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1、由图思考： 什么叫管道？ 配管设计的内涵是什么？,第六章 配管设计,管道是用管子、管子联接件和阀门等联接成的用于输送气体、液体或带固体颗粒的流体的装置 。在化工装置中，管道是联接PID中各设备的通道，也是按照工艺流程顺序保证物料流向的装置。 管道联接件是连接管道的部件，也称管件。如弯头(肘管)、法兰、三通管、四通管(十字头)和异径管(大小头)等。,管道的定义：,所谓配管设计，就是按照PID的要求对工艺管线、公用工程管线、地下管线按照操作、维修（设备及管线）、安全，并考虑经济、美观、安全等因素进行合理的布置。即对设备进行配管（即配置管子、管件和阀门等），对管线走向与支承等进行布置设计。,配管设计
2、的内涵：,工艺专业管道设计的内容：,(1)管径：选择各种介质管道的材料并计算管径和管壁厚度。 (2)地沟断面的决定：地沟断面的大小及坡度应由管子的数量、规格和排列方法来决定。 (3)管道的配置：根据施工图阶段工艺流程，结合设备布置及设备施工图进行管道的配置。管道配置图应包括平面图和立面图，其要求有：a)以代号或符号表示介质名称、管子材料和规格、介质流向以及管件、阀件、汽水分离器、补偿器等;b)注明管道的标高和坡度,标高以地平面为基准面,或以楼板为基准面；c) 同一水平面或同一垂直面上有数种管道安装时应予以注明；d)绘出地沟的轮廓线;e)管架敷设情况。,(4)提出下列资料： a)将各种断面的地沟
3、长度提供给土建； b)将车间上水、下水、冷冻盐水、压缩空气及蒸汽等管道管径及要求(如温度、压力等条件)提供给公用工程； c)统计各种介质管道(包括管子、管件及阀件等)的材料、规格和数量； (5)编写施工说明书：施工说明书包括施工中应注意的问题，各种介质的管子及附件的材料，各种管道的坡度，保温油漆等要求及安装时采用的不同种类的管件管架的标准等，以及施工中所必须遵循的规范。,工艺专业管道设计的内容：,明确一个任务： 配管设计的任务 掌握二个技术： 配管技术与管道布置技术 熟练一个技能： 管道布置图的绘制技能,本章学习目的：123工程,6.1 管道选择示例,（一）选择条件 （二）计算与选择 （三）热
4、补偿和绝热保温,（一）选择条件,选择条件： 由物料衡算和能量衡算得，某泠却工段的换热器(H-101)的进料量为24m3/h，料液性质和水相近。 试选管道,对某泠却工段的换热器进料管进行选择,（二）计算与选择,管径的计算公式为,1、管径的计算与选择,式中d管道内径，mm v s物料体积流量，m3/h u物料平均流速，m /s,水的流速范围为0.53.0m3/h，泵的出口管线水类液流速为1.53m/s。 料液性质与水相近，取u=2.0m/s,管内流速表,管内流速表,（二）计算与选择,1、管径的计算与选择,代入计算得d65mm,因料液腐蚀性不强，温度不高，可选用无缝钢管（碳钢）。换热器压强不高，选薄
5、壁管即可。 按热扎无缝钢管规格GB8163-87 选取764(DN65)的无缝钢管,流速验算：,（合理）,管子间采用法兰连接或焊接,（二）计算与选择,料液性质与水相近，而且需调节流量和压力，采用一般的直流式铸铁截止阀 （DN65即可） 由于此管还是泵的出口管，最好还水平设置 一个升降式止回阀,2、管阀件的选取,（三）热补偿和绝热保温,因料温不高，管径小，无支管，可不作详细的应力计算 采用弯管、Z形管自然补偿即可 因为料液本身就要泠却，而且泠却后出口温度接近室温 故不需保温,6.2 化工管路设计基础,（一）管子、管件与阀门 （二）管路基础设计步骤 （三）管路阻力计算 （四）管路的胀缩补偿 （五）
