化工设计课件第四章化工管道设计

1、化工设计课件第四章化工管道设计 管道布置设计管道布置设计 n教学内容： n 了解化工车间布置设计的任务和要求。 n 重点和难点： n 重点了解化工车间布置设计的原则性要 n求 化工设计课件第四章化工管道设计 n各种工艺物料、蒸汽、水以及气体都要用管道来输送； n设备与设备间的连接，要用管道来沟通； n据统计，管道安装的费用约占全厂化工设备总投资的15一20，化 工管道的设计（计算）和敷设（布置）是化工厂常遇到的一个十分重 要的普遍性问题 一、管道布置设计的重要性一、管道布置设计的重要性： 化工设计课件第四章化工管道设计 n (1) 确定车间中各个设备的管口方位和与之相邻连接的管段的接口位 置；

2、 n (2) 确定管道的安装连接和铺设、支撑方式； n (3) 确定各管段（管道、管件、阀门及控制仪表）在空间的位置； n (4) 画出管道布置图； n (5) 编制管道综合材料表。 二、管道布置的任务二、管道布置的任务 化工设计课件第四章化工管道设计 三、管道布置的一般要求三、管道布置的一般要求 n为便于安装、检修和操作管理, 管路尽量架空敷设, 必要时(如离心泵的吸入管路不可能架空时)可沿地面、 埋地或管沟敷设。 n 管路安装时应注意尽量避免“气袋”、“口袋” 和“盲肠”。 盲肠是指管道布设中一段物料流动死区； 液体管道避免倒“U”型弯； 气体管道避免“U“型弯。 n管路不应挡门、挡窗、应

3、避免通过电动机、配电盘、 仪表盘的上空。 管路的布置不要妨碍设备和管件、阀门的检修。塔 及容器的管路不可从人孔正前方通过, 以免妨碍打开人 孔。 化工设计课件第四章化工管道设计 n管路应成列平行敷设, 尽量走直线, 少拐弯(用作 自然补偿或方便安装检修者除外)交叉, 力求整齐、美 观。 n 在螺纹连接的管路上应适当配置一些活接头(特 别是阀门附近), 以便安装、拆卸和检修。 n 管底(或管架梁底)距车行通道路面的高度不能小 于4.5米, 距人行通道的高度不能小于2.2米。 n管路的排列是否正确, 直接影响到安装、操作、 检修以及劳动保护、生产安全等问题。可根据下列基 本要求进行综合考虑: 化工

4、设计课件第四章化工管道设计 n对于垂直排列 n 热介质的管路在上, 冷介质的管路在下; n 无腐蚀性介质的管路在上, 有腐蚀性介质的在 下; n 小管路应尽量支承在大管路上方或吊在大管路 下面; n 气体管路在上, 液体管路在下; n 不经常检修的管路在上, 检修频繁的管路在下; n 高压介质的管路在上, 低压介质的管路在下; n 保温管路在上; 不保温管路在下; n 金属管路在上; 非金属管路在下. 化工设计课件第四章化工管道设计 n对于水平面排列(室内沿墙敷设时) n大管路靠墙, 热管路在外; n常温管路靠墙, 热管路在外; n支管少的靠墙, 支管多的管路在外; n不经常检修的管路靠墙,

5、经常检修的在外; n高压管路靠墙,低压管路在外. 化工设计课件第四章化工管道设计 n距离较近的两设备的连接管最好不直连(有波形伸缩 器的或两个设备中的一个设备没有同建筑物固定者除外)。 一般采用45斜接或90弯接。 n管路与阀门的重量不宜考虑支承在设备上(尤其是铝 制设备、硅铁泵、非金属材料设备等). n 保温管应设大于保温层厚度之管托放在管架上; 不保 温管路可不设管托, 直接放在管架上. n 不锈钢管不得与碳钢制的管架直接接触, 以免因电位 差而造成腐蚀核心。因此管架应涂以良好绝缘漆, 或在管 架间垫以其它绝缘材料(如石棉板、橡胶磨擦塑料板等)。 化工设计课件第四章化工管道设计 n输送有毒

