化工设备基础14-第八章

1、第八章第八章 化工管路化工管路 化工管路是化工生产中所使用的各种管路化工管路是化工生产中所使用的各种管路的总称，其主要作用是用来输送和控制流体的总称，其主要作用是用来输送和控制流体介质。介质。 正确合理的设计化工管路，对于优化设备正确合理的设计化工管路，对于优化设备布置，降低工程投资和减少日常管理费用以布置，降低工程投资和减少日常管理费用以及方便操作都起着十分重要的作用。及方便操作都起着十分重要的作用。 化工管路一般由管子、管件、阀门、管架化工管路一般由管子、管件、阀门、管架等组成。等组成。 按管路的材质分为金属管路和非金属管路。按管路的材质分为金属管路和非金属管路。 按输送介质的压力分为真空

2、管、低压管、按输送介质的压力分为真空管、低压管、中压管、高压管、超高压管。中压管、高压管、超高压管。 铸铁、碳素钢、铸铁、碳素钢、合金钢、有色金属合金钢、有色金属 塑料、橡胶、塑料、橡胶、陶瓷、水泥陶瓷、水泥 按输送介质的温度分为低、常、高温管。按输送介质的温度分为低、常、高温管。 按输送介质的种类分水、蒸汽、气体、油按输送介质的种类分水、蒸汽、气体、油管以及输送酸、碱、盐等腐蚀性介质的管路。管以及输送酸、碱、盐等腐蚀性介质的管路。 为了简化管子和管件等产品的规格，使其为了简化管子和管件等产品的规格，使其满足化工生产的需要，又适应批量生产的要满足化工生产的需要，又适应批量生产的要求，方便设计制

3、造和安装检修，有利于匹配求，方便设计制造和安装检修，有利于匹配互换。互换。 国家制定了管路标准和系列。管路标准时国家制定了管路标准和系列。管路标准时根据公称直径和公称压力两个基本参数来制根据公称直径和公称压力两个基本参数来制定的。具有相同公称直径和公称压力的管子定的。具有相同公称直径和公称压力的管子与管件，都可相互配合和互换使用。与管件，都可相互配合和互换使用。1 1 管子常用材料管子常用材料一、金属管一、金属管常用的金属管有铸铁管、钢管、有色金属管。常用的金属管有铸铁管、钢管、有色金属管。1. 铸铁管铸铁管普通铸铁管普通铸铁管：灰铸铁造，硅和微量石墨灰铸铁造，硅和微量石墨有较强的耐蚀性，内外

4、壁都涂上沥青。给有较强的耐蚀性，内外壁都涂上沥青。给排水、煤气管道。一般排水、煤气管道。一般50-300mm，壁，壁厚厚4-7mm，管长有，管长有3、4、6m。硅硅 铁铁 管管：含碳含碳0.5-1.2%，含硅，含硅10-17%的铁硅合金，表面形成氧化硅保护膜，的铁硅合金，表面形成氧化硅保护膜，耐多种强酸；且硬度高，但耐冲击和抗振耐多种强酸；且硬度高，但耐冲击和抗振动性能差。动性能差。 32-300mm，壁厚，壁厚10-7-16mm，管长有，管长有15-2000m。2、钢管、钢管材料：普通碳素钢、优质碳素钢、低合金钢和不锈钢材料：普通碳素钢、优质碳素钢、低合金钢和不锈钢制造：有缝钢管、无缝钢管制

5、造：有缝钢管、无缝钢管钢管钢管有缝钢管有缝钢管：碳素钢制成，白口和黑口管。碳素钢制成，白口和黑口管。常用于低压流体的输送：水、煤气、天然常用于低压流体的输送：水、煤气、天然气、低压蒸汽和冷凝液。气、低压蒸汽和冷凝液。无缝钢管无缝钢管：10、20、16Mn、09Mn2V。热轧管热轧管32-600mm，管长有，管长有3-12.5m；冷轧管冷轧管5-200mm，管长有，管长有1.5-9m见表。见表。3、有色金属管、有色金属管有色金有色金属管属管铜管铜管：紫铜（紫铜（99.5-99.9%）和黄铜（铜锌）和黄铜（铜锌合金）。导热性能好，大多用于制造换热合金）。导热性能好，大多用于制造换热设备、深冷管路，

