环境工程设计-管道

1、环境工程设计童华第十一章 管道设计与布置管路设计包括两大部分：管路计算与管道布置设计。管路设计计算包括管径计算、管道阻力（压降）计算、管道保温工程、管路应力分析、热补偿计算、管子,管件和阀门的选择、管道支吊架计算等内容；管道布置设计不仅要满足工艺流程的要求，还必须满足施工安装及安全生产、方便人员操作等的要求一、管路设计与布置的内容和依据上述设计内容要在设计文件中体现出来，有1管路布置图 包括管路布置平面图和剖视图（或向视图）一、管路设计与布置的内容和依据上述设计内容要在设计文件中体现出来，有2管段图 表示一段管段在空间的位置，也叫空视图或单线图，它是一段管道的立体图样；一、管路设计与布置的内容

2、和依据上述设计内容要在设计文件中体现出来，有1管路布置图 包括管路布置平面图和剖视图（或向视图）；2管段图 表示一段管段在空间的位置，也叫空视图或单线图，它是一段管道的立体图样；3管架和非标准管件图；4管段表 管段表按管段列出管子的材料、规格尺寸和长度，管件、阀门的名称、型号、规格和数量，以及管道的试压、涂色和保温要求；5管架表 列出标准和非标准管架的编号、标注号、名称和数量；6综合材料表 包括管道安装材料和管架材料；设备支架材料、保温防腐材料；7设备管口方位图。一、管路设计与布置的内容和依据设计依据1施工阶段的工艺流程图及仪表流程图；公用工程系统流程图；2设备平面布置图及立面布置图；建（构）

3、筑物平、立面布置图3设备施工图，包括非标设备施工图及定型设备的样本或详细安装图；4工程设计规范、管道等级表；5设备一览表；6地区气候条件、工场地质情况（包括地下水位高度、冻结层深度等）；7其他技术参数（如水源、锅炉房蒸汽压力和压缩空气站空气压力等）。一、管路设计与布置的内容和依据1. 管道的分类与等级（1）按照设计压力，可将工业管道分为四级二、管路设计基础级别名称设计压力/MPa真空管道低压管道中压管道高压管道P10注：工作压力9.0MPa，且工作温度500的蒸管道可升级为高压管道 1. 管道的分类与等级（2）GB50316工业金属管道设计规范将管内输送流体分为五类A1类流体剧毒流体，在输送过

4、程中如有少量流体泄漏到环境中，被人吸入或与人体接触时，能造成严重中毒，脱离接触后，不能治愈。相当于现行国标职业性接触毒物危害程度分级GB5044中级（极度危害）的毒物。A2类流体有毒流体，接触此类流体后，会有不同程度中毒，脱离接触后可以治愈。相当于现行国标GB5044中级及以下（高度、中度、轻度危害）的毒物。二、管路设计基础1. 管道的分类与等级（2）GB50316工业金属管道设计规范将管内输送流体分为五类B类流体此类流体在环境或操作条件下是一种气体或可闪蒸产生气体的液体，这些液体能点燃并在空气中连续燃烧。C类流体设计压力大于1.0MPa和设计温度低于20、高于186的不可燃、无毒流体。D类流

5、体设计压力1.0MPa和设计温度为20186的不可燃、无毒流体。二、管路设计基础1. 管道的分类与等级（3）HG20225-1995化工金属管道工程施工及验收规范将管道所输送的介质分为四类：A类为输送剧毒介质的管道；B类为输送可燃介质或有毒介质的管道；C、D类为输送非可燃介质、无毒介质的管道，其中设计压力p1.0MPa且设计温度为29186的管道为D级管道。二、管路设计基础1. 管道的分类与等级（4）SH35012002石油化工有毒、可燃介质管道工程施工及验收规范，按管道输送介质的性质及设计条件对管道进行分级二、管路设计基础管道级别适 用 范 围SHA1. 毒性程度为极度危害介质管道（苯管道除