6、或有腐蚀性介质的管路, 不得在人行道上设 置管件、伸缩器、法兰等, 以免管路泄漏时发生事故. n输送易燃、易爆介质的管路, 不得敷设在生活间、楼 梯间和走廊处. n输送易燃、易爆介质的管路, 一般应设有防火安全装 置和防爆安全装置, 如安全阀、防爆膜、阻火器、水封等. n易燃、易爆及有毒介质的放空管应引至高出邻近建筑 物. n管路敷设应有坡度, 坡度方向一般均为顺介质流动方 向, 但亦有与介质流动方向相反者。 化工设计课件第四章化工管道设计 三、管路布置的方式三、管路布置的方式 n 明装 n 主要是架空敷设, 这是化工厂采用最普遍的方式。 n优点: n 适用于输送任何介质的管路; n 安装方便

7、; n 便于检修; n 便于增添管路及修改线路; n 可根据管路外表的涂色,识别该管路输送何种介质; n 便于安装仪表、阀件及管件等; n 可避免形成死角,便于最低点设置排放阀,最高点设置放气阀. n 缺点： n 占用空间地位多, 在室内有时不可避免地会影响窗子的开启. 化工设计课件第四章化工管道设计 明装管路有以下方式 n沿墙敷设沿墙敷设 n 室内墙一般有三个地区可供敷设管路用 n 窗台下; n 两个窗子之间的空隙处; n 窗子顶与梁底的中间地带. n 优点是安装方便, 管架材料较省和占用空间地位较少。 n 缺点是容易挡窗, 管子数量不宜太多, 管路推力不可过大, 也不可 有较大的震动。 n

8、 楼板下敷设楼板下敷设 n 优点是管路较短, 可少走弯路; 管路可以有较大的位移; n 缺点是管架长度较大, 占空间地位较多, 安装固定支架有困难. 化工设计课件第四章化工管道设计 n靠柱敷设靠柱敷设 n 柱子能承受管路传来的震动与轴向推力, 靠柱子敷设管路也是适 宜的, 特别是蒸汽、水、压缩空气等辅助管路的总管。 n 优点是可承受较大的载荷; 便于安装固定支架。 n 缺点是管架耗费钢材较多, 因柱间间距较大, 敷设小直径管路时在两 柱间还需设立吊架. n沿设备敷设沿设备敷设 n 当与设备连接的管路距附近建筑物的墙柱较远, 离地面或楼板面 甚高, 不容易进行固定, 而设备以能支承管路的负荷时,

9、 可以沿设备外 壁敷设; 管架可以直接焊在设备外壳上。 化工设计课件第四章化工管道设计 n沿操作台敷设沿操作台敷设 n 与操作台上的设备连接的管路, 一般可沿操作台旁或台下进行 敷设。沿钢筋混凝土操作台敷设的管路, 其管架应在建筑物施工时预 埋. n 沿地面或楼面敷设沿地面或楼面敷设 n 有时为了缩短长度, 管路可沿地面或楼面敷设, 但应安装在较 隐蔽的地方, 以避免挡路。管路最低点应比地面或楼面高100150毫 米; 能使检修方便并防止地面积水。若部分管路必须横过通道敷设, 则 应在通道处设置保护罩. 化工设计课件第四章化工管道设计 n 暗设暗设 n 管路暗设一般有两种方式, 埋地敷设和在管

10、沟中敷设. n埋地敷设埋地敷设 n 符合下述条件的, 允许将管路直接埋地敷设。 n 输送的介质一般为液体, 没有腐蚀性、毒性或爆炸危险, 粘度 较小; n 介质系常温、低压; n 不须经常进行检修; n 停车时、管路内积存的介质不会凝固; n 管路本身能经受覆盖土层的压力; n 地坪系普通地坪, 而不是特殊材料地坪, 如瓷砖等. 化工设计课件第四章化工管道设计 n装置中常见的埋地敷设管路, 有上水管、下水管等. n 优点是管路隐蔽、不挡路、不占用空间; 距离短, 节省材料; 不需 管架,安装费用省。 n 缺点是检修不便, 检修时需挖开地坪; 不易发现管路渗漏情况; 管 路易被地下水侵蚀; 管路

