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第六章 管道设计与布置

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第六 管道 设计 布置
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1第 6 章 管道设计与布置教学目的:了解管道布置的任务与要求,掌握管架、管道的安装布置,熟悉设备的管道布置、管道布置图的画法。教学重点:管架、管道、设备管道布置教学难点:设备管道布置教学方法:课堂讲授教学时数:4 学时第 1 节 概述一、管道设计与布置的意义管道设计布置工作量约占工厂工艺设计工作总量的 40%;管道安装工作量约占工程安装工作总量的 35%;管道的费用约占工程总投资的 20%。二、管道设计与布置的内容具体内容如下:1、选择管道材料 输送介质的化学性质、流动状态、温度、压力等因素。2、选择介质的流速 介质的性质、输送的状态,及相接的设备、流量等。3、确定管径流量和流速。4、确定管壁厚度 介质的压力及所选择的管道材料5、确定管道连接方式 管道道备,管道备 6、选阀门和管件 有分、有合、转弯、变速等。弯头、三通、异径管、法兰等管件和各种阀门。7、选管道的热补偿器 采用转弯、支管、固定等方式自然补偿;选择合适的热补偿器。8、绝热形式、绝热层厚度及保温材料的选择 9、管道布置 确定管道的敷设方式——明装或暗设。在垂直面和水平面的排布。管道设计计算管道布置设计管径计算、管壁厚计算、管道压降计算、管道保温绝热工程、管道应力分析、热补偿计算、管件选择、管道支吊架计算等。设计绘制表示管道在空间位置连接,阀件、管件及控制仪表安装情况的图样。算管道的阻力损失 校核检查选泵、选设备、选管道等前述各步骤是否正确合理。11、选择管架及固定方式 、确定管架跨度 、选定管道固定用具 第二节 工艺管道的设计计算一、管道、管件及阀门的选用(一)基本概念公称直径——将管子和管道用的零部件的直径加以标准化以后的标准直径。公称压力——管道、管件、阀门在一定温度范围内的最大允许工作压力。公称直径与公称压力公称直径用符号 示它与管子的实际内径相近,但不一定相等。凡是同一 管子,外径必定相同,但内径因壁厚不同而异。例如φ57× φ57×无缝钢管,为 50内径却分别为 50 48前水煤气钢管的 英寸表示,如 2“表示 寸;公称压力符号为 管道、管件、阀门在一定温度范围内的最大允许工作压力。(2)管道1、管道材料的选择(1)选择依据输送介质的温度、压力以及腐蚀情况、货源、价格等。(2)分类金属类——耐温高、耐压高,易加工、安装。非金属类——耐腐蚀性能好,品种多,但耐热、耐压不高。\工厂用来输送碱液及浓硫酸;铸铁管不能用来输送蒸汽及在压力下输送爆炸性与有毒的气体。用来输送有压力的物料、水蒸汽、高压水、过热水以及可燃性和有爆炸危险的及有毒性的物料。水煤气钢管常用作给水、煤气、暖气、压缩空气、真空、低压蒸汽和冷凝液以及无腐蚀性物料的管道。不锈钢输送有腐蚀性介质、氨水、酸、碱等,且有温压的或食品卫生要求高的管道,可耐 800温。、铝或铝合金管。冻系统) 、仪表的测压管线。铝管常用来输送浓硝酸、醋酸、甲酸等物料,但不能抗碱,在温度大于 160℃时不宜在压力下操作,极限工作温度为 200℃。铅管常用作硫酸管道或酸性物料管道,但由于强度低,重量大,抗热性差等缺点,已逐步被耐酸合金管,尤其为塑料管所代替。硬聚氯乙烯管、软聚氯乙烯管、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、胶管等。(3)管道的连接(1)焊接特点:施工方便,可靠不漏,成本低。凡是不需要拆装的地方,都应尽量采用焊接。所有压力管道都应尽量采用焊接。(2)螺纹连接特点:连接简单,拆装方便,成本低。