6、仪表测量和液压传输。设备、深冷管路，仪表测量和液压传输。铝及铝合金管铝及铝合金管：具有良好的耐腐蚀性和具有良好的耐腐蚀性和导热性，常用于输送脂肪酸、硫化氢、二导热性，常用于输送脂肪酸、硫化氢、二氧化碳气体等介质，输送硝酸、醋酸、磷氧化碳气体等介质，输送硝酸、醋酸、磷酸等腐蚀性介质，但不适合输送含氯离子酸等腐蚀性介质，但不适合输送含氯离子的化合物。的化合物。铅管铅管：软铅和硬铅管；软铅和硬铅管；硬度小、重度大、硬度小、重度大、具有良好的耐蚀性。输送浓度具有良好的耐蚀性。输送浓度70%以下的以下的冷硫酸、浓度冷硫酸、浓度40%以下的热硫酸和浓度以下的热硫酸和浓度10%以下的冷盐酸。（以下的冷盐酸。

7、（150）二、非金属管二、非金属管1.塑料管塑料管热塑性（热塑性（ thermoplastic ）：）：聚氯乙烯管、聚乙烯聚氯乙烯管、聚乙烯管、聚丙烯管、聚甲醛管等；管、聚丙烯管、聚甲醛管等；热固性（热固性（ thermosetting ）：醛塑料管等。）：醛塑料管等。优点：耐蚀性好、质轻、成型方便、加工优点：耐蚀性好、质轻、成型方便、加工容易；容易；缺点：强度较低、耐热性差。缺点：强度较低、耐热性差。2.陶瓷管陶瓷管 用于输送除氢氟酸、高温碱、磷酸外的用于输送除氢氟酸、高温碱、磷酸外的几乎所有酸类和氯化物。几乎所有酸类和氯化物。优点：结构致密，表面光滑平整，硬度高，优点：结构致密，表面光滑平

8、整，硬度高，耐腐蚀性强；耐腐蚀性强；缺点：质脆易破碎，耐压、耐热性差。缺点：质脆易破碎，耐压、耐热性差。 1203. 橡胶管橡胶管 纯胶管、夹布胶管、棉线纺织胶管、高纯胶管、夹布胶管、棉线纺织胶管、高压胶管；压胶管；优点：质量轻、挠性好、安装方便，对多优点：质量轻、挠性好、安装方便，对多种酸碱液具有耐蚀性能。种酸碱液具有耐蚀性能。缺点：不输送硝酸、有机酸和石油产品。缺点：不输送硝酸、有机酸和石油产品。4. 玻璃钢管玻璃钢管玻璃纤维布玻璃纤维布+树脂树脂 成型成型 玻璃钢玻璃钢优点：质量轻、强度高、耐腐蚀性；优点：质量轻、强度高、耐腐蚀性；缺点：易老化、易变性、耐磨性差；缺点：易老化、易变性、耐

9、磨性差； 用于输用于输送送150，压力小于压力小于1MPa的酸性的酸性和碱性介质管路。和碱性介质管路。5. 玻璃管玻璃管玻璃管一般有硼玻璃或高铝玻璃制成。玻璃管一般有硼玻璃或高铝玻璃制成。优点：透明、耐蚀、阻力小价格低；优点：透明、耐蚀、阻力小价格低；缺点：质脆、不耐冲击和振动。缺点：质脆、不耐冲击和振动。 用做检测或实验的管路。用做检测或实验的管路。2 管径选择与壁厚确定管径选择与壁厚确定一、影响管径大小的因素一、影响管径大小的因素 管径可根据管径可根据流量和流速流量和流速 确定。确定。如对于确定的流量选流速：如对于确定的流量选流速： 若流速过大即管径过小，则流过管道阻若流速过大即管径过小，

10、则流过管道阻力增加，则操作费用增加；力增加，则操作费用增加； 若流速减小即管径增大，但基建投资上若流速减小即管径增大，但基建投资上升。见表升。见表22ffluPhd二、管径的计算与选用二、管径的计算与选用采用质量流量计算直径：采用质量流量计算直径：VQuA24AdmVQQ4VQdu4mQdu 流量流量采用体积流量计算直径：采用体积流量计算直径：三、管子壁厚计算与选用三、管子壁厚计算与选用 在确定管壁厚度时，还要加上介质在确定管壁厚度时，还要加上介质腐蚀和管子制造偏差防止可能造成的管腐蚀和管子制造偏差防止可能造成的管壁厚度的减少的情况。在此基础上按钢壁厚度的减少的情况。在此基础上按钢管规格标准选