6、外）2. 毒性程度为高度危害介质的丙稀腈、光气、二硫化碳和氟化氢管道3. 设计压力10MPa的介质管道SHB1. 毒性程度为极度危害介质的苯管道2. 毒性程度为高度危害介质管道（丙稀腈、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SHC1. 毒性程度为中度、轻度危害介质管道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2.管道及附件的公称压力及公称直径公称压力和公称直径是管子、阀门和管件的两个特性参数。采用公称压力及公称直径的目的是使管子、阀门和管件的连接参数统一，利于装管工程的标准化。装管工程标准化，可给阀门、管

7、件的生产、设计单位的设计，施工单位的安装带来极大的方便。二、管路设计基础2.管道及附件的公称压力及公称直径（1）公称压力和公称压力系列公称压力用符号Pg或PN表示，通常大于或等于实际工作压力。一般来说，管路工作温度在0120范围内时，工作压力和公称压力是一致的，但当温度高于120时，工作压力将低于公称压力。二、管路设计基础级别工作温度/公称压力/MPa工作压力/MPa级别工作温度/公称压力/MPa工作压力/MPa112012130030140010.010.010.010.010010.08010.06440142542645045147510.010.010.010.05110.04310.

8、0342.管道及附件的公称压力及公称直径（1）公称压力和公称压力系列公称压力用符号Pg或PN表示，通常大于或等于实际工作压力。一般来说，管路工作温度在0120范围内时，工作压力和公称压力是一致的，但当温度高于120时，工作压力将低于公称压力。二、管路设计基础级别工作温度/公称压力/MPa工作压力/MPa级别工作温度/公称压力/MPa工作压力/MPa112012130030140010.010.010.010.010010.08010.06440142542645045147510.010.010.010.05110.04310.034公称压力从0.25MPa至32 MPa共分为12级，它们是（

9、以下用kgf/cm2作压力单位）2.5，6，10，16，25，40，64，100，160，200，250，320等。2.管道及附件的公称压力及公称直径（2）公称直径和公称直径系列公称直径用Dg或DN表示，它与管子的直径相近，但不一定相等。凡是同一公称直径的管子，外径必定相同，但内径则因壁厚不同而异。例如573.5mm和574.5mm的无缝钢管，都称作公称直径为50mm的钢管，但它们的内径却分别为50mm和48mm。二、管路设计基础水煤气钢管的公称直径用英寸表，有：6 ,5 ,4 ,3 ,212 ,2 ,211 ,411 ,1 ,4/3 ,2/1 ,8/3 ,4/1 ,8/1 3.管道系统试验（

10、1）液压强度试验承受内压的地上钢管及有色金属管道试验压力应为设计压力的1.5倍，埋地钢管的试验压力应为设计压力的1.5倍，且不得低于0.4MPa。对承受外压的管道，其试验压力应为设计内、外压力之差的1.5倍，且不得低于0.2MPa。（2）气压试验气压严密性试验应在液压强度试验合格后进行，一般使用空气或惰性气体。对承受内压、设计压力不大于0.6MPa的钢管及有色金属管道，其气压试验压力为设计压力的1.15倍；真空管道的试验压力应为0.2MPa。二、管路设计基础4.常用管材（1）铸铁管常用作埋于地下的给水总管及污水管（2）硅铁管高硅铁管与抗氯硅铁管适用于输送公称压力0.25MPa以下的腐蚀性介质二

11、、管路设计基础4.常用管材（3）水煤气管水煤气管用软钢焊成，分镀锌与不镀锌两种，前者称为白铁管，后者称为黑铁管。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管道。水煤气管的极限工作温度为175，且不得用于输送爆炸性及有毒害性的介质。水煤气管分为普通（公称压力1MPa）与加强（公称压力1.6 MPa）两级，公称直径用英寸表示，常采用罗纹联接。二、管路设计基础4.常用管材（4）无缝钢管可用来输送有压力的物料、水蒸气、高压水、过热水以及输送可燃性、有爆炸危险、有毒性的物料，极限工作温度为435。（5）有色金属管（a）铜管与黄铜管 ：多用作低温管道（冷冻系统）、仪表的测压

