化工设计综合概述管道选用、保护和布置设计

1、化工设计综合概述管道选用、保护和布置设计 1 第一节 概述 第二节 管道、管件及阀门的选用 第三节 管道压力降计算 第四节 管道热补偿设计 第五节 管道的绝热设计 第六节 化工管道的防腐与标志 第七节 管道布置设计 第六章 管道布置设计 2 第八节 常用设备的管道布置 第九节 管道布置图的绘制 第十节 管道轴测图 第十一节 管架图与管件图 第十二节 管口方位图 第十三节 管段表及综合材料表 第六章 管道布置设计 3第一节 概述教学内容： 了解化工车间管道设计和布置的任务、要求和内容。重点和难点： 重点了解化工车间管道设计和布置的原则性要求。41、确定车间中各个设备的管口方位和与之相连接的管段的

2、接口位置。2、确定管道的安装连接和铺设、支承方式。3、确定各管段（包括管道、管件、阀门及控制仪表）在空间的位置。4、画出管道布置图，表示出车间中所有管道在平面、立面的空间位置，作为管道安装的依据。5、编制管道综合材料表，包括管道、管件、阀门、型钢等的材质、规格和数量。一、化工车间管道布置设计的任务5（一）原则要求 应符合“化工装置管道布置设计规定” HG/T20549-1998 和 “石油化工管道布置设计通则” SH3012-2000 的规定。1.符合生产工艺流程的要求,并能满足生产的要求。2.便于操作管理，并能保证安全生产；3.便于管道的安装和维护；4.要求整齐美观，并尽量节约材料和投资；5

3、.管道布置设计应符合管道及仪表流程图的要求。二、化工车间管道布置设计的要求6（二）具体要求1.物料因素(1)输送易燃易爆、有毒及有腐蚀性的物料管道不得铺设在生活间、楼梯、走廊和门等处，这些管道上还应设置安全阀、防爆膜、阻火器和水封等防火防爆装置，并应将放空管引至指定地点或高过屋面2米以上。(2)布置腐蚀性介质、有毒介质和高压管道时，应避免由于法兰、螺纹和填料密封等泄漏而造成对人身和设备的危害。易泄漏部位应避免位于人行通道或机泵上方，否则应设安全防护，不得铺设在通道上空和并列管线的上方或内侧。二、化工车间管道布置设计的要求7（二）具体要求1.物料因素(3)全厂性管道敷设应有坡度，并宜与地面坡度一

4、致。管道的最小坡度宜为2。管道变坡点宜设在转弯处或固定点附近。(4)真空管线应尽量短，尽量减少弯头和阀门，以降低阻力，达到更高的真空度。二、化工车间管道布置设计的要求8（二）具体要求2.考虑施工,操作及维修(1)永久性的工艺、热力管道不得穿越工厂的发展用地。(2)厂区内的全厂性管道的敷设，应与厂区内的装置(单元)、道路、建筑物、构筑物等协调，避免管道包围装置(单元)，减少管道与铁路、道路的交叉。(3)全厂性管架或管墩上(包括穿越涵洞)应留有10%30%的空位，并考虑其荷重。装置主管廊管架宜留有10%20%的空位，并考虑其荷重。二、化工车间管道布置设计的要求9（二）具体要求2.考虑施工,操作及维

5、修(4) 管道布置应使管道系统具有必要的柔性。在保证管道柔性及管道对设备、机泵管口作用力和力矩不超出过允许值的情况下，应使管道最短，组成件最少。(5) 管道应尽量集中布置在公用管架上，管道应平行走直线,少拐弯，少交叉，不妨碍门窗开启和设备、阀门及管件的安装和维修，并列管道的阀门应尽量错开排列。二、化工车间管道布置设计的要求10（二）具体要求2.考虑施工,操作及维修(6) 支管多的管道应布置在并列管线的外侧，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。管道布置宜做到“步步高”或“步步低”，减少气袋或液袋。否则应根据操作、检修要求设置放空、放净管线。管道应尽量避免出现“气袋”、“口袋”和

6、“盲肠”。(7) 管道应尽量沿墙面铺设，或布置在固定在墙上的管架上，管道与墙面之间的距离以能容纳管件、阀门及方便安装维修为原则。二、化工车间管道布置设计的要求11（二）具体要求2.考虑施工,操作及维修(8)弯管最小弯曲半径 表6-1 管道设计压力MPa 弯管制作方式 最小弯曲半径 10.0 热弯 冷弯 10.0 冷、热弯 5.0DN 二、化工车间管道布置设计的要求12（二）具体要求2.考虑施工、操作及维修(9)管道布置时管道焊缝的设置，应符合下列要求：管道对接焊缝的中心与弯管起弯点的距离不应小于管子外径，且不小于100mm；管道上两相邻对接焊缝的中心间距： a、对于公称直径小于150mm的管道

7、，不应小于外径，且不得小于50mm。 b、对于公称直径等于或大于150mm的管道，不应小于150mm。二、化工车间管道布置设计的要求13(10)管道除与阀门、仪表、设备等需要用法兰或螺纹连接者外，应采用焊接连接。下列情况应考虑法兰、螺纹或其他可拆卸连接： 因检修、清洗、吹扫需拆卸的场合； 衬里管道或夹套管道； 管道由两段异种材料组成且不宜用焊接连接者； 焊缝现场热处理有困难的管道连接点； 公称直径小于或等于l00mm的镀锌管道； 设置盲板或“8”字盲板的位置。二、化工车间管道布置设计的要求（二）具体要求2.考虑施工、操作及维修14(11)管道穿过建筑物的楼板、屋顶或墙面时，应加套管，套管与管道