11、取管子厚度。管规格标准选取管子厚度。管子承受介质压力，受力情管子承受介质压力，受力情况相当于内压圆筒：况相当于内压圆筒：cticpDp23 管件与阀门管件与阀门 为了控制流体介质的压力，流量，化为了控制流体介质的压力，流量，化工管路中还使用着多种类型的阀门。工管路中还使用着多种类型的阀门。 化工管路中，除作为主体的直管以化工管路中，除作为主体的直管以外的各种配件总称为管件。外的各种配件总称为管件。 改变管路的走向，形状有改变管路的走向，形状有45、60 、90 、180 等。等。1、弯头、弯头 管路之间的连通或分流处的管件称三管路之间的连通或分流处的管件称三通。有正三通和斜三通之分。还有四通、

12、通。有正三通和斜三通之分。还有四通、Y形管等。形管等。2、三通、三通 短管两端面直径相同的叫等径管，两短管两端面直径相同的叫等径管，两端面直径不同的叫异径管。端面直径不同的叫异径管。异径管可改变异径管可改变流体的流速。流体的流速。3、短管和异径管、短管和异径管 管路中设置法兰是为了便于安装和维管路中设置法兰是为了便于安装和维修，根据公称直径和公称压力选取法兰。修，根据公称直径和公称压力选取法兰。检修时，在两法兰间插入盲板，切断管路检修时，在两法兰间插入盲板，切断管路中的介质，确保人身安全。中的介质，确保人身安全。4、法兰与盲板、法兰与盲板 主要作用：启闭作用，调节功能，节主要作用：启闭作用，调

13、节功能，节流效应。流效应。二、阀门二、阀门4 4 管路的连接管路的连接 管路的连接包括管子与管子的连接，管路的连接包括管子与管子的连接，管子与各种管件、阀门的连接，还包括设管子与各种管件、阀门的连接，还包括设备接口处等的连接。备接口处等的连接。 管路连接的常用方法有焊接、法兰连管路连接的常用方法有焊接、法兰连接、螺纹连接、承插连接等。接、螺纹连接、承插连接等。 化工管路是在环境温度下安装的，而化工管路是在环境温度下安装的，而工作时管内介质的温度可能与安装时的温工作时管内介质的温度可能与安装时的温度不一致，由于温差的影响，将导致管路度不一致，由于温差的影响，将导致管路热胀冷缩。如管路不受约束，则

14、由温差导热胀冷缩。如管路不受约束，则由温差导致的自由伸缩量为：致的自由伸缩量为：五、温度补偿五、温度补偿1、温差应力、温差应力LL t 管子材管子材料膨胀料膨胀系数系数 由于管路因温差而产生的变形通常受由于管路因温差而产生的变形通常受到约束，则管路伸长时将产生温差应力，到约束，则管路伸长时将产生温差应力，有虎克定律知：有虎克定律知：温差应温差应力力/EEL LEt管子长度的管子长度的相对变形相对变形 为使管路不因温差应力过大而破坏，为使管路不因温差应力过大而破坏，根据强度条件，应使温差应力小于材料许根据强度条件，应使温差应力小于材料许用应力用应力 Et 可见，只要可见，只要 ，管路即，管路即不

15、会因温度应力而被破坏。所以并不是有不会因温度应力而被破坏。所以并不是有温差存在就必须采用补偿措施。如果温差温差存在就必须采用补偿措施。如果温差过大，或温差应力超过材料许用应力，则过大，或温差应力超过材料许用应力，则应当考虑温差补偿问题。应当考虑温差补偿问题。 /tE 2. 温差补偿温差补偿 补偿方法有两种：一种是自然补偿，补偿方法有两种：一种是自然补偿，一种是安装补偿器补偿。一种是安装补偿器补偿。自然补偿自然补偿：利用管路本身某一管路的弹性：利用管路本身某一管路的弹性变形，来吸收另一管道的热胀冷缩。变形，来吸收另一管道的热胀冷缩。安装补偿器补偿有安装补偿器补偿有回折管式补偿器回折管式补偿器 将直管弯成一定几何形状的曲管，利将直管弯成一定几何形状的曲管，利用刚性较小的曲管所产生的弹性变形来吸用刚性较小的曲管所产生的弹性变形来吸收连接在其两端的直管的伸缩变形。收连接在其两端的直管的伸缩变形。波形补偿器波形补偿器 利用金属薄壳挠性的弹性变形来吸收利用金属薄壳挠性的弹性变形来吸收其两端连接直管的伸缩变形。结构有波形、其两端连接直管的伸缩变形。结构有波形、鼓形、盘形。鼓形、盘形。5 管路常见故障及排除方法管路常见故障及排除方法 1. 连接处泄漏连接处