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压力管道设计基础,南 京 工 业 大 学 2006年7月25日,压力管道安全技术专题讲座,黄 振 仁Email:,压力管道设计基础压力管道安全技术基础专题讲座,1 压力管道基本知识2 压力管道常用管子材料选用原则3 压力管道组成件4 压力管道的安全泄压装置设计5 管道图6 压力管道安全技术若干问题,1 压力管道基本知识,1.1 压力管道的监察范围（）1.2 压力管道的基本术语(1.3)1.3 压力管道的分类(1.4.2),1 压力管道基本知识 1.1 压力管道的监察范围（）,中华人民共和国劳动部压力管道安全管理与监察规定（1996年4月23日）规定按压力管道管理1 输送 GB5044职业性接触毒物危害程度分级中规定的毒性程度为极度危害介质的管道。输送 GB50160 石油化工企业设计防火规范及GBJ16 建筑设计防火规范中规定的火灾危险性为甲、乙类介质的管道最高工作压力大于等于0.1MP a（表压，下同），输送介质为气（汽）体、液化气体的管道最高工作压力大于等于0.1MP a，输送介质为可燃、易爆、有毒、有腐蚀性或最高工作温度高于等于标准沸点的液体的管道前四项规定的管道的附属设施及安全保护装置等,中华人民共和国劳动部 压力管道安全管理与监察规定规定不按压力管道管理设备本体所属管道；军事装备、交通工具上和装置中的管道；输送无毒、不可燃、无腐蚀性气体，其管道公称直径小于150mm，且其最高工作压力小于1.6MP a的管道；入户（居民楼、庭院）前的最后一道阀门之后的生活用燃气管道及热力点（不含热力点）之后的热力管道。,1.1 压力管道的监察范围（）,*中华人民共和国国务院令（第373号）特种设备监察条例（2003年6月1日施行）特种设备：是指涉及生命安全、危险性较大的 锅炉、压力容器（含气瓶）、压力管道、电梯、起重机械、客运索道、大型游乐设施。压力管道，是指利用一定的压力，用于输送气体或者液体的管状设备，其范围规定为最高工作压力大于或者等于0.1MPa（表压）的气体、液化气体、蒸汽介质或者可燃、易爆、有毒、有腐蚀性、最高工作温度高于或者等于标准沸点的液体介质，且公称直径大于25mm的管道。压力管道的设计、安装、使用的安全监督管理办法由国务院另行制定。,1.2 压力管道的基本术语(1.3),压力管道涉及的面很广，涉及到管道组成的国家标准就数以百计，所用到的术语很多。这里仅列出一部分，仅供参考。在具体使用某标准时还需仔细阅读该标准的术语解释。(1)管道由管道组成件和管道支承件组成，用于输送、分配、混合、分离、排放、计量、控制或制止流体流动的管子、管件、阀门、法兰、垫片、螺栓连接和其它组成件或受压部件的装配总成。(2)管道系统由若干按独立的设计条件组合的管道组成的系统。,(10)型式试验单位经国家质量技术监督局审查批准、拥有质量技术监督局颁发的型式试验资格证书的单位。专门对生产单位产品投产前或按与该产品有关的国家标准和其它专业标准规定须进行型式试验的产品按有关标准的技术要求进行型式试验，生产单位只有通过型式试验合格的产品方能投产并进入市场。(11)监督检验承建单位和使用单位以外的检验单位对新建、改建、扩建的压力管道进行的质量检验。检验单位须拥有国家质量技术监督部门颁发的资格证书。,1.2 压力管道的基本术语(1.3),(13)定期检验按有关管理规程(规定)所规定的年限对管道进行的检验。(15)可燃流体在生产操作下可以点燃和连续燃烧的气体或可以气化的液体。(16)有毒流体这类物质泄漏到环境中，被人吸入或与人体接触，如治疗及时不致于对人体造成不易恢复的危害。相当于现行国家标准职业性接触毒物危害程度分级中级及以下危害程度的毒物。(17)剧毒流体相当于现行国家标准职业性接触毒物危害程度分级中级危害程度的毒物。如有极少量这类物质泄漏到环境中，被人吸入或与人类接触，即使迅速治疗，也能对人体造成严重的和难以治疗的伤害的物质。,剧毒介质:是指被人吸入或与人体接触时，进入人体的量小于或等于4g即会引起肌体严重损伤或致死，即使迅速采取治疗措施也不能恢复健康的物质。常用剧毒介质分极度危害和高度危害两个级别。,高度危害介质有：三硝基甲苯、铅及其化合物、二硫化碳、氯、丙烯腈、四氯化碳、硫化氢、甲醛、苯胺、氟化氢、五氯酚及其钠盐、镉及其化合物、敌百虫、氯丙烯、钡及其化合物、溴甲烷、硫酸二甲酯、金属镍、甲苯二异氰酸脂、环氧氯丙烷、砷化氢、敌敌畏、光气、氯丁二烯、一氧化碳、硝基苯、苯。