8、间的空隙应密封。套管的直径应大于管道隔热层的外径，并不得影响管道的热位移。管道上的焊缝不应在套管内，并距离套管端部不应小于150mm。套管应高出楼板、屋顶面50mm。管道穿过屋顶时应设防雨罩。管道不应穿过防火墙或防爆墙。二、化工车间管道布置设计的要求（二）具体要求2.考虑施工、操作及维修15(12)管道上的阀门和仪表的布置高度可参考以下数据： 阀门（包括球阀,截止阀,闸阀） 安全阀 温度计、压力计 (13)为了方便管道的安装，检修及防止变形后碰撞，管道间应保持一定的间距。阀门、法兰应尽量错开排列，以减少间距。二、化工车间管道布置设计的要求（二）具体要求2.考虑施工、操作及维修16(1)直接埋地

9、或管沟中铺设的管道通过公路时应加套管等加以保护。(2)为了防止介质在管内流动产生静电聚集而发生危险，易燃易爆介质的管道应采取接地措施，保证安全生产。二、化工车间管道布置设计的要求（二）具体要求3.安全生产17(3)长距离输送蒸汽或其他热物料的管道，应考虑热补偿问题，如在两个固定支架之间设置补偿器和滑动支架。有隔热层的管道，在管墩、管架处应设管托。无隔热层的管道，如无要求，可不设管托。 隔热层厚度 管托高 80mm 100mm 80mm 150mm 130mm 200mm 保冷管道应选用保冷管托。二、化工车间管道布置设计的要求（二）具体要求3.安全生产18(4)对于跨越、穿越厂区内铁路和道路的管

10、道，在其跨越段或穿越段上不得装设阀门、金属波纹管补偿器和法兰、螺纹接头等管道组成件。(5)有热位移的埋地管道，在管道强度允许的条件下可设置挡墩，否则应采取热补偿措施。(6)玻璃管等脆性材料管道的外面最好用塑料薄膜包裹，避免管道破裂时溅出液体，发生意外。(7)为了避免发生电化学腐蚀，不锈钢管道不宜与碳钢管道直接接触，要采用胶垫隔离等措施。二、化工车间管道布置设计的要求（二）具体要求3.安全生产19(1)管道和阀门一般不宜直接支撑在设备上。(2)距离较近的两设备间的连接管道,不应直连,应用45或90弯接。(3)管道布置时应兼顾电缆、照明、仪表、及采暖通风等其他非工艺管道的布置。二、化工车间管道布置

11、设计的要求（二）具体要求4.其他因素20三、化工车间管道布置设计的内容管道设计与布置管道的设计计算管道的布置设计管径计算管道压降计算管道保温层计算管道应力分析计算热补偿计算管道连接图管件、仪表安装图21具体内容：1. 确定管径。 2. 确定管壁厚度。 3. 确定管道连接方式。 4. 选择阀门和管件。5. 选择管道的热补偿器。6. 绝热形式、绝热层厚度及保温材料的选择。7. 管道布置。三、化工车间管道布置设计的内容22具体内容：8. 计算管道的阻力损失。 9. 选择管架及固定方式。 10. 确定管架跨度。 11. 选定管道固定用具。 12. 绘制管道布置图。 13. 绘制管材、管件、阀门、管架及

12、绝热材料 的材料表及综合汇总表。三、化工车间管道布置设计的内容23具体内容：14. 选择管道的防腐蚀措施，选择合适的表面 处理方法和涂料及涂层顺序，编制材料及 工程量表。15. 编写施工说明书。 三、化工车间管道布置设计的内容24一、管道材质的分类和用途 管道的材质有两大类：金属类、非金属类。1.金属类管道材质的分类和用途（1）铸铁管 由于脆性和紧密性较差，只适用于输送低压介质，不宜用于输送高温高压、有毒性或有爆炸性的物料和蒸汽。一般用于地下给水管、煤气总管和下水管道以及污水管道。第二节 管道、管件及阀门的选用251.金属类管道材质的分类和用途（2）钢管：有缝钢管和无缝钢管两种。有缝钢管 碳钢

13、板卷焊制成，强度低，可靠性差，使用压力（表压）。如上下水管、采暖系统、输送水、蒸汽、煤气、压缩空气和腐蚀性流体。一、管道材质的分类和用途261.金属类管道材质的分类和用途（2）钢管：有缝钢管和无缝钢管两种。无缝钢管 由普通碳钢、优质碳素钢、普通低合金结构钢和合金结构钢等的管坯热轧和冷轧而成。 优点是质量均匀、强度高。常用于高压、高温或易燃、易爆和有毒物料的输送。应用最广泛。一、管道材质的分类和用途271.金属类管道材质的分类和用途（3）有色金属管 最常用的是铜、铝或铝合金管，均是无缝管。 铜管与黄铜管： 传热效果好，大多用于换热设备和深冷装置的管路、仪表的测压管或传送有压力的流体。 温度250