12、管或传送有压力的流体（如油压系统、润滑系统），当温度大于250时，不宜在压力下使用。（b）铝管 系拉制而成的无缝管，常用来输送浓硝酸、醋酸、蚁酸、硫化氢及二氧化碳等物料，或用作换热管，但铝管不抗碱。在温度大于160时不宜在压力下操作二、管路设计基础（c）铅管 常用作硫酸管道或酸性物料管道，但由于强度低、重度大、抗热性差等缺点，已逐步为耐酸合金钢，尤其是塑料管所代替。（d）有衬里的钢管 主要用于输送腐蚀性介质。由于有色金属较稀贵，价格高，可用作钢管的衬里或用代用材料衬里。衬里的金属材料有铝、铅等（6）非金属管（a）陶瓷管 管子内径为25400mm。陶瓷管耐腐蚀性能很好，耐酸陶瓷管可以输送0.1M

13、Pa或真空度26.7kPa及温度不大于90的腐蚀性介质，氢氟酸除外。它的缺点是性脆，机械强度低和不能耐温度剧变二、管路设计基础（6）非金属管（b）塑料管 塑料管均具有良好的耐腐蚀性能，有硬聚氯乙稀管、聚乙烯管和聚丙烯管等多种。硬聚氯乙稀管对于任何浓度的各种酸类、碱类和盐类都是稳定的，但对强氧化剂不稳定。可用来输送60以下的介质，亦可用于输送0以下的液体。缺点是耐热性差，易老化，使用寿命不长。（c）玻璃钢管 主要有环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢、呋喃玻璃钢、不饱和树脂玻璃钢和乙烯基树脂玻璃钢。玻璃钢管耐腐蚀性良好，使用温度小于120，使用压力小于0.6MPa。二、管路设计基础（6）非金属管（d）橡胶管

14、能耐酸碱，抗腐蚀性好，且有弹性可任意弯曲。橡胶管一般用作临时管道及某些管道的挠性件，不作为永久管道。二、管路设计基础1. 阀门按阀门功能可分为：截止阀，调节阀，稳压阀，减压阀，安全阀等；按其结构形式可分为：球心阀，闸阀，旋塞，蝶阀，针形阀等。（1）球心阀 又称截止阀，不宜用于输送粘度大、含有颗粒、易结晶、易沉淀物料的管路（2）闸阀 闸阀又称闸板阀不适宜用于有晶体或悬浮物的物料输送管路，也不宜用于腐蚀性物料输送管路（3）旋塞一般用于温度较低、粘度较大或要求开关迅速的管路。二、管路设计基础常用阀门及管件（1）球心阀 又称截止阀，不宜用于输送粘度大、含有颗粒、易结晶、易沉淀物料的管路（2）闸阀 闸阀

15、又称闸板阀不适宜用于有晶体或悬浮物的物料输送管路，也不宜用于腐蚀性物料输送管路（3）蝶阀 又叫翻板阀，蝶阀不易和管路严密配合，所以只适于调节流量，而不能用于切断管路（4）旋塞一般用于温度较低、粘度较大或要求开关迅速的管路。（5）针形阀特别适用于高压操作和要求精确调节流量的地方，如钢瓶（6）止逆阀 又叫单向阀或止回阀作用是防止倒流。水泵的进口管路上也经常装有止逆阀。（7）安全阀 用在受压设备、容器上作为超压保护装置，当设备压力超过允许值时，阀门开启全量排放，防止设备内压力继续升高，当压力降低到规定值时，阀门即时关闭（8）减压阀将进口高压流体降为某个需要的出口压力，当进口压力及流量变动时，能自动保

16、持出口压力基本不变的自动阀门。（9）疏水阀一般用在蒸汽管路上或蒸汽加热器的冷凝水排出管路上，其作用是排出不断产生的冷凝液，而阻止蒸汽排出。2. 管件（1）法兰法兰是最常用的管道间相互连接的元件。管道法兰按与管子连接方式可分为：平焊、对焊、罗纹、承插焊和松套法兰等五种基本类型。法兰密封面有突面、光面、凹凸面、榫槽面和梯形面等。（2）法兰垫圈它是法兰联接中必须使用的管件，起密封作用，有软橡胶、石棉橡胶、聚氯乙稀塑料等多种，可通过查有关工艺手册选取。（3）其他管件改变走向、管径、封闭管路以及由主管上引出支管等均需用管件。二、管路设计基础常用阀门及管件（1）法兰法兰是最常用的管道间相互连接的元件。管道