6、管道的防腐、标志及保温 (六) 管架设计,（一）管子、管件与阀门,1、化工用管（见下表）,管子类别,适用场合,铸铁管,常用作埋于地下的给水总管及污水管，化工厂用来输送碱液及硫酸,硅铁管,高硅铁能输送强酸，含钼的抗氯硅铁可输送各种含量、温度的盐酸,可输送有压力的物料、水蒸气、高压水、过热水以及可燃性和有爆炸危险的有毒性的物料,无缝钢管,水煤气管,常用作给水、煤气、暖气、压缩空气、真空、低压蒸汽和凝液以及无侵蚀性物料的管道,（一）管子、管件与阀门,2、化工管路常用阀门（见下表）,阀门类别,功能与用途,闸 阀,可切断和调节流量；用于各种气体和液体管路上，但不宜用于含固体物的流体管路，也不宜用于输送腐
7、蚀性流体的管路。其尺寸较大、价格高,截止阀,可调节流量；应用广泛，不适于带颗粒和粘度较大的介质。其公称直径200,可节流，调节流量和压力；主要用于仪表调节流量和节流用，也可作取样用，不适用粘度大和含固体颗粒的介质。其公称直径25,节流阀,旋 阀,可制成三通或四通路阀门作分配换向用，用于含悬浮物和固体杂质的管路（低温）。DN 200,2、化工管路常用阀门（见下表）,阀门类别,功能与用途,球 阀,与旋阀相仿，但小，不能作调节流量用。适用于低温高压及粘度大的介质和要求开关迅速的部位,隔膜阀,可调节流量；适用于酸、碱性和带悬浮物的介质。但橡胶膜的材质不适用高于60及有机剂和强氧化剂的介质,特用于高压操
8、作和要求精确调节流量的管路,针形阀,安全阀,能使设备自动泄压而防止超压爆炸；一般用在锅炉上,止逆阀,其作用是防止倒流。故在锅炉进水、往复泵的进出口管路上设止逆阀,减压阀,能自动将高压减为低压；通常用于加压水蒸气和压缩空气管路上,其作用是排除泠凝液而不让气体排出；一般用于蒸汽管路上或蒸汽加热器的泠凝水排除管路上。,疏水器,安全阀,截止阀,（一）管子、管件与阀门,3、化工管路常用管件（见下表）,管件名称,作用与规格,弯 头,改变流向；其规格有45、60、 90、180,直管连接处,活接头,法兰盖、盲板,封闭管路,三四通、Y形管,管路分流,异径管,改变管径,弯 头,三通管,异径管,活接头,螺纹接头,
9、金属法兰,法兰及垫片,（一）管子、管件与阀门,4、管道连接方法（见下表）,连接方法,特点与使用场合,焊 接,成本低、方便、可靠；特别适用于大口径的长管道连接，但拆装不便,螺纹连接,结构简单、装拆方便；主要用于小直径的水煤气钢管的连接，在化工厂只用于上下水、压缩空气管道的连接。,法兰连接,强度高、装拆方便、密封可靠；适用于各种温度、压力的管道，但费用较高,其他连接,如承插式、填料函式连接等,（一）管子、管件与阀门,5、公称直径与公称压力,公称直径用符号DN或DN表示 它与管子的实际内径相近，但不一定相等。 凡是同一DN的管子，外径必定相同，但内径因壁厚不同而异。例如573.5mm和574.5mm
10、的无缝钢管，DN均为50mm，但内径却分别为50mm，48mm 目前水煤气钢管的DN用英寸表示，如2“表示DN2英寸,公称压力符号为PN或PN，是管道、管件、阀门在一定温度范围内的最大允许工作压力。,（二）管路基础设计步骤,选择管材,选择介质流速,确定管径,确定管子连接方式,选择阀门、管件,（二）管路基础设计步骤,选择管材,考虑输送介质（如腐蚀性、含固体颗粒与否等）、流动状态、温度等因素，参照材料价格和供应情况，同时满足经济、安全性，决定采用何种材质。 如清水类介质选碳钢即可 腐蚀性强的物料选耐腐材料或衬耐腐衬 里的钢管 工作温度、压力不大的场合可用塑料管,（二）管路基础设计步骤,选择介质流速
11、 根据介质、输送状态及设备流量，从有关管内流体常用流速表中选取经济合理的流速,确定管径 利用管径公式计算 也可通过流速-流量-管径算图估算 有时应直接根据设备接管资料确定,流速-流量-管径算图,（二）管路基础设计步骤,确定管径 由上述三种方法得到的管子内径，应调整到相应（稍偏大）的公称直径，由有关标准查出壁厚、外径等。,然后，验算流速和壁厚,焊接系数 无缝： =1 有缝: =0.8 螺旋焊缝 =0.6,管材许用应力 k Pa (可查手册),壁厚附加量 mm,管内压力 k Pa,管子外径 mm,（二）管路基础设计步骤,确定管子连接方式 根据管材、管径、介质性质、压力、用途及使用状态确定,如38m