14、时，不宜在压力下使用。一、管道材质的分类和用途281.金属类管道材质的分类和用途（3）有色金属管 铝管： 常用于输送浓硝酸、醋酸、硫化氢及二氧化碳等介质，也常用于换热器。 不耐碱，特别是含氯离子的物料。 最高使用温度不能超过200。受压管路，不能超过160。一、管道材质的分类和用途291.金属类管道材质的分类和用途（3）有色金属管 铅管： 适用酸性介质，能输送15的硫酸、60的氢氟酸、浓度低于80的醋酸等介质。但不宜输送硝酸、次氯酸等介质。 最高使用温度为200，但当使用温度大于140时，不宜在压力下使用。 一、管道材质的分类和用途302.非金属类管道材质的分类和用途 非金属管包括陶瓷管、玻璃

15、管、不透性石墨管、硬(软)PVC、聚四氟乙烯、耐酸酚醛等塑料管和橡胶管。 玻璃管:优点：耐腐蚀、透明、易清洗、阻力小、价格低；缺点：性脆、耐压低。主要用作输送常压介质的管道，以及在一些检测或实验性的工作中使用。一、管道材质的分类和用途312.非金属类管道材质的分类和用途 塑料管：优点：抗腐蚀性能好、重量轻、易成型、易加工；缺点：强度低、耐热性差。但随着性能上的不断改进，在很多方面将取代金属。最常用的塑料管有聚氯乙烯管、聚乙烯管，以及在金属表面喷涂聚丙烯、聚三氟氯乙烯管等。一、管道材质的分类和用途32 常用管道材质的选择主要是根据工艺要求，如输送介质的温度、压力、性质（酸性、碱性、毒性、腐蚀性和

16、可燃性等）、货源和价格等因素综合考虑决定。常用管子材料如表6-1所示。1、温度-196-40可用耐低温的合金钢、铜、铝及铝镁合金，-40350可用碳钢，高于350则用合金钢，如1Cr18Ni9Ti可用于650。二、管道材料的选择332、压力9.8 MPa（表压）可用碳钢，（表压）可用碳钢或低合金钢，（表压）用高强度合金钢，如15MnV等。不同规格碳钢管与允许工作压力的关系列于表6-2。3、介质性质对强腐蚀物料，常用耐酸不锈钢，如1Cr18Ni9Ti等，亦可用其他钢种。许多非金属材料却有很强的耐腐蚀性。二、管道材料的选择341、公称直径 对管道直径分级进行标准化，引入了公称直径的概念。凡是能够实

17、现连接的管子与法兰、管子与管件或管子与阀门就规定这两个连接件具有相同的公称直径，并以DN表示。公称直径的单位为mm。 公称直径既不是管子的内径也不是管子的外径，而是管子的名义直径。公称直径相同，外径则相同，内径可不同。对于同一标淮、公称压力和公称直径相同的管子，法兰具有相同的连接尺寸。 法兰和阀门的公称直径是指相配的管子的公称直径。 三、公称直径与公称压力352、公称压力 管道及管件的公称压力是指与其机械强度有关的设计给定压力，它一般表示管道及管件在规定温度下的最大许用工作压力。公称压力单位：MPa，用PN表示。一般分为低、中、高十二个等级。公称压力 PN / MPa低 压中 压高 压0.25

18、 0.6 1.0 1.62.5 4.0 6.410.0 16.0 20.0 25.0 30.0三、公称直径与公称压力36管道连接的方法很多，常见的管道连接方法如下：1、焊接 化工厂中应用最广。 特点是成本低、方便可靠，适用于直径大、长管路、不需要拆装的连接。 采用焊接：所有如煤气、蒸汽、空气、真空等压力管道，管径32mm、厚度在4mm以上者。 采用气焊：管径32mm、厚度的。四、管道连接372、法兰连接 化工厂中应用极广。 特点是强度高、装拆方便、密封可靠，适用于大管径、密封性要求高的管子连接，如真空管等, 费用较高。四、管道连接383、螺纹连接 一种常用的管道连接方法。 特点是结构简单、拆装

19、方便；但连接的可靠性差，容易在螺纹连接处发生渗漏。 在化工厂中，通常用于上、下水，压缩气体管路的连接，不宜用于易燃、易爆、有毒介质的管路连接。四、管道连接394、承插连接 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，介质温度60。5、卡箍连接 适用于金属管插入橡胶管及各种软塑料管，在插入口外，用金属箍箍紧，防止介质外泄。 常用于临时装置或要求经常拆洗的洁净管。四、管道连接401、最经济管径的计算 管径越大，投资越大，但动力消耗可以降低； 管径小，投资降低，但动力消耗增加。 原则：应将管道投资费用与动力消耗同时考虑，并使二者费用之和最低，即为最经济的管径。

20、长距离或大直径管道-根据最经济管道选择； 较短及较小直径的管道-根据经验决定，也可以用计算式近似估算经济管径。 五、管径及壁厚的计算与选取411、最经济管径的计算 对于碳钢管，最经济管径计算式为： 对于不锈钢管，最经济管径计算式为： 式中： D最佳最经济管径，mm； G流体质量流量，kg/s； 流体密度，kg/m3；五、管径及壁厚的计算与选取422、根据流体的流速确定直径（1）公式法 选定流速，计算管径： 式中 d管子内径，m； qv一通过管道的流体体积流量，m3/s u通过管道的流体的流速，m/s。管内常用流体流速范围参考表6-3。 五、管径及壁厚的计算与选取43五、管径及壁厚的计算与选取2

