 鋪設(shè)各種管路離地面的高度應(yīng)便于檢修，通過(guò)路、橋的高度 應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，如通過(guò)人行橫道時(shí)，不得小于2m；通過(guò)公路不 得小于4.5m；通過(guò)鐵路與輕軌距離不得小于6m；通過(guò)工廠(chǎng)主要 交通干線(xiàn)，一般高度為5m。 3. 管路的跨距（兩支座之間的距離） 4. 輸送腐蝕性介質(zhì)的管路與其他管路并列時(shí)，兩者應(yīng)保持一定 距離，而且其位置應(yīng)略低一些，以免發(fā)生滴漏時(shí)影響其他管路， 5. 物料流

15、動(dòng)時(shí)常有靜電產(chǎn)生而是管路成為帶電體，為了防止靜 電積累，必須將管路可靠接地。 6 .在溫差變化較大的管路中，應(yīng)考慮到熱脹冷縮，以免產(chǎn)生熱 應(yīng)力，造成管路彎曲或破裂。 （三） 從降低成本考慮 1. 各種管路鋪設(shè)時(shí)要盡量走直線(xiàn)，少拐彎，少交叉，以減 少阻力。 2. 各種管路應(yīng)集中鋪設(shè)，這樣可以共同利用管架，降低基 建費(fèi)用。當(dāng)穿過(guò)墻壁時(shí)，墻壁上應(yīng)開(kāi)預(yù)留孔，過(guò)墻時(shí)，管外 最好加套管，套管與管子之間的環(huán)隙內(nèi)應(yīng)充滿(mǎn)填料；管路穿 過(guò)樓板時(shí)最好也這樣。 3. 平行管路的排列應(yīng)考慮管路互相的影響。在垂直排列時(shí) ，輸氣的在上，輸液的在下；熱介質(zhì)管路在上，冷介質(zhì)管路 在下，這樣，減少熱管路對(duì)冷管路的影響；高壓管路上，低 壓管路在下；無(wú)腐蝕性介質(zhì)管路在上，有腐蝕性介質(zhì)在下， 以免腐蝕性介質(zhì)滴漏時(shí)影響其他管路。在水平排列時(shí)，高壓 管路靠近墻壁，低壓管路在外；不常檢修的靠墻柱，檢修頻 繁的在外；振動(dòng)大的要靠管架或墻。 六、管路的常見(jiàn)故障及排除方法 （一）做好管路維護(hù)工作 認(rèn)