17、法兰按与管子连接方式可分为：平焊、对焊、罗纹、承插焊和松套法兰等五种基本类型。法兰密封面有突面、光面、凹凸面、榫槽面和梯形面等。3.管道连接1）焊接：所有压力管道，如煤气、蒸汽、空气、真空等管道尽量采用焊接；2）承插焊：密封性要求高的管子连接，应尽量采用承插连接；3）法兰连接：法兰连接是管道联接最常用的形式，具有装拆方便，密闭可靠，适用的压力、温度和管径范围大的特点。一般适用于较大管径、密封性要求高的连接；4）罗纹连接：一般用于管径50mm低压钢管、水煤气管、硬聚氯乙稀塑料管的连接；二、管路设计基础常用阀门及管件1）焊接：所有压力管道，如煤气、蒸汽、空气、真空等管道尽量采用焊接2）承插焊：密封

18、性要求高的管子连接，应尽量采用承插连接；3）法兰连接：法兰连接是管道联接最常用的形式，具有装拆方便，密闭可靠，适用的压力、温度和管径范围大的特点。一般适用于较大管径、密封性要求高的连接；4）罗纹连接：一般用于管径50mm低压钢管、水煤气管、硬聚氯乙稀塑料管的连接；3.管道连接5）承插连接：适用于埋地或沿墙敷设的给排水管，如铸铁管，陶瓷管，石棉水泥管，工作压力0.3MPa，介质温度60的场合；6）承插粘结：适用于各种塑料管（如ABS管、玻璃钢管等）的连接；7）卡套连接：适用于管径40mm的金属管与金属管件或与非金属管件、阀件的连接，一般用于仪表、控制系统等处；8）卡箍连接：适用于洁净物料、直径较

19、小的管道连接，具有装拆方便、安全可靠、经济耐用等优点。二、管路设计基础常用阀门及管件7）卡套连接：适用于管径40mm的金属管与金属管件或与非金属管件、阀件的连接，一般用于仪表、控制系统等处；8）卡箍连接：适用于洁净物料、直径较小的管道连接，具有装拆方便、安全可靠、经济耐用等优点。1.管径的确定1）确定管径的一般原则（a）确定管径首先要考虑满足工艺对管道的要求；在工艺的最大流量条件下，其最大压力降应不超过工艺允许值，并且其流速应位于根据介质的特性所确定的安全流速范围内（b）综合权衡建设投资和操作费用（c）操作情况 不同流体应按其性质、状态和操作要求的不同，选用不同的流速。粘度较高的液体，摩擦阻力

20、较大，应选用较低流速。液体流速一般不超过4m/s，气体流速一般不超过其临界速度的85三、管路计算1.管径的确定1）确定管径的一般原则（d）小流量的情况应选择较小流速，大流量的情况可选择较高的流速；2）管径的确定三、管路计算uVd42）管径的确定三、管路计算3）管壁厚度的确定三、管路计算公称直径（mm）管子外径（mm）管 壁 厚 度（mm）PN=1.6PN=2.5PN=4PN=6.4PN=10PN=16PN=2015182.52.52.52.533320252.52.52.52.533425322.52.52.533.53.5532382.52.5333.53.5640452.5333.53.5

21、4.5650572.533.53.54.557707633.53.54.566980893.54456711100 108444671213125 133444.5691317150 1594.54.5571017-200 219667101321-250 2738881116-300 32588912-350 377991013-400 4269101215-4）管路阻力降计算（1）在管道系统布置设计的基础上，已知管径d、管长l及流量V，确定各管段的阻力损失，计算流体通过管路系统的总能量损失及所需外加的能量，以此选择适当的风机或泵，并配备电动机；（2）为将系统总阻力降控制在合理及经济的范围内

22、，计算管路参数或校核系统的流体阻力。例如已知管径d，管长l 及允许的能量消耗，求流体的流量或已知管长l，流量V及允许的能量消耗，求管径，即选择适宜的管径。三、管路计算4）管路阻力降计算（1）流体流动总能量衡算柏努利方程三、管路计算22efupg ZWh（2）管路摩擦阻力计算fffhhh22uhf22udlhf22udlhef三、管路计算三、管路计算管 道 类 别绝对粗糙度/mm管 道 类 别绝对粗糙度/mm金属管无缝黄铜管、铜管即铅管新的无缝钢管或镀锌铁管新的铸铁管具有轻度腐蚀的无缝钢管具有显著腐蚀的无缝钢管旧的铸铁管0.010.050.10.20.30.20.30.5以上0.85以上非金属管