21、、根据流体的流速确定直径（2）图表法 选定流速查图，确定管径，再圆整，选用标准管子。 当直径大于500mm，流量大于60000m3/h时，可查其他图表进行确定。443、管壁厚度的选取 一般低压管道-可凭经验选用； 较高压力管路-可按壁厚计算公式，也可查 化工工艺设计手册。五、管径及壁厚的计算与选取451、阀门的分类 主要功能：接通和截断介质，防止介质倒流，调节介质压力、流量，分离、混合或分配介质，防止介质压力超过规定数值，以保证管道或设备安全运行等。阀门投资约占装置配管费用的3050。 阀门种类很多，即使同一结构的阀门，可有高温阀、低温阀、高压阀和低压阀之分；也可按材料的不同而分为铸钢阀、铸铁

22、阀、不锈钢阀等。 六、常用阀门46472、阀门的结构及其应用（1）闸阀 按阀杆上螺纹位置分为：明杆式和暗杆式两类 按结构特点又可分为：楔式、平行式。 闸阀适用于蒸汽、高温油品及油气等介质及开关频繁的部位，不宜用于易结焦的介质。 楔式单闸板闸阀适用于易结焦的高温介质，双闸板闸阀密封性好，适用于蒸汽、油品和对密封面磨损较大的介质，或开关频繁部位，不宜用于易结焦的介质。六、常用阀门48（2）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，不宜用于黏度大、含有颗粒、易结焦、易沉淀的介质、也不宜作放空阀及低真空系统的阀门。 六、常用阀门2、

23、阀门的结构及其应用49（3）节流阀 节流阀的外形尺寸小，重量轻，调节性能较盘形截止阀和针形阀好，但调解精度不高。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，不适用于黏度大和含有固体颗粒的介质，不宜作隔断阀。六、常用阀门2、阀门的结构及其应用50（4）止回阀 止回阀的作用是限制介质的流向，介质不能倒流，但不能防止渗漏。止回阀按结构可分为升降式和旋启式两种。 止回阀一般适用于清净介质，不宜用于含固体颗粒和黏度较大的介质 六、常用阀门2、阀门的结构及其应用51（5）球阀 是利用一个中心开孔的球体作阀芯，靠旋转球体控制阀的开启和关闭。球阀的结构简单，开关

24、迅速、操作方便、体积小、重量轻、零部件少，流体阻力小，结构比截止阀、闸阀简单，密封面比旋塞阀易加工且不易擦伤。 适用于低温、高压及黏度大的介质，不能作调节流量用，不能用于温度较高的介质。六、常用阀门2、阀门的结构及其应用52（6）旋塞阀 结构简单，开关迅速，操作方便，流体阻力小，零部件少，重量轻。适用于温度较低、黏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。六、常用阀门2、阀门的结构及其应用53（7）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、重量轻、开闭迅速、具有一定的调节性能，适合制成较大口径阀门。 适用于温度小于80、压力小于的原油、油品、水等介质。

25、六、常用阀门2、阀门的结构及其应用54（8）隔膜阀 隔膜阀的启闭件是一块橡胶隔膜，夹于阀体和阀盖之间，隔膜中间突出部分固定在阀杆上，阀体内衬有橡胶，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、压力小于的油品、水、酸性介质和含悬浮物的介质，不适用于有机溶剂和强氧化剂的介质。六、常用阀门2、阀门的结构及其应用55（9）减压阀 是使流体通过阀瓣时产生阻力，造成压力损耗，来达到减低压力的目的。 常用的减压阀有波纹管式、活塞式、先导薄膜式等，活塞式减压阀不能用于液体的减压，而且流体中不能含有固体颗粒，所以减压阀前要装管道过滤器。六、

26、常用阀门2、阀门的结构及其应用56（10）安全阀 用在受压设备、容器或管路上，作为超压保护装置。当设备压力升高超过允许值时即自动开启使流体外泄，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。六、常用阀门2、阀门的结构及其应用57（11）疏水阀 疏水阀的作用是自动排除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。凡是需要蒸汽加热的设备、蒸汽管道等都应装疏水阀，以保证工艺所需的温度和热量，使加热均匀，防止水击，达到节能的作用。六、常用阀门2、阀门的结构及其应用58如闸阀：Z41T-10 P，说明阀门型号的表示方法。六、常用阀

27、门3、阀门的表示方法59（1）阀门类型代号阀门类型代号阀门类型代号阀门类型代号闸阀截止阀节流阀球阀ZJLQ蝶阀隔膜阀旋塞阀止回阀和底阀DGXH安全阀减压阀疏水阀管夹阀AYSGJ六、常用阀门3、阀门的表示方法60（2）阀座密封面或衬里材料代号阀座密封面或衬里材料代号阀座密封面或衬里材料代号铜合金软橡胶尼龙橡胶氟塑料巴氏合金合金钢TXNFBH渗氮钢硬质合金衬胶衬铅搪瓷渗硼钢DYJQCP六、常用阀门3、阀门的表示方法61（3）阀体材料代号阀体材料代号阀体材料代号阀体材料代号HT25-47KT30-6QT40-15ZKQH62ZG25Cr5MoTCICr18Ni9TiCr18Ni12Mo2Ti12Cr

28、1MoVPRV六、常用阀门3、阀门的表示方法62（4）阀门与管道连接形式代号连接形式代号连接形式代号内螺纹外螺纹法兰焊接1246对夹卡箍卡套两端不同7893六、常用阀门3、阀门的表示方法63（5）阀门结构形式代号 参看表六、常用阀门3、阀门的表示方法64 在管路中改变走向、改变管径以及由主管上引出支管等均需用管件。由于管路形状各异、简繁不等，因此管件的种类较多。七、常用管件651、连接管件 管节（也叫轴节或内牙管和外牙管） 即螺丝在里边的称内牙管，螺丝在外边的称外牙管，一般用于小口径的管道连接。外牙管短，一般称螺纹短节，连接阀门、弯头、三通、可使管道内径缩小。内牙管常称管接头，代替焊接和法兰，