,极度危害介质有：汞及其化合物、砷及其无机化合物、氯乙烯、铬酸盐、重铬酸盐、黄磷、铍及其化合物、硫磷、羰基镍、八氟异丁酸、锰及其无机化合物、氰化物。,1.2 压力管道的基本术语(1.3),(18)公称直径用标准的尺寸系列表示管子、管件、阀门等口径的名义内直径。表9-6 管道元件公称通径DN(GB/T10471995)mm 3 6*8 10*15*20*25*32 40*50*65 80*90 100*125 150*175 200*225 250*275 300*325 350*375 400*425 450*475 500*4000mm。注：1.注有“*”者为常用公称直径；(19)公称压力管子、管件、阀门等在规定温度允许承受的以标准规定的系列压力等级表示的工作压力。管道元件公称压力 PN(GB/T104890)MPa 0.05 0.1 0.25 0.4 0.6 0.8 1.0 1.6 2.0 2.5 4.0 5.0 6.3 10.0 15.0 16.0 20.0 25.0 28.0 32.0 42.0 50.0 63.0 80.0 100.0 125.0 160.0 200.0 250.0 335.0,1.2 压力管道的基本术语(1.3),(20)工作压力管子、管件、阀门等管道组成件在正常运行条件下承受的压力。(21)设计压力在正常操作过程中、在相应设计温度下、管道可能承受的最高工作压力。(22)强度试验以液体或气体为介质，对管道逐步加压，达到规定的压力，以检验管道强度和密封性的试验。(23)泄漏性试验以气体为介质，在设计压力下，采用发泡剂、显色剂、气体分子感测仪或其他专门手段等检查管道系统中泄漏点的试验。(24)工作温度管道在正常操作条件下的温度。(25)设计温度管道在正常操作过程中，在相应设计压力下，管道可能承受的最高或最低温度。,1.2 压力管道的基本术语(1.3),(26)管道组成件用于连接或装配管道的元件。它包括管件、阀门、法兰、垫片、紧固件。以及膨胀接头、挠性接头、耐压软管、疏水器、过滤器和分离器等。(27)管道支承件管道安装件和附着件的总称。(28)安装件将负荷从管子或管道附着件上传递到支承结构或设备上的元件。包括吊杆、弹簧支吊架、斜拉杆、平衡锤、松紧螺栓、支撑杆、链条、导轨、锚固件、鞍座、垫板、滚柱、托座和滑动支架等。(29)附着件用焊接、螺栓连接或夹紧等方法附装在管子上的零件，包括管吊、吊(支)耳、圆环、夹子、吊夹、紧固夹板和裙式管座等。(45)热应力指管道在温度变化时发生的长度变化在管道上产生的应力，一般不考虑沿壁厚方向的温度梯度所引起的温差应力。,1.2 压力管道的基本术语(1.3),(47)柔性分析对管道进行应力分析，判定柔性是否满足要求的计算、判断的全过程。(76)热态紧固防止管道在工作温度下，因受热膨胀导致可拆连接处泄漏而进行的紧固操作。(77)冷态紧固防止工作温度下，因冷缩导致可拆连接处泄漏而进行的紧固操作。(79)焊接应力焊接过程中焊件内产生的应力。(80)焊接残余应力焊后残留在焊件内的焊接应力。(81)焊接缺陷焊接过程中在焊接接头中产生的不符合设计或工艺文件要求的缺陷。(82)焊接裂纹在焊接应力及其它致脆因素共同作用下，焊接接头中局部区域的金属原子结合力遭到破坏而形成新界面所产生的缝隙，它具有尖锐的缺口和大长宽比的特征。,1.3 压力管道的分类(1.4.2),压力管道根据不同的特性有各种不同的分类方法。表1.2 管道分级(摘自SHJ3501-2002)管道级别 适用范围 SHA 1.毒性程度为极度危害介质管道(苯管道除外)2.毒性程度为高度危害介质的丙烯腈、光气、二硫化碳和 氟化氢介质管道 3.设计压力大于或等于10.0MPa输送有毒、可燃介质管道 SHB 1.毒性程度为高度危害介质管道 2.毒性程度为高度危害介质(丙烯腈、光气、二硫化碳和 氟化氢管道除外)3.甲类、乙类可燃气体和甲A类液化烃、甲B 类、乙A类 可燃液体介质管道 SHC 1.毒性程度为中度、轻度危害介质 2.乙B类、丙类可燃液体介质管道 SHD 设计温度低于-29的低温管道,剧毒介质:是指被人吸入或与人体接触时，进入人体的量小于或等于4g即会引起肌体严重损伤或致死，即使迅速采取治疗措施也不能恢复健康的物质。常用剧毒介质分极度危害和高度危害两个级别。