12、m时采用丝扣连接 45mm以上用对焊连接 小直径水、煤气管和上下水管、压缩空气管等，且温度、压力都不高可用螺纹连接 法兰连接检修方便、广泛适用，但费用较高,（二）管路基础设计步骤,选择阀门、管件,要考虑流体特性、工作压力、要求功能 （如流量调节、切换、控制等）、阻力损 失 和安全因素,只需切断时用球阀、旋阀、闸阀 需调节流量或压力时用节流阀、截止阀 气体或大管且要求不严时用选蝶阀 管件材质一般与连接的管子相一致，但牌号不一样,（二）管路基础设计步骤,选择阀门、管件,管件选取见下表,选择阀门、管件,管材及阀门型式等的选取示例见下表,（三）管路阻力计算,计算的目的：,一是根据介质流量及允许的压力降
13、来确定管径 (初步设计阶段,带有一定的盲目性) 二是根据管径和流量来验算压力降,核算所选泵、风机 等输送设备及标高是否合理 （一般在布置设计后核算）,一般做法：,选几段典型管道（如某些重要管道或很长的管道）进行计算,自由压头 取2-3m,动压头（低速可略）,管路总阻力,位压头 以不最利点计,（四）管路的胀缩补偿,管路的热伸长量计算式：,1、补偿原理,热伸长量，m,管路安装时的最高温度，,管路工作时的最高温度，,管路长度，m,管材的线膨胀系数，/,管路位移补偿,2、补偿方法,（四）管路的胀缩补偿,为解决管路的热胀泠缩问题，通常在固定支架间将管段弯成“L”型或“Z”型（见下图），这样直管段的热伸长
14、，由与其垂直的管段的弹性变形来补偿,管路位移补偿,L形(平面)a:原管系;b c:改变效果好;d e:有一定弹性;f g:改变不允许的; h i:改变无效果,Z形(空间) a:原管系;b :改变有效果;c:效果最好；d:弹性减少,最差;e:效果不好,补偿器补偿,2、补偿方法,（四）管路的胀缩补偿,常用“”型、“”型、“波型”、“填料式”等 “”型、“”型常用在蒸汽管路上 “波型”用在管径较大的管路中 “填料式”多用于铸铁管路和其他脆性材料管路中,常见的管道涂色标志如见下表所示：,（五）管道的防腐、标志及保温,2、管道的标志,（五）管道的防腐、标志及保温,在管外包覆绝热材料 （按需要查手册选取）
15、 伴热管或夹套管保温 适于保温材料不能满足保温要求的场合，管路长度尽可能在1Km以下 当输送凝固点小于50的腐蚀性、热敏性介质时，用伴热管保温 当输送凝固点高于50时，用夹套管保温,3、管道的保温措施,电热带保温 适用于周围无蒸汽管道,而且介质无防火防爆要求的加热保温系统 随着耐热绝缘材料的发展,电热带保温逐渐增加了经济性,国外已得到了广泛的应用。,（五）管道的防腐、标志及保温,3、管道的保温措施,4、绝热材料 要求所选材料导热系数低，即0.21W/(m)，吸水性差，坚固耐用，密度小价廉易得，加工安装方便。 考虑输送介质温度和绝热材料粘结剂的耐热温度 保温材料不腐蚀管子。如含高的水泥珍珠岩不能
16、用于不锈钢管的保温 保温材料不易被物料腐蚀 高温管道上先覆以耐热性较高的保温材料，然后再覆耐热性差而导热系数小的保温材料 保温层外应包铁皮、铝皮、铝塑复合膜、铁丝网、水泥、织物或油毛毡等作保护层,（五）管道的防腐、标志及保温,确定保温层的厚度,（五）管道的防腐、标志及保温,4、绝热材料,一般室外管路较长，往往要穿过马路、厂房及其它构筑物，需要架空或敷设在地沟里。 而且都要把许多管路集中排列放在专门支承管路的管架上 管架还分上、下几层,（六）管架设计,室内管路一般都是利用厂房的柱子、墙壁、楼板以及机械设备本身的构件来支撑、吊挂等方法来固定管路,常见的管架如下图所示,（六）管架设计,、室外管架,常
17、用的管架如下图所示,（六）管架设计,、室内管架,（六）管架设计,、常用管架选择（见下表）,（六）管架设计,、管托、管卡,其作用：用来支承或固定管路敷设在支架上,滑动管托,滚动管托,管托与管卡,6.3 管道布置设计,（一）设计示例 （二）管道布置的基础资料 （三）管道布置的主要原则 （四）配管模型设计,（一）设计示例,基础资料： 带控制点工艺流程图 设备平、立面布置图 有关的设备施工图 土建、自控、电气等与工艺配套项目 的有关图纸和资料。 限于篇幅，下面只给出部分设备布置草图及大致管道表,对某泠却工段进行管道布置设计,1、设计条件,设 备 布 置 草 图,大致管段表,管道系统透视草图,2、管道布
