化工設(shè)計概論與化工制圖管道設(shè)計

化工設(shè)計概論與化工制圖管道設(shè)計第1頁/共37頁2023/3/82

化工管道的投資約占全廠化工設(shè)備裝置的15--20％，化工管道設(shè)計是工藝設(shè)計中一項相當(dāng)復(fù)雜而工作量又相當(dāng)大的工作，化工管道設(shè)計是施工圖設(shè)計階段的主要內(nèi)容之一。

第八章管道設(shè)計

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第一節(jié)設(shè)計原則及注意事項一、設(shè)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(shù)，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(diào)一致,便于操作。5、注意整齊美觀:排列整齊,清潔美觀。二、注意事項第3頁/共37頁2023/3/84.避免死角。.坡度為3/1000-5/1000,含固體結(jié)晶為1/100。.根據(jù)物料的性質(zhì)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(zhì)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(yīng)考慮吹掃和加熱保溫。.防爆管道,易產(chǎn)生靜電管道應(yīng)注意安裝接地。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。第4頁/共37頁2023/3/852、蒸汽管道.根據(jù)蒸汽用量和壓力選擇管材規(guī)格。.坡度為5/1000。.適當(dāng)?shù)攸c應(yīng)設(shè)置疏水器放水孔。.適當(dāng)?shù)攸c應(yīng)設(shè)置膨脹器。.蒸汽加熱設(shè)備的冷凝水應(yīng)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。第5頁/共37頁2023/3/863、污水管道.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)廢水的不同成分和組成,選擇管道材料。.廢水中含有可燃性溶劑,應(yīng)導(dǎo)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。第6頁/共37頁2023/3/874、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(yīng)有足夠的強度及抗腐蝕能力。5、壓縮空氣管線.壓縮空氣應(yīng)先進入儲氣罐,析出夾帶的油和水。.儀表,分析用壓縮空氣,應(yīng)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。第7頁/共37頁2023/3/88

第二節(jié)

管件選擇與管徑計算

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(nèi)徑隨壁厚而異。第8頁/共37頁2023/3/89二、材質(zhì)與常用管道種類1、材質(zhì)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。

.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。第9頁/共37頁2023/3/8102、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。第10頁/共37頁2023/3/811三、管道連接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。第11頁/共37頁2023/3/812四、常用閥門和閥件的選擇及閥門的標(biāo)注1、常用閥門和閥件的選擇

1)旋塞:結(jié)構(gòu)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(guān)力小,但結(jié)構(gòu)復(fù)雜密封面易損。3)截止閥:結(jié)構(gòu)簡單,價格便宜,開關(guān)力大,密封性能差。4)節(jié)流發(fā):外形小,重量輕,調(diào)節(jié)性能好,用于低溫高壓。

5)球閥:結(jié)構(gòu)簡單,開關(guān)力小,外形小,重量輕,阻力小。

6)止回閥:介質(zhì)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。2、閥門的標(biāo)準(zhǔn)、型號和標(biāo)志:JB308-75規(guī)定。第12頁/共37頁2023/3/813五、流速選擇與管徑計算

1、管徑選擇:當(dāng)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第13頁/共37頁2023/3/8143、管徑計算:根據(jù)附錄五中選取的流速用下式計算長管道要校核壓力降,不符合要求調(diào)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(fēng)機等輸送設(shè)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。(例)第14頁/共37頁2023/3/815

第三節(jié)

管道的保溫與熱補償

一、管道的絕熱保溫1、保溫材料選擇密度小,機械強度大,導(dǎo)熱系數(shù)低,化學(xué)穩(wěn)定性好,耐腐蝕,耐火,膨脹小,易于施工,價格便宜，350℃以下時導(dǎo)熱系數(shù)小于0.14W/m·K,密度小于500Kg/抗壓強度大于294kPa。2、常用保溫材料的特性與應(yīng)用范圍

.表8-4列出各種保溫材料的特性及應(yīng)用范圍。

.保溫材料的導(dǎo)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(dǎo)熱系數(shù)較小的保溫材料。第15頁/共37頁2023/3/8163、保溫層厚度的選擇根據(jù)輸送介質(zhì)的溫度,保溫材料的導(dǎo)熱系數(shù)及管道直徑,參考表8-5選擇保溫層厚度。4、保溫形式及熱載體的選擇1)保溫形式:除一般絕熱保溫外,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。第16頁/共37頁2023/3/817二、管道的熱補償1、管道的熱變形與熱應(yīng)力

.管道的熱膨脹,冷縮ΔL=α·LΔt

.若管道不能自由伸縮,將產(chǎn)生熱應(yīng)力。應(yīng)力大小可由下式計算:σ=Eε=αEΔt2、管道的熱補償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。第17頁/共37頁2023/3/8182)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Π形和U形兩種

Π形補償器應(yīng)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(yù)拉伸或預(yù)壓縮。第18頁/共37頁2023/3/819

第四節(jié)