11、走向不易发现, 增加或修改管路时也较困难; 不便于安装阀件与仪表(要安装时需设窨井。 n在管沟中敷设在管沟中敷设 n 管沟的型式一般有三种: n 可通行管沟 (即人可站在其中进行安装、检修管路的管沟) n用于户外的、距离较长的、数量较多的、常检修的管路. n 不通行管沟 (即人不能站在其中进行安装、检修管路的管沟) n 半通行管沟(即介于可通行不通行之间的管沟) 化工设计课件第四章化工管道设计 四管道支吊架四管道支吊架 1管道支吊架可分为以下几类 序号大分类小分类 1承重支吊架 刚性支吊架；、可调刚性支吊 架； 、弹簧支吊架；、恒力支吊架 2限制性支吊架、固定支架；、限位支架；、 导向支架 3

12、防震支架、减震器；、阻尼器 化工设计课件第四章化工管道设计 n2、管道支吊架选用的原则、管道支吊架选用的原则 n、 应按照支承点所承受的荷载大小和方向、管道的位移情况、工作 温度、是否保温或保冷、管道的材质等条件选用合适的支吊架； n、 设计管道支吊架时，应尽可能选用标准管卡、管托和管吊； n、焊接型的管托、管吊 比卡箍型的管托、管吊省钢材，且制作简单， 施工方便。 n、为防止管道过大的横向位移和可能承受的冲击荷载，一般在下列 位置设置导向管托，以保证管道只沿着轴向位移； 化工设计课件第四章化工管道设计 n、 当架空敷设的管道热胀量超过100mm时，应选用加长管托，以 免管托滑到管架梁下； n

13、、凡支架生根在需整体热处理的设备上时，应向设备专业提出所用 垫板的条件； n、对于载荷较大的支架位置要事先与有关专业设计人联系，并提出 支架位置、标高和载荷情况； n、凡需要限制管道位移量时，应考虑设置限位架。 化工设计课件第四章化工管道设计 五设备和管道的隔热防腐五设备和管道的隔热防腐 1 隔热目的隔热目的 n(1) 减少设备和管道在工作中的热量和冷量损失，以节约 能源； n(2) 满足工艺生产要求，避免、限制或延迟设备或管道内 介质的凝固、冻结，以维持正常生产； n (3) 减少生产过程中介质的“温升”或“温降”，以提高 设备的生产能力； n(4) 防止设备和管道表面结露； n(5) 降低

14、和维持工作环境温度，改善劳动条件，防止因热 表面导致火灾和防止操作人员烫伤。 化工设计课件第四章化工管道设计 n2 不保温设备和管道的表面防烫不保温设备和管道的表面防烫 n不保温设备和管道的表面防烫温度为60，应对下列范围内的设备和 管道设置防烫隔热层： n (1) 距地面或操作平台高2.1m以内； n (2) 距操作面0.75m以内。 化工设计课件第四章化工管道设计 n3 哪些管道应考虑保温或保冷哪些管道应考虑保温或保冷 n （1）具有下列情况之一的设备和管道应予保温； n l）外表面温度大于50以及外表面温度小于或等于50但工艺 需要保温的设备和管道。 n 2）介质凝固点或冰点高于环境温度

15、（系指年平均温度）的设备 和管道。 n （2）具有下列情况之一的设备和管道必须保冷： n l）需减少冷介质在生产或输送过程中的温升或气化（包括突然 减压而气化产生结冰）； n 2）需减少冷介质在生产或输送过程中的冷量损失，或规定允许 冷损失量； 3）需防止在环境温度下，设备或管道外表面凝露。 化工设计课件第四章化工管道设计 n4 设备和管道的隔热结构设备和管道的隔热结构 n隔热结构可以分为保温结构和保冷结构两种型式。保温结构由“保温 层+保护层”构成；保冷结构由“保冷层+防潮层+保护层”构成。 n 保温层或保冷层对维护介质温度稳定起主要作用。 n 保护层包复在隔热层(保温层或保冷层)的外面，起

16、保护和防止大气、 风、雨、雪致使隔热层破坏的作用，延长隔热层的使用寿命，并使隔 热结构外形美观。 n 防潮层是保冷结构用于防水、防潮，维护保冷层保冷效果的关键。 化工设计课件第四章化工管道设计 n5 设备和管道的外部防腐涂料选用设备和管道的外部防腐涂料选用 n涂料的选用应遵守下列原则： n (1) 与被涂物的使用条件相适应； n (2) 与被涂物表面的材质相适应； n (3) 底漆与面漆正确配套； n (4) 经济合理； n (5) 具备施工条件。 化工设计课件第四章化工管道设计 化工设计课件第四章化工管道设计 化工设计课件第四章化工管道设计 6管道须的静电接地 n可燃气体、液化烃、可燃液体、