缺点:连接的可靠性低,容易在螺纹处发生渗漏。一般只用于输送上、下水,压缩空气等介质的管道。不宜用于易燃、易爆和有毒介质的管道。(3)法兰连接特点:结合强度高,密封可靠,拆装方便,应用极为广泛。缺点:费用较高。一般用于大管径,密封性要求高的管道连接。(4)卡箍连接特点:拆装灵活。适用于临时装置或要求经常拆洗的洁净管。用凸缘式管口,管与管之见用 O 形密封圈,凸缘外用金属扎紧。(4)常用阀门1、阀门选择依据①阀门的功能②阀门尺寸③阻力损失④阀门材质2、常用阀门的特性和选用条件(1)闸阀特点:流体阻力小,具有一定的调节性能。主要用途:用以启闭管路或设备中的介质,具有一定的调节流量性能,从阀杆的升降高低可以看出阀的开度大小。(2)体阻力大,密封性能差。主要用途:主要用以启闭管路或设备中的介质,可调节流量,不适宜带颗粒和粘度大的介质。(3)球阀特点:流体阻力小,快速启闭,结构简单,体积小。主要用途:用于切断介质,不能作调节流量。适于低温、高压及粘度大的介质。(4)止回阀特点:靠流体自身力量开闭,限制介质流动方向,介质不能倒流。主要用途:主要用于防止介质倒流。适用于清净介质,不适宜带颗粒和粘度较大介质。(5)蝶阀特点:开闭迅速,结构简单,外形尺寸小,密封性差。主要用途:只适用于调节流量,不能用于切断管路。(6)旋塞阀特点:开闭迅速,流体阻力小,重量轻。主要用途:适用于温度较低、粘度较大的介质和要求开关迅速的部位。一般不适用于蒸汽和温度较高的介质。(7)针形阀特点:能精确地控制流体流量。主要用途:主要用于取样管道上。(8)隔膜阀特点:结构简单,密封性能好。主要用途:适用于温度小于 200℃,压力小于 油品、水、酸性介质,不适用于有机溶剂和强氧化剂的介质。(9)安全阀特点:在工作压力超过规定值时自动开启使流体外泄,压力回复后自动关闭,以保护设备和管道,使生产安全运行。主要用途:道和各种压力容器中。(10)减压阀流体通过阀瓣时产生阻力,造成压力损耗,达到减低压力的目的。主要用途:在蒸汽管道中应用较广。(11)疏水阀特点:自动排除设备或管道中的冷凝水,又同时阻止蒸汽的逸出。主要用途:凡是需要蒸汽加热的设备、蒸汽管道等都应装疏水阀。(五)常用管件在管道上,常用的管件有如下几种:(1)连接管件(2)导流管件(3)分合流管件(1)连接管件①管堵:用于需要经常检修和具特殊用途的管道堵塞。②异径管(大小头)用于改变管道的直径。③内牙管、外牙管(2)导流管件—弯头用于改变流体方向之用。(3)分合流管件用于将流体分成几条流向或合并流体为同一流向。二、管径、壁厚的计算(一)管径的计算与选择先求出液体的流量,根据流体在管内的流量、流速与管径之间的关系即可计算出管道的内径d:)1/2。Q——流体流量(m3/h)w——流体的流速(m/s)(2)管子壁厚的计算根据公称压力 工程直径 以查表确定管壁厚度。如果工作压力和温度过高,则应进行验算,其计算公式为:S——钢管允许最小壁厚 (mm)d——管子内径(8.()2]——许用应力 (——焊缝系数,无缝钢管 1,直焊缝钢管 ——试验压力 (、管道压力降的计算流体在管道中流动时,遇到各种不同的阻力,造成压力损失,以致流体总压头减小。(一)直管阻力 算△P——压力降 直管阻力 m 流体柱λ——摩擦系数l、d——管道总长度 、内径 流体重度 kg/流体流速 m/s(二)局部阻力 算常用两种方法:当量长度法; 阻力系数法。体通过某一管件或阀门时,因局部阻力而造成的压力损失,相当于流体通过与其具有相同管径的若干米长度的直管的压力损失,这个直管长度称为当量长度,用符号 示。 2.阻力系数法流体通过某一管件或阀门的压头损失用流体在管路中的速度头(动压头)倍数来表示这种计算局部阻力的方法,称为阻力系数法。总阻力 1局部阻力 程阻力)是流体流经一定管径的直管时,由于摩擦产生的阻力。它是伴随着流体流动同时出现的 。局部阻力是流体在流动中,由于管道的某些局部障碍(如管道中的管件、阀门、弯头、流量计及管子出人口等)所引起的。