,高度危害介质有：三硝基甲苯、铅及其化合物、二硫化碳、氯、丙烯腈、四氯化碳、硫化氢、甲醛、苯胺、氟化氢、五氯酚及其钠盐、镉及其化合物、敌百虫、氯丙烯、钡及其化合物、溴甲烷、硫酸二甲酯、金属镍、甲苯二异氰酸脂、环氧氯丙烷、砷化氢、敌敌畏、光气、氯丁二烯、一氧化碳、硝基苯、苯。,极度危害介质有：汞及其化合物、砷及其无机化合物、氯乙烯、铬酸盐、重铬酸盐、黄磷、铍及其化合物、硫磷、羰基镍、八氟异丁酸、锰及其无机化合物、氰化物。,2 压力管道常用管子材料选用原则,在进行压力管道设计时，管径经计算确定以后，就要选择管子的材料。压力管道常用管子材料的使用是根据所输送介质的操作条件（如压力、温度）及其在该条件下的介质特性决定的。材料选择不当，会造成浪费或埋下事故隐患。如可以用普通材料的管子，选用了较昂贵材料的管子，就增加了不必要的基建投资。该用耐酸不锈钢的场合用了碳钢就会直接影响压力管道的正常运行，甚至留下祸根。所以在选择管子材料时，要求设计人员首先要了解管子的种类、规格、性能、使用范围，最好还要调查该管子在其他类似的压力管道的应用情况，再根据以下的原则确定管子的材料。,2.1管材优先选用原则(5.3.1),先考虑采用金属材料;再考虑非金属材料。金属材料优先选择钢制管材，后考虑选用有色金属材料。先考虑采用碳钢，不适用时再选用不锈钢。先考虑焊接钢管，不适用时再选用无缝钢管。,2.2 管材选择影响因素2.2.1 介质压力的影响),输送介质的压力越高，管子的壁厚就越厚，对管子材料的要求一般也越高。介质压力1.6MPa以上，可选用无缝钢管或有色金属管。压力很高时，如在合成氨、尿素和甲醇生产中，有的管子介质压力高达32MPa，一般选用20钢或15MnV的高压无缝钢管。在真空设备上的管子及压力大于10MPa时的氧气管子，一般采用铜管和黄铜管。,介质压力在1.6MPa以下时，可考虑采用焊接钢管、铸铁管或非金属管子。但铸铁管子承受介质的压力不得大于1.0MPa。非金属管子所能承受的介质压力，与非金属材料品种有关，如硬聚氯乙烯管子，使用压力小于或等于1.6MPa；增强聚丙烯管子，使用压力小于或等于1.0MPa；ABS管子，使用压力小于或等于0.6MPa。对水管，当水的压力在1.0MPa以下时，通常采用材料为Q235-A的焊接钢管；当水的压力大于2.5MPa时，一般采用材料为20钢的无缝钢管。,2.2.1 介质压力的影响(2),2.2.2 介质温度的影响(5.3.3),不同材料的管子，适用于不同的温度范围。表5.2表5.2 不同材料的管子，使用温度范围 材料牌号 受压管子使用 材料牌号 受压管子使用 温度范围 温度范围 Q235-A 0250 纯钛 350 Q235-A 0350 铝-268150 20R-20475 铜、黄铜-196200 20g-20475 纯铝 120 16MnR-14475 硬铝 140 16Mn-40475 灰铸铁 250 0.5Mo 520 球墨铸铁 350 Cr18Ni9-196700 压力为1.0MPa的氢气，当氢气的温度小于350时，一般采用20无缝钢管，当氢气的温度达351400时，一般采用15MnV或12CrMo无缝钢管。,2.2.3 介质化学性质的影响(5.3.4),输送不同介质，采用不同的管材。中性介质，可选用普通碳钢管；呈酸性或碱性介质，就要选择耐酸或耐碱的管材。强酸强碱与弱酸弱碱对管子的材料要求也不一样，酸或碱的浓度不同对管子的材料要求也有区别。如输送水及水蒸汽，用碳钢材料的管子。在尿素装置中，输送二氧化碳的管子，一般采用不锈钢管，因为二氧化碳遇水形成碳酸，碳酸对一般钢管有腐蚀作用。发烟硫酸可选用碳钢管子，稀硫酸就不得用碳钢管子，可采用硬铝管。,2.2.4 管子本身功能的影响(5.3.5),有些管子除需具备输送介质的功能外，还要具有吸震的功能、吸收热胀冷缩的功能，在工作状况下，能经常移动的功能。如民用液化石油气、氧气、乙炔气在灌瓶的部位，管子常采用高压钢丝编织胶管，而不能使用移动不方便的硬质钢管。,2.2.5 压力降的影响(5.3.6),管子的材料初步选定以后，还要进行压力管道的计算，确定管子内径。通过压力降的计算，看选用的材料是否符合要求。特别在初步选用塑料管子时，更要重视压力降的复核。压力管道的计算，在工程设计中，一般要根据生产规模进行物料衡算、能量衡算和设备计算，初步确定物料流量。并参照有关资料，假定一个物料流速，计算出管子内径，查手册或标准，选用标准管子，通常选用的标准管子内径应等于或略大于计算出的管子内径。再计算管道的压力降。