17、可燃固体的管道应设静电接地。 n (1) 装置区中各个相对独立的建(构)筑物内的管道，可通过与工艺 设备金属外壳的连接(法兰连接)，进行静电接地； n (2) 管网内的泵、过滤器、缓冲器等处应设置接地连接点； n (3) 管网在进出装置区处、不同爆炸危险环境的边界、管道分岔 处的管道应进行接地，对于长距离的无分支管道，应每隔 80100m与接地体可靠连接； n (4) 对金属管道中间的非导体管段(如聚氯乙烯管)，除需屏蔽保护 外，两端的金属管应分别与接地干线相接，或用6mm2多股铜芯绝 缘电线跨接后接地； n (5) 非导体管段上的金属件应接地。 每组专设的静电接地体，其 接地电阻值，一般情况

18、应小于10。在山区等土壤电阻率较高场所， 接地电阻值应小于1000。 化工设计课件第四章化工管道设计 n7 管道的保温材料要求管道的保温材料要求 n（1）保温材料的密度要小、导热系数低。 n（2）富有弹性及多孔性、化学性能稳定。 n（3）能耐热和耐冷，易于施工并具有足够的机械强度。 n（4）不侵蚀金属管道，水分较少，不引出鼠、菌等生物，不污染空 气。 n（5）就地取材，经济适宜。 化工设计课件第四章化工管道设计 六、伴热系统六、伴热系统 n1 化工企业常用的伴热介质化工企业常用的伴热介质 n 常用的伴热介质有四种： n (1) 热水：选用于在操作温度不高或不能采用高温伴热的介质 的条件下，作为

19、伴热的热源； n (2) 蒸汽：一般用于管内介质的操作温度小于150的伴热； n (3) 热载体：一般用于是管内介质的操作温度大于150的夹 套伴热系统。常用的热载体；有重柴油或馏程大于300馏分油， 联苯-联苯醚或加氢联三苯等； n (4) 电热：电伴热不但适用于蒸汽伴热的各种情况，而且适用 于热敏性介质管道，能有效地进行温度控制，防止温度过热；适 用于分散或远离供汽点的管道或设备、以及无规则外型的设备(如 泵)的伴热。 化工设计课件第四章化工管道设计 n2 化工企业工艺管道的伴热方式化工企业工艺管道的伴热方式 n工艺管道伴热方式有四种： n (1) 内伴热管道伴热：伴热管安装在工艺管道(即

20、主管)内部，伴热 介质释放出来的热量，全部用于补充主管内介质的热损失； n (2) 外伴热管伴热：伴热管安装在工艺管道外部，伴热管放出的热 量，一部补充主管(即被伴热管)内介质的热损失，另一部分通过保温 层散失到四周大气中。 n (3) 夹套伴热：夹套伴热管即在工艺管道的外面安装一套管，类似 管套式换热器进行伴热； n (4) 电伴热：电伴热带安装在工艺管道外部，利用电阻体发热来补 充工艺管道的散热损失。 化工设计课件第四章化工管道设计 3 应考虑伴热的管道应考虑伴热的管道 n下列管道应采取保温伴热： n (1) 在环境温度下，需从外部补充管内介质的热损失，以维持输送 液体温度的管道； n (

21、2) 在输送过程中，由于热损失产生凝液而引起腐蚀或影响正常操 作的气体管道； n (3) 在操作过程中，由于压力突然下降而自冷，可能导致结冰堵塞 或管道剧冷脆裂的管道； n (4) 在切换操作或间歇停输期间，管内介质由于热损失造成温度下 降，又不能放空或扫线而影响下次输送的管道； n (5) 在输送过程中，由于热损失造成降温，导致析出结晶体的管道； n (6) 在输送高粘度介质时，由于热损失导致介质温降后粘度剧增， 使系统阻力突增，输送量下降，达不到工艺最小允许量的管道。 化工设计课件第四章化工管道设计 七、管道应力分析七、管道应力分析 n管道应力分析分为静力分析和动力分析。 n静力分析包括：