21(Á÷ÌåÖù)221»ò局部阻力损失的压头 m 流体柱 w——管路中流体速度 m/s ξ——阻力系数,实验测定计算过程中, 根据经验计算流体阻力。 当量长度法为主。例如,某一个输送系统的管路中,如直管的长度为 l(m),则在计算该系统的流体总阻力 H 时,取(l+∑为 l 的 2 倍,即:H= (l+∑()考虑到管路的长短、形状(直的或弯的)、管径的大小和管路中管件及阀门等的数目多少。4、管道的热补偿计算为了防止管道热膨胀而产生的破坏作用,在管道设计中需要考虑自然补偿或设置各种形式的补偿器,以吸收管道的热膨胀或端点位移。(1)管道的热变形与热应力计算一根自由放置的长度为 l 的管子,因温度变化△t 而引起的伸长为:△L=lα△t α—管材的线膨胀系数,钢为 12×10管道两端固定,管道受到拉伸或压缩时,由温度变化而引起热应力,热应力产生的轴向推力 P 为:p=σA=Eα△E——材料的弹性模数,011管子截面积(m 2)(2)这个弯管段就称自然补偿器。(1)L 形补偿 22(Á÷ÌåÖù0°转弯时,称 L 形补偿(2)Z 形补偿 L 型与 Z 型补偿可查有关算图设计2、补偿器补偿(见书—) 5、管道的绝热设计1、绝热的功能(1)减少设备、管道及其附件的热(冷)量损失;(2)保证操作工人的安全;(3)冬季,用保温来延缓或防止设备、管道内液体的冻结;(4)用耐火材料绝热可提高设备的防火等级。2、绝热结构保护层:保护保温层免受外力和雨水侵袭,并使保温结构外形整洁美观。防潮层:防潮、防水绝热层:利用保温材料的优良绝热性能,增加热阻,减少散热3、绝热材料的性能和种类(1)绝热层材料(2)防潮层材料a)石油沥青或改质沥青玻璃布;b)石油沥青玛缔脂玻璃布;c)油毡玻璃布;d)聚乙烯薄膜;e)符合铝箔。(3)保护层材料a)镀锌或不镀锌薄钢板;b)铝或合金铝板;c)带铝箔玻璃钢板。6、管道的防腐与标志1、管道防腐管道外多以涂层防腐。2、管道标志第三节 管道布置设计一、管道布置设计的任务:用管道把车间布置固定下来的设备连接起来,使之成为一条完整连贯的生产工艺流程。2、管道布置设计的主要依据①带控制点的工艺流程图;②设备布置图;③设备装配图、管口方位图、设备安装详图;④厂房建筑平、立面图;⑤有关配管规范、要求。道布置设计的主要原则1、物料因素(1)输送有毒或有腐蚀性介质的管道不得在人行道上空设置阀体、法兰等;若与其他管道并列时,应在外侧或下方安装。(2)输送易燃、易爆介质的管道不应敷设在生活间、楼梯和走廊等处;一般应设置安全阀、防爆膜、阻火器等防火防爆安全装置。(3)输送冷热流体的管道应相互避开,不能避开时,冷管在下,热管在上。保温层外表面的间距,上下并行时一般不应小于 叉排列时,不应小于 4)管道敷设坡度坡度方向:一般为介质流动方向。坡度大小:1/100~5/1000。(5)蒸汽管道尽量不要把高压蒸汽直接引入低压蒸汽系统,如果必要,应装减压阀,在低压系统上装安全阀。(6)真空管线尽量缩短,避免过多曲折,尽量减少弯头和阀门,使阻力小,达到更大的真空度。避免用截止阀。2、考虑施工、操作及维修(1)管道应尽量集中明线敷设;(2)管道尽量架空敷设,平行成列走直线,少拐弯,少交叉;(3)支管多的应布置在并行管的外侧,引支管时,气体管从上方引出,液体管从下方引出;(4)管道布置不得妨碍门窗开启及阀门、管件、设备、机泵和自控仪表的操作检修; (5)管道应避免通过电动机、仪表盘、配电盘上空;(6)管道应尽可能沿墙面敷设,或固定在墙上的管架上; (7)管道之间、管道与墙壁之间应保持一定的距离。(8)管道安装时间能量避免出现“气袋” 、 “口袋”和盲肠;(9)阀门、仪表的安装应方便操作与维修。阀门:力表:右水平管道上的阀门阀杆不宜垂直向下。