23、干净玻璃管橡皮软管木管道陶土排水管很好整平的水泥管石棉水泥管0.00150.010.010.030.251.250.456.00.330.030.8三、管路计算三、管路计算阻力系数法：22uhf四、管路布置设计1.管路敷设种类及其设计要求：1）架空敷设 (a)管道成排地集中敷设在管廊、管架或管墩上(b)管道敷设在支吊架上，这些支吊架通常生根于建筑物、构筑物、设备外壁和设备平台上。(c)某些特殊的管道，如有色金属、玻璃、搪瓷、塑料等管道，由于其低的强度和高的脆性，因此在支承上要给予特别的考虑。2）地下敷设（1）埋地敷设 其优点是利用了地下的空间，缺点是检查和维修困难，常有腐蚀发生（2）管沟敷设

24、管沟可以分为地下式和半地下式。四、管路布置设计2.管路布置一般原则：1）全盘规划、合理布置(a)必须与带控制点工艺流程图相符合；(b)确定管道的位置，并避免通过电动机、配电盘、仪表盘上空；管道与设备装置内的电缆、照明灯分区行走；(c)了解建筑物、构筑物、设备的结构和材料，以便进行管路固定（管路敷设）设计；管道应不影响设备吊装及安全设施；管道应避开门、窗和梁；(d)管道布置应保证安全生产，满足操作、维修方便和人、货物道路畅通。四、管路布置设计2.管路布置一般原则：2）管路布置应便于安装、检修和管理(a)管路应尽量集中架空敷设，布置在公用管架上，平行走直线，少拐弯，少交叉，不妨碍门窗开启和设备，并

25、与墙保持一定距离(b)在焊接或罗纹连接的管路上应适当配制一些法兰或活接头(3)为了安装和操作方便，管道上的阀门和仪表高出地面、楼板、平台表面一定高度：阀门（包括球阀、截止阀、闸阀） 1.21.6m安全阀 2.2m温度计、压力计 1.41.6m取样阀 1m左右四、管路布置设计3.管路布置应注意考虑安全：(1)管廊上敷设管路的管底标高(2)管道穿过墙壁和楼板时，应在墙面和楼板上预埋一个较直径大的套管(3)直接埋地或管沟中敷设的管道通过道路时，应加套管等加以保护(4)输送易燃、易爆介质的管路，一般应设防火安全装置和防爆安全装置(5)输送有毒或有腐蚀性介质的管路，不得在人行道上空设置阀门、伸缩器、法兰

26、等(6)长距离输送蒸汽或其他热物料的管道，应考虑热补偿问题(7)为了避免电化学腐蚀，不锈钢管道不宜与碳钢管道直接接触四、管路布置设计3.管路排列的基本原则：垂直排列：(1)热介质管路在上，冷介质的管路在下；(2)无腐蚀性介质的管路在上，有腐蚀性介质的管路在下；(3)小管道应尽量支承在大管路的上方或吊在大管路的下方；(4)气体管路在上，液体管路在下；(5)不经常检修的管路在上，检修频繁的管路在下；(6)高压介质管路在上，低压介质管路在下；(7)保温管路在上，不保温管路在下；(8)金属管路在上，非金属管路在下。四、管路布置设计3.管路排列的基本原则：水平排列：(1)大管道靠墙，小管道在外；(2)常

27、温管道靠墙，热管道在外；(3)支架少的靠墙，支架多的在外；(4)不经常检修的管道靠墙，经常检修的管道在外；(5)高压管道靠墙，低压管道在外4.管道敷设间距及坡度间距参考相关表格；坡度方向一般均沿介质流动方向5.其他四、管路布置设计5.其他(1)弯管的弯曲半径DN1525的管子，弯曲半径取2.53.5D（D为管子外径）；DN32100的管子，弯曲半径取3.54D，采用热弯时，弯曲半径约为34D。焊接弯头的弯曲半径推荐用1.5D。DN15100的不锈钢管，一般采用冷弯，弯曲半径为3.54D。(2)管路各支点间的距离 考虑最大允许跨度(3)管道上引出支管时，气体管道应从上方引出，液体管道应从下方引出