29、可将管道接长。七、常用管件661、连接管件 活管节 多用于需要经常拆卸的管道连接，称“活接头”。 管堵 用于需要经常检修和具有特殊用途的管道堵塞。 大小头 也叫异径管，用于改变管道直径。七、常用管件671、连接管件 内外丝 称内外螺纹管接头，是连接异径管的一个简便的管件。七、常用管件682、导流管件 主要用于改变流体方向，通常将其统称为弯头。如45o、90o弯头，其他角度的弯头，或回弯头。大口径管道还可以焊接“虾米弯”，即按需要焊接弯头的角度。根据管径的变化与否，有不同尺寸的异径弯头。七、常用管件693、分合流管件 主要作用是将流体分成几条流向或合并流体为同一流向，如三通、四通，异径三通、四通

30、等。4、管道附件 附属于管道上的各种物件如防雨帽、视镜、阻火器、过滤器、漏斗、汽水混合器、取样口、取样冷却器、阀门伸长杆等。七、常用管件701、法兰 法兰是管道与管道，管道与设备之间的连接元件。管道法兰按与管道的连接方式分为平焊、对焊、螺纹、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、凹凸面和梯形槽面等。 管道法兰均按公称压力选用。 管道法兰是管道系统中最广泛使用的一种可拆连接件。常用的管法兰：螺纹法兰、焊接法兰。八、法兰、法兰盖、紧固件及垫片712、法兰盖 法兰盖又称盲法兰，设备、机泵上不需接出管道的管嘴，一般用法兰盖封住，在管道上则用在管道端部与管道上的法兰相配合作封盖用。法兰

31、盖的公称压力和密封面形式应与该管道所选用的法兰完全一致。3、法兰紧固件螺栓、螺母 螺栓、螺母的直径、长度和数量应符合法兰的要求，其种类和材质由管道等级表确定。八、法兰、法兰盖、紧固件及垫片724、垫片 常用的法兰垫片有非金属垫片、半金属垫片和金属垫片。八、法兰、法兰盖、紧固件及垫片73 在工程设计中，根据化工工艺要求，为将系统的总压降控制在合理及经济的范围内，必须计算或校核管路系统的流体阻力。 液体可视为不可压缩流体，气体密度随压力的变化而变化。影响压降的因素有：(1)管路形式，即简单管路还是复杂管路。(2)管壁的粗糙度，有绝对粗糙度和相对粗糙度。(3)流体流动形态，即滞流或湍流。第三节 管道

32、压力降计算74 可根据流动形态，选择不同的压降公式计算。 压降（阻力）的计算方法有公式法或查图法，有直管阻力和局部阻力之分。 压力降的计算可参照化学工艺学所学内容。第三节 管道压力降计算75 防止管道热膨胀而产生的破坏作用。 补偿方式：自然补偿或补偿器补偿，以吸收管道的热膨胀或端点位移。 少数管道采用波形补偿器等专业补偿器补偿，大多数管道是靠自然补偿来实现的。第四节 管道热补偿设计76 管道的走向是根据具体情况呈各种弯曲形状的，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膨胀或端点位移称为自然补偿。 自然补偿构造简单、运行可靠、投资少，被广泛应用。 L形补偿：当管道有90转弯时 Z形补偿

33、一、自然补偿77 当自然补偿不能满足要求时，可采用其他热补偿器补偿。 如：常用的补偿器有门形和波纹形两种形式。 门行补偿器耐压可靠，补偿能力大，是目前应用较广的补偿器，特别是在蒸汽管道中，采用更为普遍。 二、补偿器补偿78 波纹补偿器是用钢板压制出14个波形而成，其特点是体积小，安装方便，但耐压低，补偿能力小，远不如门型补偿器。一般用于管径大于100mm、管长度不大于20m的气体或蒸汽管道。 二、补偿器补偿79 管路一般是在常温下安装的，当输送高温或低温流体时，管子会产生热胀冷缩，即管路的热变形。一根自由放置的长度为L的管子，因温度变化时的伸长量为： 式中 管材的热膨胀系数，钢为1210-6。

34、三、管道的热变形与热应力计算80 若限制管路的自由伸长或压缩，因温度变化而产生热应力。热应力产生的轴向推力P为：式中 E管材的弹性模量，钢为1011 Pa； A管子的截面积。三、管道的热变形与热应力计算81一、绝热的功能 绝热是保温与保冷的统称。防止生产过程中设备和管道向周围环境散发或吸收热量，绝热已成为生产和建设过程中不可缺少的一项工程。 减少热(冷)量损失； 保证人员安全； 保温； 防止设备管道内冻结； 防止设备管道表面结露； 提高防火等级； 提高生产能力。第五节 管道的绝热设计82 具有下列情况之一的设备、管道及组成件应予以绝热： 外表面温度50，以及虽然外表面温度50，但工艺需要保温的