利用下式可以对各种情况进行计算：Q=Du(51)式中：D内径(m)；Q容积流量(m)；流速(m),流体在管道中流动压力降,(1)管内摩擦压力降(2)局部压力降(3)上升管静压压力降(4)加速度压力降(5)流体粘度引起的压力降总压力降：考虑15%的裕量。系统的总压力降，不能超过所选管道的额定压力；泵或压缩机的出口压力必须超过系统的总压力降，但不能超过所选管子及其附件的压力等级。,表5.物料一般流速范围,流体名称 流速范围(m/s)饱和蒸汽 主管 支管 低压蒸汽（绝压）高压蒸汽.（绝压）一般气体（常压）车间换气通风（主管）.（支管）风管距风机最远处 最近处 真空管 自来水 主管，(表压)支管，(表压)易燃易爆液体,钢管表号,石油化工企业选择钢管规格还可按钢管表号选取。中国石油化工总公司标准SHJ405编制了用管表号表示的钢管壁厚系列，作为配管用管的基本系列。管表号表示具有相同承压能力的一组管子，同表号的管子，承受压力的能力相同，管径大的管子壁厚要厚一些。如同为表号Sch.40的管子,DN20的壁厚为2.9、DN40的壁厚为3.6、DN200的壁厚为8.0。管表号是按下式计算的结果按系列所列数字圆整的结果。Sch.x=1000p/式中：p管子的设计压力，MPa 管子材料的许用应力，MPa x 管表号数值,例,例：某管子设计压力1.6 MPa，所用材料许用应力100 MPa，则 Sch.x=10001.6/100=16，查表应选用Sch.20系列的管子，DN100的管子壁厚为5.0mm、DN150的壁管子厚为5.6mm、DN200的管子壁厚为6.3mm。,sch.10,sch.20,sch.40,sch.60,sch.80,sch.100 sch.5s,sch.10s,sch.20s sch.40s,sch.80s,(管表号Sch.有后缀s者，仅用于奥氏体不锈钢钢管),3 压力管道组成件,3.1 阀门 3.2 管法兰密封组件 3.3 弯头、异径管、三通、活接头、丝堵 3.4 视镜、阻火器、过滤器,3.1 阀门 3.1.1 常用阀门,阀门用于启闭、节流及保证管系和设备的安全运行等 选用阀门主要从装置无故障操作和经济二方面考虑 阀门与管子的联接主要有法兰连接、螺纹连接、对焊连接和承插焊连接,闸阀,闸阀的密封性能较截止阀好，流体阻力小，具有一定的调节性能 闸阀可按阀杆上螺纹位置分为明杆式和暗杆式两类。从闸板的结构特点又可分为楔式与平行式两类,截止阀,截止阀与闸阀相比，其调节性能好，密封性能差，结构简单，制造维修方便，流体阻力较大，价格便宜。适用于蒸汽等介质，不宜用于粘度大、含有颗粒易沉淀的介质，也不宜作放空阀及低真空系统的阀门,节流阀,节流阀的外形尺寸小、质量轻、调节性能较盘形截止阀和针形阀好，但调节精度不高，由于流速较大，易冲蚀密封面。适用于温度较低、压力较高的介质，以及需要调节流量和压力的部位，不适用于粘度大和含有固体颗粒的介质。不宜作隔断阀,止回阀,止回阀按结构可分为升降式和旋启式两种 升降式止回阀较旋启式止回阀的密封性好，流体阻力大，卧式的宜装在水平管线上，立式的应装在垂直管线上 旋启式止回阀不宜制成小口径阀门。它可装在水平、垂直或倾斜的管线上。如装在垂直管线上，介质流向应由下向上,升降式止回阀,旋启式止回阀,球阀,球阀的结构简单、开关迅速、操作方便、体积小、质量轻、零部件少、流体阻力小、结构比闸阀、截止阀简单，密封面比旋塞阀易加工且不易擦伤。适用于低温、高压及粘度大的介质，不能作调节流量用,柱塞阀,柱塞与密封圈间采用过盈配合，通过调节阀盖上连接螺栓4的压紧力，使密封圈上所产生的径向分力远大于流体的压力，从而保证了密封性，杜绝了外泄漏。柱塞阀是国际上最近发展的新颖结构阀门，具有结构紧凑、启闭灵活、寿命长、维修方便等特点,蝶阀,蝶阀与相同公称压力等级的平行式闸阀比较，其尺寸小、质量轻、开闭迅速、具有一定的调节性能，适合制成大口径阀门，用于温度小于80、压力小于1.0MPa的原油、油品及水等介质,蝶阀的传动机构,隔膜阀,隔膜阀的启闭是一块橡胶隔膜，夹于阀体与阀盖之间。隔膜中间突出部分固定在阀杆上，阀杆内衬有橡胶，由于介质不进入阀盖内腔，因此无需填料箱。