第五章 管道设计与布置ppt课件.ppt

第七章 管道设计与布置,教学内容：第一节 概述第二节 工艺管道的设计计算第三节 管道布置设计第四节 管道布置图,教学目的与要求：了解不同设计阶段管道的要求，掌握管道的种类、计算和标注。重点与难点：管道的种类、计算和标注。,思考题,1、解释概念：公称直径、公称压力、管件、管路死角2、按照规定管道压力可分为几个等级？3、发酵工厂常用管材？4、无缝钢管的标注方法？5、管道局部阻力的计算方法有哪几种？6、管道热补偿的形式？7、发酵车间管道布置的特点？8、管道涂色？,第一节 概述,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%。,一、管道设计与布置的意义,二、管道设计与布置的内容,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。,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-管道，管道-设备，管道-阀门，设备-阀门。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。10、计算管道的阻力损失 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,12、绘制管道图 平、剖面配管图、透视图、管架图和工艺管道支吊点预埋件布置图等。13、编制管材、管件、阀门、管架及绝热材料综合汇总表14、选择管道的防腐蚀措施 表面处理方法和涂料及涂层顺序，编制材料及工程量表。,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。,（二）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。,金属类,非金属类,耐温高、耐压高，易加工、安装。,耐腐蚀性能好，品种多，但耐热、耐压不高。,（2）分类,（3）生物工厂常用的管材,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。,a.铸铁管,a.铸铁管,b.钢管,c.有色金属管,d.非金属管,b.钢管,无缝钢管 品质均匀且强度大，可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800-950高温。,c.有色金属管,铜管与黄铜管 多用作低温管道（冷冻系统）、仪表的测压管线。,铜、铅、铝或铝合金管。,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。,品种很多，如硬聚氯乙烯管、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。,d.非金属管,（三）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。,电焊：管径大于32mm，厚度在4mm以上的管道。气焊：管径在32mm以下，厚度在3.5以下的管道。,（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。,（四）常用阀门,1、阀门选择依据,阀门的功能阀门尺寸阻力损失阀门材质,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)截止阀,特点：流体阻力大，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。,注意安装方向。,(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。,注意安装方向。,(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1.0MPa的油品、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：应用于锅炉、管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。,3、阀门型号,（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,管堵,用于需要经常检修和具特殊用途的管道堵塞。,（1）连接管件,异径管（大小头）,用于改变管道的直径。,内牙管,外牙管,（2）导流管件弯头,用于改变流体方向之用。,90弯头,45弯头,180弯头,（3）分合流管件,等径三通,用于将流体分成几条流向或合并流体为同一流向。,异径三通,1、管道材料,金属类：,非金属类,铸铁管、钢管、有色金属管,2、管道的连接：焊接、螺纹连接、法兰连接、卡箍连接,3、常用阀门：闸阀、截止阀、球阀、止回阀、蝶阀、旋塞阀、针形阀、隔膜阀、安全阀、减压阀、疏水阀等,4、常用管件,连接管件：管堵、异径管、内牙管、外牙管导流管件：弯头分合流管件：三通、四通等,小结：,二、管径、壁厚的计算,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：1.88(Q/W)1/2。,(一)管径的计算与选择,Q流体流量(m3/h)w流体的流速(m/s),(二)管子壁厚的计算,根据公称压力Pg和工程直径Dg，可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(mm)许用应力(kPa)焊缝系数，无缝钢管1，直焊缝钢管0.8 P试验压力(kPa),P=KPg Pg工作压力（表压，kPa）K压力系数；Pg98kPa,K=2 Pg245kPa K=1.5 C壁厚附加量，C=C1+C2+C3 C1壁厚负偏差，壁厚的1015%mm C2腐蚀裕度 C3加工减薄量，螺纹管为螺纹深度，常见55圆锥状管螺纹=1.21.5mm,三、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。,总阻力H,直管阻力H1,局部阻力H2,直管阻力(沿程阻力)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。,P压力降 kPa H1直管阻力 m流体柱 摩擦系数 l、d管道总长度、内径 m 流体重度kg/m3 w流体流速m/s,(一)直管阻力H1计算,(二)局部阻力H2计算 常用两种方法：当量长度法；阻力系数法。1.当量长度法：流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le表示。,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。,h1局部阻力损失的压头 m流体柱 w管路中流体速度 m/s 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+le)为l的1.3至2倍，即：H=(l+le)=(1.32)l 在选取这个倍数时，须考虑到管路的长短、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。,四、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。,(一)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=lt 管材的线膨胀系数，钢为1210-6。,若管道两端固定，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=F=Et.F式中 E材料的弹性模数，2.11011Pa F管子截面积(m2),(二)管道热补偿设计,1.自然补偿,自然补偿利用管道敷设时自然形成的转弯吸收热伸长量。这个弯管段就称自然补偿器。,(1)L形补偿 当管道有90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,五、管道的绝热设计,（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。,1、绝热的功能,2、绝热结构,绝热层,防潮层,保护层,利用保温材料的优良绝热性能，增加热阻，减少散热,防潮、防水,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。,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。,六、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。,二、管道布置设计的主要依据,带控制点的工艺流程图；设备布置图；设备装配图、管口方位图、设备安装详图；厂房建筑平、立面图；有关配管规范、要求。,三、管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0.5m，交叉排列时，不应小于0.25m。,（4）管道敷设坡度 坡度方向：一般为介质流动方向。坡度大小：1/1005/1000。,（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：1.2m安全阀高度：2.2m温度计、压力表：1.5m左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2.2米，通行大型检修机械或车辆时，净高不小于4.5m；（3）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,地下敷设,管廊、管架或管墩敷设,支吊架敷设,埋地敷设,管沟敷设,第四节 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,二、管道布置图的绘制要求,（一）一般规定,图幅：A0，较简单的可采用A1或A2。比例：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）管子的图示,（2）管子连接的画法,管子连接的表示方法,（3）管子转折的画法,（4）管子交叉的画法,（5）管子重叠的画法,（6）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,仪表控制点符号用细线画出，符号与带控制点工艺流程图上相同。,5、管架,5、安装方位标,与设备布置图中相同。,