35、设备和管道。 介质凝固点或冰点高于环境温度（系指年平均温度）的设备和管道。二、绝热范围83 制冷系统中的冷设备、冷管道及其附件，需要减少冷介质及载冷介质的冷损失。需防止低温管道外壁表面结露。 因外界温度影响而产生冷凝液使管道腐蚀者。 因为温度的变化，物料会产生结晶或者是相变化的情况。二、绝热范围84 绝热结构是保温结构和保冷结构的统称。在设备或管道表面，以绝热层和保护层为主体及其支撑、固定的附件构成的统一体，称为绝热结构。（1）绝热层 增加热阻，减少散热。 是绝热结构的主要组成部分。（2）防潮层 抗蒸汽渗透，防潮、防水。三、绝热结构85（3）保护层 保护保温层免受外力和雨水的侵袭 延长保温层的

36、使用寿命 使保温结构外形整洁、美观三、绝热结构86对绝热材料性能的基本要求：密度小机械强度大导热系数小化学性能稳定无腐蚀性寿命长四、绝热材料的性能和种类87五、管道保温计算计算方法：经济厚度计算法允许热损失下的保温厚度计算法防烫伤保温厚度计算法延迟介质冷冻保温厚度计算法在液体允许的温度降下保温厚度计算法88五、管道保温计算经济厚度计算法保温层的经济厚度：指设备、管道采用保温结构后，年热损失值与保温工程投资费的年分摊率价值之和为最小值的保温厚度。外径D01m时，保温层的经济厚度如下计算：89五、管道保温计算外径D01m时，保温层的经济厚度如下计算：式中：D0管道或设备外径，m D0绝热层外径，m

37、 PR能价，元/106kJ，保温中PR=PH（热价） PT绝热材料造价，元/m3 绝热材料的热导率，W/(mk) 90一、管道防腐各种流体：腐蚀性、无腐蚀性的物料腐蚀：因与化工管道、设备相连，或因受周围环境 的影响。如：金属管道裸露在大气中，塑料 管道在紫外线作用下，都会锈蚀或破坏。常见的防腐措施：管道内的衬里防腐 电化学防腐 使用防腐剂防腐 管道外涂层防腐（使用最广泛）第六节 化工管道的防腐与标志91涂层防腐中使用最多的是：涂料防腐主要优点是：防腐效果好、施工方便、费用较低。涂层防腐的关键：合适的涂料、涂刷质量。一般涂料按其所起的作用，可分为底漆和面漆，先用底漆打底，再用面漆罩面。一、管道防

38、腐921、一般防锈漆 硼钡酚醛防锈漆和铝粉硼钡酚醛防锈漆 灰色，新型的防锈漆 铝粉铁红酚醛醇酸防锈漆 灰红色，新型的防锈漆（已广泛使用） 云母氧化铁酚醛底漆 红褐色，新型的防锈漆（适合潮湿地区）一、管道防腐931、一般防锈漆 红丹防锈漆 生产和作业时易产生铅中毒，使用较少 Y53-2铁红油性防锈漆、F53-3铁红酚醛防锈漆 附着力很强，但防锈性和耐磨性较差 F53-2灰酚醛防锈漆 防锈性较好，适用于涂刷钢铁表面。一、管道防腐942、油脂漆和天然树脂漆 油脂漆附着力好，耐气候性较强，但抗水性及抗化学腐蚀性较差，耐磨性差。 天然树脂漆耐久性差，会失光、粉化、裂纹。3、生漆和漆酚树脂漆4、醇酸树脂漆

39、5、酚醛树脂漆6、沥青漆一、管道防腐957、环氧树脂漆8、有机硅漆9、无机富锌漆10、乙烯树脂漆 不同用途对涂料的选择，见表一、管道防腐96管路外壁涂上各种不同颜色的油漆。目的：用来保护管道外壁不受环境腐蚀 区别化工管路的类别，了解输送何种介质。管路涂色标志无统一规定，一般常用的管路涂色标志如表。二、管道标志97一、化工车间管道布置设计的任务/内容1、确定车间中各个设备的管口方位和与之相连的管段的接口位置；2、确定管道的安装连接和铺设、支撑方式；3、确定各管段（包括管件、阀门及控制仪表）在空间的位置；4、画出管道布置图，表示出管道在平面和立面的空间位置；第七节 管道布置设计985、画出蒸汽伴管

40、系统布置图，表示蒸汽分配管与冷凝液收集管系统在平面和立面的空间位置；6、画出管道轴测图，表示管道、阀件、管件及控制点配置的立体图样；7、画出管架及特殊管件制造图；8、编制管道综合材料表；9、编写施工说明书，安装要求；10、做管道投资预算。一、化工车间管道布置设计的任务/内容991、厂区总平面图；2、管道及仪表流程图(或称施工流程图PID图)；3、设备布置图；4、设备装配图，管口方位图，设备安装详图；5、有关配管规范、要求；6、厂房建筑平、立面图；7、工艺物料衡算和热量衡算资料；8、厂区地质情况（地下水位和冰冻层）及排水方向。二、化工车间管道布置设计的依据100符合：化工装置管道布置设计规定HG

41、/T20549.51998 石油化工管道布置设计通则SH 30122000原则性要求：1、符合生产工艺流程的要求，并能满足生产的要求； 2、便于操作管理，并能保证安全生产； 3、便于管道的安装和维护； 4、整齐美观，并尽量节约材料和投资； 5、管道布置设计应符合管道及仪表流程图的要求。还应考虑以下问题：三、化工车间管道布置设计的基本要求1011. 物料因素 （1）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体、伸缩器、法兰等，若与其他管路并列时应在外侧或下方安装。 输送易燃、易爆介质的管路不应敷设在生活间、楼梯和走廊等处，一般应配置安全阀、防爆膜、阻火器、水封等安全装置，并有接地措施；