隔膜阀结构简单，密封性能好，便于维修，流体阻力小，适用于温度小于200、压力小于1.0MPa的油品、水、酸性介质和含有悬浮物的介质，不适用于有机溶剂和强氧化剂的介质,隔膜阀,减压阀,减压阀是通过启闭件的节流，将进口的高压介质降低到某个需要的出口压力，在进口压力及流量变动时，能自动保持出口压力基本不变的自动阀门 选用减压阀时，要根据工艺确定减压阀流量，阀前、阀后的压力及阀前流体温度等条件确定阀孔面积，并按此选择减压阀的尺寸及规格,疏水阀的种类(见表5.9),浮球式 自由浮球式 杠杆浮球式迷宫或孔板式 孔板式 迷宫式浮桶式液体或固体膨胀式 波纹管液体膨胀式斜形浮子式 钟形浮子式(固定支点)钟形浮子式(固定支点)自由半浮球式 蒸汽压力式 波纹管蒸汽压力式 膜盒蒸汽压力式双金属片或热弹性式 双金属片(菱形)式 双金属片(悬臂矩形)式 双金属片(爪形)式 双金属片(圆形)式脉冲圆盘式,疏水阀的设计要求,疏水阀都应带有过滤器。如果不带过滤器，应在阀前安装管道过滤器，过滤器应设在易拆卸的位置。疏水阀前后要装切断阀。由于旁路管上的旁路阀易漏气，使新鲜蒸汽窜入凝结水管网，系统背压升高，干扰了正常运行，所以一般都不设旁路管。在疏水阀前装排污阀及管道过滤器，疏水阀后装窥视镜及止回阀（需回收冷凝水时应加止回阀）。内螺纹连接的疏水阀一定要在疏水阀前或后的连接管上安装活接头，便于检修、拆卸。疏水阀组应尽量靠近蒸汽加热设备，以提高工作效率，减少热量损失。但热静力型疏水阀，特别是双金属片式疏水阀应离开用汽设备1m左右，这段管路不要保温以满足双金属片式疏水阀过冷度较大的工作特点。,疏水阀的设计要求,用汽设备到疏水阀这段管路，应沿流动方向有-4%的斜度，管 路的公称通径不应小于疏水阀的公称通径，以免形成蒸汽阻塞，造成排水不畅通。不同蒸汽压力的不同用汽设备。不能共用一个疏水阀。因为高压用汽设备的进出口压力高，使低压用汽设备的出口压力提高，造成进出口压差缩小，减少了低压设备排水量，甚至排不出水，使低压用汽设备无法工作。同一蒸汽压力的几个同类型用汽设备，也不允许共同使用一个疏水阀。由于制造和使用情况的不同，其加热效率、流体阻力都有所不同，更重要的是这些用汽设备的负荷都不能一致。蒸汽大量从阻力小的设备中流过，从而影响其他设备通过的蒸汽量，不能满足用汽设备的工艺要求。,疏水阀的设计要求,寒冷地区室外安装疏水阀时应注意防冻。因为凝结水在疏水阀内冻结，会使疏水阀失去阻汽排水的功能。防止方法是：加强疏水阀前后管路的保温；对经常停车或间断使用的疏水阀要在停车时进行人工放水或安装自动放水阀；特别是对体内有积水的机械型排水阀，在其阀体下部也要设置排水阀或丝堵。对同一设备先后使用蒸汽加热与冷却时，建议应分别设置加热与冷却两套完整装置，以保证疏水阀的功能并防止蒸汽、凝结水受到混杂。常用阀门的选型综合考虑工艺要求的功能，流过介质的化学、物理性质，工作压力、工作温度及流量大小等各种因素。常用阀门的标准、规格参见附录，也可查阅各种有关设计手册。,疏水阀,疏水阀（也称阻汽排水阀，疏水器）的作用是自动排泄蒸汽管道和设备中不断产生的凝结水、空气及其他不可凝性气体，又同时阻止蒸汽的逸出。它是保证各种加热工艺设备所需温度和热量并能正常工作的一种节能产品 疏水阀必须根据进出口的最大压差和最大排水量进行选用。应选择符合国家标准和CVA标准的优质疏水阀。这种疏水阀在阀门代号S前都冠以“C”字代号，其使用寿命8000h，漏汽率3%,疏水阀,安全阀,3.2 管法兰密封组件的选用(5.5.1),管法兰与垫片和紧固件共同组成管道可拆连接接头。为使连接接头能安全运行并获得满意的密封效果，选用时要对管法兰的结构型式、密封面形式、垫片的材料和结构形式，紧固件的材料和尺寸全面地进行综合考虑，正确选用。,1)管法兰的选用 当今世界上较为通用的法兰标准主要有两个体系，一个是以德国的DIN和原苏联的CT为代表的欧洲体系管法兰。另一个是美国ANSIS16.5钢制管法兰及法兰管件美洲体系管法兰。这两个管法兰体系在世界上广泛使用，互相没有互换性，在英国、法国等许多国家都存在两套法兰标准。管法兰标准HG205922063597是一套符合国、内外管法兰实际使用现状、包括欧洲和美洲两大体系、考虑到英制、公制两个钢管系列、法兰、垫片、紧固件综合选配，内容完整，使用方便的管法兰标准。管法兰型式、参数见表5.12和表5.15。,2)垫片、紧固件的选用(1),垫片选用原则：(1)选用垫片时，必须对垫片的密封性能、工作压力、工作温度、工作介质的性质，以及密封面的型式、结构的繁简、装卸的难易、经济性等诸因素进行全面分析。其中介质性质、工作压力和工作温度是影响密封的主要因素，是选用垫片的主要依据。(2)垫片的类型，一般情况下根据温度、压力而定。