22、 n(1) 压力荷载和持续荷载作用下的一次应力计算防止塑性变形破坏； n(2) 管道热胀冷缩以及端点附加位移等位移荷载作用下的二次应力计 算防止疲劳破坏； n(3) 管道对设备作用力的计算防止作用力太大，保证设备正常运行； n(4) 管道支吊架的受力计算为支吊架设计提供依据； n(5) 管道上法兰的受力计算防止法兰泄漏。 化工设计课件第四章化工管道设计 n动力分析包括： n(1) 管道自振频率分析防止管道系统共振； n(2) 管道强迫振动响应分析控制管道振动及应力； n(3) 往复压缩机（泵）气（液）柱频率分析防止气柱共振； n(4) 往复压缩机（泵）压力脉动分析控制压力脉动值。 化工设计课件

23、第四章化工管道设计 1、一次应力、二次应力、一次应力、二次应力 n一次应力是指由于外加载荷，如压力或重力等的作用而产生的应力。 n特点：特点： n它满足与外加载荷的平衡关系，随外加荷载的增加而增加，且无自限 性，当其值超过材料的屈服极限时，管道将产生塑性变形而破坏。 n平衡外部机械载荷所必须的应力。 n二次应力是由于管道变形受到约束而产生的应力，它不直接与外力平 衡。 n特点： n是具有自限制性，当管道局部屈服和产生小量变形时应力就能降低下 来。 化工设计课件第四章化工管道设计 2、管道的柔性、管道的柔性 n 表示管道通过自身变形吸收热胀、冷缩和其它位移变形的能力。 n设计时，一般采用下列一种

24、或几种措施来增加管道的柔性： n(1) 改变管道的走向； n(2) 选用波形补偿器、套管式补偿器或球形补偿器； n(3) 选用弹性支吊架。 化工设计课件第四章化工管道设计 3、管道的补偿、管道的补偿 n1)管道的自然补偿: n管道的走向按具体情况呈各种弯曲形状，管道 利用这种自然的弯曲形状所具有的柔性以补偿 其自身的热胀和端点位移。 n有L形有Z形， n特点是构造简单、运行可靠、投资少。 化工设计课件第四章化工管道设计 2)补偿器补偿:自然补偿达不到要求时,要采用 补偿器补偿,常见的补偿器有形和U形两种 形补偿器应用最多 优点耐压可靠,补偿能力大,制造方便, 缺点尺寸大,流体阻力大,安装时要预

25、拉伸或 预压缩。 化工设计课件第四章化工管道设计 管道的热（冷）补偿应符合以下要求 1）管道由热胀或冷缩产生的位移。 力和力矩，必须经过认真的计算，优先利用管道布置的自然几何 形状来吸收。作用在设备或机泵接口上的力和力矩不得大于允许值； 2）管道自补偿能力不能满足要求时，应在管系的适当位置安装补偿 元件，如“”形弯管、波纹膨胀节或其他型式的补偿器，并按标准 要求考虑设置固定架和导向架； 3）当要求减小力与力矩时，允许采用冷拉措施，但对重要的敏感机 器和设备接管不应采用冷拉。 化工设计课件第四章化工管道设计 4、管道柔性设计的目的、管道柔性设计的目的 n管道柔性设计的目的是保证管道在设计条件下具

26、有足够的 柔性，防止管道因热胀冷缩、端点附加位移、管道支承设 置不当等原因造成下列问题： n(1) 管道应力过大引起金属疲劳和（或）管道推力过大造 成支架破坏； n(2) 管道连接处产生泄漏； n(3) 管道推力或力矩过大，使与其相连接的设备产生过大 的应力或变形，影响设备正常运行。 化工设计课件第四章化工管道设计 5、管道柔性设计的合格标准为： n(1) 管道上各点的二次应力值应小于许用应力范围； n(2) 管道对设备管口的推力和力矩应在允许的范围内； n(3) 管道的最大位移量应能满足管道布置的要求。 化工设计课件第四章化工管道设计 八、压力管道八、压力管道 n1、压力管道的定义及国家技术监督局制定的、压力管道的定义及国家技术监督局制定的压力管道设计单位压力管道设计单位 认证与管理办法认证与管理办法对压力管道的类别、级别的划分对压力管道的类别、级别的划分 n压力管道定义 n基本条件： 介质最高工作压力 P0.1MPa（表压）； n 管道规格 DN25mm。 n结论： n、同时符合基本条件和的所有气体介质管道，属于