管架的設(shè)計

一、管架的主要形式及選擇1、固定支架:不允許管道有任何位移。2、導(dǎo)向支架:允許管道在軸向或垂直方向位移。3、滑動支架:允許管道在平面上有一定位移。4、彈簧支吊架:允許管道在垂直方向位移。5、吊架:允許管道有較小的水平,垂直方向位移。6、型鋼吊架:吊在梁或樓板下。7、墻架柱架:用于沿墻,沿柱布置的管道。8、地面支架:標(biāo)高在2.5米以下時采用。9、管托:用于鉛管,聚氯乙烯管的支承。第19頁/共37頁2023/3/820二、管架寬度計算

W=f?n?s+A三、管架間距與管道間距1、管架間距:附錄7提供了固定支架,活動支架間距。2、管道間距:附錄8附錄9列出了管道間距。四、管道支吊架負荷計算1、活動支吊架負荷計算:Q=q?L2、彈簧支吊架負荷計算:Q=q?L3、固定支架:Q=q?L第20頁/共37頁2023/3/821

第五節(jié)

生產(chǎn)系統(tǒng)管道布置要求

一、幾種常見設(shè)備的工藝配管1、泵的管道布置:泵的吸入管要短,直,阻力小,避免突然縮小直徑,

.吸入管的直徑不應(yīng)小于泵的入口,當(dāng)泵的吸入口為水平方向時,吸入管道上應(yīng)配置偏心異徑管,管頂取平,以免形成氣袋。.泵的排出管一般均設(shè)止回閥,旁路管。.往復(fù)泵,齒輪泵,旋渦泵在排出管設(shè)安全閥。

.蒸汽泵,計量泵,非金屬泵入口處設(shè)過濾器。第21頁/共37頁2023/3/8222、塔的管道布置1)管口方位人孔:設(shè)在安全方便的操作側(cè),面對過道?；亓骺?設(shè)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:出口在2a°范圍,入口避開封液板。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:在人孔,90°,270°扇區(qū)不排管。塔立面配管:主要反映管道,平臺的標(biāo)高走向。第22頁/共37頁2023/3/8233、容器的管道布置1)管口方位

立式容器:分操作側(cè)面和配管側(cè)面,操作側(cè)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(cè)面或封頭中心。

第23頁/共37頁2023/3/8242)管道布置立式容器:.兩設(shè)備一般不用直管連接。

.進料管設(shè)在設(shè)備前部。.出料管在底部中心引出。臥式容器:

.管口大多在一條直線上。.閥門大多裝在管口上。第24頁/共37頁2023/3/8254、換熱器的管道布置1)管口布置和流體流動方向管殼式換熱器已標(biāo)準(zhǔn)化,有系列產(chǎn)品可供使用但管口大小,方位和安裝結(jié)構(gòu)由設(shè)計人員決定見圖8-17a,b,c,d,e,f。2)換熱器的配管管箱面對操作通道,封頭對管廊。儀表,閥門應(yīng)靠進換熱器,能在通道上操作。換熱器兩端和法蘭周圍應(yīng)留出足夠空間。第25頁/共37頁2023/3/826二、放空1、管道上放空管道最高點應(yīng)設(shè)置放空閥。管道最低點應(yīng)設(shè)置排空閥。放空管直徑一般取DN20-40mm。2、設(shè)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DN20-50mm。第26頁/共37頁2023/3/827三、取樣:取樣口應(yīng)設(shè)在操作方便,有代表性的地方,應(yīng)裝兩個閥,易采用針形閥,高溫取樣應(yīng)設(shè)冷卻器。四、吹洗:吹洗管半固定和固定兩種,半固定為一短管,在吹洗時臨時接上軟管通入吹洗介質(zhì)。五、雙閥的設(shè)置:起動頻繁時應(yīng)設(shè)置雙閥,特殊要求應(yīng)設(shè)置雙閥。第27頁/共37頁2023/3/828

第六節(jié)

管道布置圖

管道布置圖又稱配管圖或管道安裝圖,它表示車間內(nèi)外設(shè)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28頁/共37頁2023/3/829一、有關(guān)資料準(zhǔn)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(shè)備布置圖:以設(shè)備布置平剖面圖為據(jù)。5、設(shè)備圖:根據(jù)設(shè)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(shè)計的圖例代號

見附錄10表1.2.3.4及GB140-141-9第29頁/共37頁2023/3/830三、管道布置圖的內(nèi)容及表示方法1、平、剖面配管圖1:251:501:100。

1)平、剖面配管圖的表示方法。.建筑物,構(gòu)筑物,墻,柱,門,窗,孔,洞,溝,坑。用細實線畫出,標(biāo)注總體,定位,高度尺寸。

.細實線畫出設(shè)備的輪廓,標(biāo)注位號,管口代號。

.用粗實線畫出管線,標(biāo)注管徑管材,物料代號。

.用細實線畫出所有閥門,標(biāo)注代號規(guī)格。.以設(shè)備中心線,設(shè)備管口法蘭,建筑物軸線,墻第30頁/共37頁2023/3/831壁為準(zhǔn),標(biāo)注管道的定位尺寸。

.進出車間管線應(yīng)注明從何而來,到何而去。

.列出工藝管道一覽表。2)管道在各個視圖的表示方法立管彎頭三通3)伴隨管,夾套管的表示方法