28、五、管路布置图1.管路布置图的配置管道布置图又称管道安装图或配管图，其内容有：a.一组视图 按正投影原理绘制的一组平面、立面剖视图，表达整个车间（装置）的设备、建筑物的简单轮廓以及管道、阀门、管件、仪表、控制点等的布置安装情况。当平面图表示不清楚时，应有必要的剖视图，向视图及局部放大图；b.尺寸和标注 注出管道及有关管件、阀门、仪表控制点等的平面位置尺寸和标高，并标注建筑轴线编号、设备位号、管段序号、控制点代号等； PG 03 001 - 100 L1B - C（1）（）（2）（）（3）（）（4） （5）（）（6）管道组合号（管道代号）由六个单元组成，这六个单元依次是：（1）物料代号；（2）主

29、项代号；（3）管道顺序号，以上三个单元组成管道号（管段号）；（4）管道尺寸；（5）管道等级；（6）隔热或隔声代号。管道等级号由下列三个单元组成： L 1 B1） 2） 3） 1）第一单元为管道的公称压力（MPa）等级代号，用大写英文字母表示。AK用于ANSI标准压力等级代号（其中I、J不用），LZ用于国内标准压力等级代号（其中O、X不用）。常用的国内标准压力等级代号：L1.0MPaM1.6MPaN2.5MPaP4.0MPa2）第二单元为顺序号，用阿拉伯数字表示，由1开始。3）第三单元为管道材质类别，用大写英文字母表示，与顺序号组合使用。A 铸铁 1G 聚丙烯塑料B 碳钢 2G 聚四氟乙烯塑料1

30、E 304不锈钢 2E 316L不锈钢 H 衬里及内防腐五、管路布置图1.管路布置图的配置c.分区索引图表达车间（装置）界区范围内的分区情况；d.方位标（设计北箭头）表示管道安装的方位基准；e.标题栏注写图名、图号、设计阶段等。五、管路布置图 “管道空视图”又称管段图，是表达自一台设备至另一台设备（或另一管道）间的一段管道及其所附管件、阀门、控制点等具体配制情况的立体图。 这种管段图是按轴测投影原理绘制的，图样立体感强，便于识读，有利于管段的预制和安装施工。五、管路布置图2.管道布置图（1）一般规定比例：在图面饱满、表示清楚的原则下取用1:50或1:25两种，一般用1号或2号图纸，有时也用0号

31、图纸。线条：直径小于250mm管道用粗实线单线绘制，直径为250mm及其以上的管道用中粗实线双线绘制，管道中心线用细实线绘制。建筑物、设备基础、设备外形、管件、阀门、仪表接头、尺寸线以及剖视符号的箭头方向线等均用细实线绘制，中心线用点画线。地下管道及平台下的管道用虚线表示。五、管路布置图2.管道布置图（1）一般规定建筑物：a. 厂房及有关构筑物外形b.标注地面、楼面、平台面等标高。c.按比例用细实线画出电缆托架、电缆沟、仪表和电缆盒、架的位置，标注相应的宽度、底面标高和缆线走向。d.标注各生产车间（分区）、生活间、辅助间的名称等。五、管路布置图2.管道布置图（1）一般规定设备：a. 绘制设备简略外形，标注设备定位尺寸。b. 画出设备的中心线及设备上的全部管口，用粗实线小正方形示出管口代号c.在设备中心线上方标注与工艺流程图一致的设备位号，下方标注设备支撑点的标高五、管路布置图（1）管道图示法五、管路布置图（1）管道图示法管道连接方式的图示管架表示法管架图示符号五、管路布置图2.管道布置图（2）管道布置图的标注（a）建（构）筑物的标注建筑物在管道布置图中常被用作管道布置的定位基准，因此，在各视图中应注出建筑物定位轴线的编号及各定位轴线间的间距尺寸，标注方式与设备布置图相同（b）设备标注设备是管道布置的主要定位标准，因此，在图中应标出设备的位号，其位号及标注方