18、置,泵和贮槽无较大位差,故泵进口可设置在地沟内。沟底纵向坡度选0.003，以便排水,（一）设计示例,采用架空布置，管道走向按流程次序（即泠管在下，热管在上），管径较大者在近墙侧,贮槽R-101、泠却器H-101和R-104-之间有回程管（调控温度用），可设置一操作平台,将阀门、仪表等设置在距地高1.2米处。过道处最低管高取3.2米,按有关规定选取合适的管道与墙、管道之间的距离,上水管和泵进口管前物料管均设一段盲管,按管子材质、介质温度和压力及载负荷计算，选取合适的管架、固定方式、跨度及管架间距,3、绘制管道布置图,在二号图纸上以1:50画出0.00 平面视图； 并分别画出A-A、B-B和C向视
19、图 管道均用单粗实线绘制 标注尺寸、位号、编号等,（一）设计示例,4、绘制其它必需图样，汇总各种表格,汇总管道综合材料表 编写施工说明书 向工艺配套项目的各专业提供设计条件,（一）设计示例,管道综合材料表,1、厂区总平面图 了解各公用工程车间,如锅炉房、空压站、配气站、泵房等在厂区的位置 了解与本工序毗邻的前后工序的位置 以便确定各公用工程及原料、产品进出车间的管道位置，与本车间内管道衔接好,（二）管道布置的基础资料,2、车间总建筑图 了解门窗柱网的位置，避免管道穿过门窗台柱,3、管道及仪表流程图和车间设备平剖面布置图 作为车间内管道布置的主要依据,（二）管道布置的基础资料,4、土建专业的梁板
20、布置图和节点详图 确定管道穿过楼板和墙的合适位置、管架位置,5、仪表及自控流程图 了解阀门、仪表及仪表管线、电力电缆、控制电缆、通信电缆等的安装情况对管道布置的影响,6、了解其他资料，如管道等级、设备设计简图等,（三）管道布置的主要原则,1、考虑物料因素，注意安全的原则,输送易燃易爆介质的管道应设防火、防爆安全装置 易产生静电处应接地，管道连接处设“铜桥” 放空管应高于屋面2米以上 输送腐蚀性介质管道的阀门、热补偿器和法兰等不得设在通道上空，与其他管道并列时应设在下方或外侧 管道焊接不应设在墙、楼板和支架的范围内,（三）管道布置的主要原则,1、考虑物料因素，注意安全的原则,泠热流体输送管道应相
21、互避开，不得已时应热管在上，泠管在下；高压管和无腐蚀管走上方；塑料管或衬胶管应避开热管。 管道离地高度要适当： 通过人行道时不应低于2.2米 过公路或厂区干线时不应低于5.0米 过铁路时不低于6.0米 有特殊要求的管道应考虑坡度（见工艺设计手册）,管道的坡度,2、便于施工、操作、检修的原则,管路应尽量明线架空和露天布置，沿墙或靠柱集中敷设，不得已才采用地沟、埋地敷设； 管路应成列平行布置，少拐弯交叉，且并列的管件、阀件应错开排列； 管与管、管与墙之间应保持一定的距离（见工艺设计手册） 阀门仪表安装高度视操作检修需要而定。一般操作阀最佳标高为1.2米左右,（三）管道布置的主要原则,管与墙之间应保
22、持一定的距离,（三）管道布置的主要原则,（三）管道布置的主要原则,法兰和阀对齐时管道间距，mm,法兰相错时的管道间距,mm,2、便于施工、操作、检修的原则,水平排列时支管多者应布置在外侧，且靠近设备。引出支管时气体管道从上方引出，液体管道从下方引出。 焊接与螺纹连接的管道应适当配上法兰和活接头，以便疏通、拆卸和检修。,（三）管道布置的主要原则,3、兼顾其他原则,近距离的两设备不应直管相连，一般采用450或900弯接 管路与阀门重量不宜支承在设备上 避免与其他非工艺管相冲突 考虑开车、停车和事故处理的需要，作出必要的辅助设计，如排放、吹洗、试压等设置辅助管线,（三）管道布置的主要原则,国外已用模