对高温高压状况温度大于等于350，压力大于等于时，多采用金属垫片；对常压、低压、中温状况，多采用非金属垫片；对于温度、压力波动的场合，宜采用自紧式垫片。(3)选择垫片的影响因素很多，通常在保证主要条件的前提下，尽量选用价格便宜、制造容易、安装和更换比较方便的垫片。,2)垫片、紧固件的选用(2),(4)垫片的厚度，视具体情况而定。一般来说，如果密封面加工良好，在压力不太高时，用薄垫片较好。但是，如果垫片太薄，在内压较高的情况下，由于对应于螺栓的伸长不能得到必要的复原量而产生泄漏。故压力高时，以用厚垫片为好。(5)垫片系数m与其宽度无关。因此，垫片越窄越易夹紧。但恐其压力过大，又不能过窄。通常宽度应大于5mm。对金属垫片，为了不产生过大的螺栓力，取较小的宽度是一个重要准则。,2)垫片、紧固件的选用(3),(6)由于垫片在工作时，与操作介质接触，直接受介质、压力、温度等影响，因此制造垫片的材料应满足如下要求：具有良好的弹性和复原性；具有适当的柔软性，能够很好地与密封面吻合；具有较大的抗裂强度等机械性能，且压缩变形小；不污染操作介质，不腐蚀密封面，不产生大的膨胀和大的收缩；耐工作介质的腐蚀；,(6)由于垫片在工作时，与操作介质接触，直接受介质、压力、温度等影响，因此制造垫片的材料应满足如下要求(2)：具有良好的物理性能，即不因低温而硬化脆变，也不因高温而软化或塑 流；具有较小的应力松弛现象；具有良好的加工性，而且除特殊用途外，应选成本低廉、市场上易于购得的垫片材料。考虑到任何材料都有其局限性，完全满足上述要求的材料几乎没有。因此当采用一种材料制作的垫片不能满足使用要求时，可以 采用两种或两种以上的材料组合使用，如缠绕式垫片。,2)垫片、紧固件的选用(4),2)垫片、紧固件的选用(5),(7)尽量简化规格、减少品种。一台设备，一根管线，或一个装置，乃至一个工厂，垫片规格和材料品种，越少越便于管理。(8)缠绕式垫片具有良好的压缩性和回弹性，且价格便宜，制造简单，特别是用膨胀石墨作填充料时，密封性能优良，一般条件下均宜采用。尤其适用于有松弛、温度波动、压力波动、冲击和振动的中低压法兰密封。(9)对于介质为水的法兰连接，可选用中压石棉橡胶垫片。由于石棉橡胶垫片使用寿命较长，宜用于不常拆卸、更换周期长的部位。对于含油污水，推荐选用耐油石棉橡胶垫片。鉴于石棉含有毒成份，选用时要考虑这个因素。,(10)要照顾特殊要求，如某介质不允许微量纤维混入，就不要选用石棉橡胶板和其他纤维性垫片。某些部位振动很大，就要选用抗振性强的垫片。对于很难检修的地方，应选用经久耐用的垫片。对与航空汽油或航空煤油接触的设备及接管法兰，为防止石棉纤维混入油品不易过滤，影响使用，不得选用耐油石棉橡胶垫片，应选用以膨胀石墨或聚四氟乙烯作填充料的缠绕式垫片。当介质为环氧乙烷时，不得采用含石棉的垫片。,2)垫片、紧固件的选用(6),2)垫片、紧固件的选用(7),(11)苯对耐油石棉橡胶垫片中的丁腈橡胶有溶解作用，故对于压力小于或等于2.5MPa，温度小于或等于200的法兰，应选用缠绕式垫片。(12)聚四氟乙烯有优良的耐腐蚀性能，是很好的密封材料，在温度小于250时常选用。其型式有聚四氟乙烯生料带缠包石棉橡胶板、聚四氟乙烯板、聚四氟乙烯缠绕垫片和聚四氟乙烯包垫片。(13)膨胀石墨是一种新型的密封材料，国内外使用证明，它具有优良的密封性能。其型式有缠绕式垫片、金属包垫片两面贴膨胀石墨纸和高强石墨垫片。这些垫片可以在大多数场合下使用。,(14)当垫片在有硫化氢应力腐蚀的场合下使用时，其垫片的金属材料应选用含Ti的不锈钢。(15)当选用金属垫片时，应在完全退火状态下使用，尽可能选用较软的金属材料，使法兰表面的硬度比垫片硬度大布氏硬度HB20为宜。(16)在有腐蚀的条件下，选用垫片对法兰盘呈阳性的垫片材料，垫片受腐蚀；选用法兰盘对垫片呈阳性的垫片材料，法兰盘受腐蚀，采用哪一种要根据使用方法和垫片种类来决定。,2)垫片、紧固件的选用(8),3.3 弯头、异径管、三通、活接头、丝堵材料的选用(5.5.2),这些管件直接和输送介质接触，因此在选用时，必须由输送介质的化学性质和物理状况来选用材料。(1)根据介质的化学性质，选用不同材料的弯头、异径管、三通等。一般情况下选用与管子本身相同的材料或优于管子本身的材料。(2)根据介质的温度、压力等状态来选用不同材料的弯头、异径管、三通：当介质的压力小于等于4.0MPa、温度小于等于200，一般采用材料为10g、20g的冲压弯头；当介质的压力小于等于2.5MPa、温度小于等于200，一般采用材料Q235A或20g的焊制弯头；当介质的压力小于等于1.6MPa、温度小于等于175，可选用材料为可锻铸铁的弯头、异径管等。