42、放空管应引至室外指定地点或高出楼层面2m以上。 三、化工车间管道布置设计的基本要求1021. 物料因素 （2）冷、热流体应相互避开，不能避开时，冷管在下，热管在上，上下并行时的净间距一般不应小于，交叉排列时，不应小于。（3）管路敷设应有坡度，如表。（4）真空管线应尽量短，尽量减少弯头和阀门，以降低阻力，达到更高的真空度。三、化工车间管道布置设计的基本要求103物 料坡 度物 料坡 度 物 料坡 度蒸汽5/1000真空3/1000 压缩空气4/1000清水3/1000蒸汽冷凝水3/1000一般气体及易流动液体5/1000生产废水1/1000冷冻水及冷冻回水3/1000三、化工车间管道布置设计的基

43、本要求表6.14 物料管道坡度1042考虑施工、操作与维修 (1)管道应尽量集中布置在公用管架上，平行走直线，少拐弯，少交叉，不妨碍门窗开启，不妨碍设备、阀门及管件的安装维修，并列管道的阀门应尽量错开排列； (2) 支管多的管道应布置在并行管线的外侧，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，管道应尽量避免出现“气袋”、“口袋”和“盲肠” ； (3) 管路应尽可能沿墙壁安装，为便于安装、检修和防止变形后挤压，管路之间、管路与墙壁之间应保持一定的距离； (4) 平行管路间最突出物间的距离不能小于5080mm，管路最突出部分距墙壁、管架边和柱边不能小于100mm； (5) 管道穿过墙

44、壁和楼板时，应在墙面和楼板上预埋一个直径大的套管，让管线穿过套管，防止管道移动或震动时对墙面或楼板造成损坏。套管应高出楼板、平台表面50mm；105 (6) 为了安装和操作方便，管道上的阀门、仪表的布置高度可参考以下数据； 阀门（包括球阀，截止阀，闸阀） 安全阀 温度计、压力计 1.6 m (7)流量元件(孔板、喷嘴及文氏管)所在的管路前后要有足够长的直管段，以保证准确测量； (8)液面计要装在液面波动小的地方；沉筒式液面计周围要留有开关仪表盘的空间；玻璃液面计要装在操作控制时能看得见的地方； (9)温度元件在设备与管路上的安装位置，要与流程一致并保证一定的插入深度和外部安装检修空间； (10

45、)各种弯管的最小弯曲半径应符合表5-18的规定；管道设计压力/MPa弯管制作方式最小弯曲半径10.0热弯3.5DN冷弯4.0DN10.0热弯、冷弯5.0DN1063安全生产 （1）直接埋地或管沟中铺设的管道通过道路时应加套管加以保护； （2）长距离输送蒸汽或其他热物料的管道，应考虑热补偿问题，如在两个固定支架之间设置补偿器和滑动支架。有隔热层的管道，在管墩、管架处应设管托。无隔热层的管道，如无要求，可不设管托。当隔热层厚度小于或等于80mm时，选用高100mm的管托；隔热层厚度大于80mm时，选用高150mm的管托；隔热层厚度大于130mm时，选用高200mm的管托。保冷管道应选用保冷管托；

46、（3）为了避免化学腐蚀，不锈钢管不宜与普通碳钢制的管架直接接触，以免产生因电位差造成腐蚀核心，要采用胶垫隔离等措施； （4）在人员通行处，管路底部的净高不宜小于；通过大型检修机械或车辆时，管路底部净高不应小于，跨越铁路上方的管路，其距轨顶的净高不应小于；107 （5）距离较近的两设备间，管路一般不应直连接(设备之一未与建筑物固定或有波纹伸缩器的情况除外)，一般采用450或900弯接。如图5-20所示。 （6）设备间的管路连接应尽可能地短而直，尤其是使用合金钢的管线和工艺要求压降小的管线，如压缩机入口管线，再沸器管线以及真空管线等。 （7）为防止管路在工作中产生振动、变形及损坏，必须根据管路的具

47、体特点，合理确定其支承与固定结构。108四、管道敷设方式 管道敷设方式可以分为架空敷设和地下敷设两大类。1. 架空敷设 架空敷设是化工装置管道敷设的主要方式。它具有便于施工、操作、检查、维修以及较为经济的特点。管道的架空敷设主要有以下几种类型。(1) 管道成排地集中敷设在管廊、管架或管墩上。这些管道主要是连接两个或多个距离较远的设备之间的管道、进出装置的工艺管道以及公用工程管道，管廊规模大，联系的设备数量多，因此管廊宽度可以达到10m甚至10m以上，可以在管廊下方布置泵和其他设备，上方布置空气冷却器。管墩敷设实际上是一种低的管架敷设，其特点是在管道的下方不考虑通行。这种低管架可以是混凝土构架或

48、混凝土和钢的混合构架。（2）管道敷设在支吊架上，这些支吊架通常生根于建筑物、构筑物以及设备外壁和设备平台上，所以这些管道总是沿着建筑物和构筑物的墙、柱、梁、基础、楼板、平台以及设备外壁敷设。沿地面敷设的管道，其支架则生根于小混凝土墩上，或放置在铺砌面上。（3）某些特殊管道，如有色金属，玻璃、塑料等管道，由于其低的强度和高的脆性，因此在支撑上要给予特别的考虑。1092. 地下敷设地下敷设可以分为埋地敷设和管沟敷设两种。（1）埋地敷设 为了防止冰冻和节约投资，水总管、下水管和煤气总管等多采用埋地敷设 优点是：经济、节约地上的空间。 缺点是：检查和维修困难，在车行道处有时需特别处理以承受大的载荷，低