23、型设计代替了传统的管线平、立面图设计,设计程序：,（四）配管模型设计,带控制点 工艺流程图,实物布 置模型,配管 模型,以1:1001:20比例,粗略表示主要构筑 物、设备、管廊、 关键管线等,以1:33或1:25比例,制作基础模型、 模型配管布置,设计方法： 确定比例，制作模型的元件（如设备基础、设 备 、结构、管阀件） 模型组制作基础模型：即制作各管段的管子，并按施工流程图在基础模型上配管，力求管线最短、管件最少 绘制管道布置图,（四）配管模型设计,6.4 管道布置图,（一）管道布置图的内容 （二）管道的规定画法及图例 （三）管道布置图的绘制 （四）与管道布置图相关的其他图纸,（一）管道布
24、置图的内容,1、一组视图 按正投影原理，画一组平立面剖视图，表示车间（装置）的设备、建筑物简单轮廓以及管道、管件、阀门、仪表控制点等的布置安装情况,2、尺寸标注 注出管道及有些管件、阀门、控制点等的平面位置尺寸和标高，对建筑轴线编号、设备位号、管段代号、控制点代号等进行标注,3、方位标：表示管道安装的方位基准,4、标题栏：注写图名、图号、设计阶段等,（二）管道的规定画法及图例（见下表）,（二）管道的规定画法及图例（见下表）,（三）管道布置图的绘制,1、确定表达方案 以平面图为主，根据具体情况采用局部剖、局部放大或向视图等作补充，尽量清楚地表达整个车间的设备、建（构）筑物轮廓及管阀件、仪表的安装
25、 其分区可与设备布置图相同，也可按工段分区图绘制；相反，若配管简单则可与设备布置图合并,2、比例与图幅 常用比例为1:50或1:100（复杂时1:20） 一般用1号或2号图纸，有时也用0号图纸,（三）管道布置图的绘制,用细实线画出厂房平面图 用细实线画出所有设备的简单外形和所有的管口，并加注设备位号和名称 用粗实线所有工艺物料管道和辅助物料管道，并标注管道编号、规格、物料代号及其流向箭头 用规定的符号或代号在要求的部位画出管件、管架、阀门和仪表控制点 标注厂房定位轴线的分尺寸和总尺寸，管道的定位尺寸,3、绘制管道平面布置图,（三）管道布置图的绘制,画出地平线或室内地面、各楼面和设备基础，标注其
26、标高尺寸 用细实线画出所有设备的简单外形和所有的管口，并标注设备位号和名称 用粗实线所有工艺物料管道和辅助物料管道，并标注管道编号、规格、物料代号及其流向箭头和标高 用规定的符号管道上的阀门和仪表控制点，标注阀门的公称直径、型式、编号和标高,4、绘制管道立面布置图,管道转折的表示法,重叠管道的表示法,4、绘制方位标,（三）管道布置图的绘制,5、编制标题栏，必要时绘制有关表格（如管口表等），注写说明,6、校核、审定、定稿,（四）与管道布置图有关的其他图纸,局部管道复杂时往往加绘管道透视图,需预制的夹套管、铅管、钢衬塑管、钢衬胶管需作管段图，以落实阀门、管件，注明管子长度、根数等,配管图或管架图复
27、杂时，可单独绘制管架位置图,有时还需绘制蒸汽管件图、预埋件图、管道零部件图等,（四）与管道布置图有关的其他图纸,局部管道复杂时往往加绘管道透视图,管段轴测图,6.5 编制说明文件,（一）编写施工说明书 （二）向工艺配套项目的专业 提供设计条件,包括管材、管件、阀门、管架（含 附件）保温材料选择说明、材料汇总表、各种管道的坡度、保温刷漆等要求与安装应注意的问题。,（一）编写施工说明书,（二）向工艺配套项目的专业提供设计文件,向土建提供各种断面的地沟长度、工艺管道支吊点、预留柱、预埋件等 向公用工程系统提供车间内上水、下水、泠冻盐水、压缩空气及蒸汽管道参数（管径、温度、压力等） 提供各种介质管道（含管子、管阀件）的材质、规格、数量（长度和重量），以便订货和预制 作管道投资概算（含补偿器和管架等的制作安装费）,第六章 配管设计复习思考题,、管道布置的任务是什么 、管路布置需要哪些基础资料 、常用的阀门有哪些，其用途是什么 、为什么要对管路进行补偿，补偿方法有哪些 、管道布置有哪些原则 、如何作管路设计 、如何绘制管道布置图 、为什么要对某些管路进行保温，保温措施有哪些,