,3.4 视镜、阻火器、过滤器,3.4.1 视镜的选用 视镜系根据输送介质的化学性质、物理状态及工艺对视镜功能的要求来选用。视镜的材料基本上和管子材料相同。如碳钢管采用钢制视镜，不锈钢管子采用不锈钢视镜，硬聚氯乙烯管子采用硬聚氯乙烯视镜，需要变径的可采用异径视镜，需要多面窥视的可采用双面视镜，需要它代替三通功能的可选用三通视镜。视镜的操作压力小于等于0.25MPa，钢制的视镜，操作压力小于等于0.6MPa。,3.4.2 阻火器的选用,(1)阻火器的壳体要能承受介质的压力和允许的温度，还要能耐介质的腐蚀。(2)填料要有一定强度，且不能和介质起化学反应。(3)阻火器主要是根据介质的化学性质、温度、压力来选用合适的阻火器。一般介质，使用压力小于等于1.0MPa，温度小于80时均采用碳钢镀锌铁丝网阻火器。特殊的介质如乙炔气管道，特别是压力大于0.15MPa的高压乙炔气管道上，采用特殊的阻火器，工作压力允许达到2.5MPa，制造要求就较高。,过滤器的选用(5.5.5),管道过滤器多用于泵、仪表(如流量计)、疏水阀前的液体管道上。过滤器按其形状可分为Y型过滤器、直角式过滤器、锥形过滤器、筒形过滤器。其种类有管螺纹连接Y型过滤器、法兰连接Y型过滤器、钢制直角式过滤器、低温钢直角式过滤器、不锈钢制直角式过滤器、中低压管路用锥形过滤器、高压用锥形过滤器。(1)一般根据介质的性质和温度、压力来选用适当的过滤器。(2)过滤器承受的压力等级有：1.0MPa、1.6MPa、2.5MPa、4.0MPa，6.3MPa，10MPa，一般比管子内介质的压力高一个档次。,4 压力管道的安全泄压装置设计,在生产中，要避免管道内介质的压力超过允许的操作压力而造成灾难性事故的发生。在设计中，一般是利用安全泄压装置来及时排放管道内的介质，使管道内介质的压力迅速下降。管道中采用的安全泄压装置主要有爆破片和安全阀，或在管道上加安全水封和安全放空管。,4.1 爆破片(5.8.1),当压力管道中介质压力大于爆破片的设计承受压力时，爆破片破裂，介质释放出管道，压力降迅速下降，起到保护主体设备和压力管道的作用。爆破片的品种规格较多，有反拱带槽型、反拱带刀型、反拱脱落型、正拱开缝型、普通正拱型等，应根据操作允许的介质压力、介质的相态、管径的大小等来选择合适的爆破片。有的爆破片最好和安全阀串联，如反拱带刀型爆破片，有的爆破片还不能和安全阀串联，如普通正拱型爆破片。从爆破片的发展趋势看，带槽型爆破片的性能在各方面均优于其他型式。尤其是反拱带槽型爆破片，具有抗疲劳能力强、耐背压、允许工作压力高和动作响应时间短等优点。,4.2 弹簧式安全阀,安 全 阀(见表5.9)弹簧 封闭 带热散片全启式 微启式 带扳手全启式 全启式 不封闭 带扳手 全启式 双弹簧微启式 微启式 全启式 带控制机构 全启式 脉冲式式 杠杆式 安全阀用在受压管道上，作为超压保护装置。当设备压力升高超过允许值时，阀门开启全量排放，以防止设备压力继续升高，当压力降低到规定值时，阀门及时关闭，保护设备或管路的安全运行。,4.2 弹簧式安全阀(2),(1)封闭式弹簧安全阀其阀盖和罩帽等是封闭的。它有两种不同作用，或是防止灰尘等外界杂物侵入阀内保护内部零件，此时盖和罩帽不要求气密性；或是防止有毒、易燃、易爆等介质溢出，此时盖及罩帽要作气密性试验。封闭式安全阀出口侧如要求气密性试验时，应在订货时说明，气密性试验压力一般为0.6MPa。(2)非封闭式弹簧安全阀阀盖是敞开的，有利于降低弹簧腔室的温度，主要用于蒸汽等介质的场合。(3)带扳手的弹簧式安全阀对安全阀要作定期检查，试验者应选用带提升扳手的安全阀。当介质压力达到开启压力的75%以上时，可以利用提升扳手将阀瓣从阀座上略为提起，以检查阀门开启的灵活性。(4)特殊型式弹簧安全阀：,4.2 弹簧式安全阀(3),(4)特殊型式弹簧安全阀：带散热器的安全阀。凡是封闭式弹簧安全阀使用温度超过300，或非封闭式弹簧安全阀使用温度超过350时应选用带散热器的安全阀。带波纹管的安全阀。带波纹管安全阀的波纹管有效直径等于阀门密封面平均直径，因而，在阀门开启前背压对阀瓣的作用力处于平衡状况，背压变化不会影响开启压力。当背压变动时，其变动量超过整定压力（开启压力）的10%时，应该选用波纹管安全阀，利用波纹管把弹簧与导向机构等与介质隔离以防止这些重要部位免受介质腐蚀而失效。