3、安全生产(1)不锈钢管不得与普通碳钢制的管架直接接触,以免产生因点位差造成腐蚀核心;(2)在人员通行处,管道底部的净高不宜小于 ,通行大型检修机械或车辆时,净高不小于 )埋地管道应在冻土层以下;(4)为防止管道在工作中产生振动、变形及损坏,合理确定其支承与固定结构; (5)阀门要布置在便于操作的部位,容易开错且引起重大事故的阀门,相互间距要拉开,并涂刷不同颜色; (6)管道在穿墙和楼板时,应在墙面和楼板上预埋一个直径达的套管; (7)长距离输送蒸汽或其它热物料的管道,应考虑热补偿。 四、管道敷设方式架空敷设:管廊、管架或管墩敷设;支吊架敷设地下敷设:埋地敷设;管沟敷设第 4 节 管道布置图管道布置图主要用于表达车间内管道的空间位置、尺寸规格,以及与设备的连接关系。又称配管图或管道安装图。是管道布置设计的主要文件,也是管道施工安装的依据。一、管道布置图的内容(1)一组视图包括平面图和剖视图,用以表达整个车间的设备、建筑物的简单轮廓以及管道、管件、阀门、仪表控制点等的布置情况。(2)尺寸和标注 平面位置尺寸和标高。管段号、控制点代号等。(3)分区简图 车间分区的简单情况。(4)方位标(设计北箭头) (5)标题栏2、管道布置图的绘制要求(1)一般规定图幅:简单的可采用 例:1:50 和 1:100,复杂的可 1:20 或 1:30。尺寸单位:分区原则:(二)视图配置一平面图为主,当管道布置在平面图上不能全面表达管道的走向和分布时,可采用立面剖视图或向视图补充表示。(三)视图的表示方法1、建(构)筑物:2、设备:3、管道(1))管子连接的画法(3)管子转折的画法(4)管子交叉的画法(5))管道分叉的画法(7)异径管的画法(8)管道内物料流向4、管件、阀门、控制点的表示方法6、安装方位标与设备布置图中相同。(四). 管道布置图的标注(一) 标注基本要求1. 尺寸单位标高、坐标以 m 为单位,小数点后取三位数。其余的尺寸一律以 单位,只注数字,不注单位。示。基准地平面的设计标高表示为:于基准地平面者可表示为:9×.×××m。2. 尺寸数字尺寸数字一般写在尺寸线的上方中间,并且平行于尺寸线。不按比例画图的尺寸应在尺寸数字下面画一道横线。3. 管道的标注见书4. 图名(2) 标注内容 1. 建(构)筑物 标注建筑物、构筑物的轴线号和轴线间的尺寸。标注地面、楼面、平台面、吊车、梁顶面的标高。2. 设备 按设备布置图标注所有设备的定位尺寸或坐标、基础面标高 。标注设备管口符号、管口方位(或角度) 、标高等 。3. 管道 标注出所有管道的定位尺寸及标高,物料的流动方向和管号。定位尺寸以 为单位,而标高以 m 为单位。所有管道都需要标注出公称直径、物料代号及管道编号。异径管,应标出前后端管子的公称通径,如 0 或 80×50。有坡度的管道,应标注坡度(代号为 i)和坡向 。4. 管件 一般不标注定位尺寸。对某些有特殊要求的管件,应标注出某些要求与说明。5. 阀门 一般不注定位尺寸,只要在立面剖视图上注出安装标高。 当管道中阀门类型较多时,应在阀门符号旁注明其编号及公称尺寸。 6. 仪表控制点 标注用指引线从仪表控制点的安装位置引出。也可在水平线上写出规定符号。 7. 管道支架 水平向管道的支架标注定位尺寸。垂直向管道的支架标注支架顶面或支承面的标高。在管道布置图中每个管架应标注一个独立的管架编号。管架编号由 5 个部分组成:× ×-× × ××管架序号 ). 管道布置图的绘制方法1、 绘图前的准备 从有关图纸资料中了解设计说明﹑本项目工程对管道布置的要求以及管道设计的基本任务。充分了解和掌握工艺生产流程﹑厂房建筑的基本结构﹑设备布置情况以及管口和仪表的配置。2、 绘图方法与步骤1. 拟定表达方案 2. 确定图幅与比例,合理布图3. 绘制管道平面布置图 4. 管道剖视图的画法5. 绘制方位标 6. 填写管口表7. 绘制附表、标题栏,注写说明8. com
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