,4.2 弹簧式安全阀(4),安全阀的选用原则(1)确定安全阀公称压力 安全阀的公称压力应根据阀门材料、工作温度和最大工作压力选用，并符合JB74-59管子和管路附件公称压力、试验压力和工作压力的规定。在同一公称压力下，当工作温度提高时，其最大工作压力相应降低。(2)确定工作压力级 安全阀的整定压力（即开启压力）可通过弹簧预紧缩量进行调节，但每一根弹簧都只能在一定的开启压力范围内工作，超出该范围就要另换弹簧。同一公称压力弹簧设计的开启压力调整范围可划分为不同的工作压力级。选用安全阀时，应根据所需开启压力值，确定阀门工作压力级。,4.3 隔离式安全阀(5.8.3),在安全阀入口串接爆破片装置，就成了隔离式安全阀。爆破片和安全阀的性能各有优缺点。爆破片无泄漏，对介质的腐蚀性容易处理，动作可靠，使用寿命长，维护简单等。但爆破片一旦爆破，将泄放掉全部物料，造成停车，影响生产。而安全阀动作后不停车，泄压后复位，可保存大部分物料，但是安全阀泄漏难免，容易失灵，特别是粘稠性的介质或有沉淀的介质，将明显影响安全阀的动作。此外，安全阀的维护费用较高。如果将爆破片和安全阀串接起来，就克服了各自的缺点，保留了各自的优点。不过，采用隔离式安全阀，对爆破片有一定的要求，首先要求爆破过程不得产生任何碎片，以免损伤安全阀，或影响安全阀启跳与回座的性能；其次是要求爆破片抗疲劳和承受背压的能力强等。在管道上装设紧急切断阀和过载阀也能起到减少事故发生或防止事故扩大的作用。,5 管道图,5.1 管道仪表流程图（PID）5.2 设备布置图5.3 管道平面布置图5.4 管道空视图,5.1 管道仪表流程图（PID）,见多媒体辅助教学软件,5.2 设备布置图,设备布置图确定了设备的空间位置，是管道布置的重要依据。,设备布置图例,5.3 管道平面布置图,管道布置图图幅一般采用A0，比较简单的也可采用A1或A2，同区的图宜采用同一种图幅，图幅不宜加长或加宽 常用比例为1:25、1:50，也可用1:100，但同区的或各分层的平面图应采用同一比例 管道布置图中的标高、坐标以m为单位，其他尺寸以mm为单位只注数字，不注单位。管道公称直径以mm表示,尺寸线始末应标绘箭头，或打杠，不按比例画图的尺寸应在尺寸数字下面画一道横线。尺寸一般写在尺寸线的上方中间，并且平行于尺寸线 在平面布置图的右上角应绘制一个与设备布置图设计方向一致的方向标。在每张管道布置图标题栏上方或左边用缩小的并加阴影线的分区索引图表示本图所在装置的位置 每张管道布置图均应独立编号，一套图纸用同一个编号，图纸总张数为分母，顺序号为分子,5.3 管道平面布置图（2）,管道平面布置图画法,有关设备、平台、梯子、框架等仅用细实线绘出轮廓外形 贯通的管道仅在通过处附近绘制管架或小梁 仪表等附属设备仅在连接处正确地注出项目编号，其它另有标准图和说明书 有多层平台的立式设备或多层框架布置设备的管道，可按标高分层绘制管道平面布置图，立面布置图则应包括各层平面的管道，不必表示的内容不画，不需要的尺寸不注,管道平面布置图画法2,按比例用细实线绘出建筑物柱梁、楼板、门、窗、楼梯、管沟等。根据设备布置图画出设备、操作台、安装孔、吊车梁等，画出电缆桥架、电缆沟、仪表管缆等外形尺寸并标出底面标高，标准建筑物的轴线与轴线间的尺寸。标准地面、楼面、平台面、吊车梁底面的标高以及生活间的辅助间的组成标出其名称 按设备布置标注设备的定位尺寸 根据管道流程图及公用系统流程图和主管布置图对每台设备作逐根管道的绘制，先绘制物料管，后绘制公用系统管,将有关管件（弯头、三通、阻火器、视镜、过滤器）及阀门按比例及图例作合理的配管设计。管道、管件、阀门、仪表等的表示方法即图例符号，参照有关规定 管道公称通径DN125mm的管道、弯头、三通用粗实线绘制；DN125mm的管道用中粗双实线绘制。物料流向箭头画在中心线上 消声器、爆破片、洗眼器、分析设备等特殊件，应在管道布置图上用细线10mm圆标注，在圆内注明标准号或特殊件编号 管道立、剖面图应交将装置结构、梁、柱、门、窗、操作台、设备及传动部件、减速机、仪表盘、变送器等按比例绘制,管道平面布置图画法3,除设备进出口不标注定位尺寸外，凡管道阀门标高、管道间距、弯头、三通位置均应一一标注 调节阀组、减压阀组、疏水阀组等均应按比例绘制，并应与管道平面一致 对检测元件应在立剖面上示出注明具体定位尺寸及标高，以及扩大管的规格 在剖切范围内应将主管管架用细点划线绘出，确定管架预埋件位置 管道平