49、点排液不便以及冷凝结晶物料黏附在管内时处理困难等。 埋地敷设布置设计的原则是：水管必须埋在当地的冰冻线以下，以免冻裂管道；当埋设陶瓷管时，因其性脆应埋在地面以下。埋地管道不得在厂房下面通过，以便日后检修，确实无法避免时应设法铺设在暗沟里。在埋地管道上需要安装阀门、管件、仪表时，应设窖井或放置于适宜的屋内，便于日后的操作、维护和检修。埋地管道靠近或跨越埋地动力电缆时，要敷设在电缆的下面，输送热流体的管道，离电缆越远越好。供消火栓用的埋地水管，总管应环状敷设，以使总管各处的压力均匀。埋地管道应根据当地土壤的腐蚀情况，采用相应的防腐措施。 110(2)管沟敷设 在没有聚集易燃气体或流体被冻结的危险时

50、，可采用敞开式或加盖式的管沟敷设。 管沟可分为地下式和半地下式两种，前者整个沟体包括沟盖都在地面以下，后者的沟璧和沟盖有一部分露出在地面以上。管沟内通常设有支架和排水地漏，除阀井外，一般管沟不考虑人的通行。 管沟敷设布置设计的原则是：管沟应尽量沿管道布置，以便管沟能在道路以下通过，而不改变标高；管沟敷设的管道应支撑在管架上，管道应采用相应的防腐蚀措施；管沟的坡度应不小于2/1000，特殊情况下可为1/1000,在管沟的低处应设置排水口，以免管沟积水；同时有多条管道需要布置在同一管沟时，最好采用单层平面布置，需要用多层布置时，应把经常拆卸和清除的管道布置在顶层，管沟的最小的宽度为600mm，管道

51、伸出物与沟壁间的最小净距离为100mm，与沟底最高点的最小净距离为；管沟敷设热力管道时，应考虑管道热补偿设计。111第七节 管道布置设计教学内容：了解管架的类型和应用场合，管道在管架上的平面布置和立面布置的原则。重点和难点：重点理解管道在管架上的平面布置和立面布置的原则。112第六章 管道布置设计第二节管架和管道的安装布置 管架已有标准设计,按“管架标准图”HG/T21623-1990、“H型钢结构管架通用图”HG/T21640-2000选用。管道支吊架已有标准系列图供选用(见张德姜 王怀义 刘绍叶主编.石油化工装置工艺管道安装设计施工图册.北京：中国石化出版社，2005年)。113第六章 管

52、道布置设计第二节管架和管道的安装布置 (1) 固定支架 用在管道上不允许有任何位移的地方。它除支撑管道的重量外,还承受管道的水平作用力。如在热力管线的各个补偿器之间设置固定支架,可以分配各补偿器分担的补偿量,并且两个固定支架之间必须安装补偿器,否则这段管子将会因热胀冷缩而损坏。在设备管口附近设置固定支架,可减少设备管口的受力。(2)滑动支架 滑动支架只起支撑作用,允许管道在平面上有一定的位移。(3)导向支架 用于允许轴向位移而不允许横向位移的地方,如型补偿器的两端和铸铁阀的两侧。(4)弹簧吊架 当管道有垂直位移时,例如热力管线的水平管段或垂直管到顶部弯管处,以及沿楼板下面铺设的管道,均可采用弹

53、簧吊架。弹簧有弹性,当管道垂直位移时仍然可以提供必要的支吊力。114第六章 管道布置设计第二节管架和管道的安装布置 一、管道在管架上的平面布置原则(1) 较重的管道(大直径,液体管道等)应布置在靠近支柱处,这样梁和柱所受弯矩小,节约管架材料。公用工程管道布置在管架当中,支管引向上，左侧的布置在左侧,反之置于右侧。型补偿器应组合布置,将补偿器升高一定高度后水平地置于管道的上方,并将最热和直径大的管道放在最外边。(2) 连接管廊同侧设备的管道布置在设备同侧的外边,连接管架两侧的设备的管道布置在公用工程管线的左、右两边。进出车间的原料和产品管道可根据其转向布置在右侧或左侧。115第六章 管道布置设计

54、第二节管架和管道的安装布置 一、管道在管架上的平面布置原则(3) 当采取双层管架时,一般将公用工程管道置于上层,工艺管道置于下层。有腐蚀性介质的管道应布置在下层和外侧,防止泄漏到下面管道上,也便于发现问题和方便检修,小直径管道可支撑在大直径管道上,节约管架宽度,节省材料。（4） 管架上支管上的切断阀应布置成一排,其位置应能从操作台或者管廊上的人行道上进行操作和维修。（5） 高温或者低温的管道要用管托,将管道从管架上升高0.1m,以便于保温。（6） 支架间的距离要适当(见表6-2),固定支架距离太大时,可能引起因热膨胀而产生弯曲变形,活动支架距离大时,两支架之间的管道因管道自重而产生下垂。 。1

55、16第六章 管道布置设计第二节管架和管道的安装布置 二、管道和管架的立面布置原则（1） 当管架下方为通道时,管底距车行道路路面的距离要大于4.5m;道路为主要干道时,要大于6m;是人行道时要大于2.2m;管廊下有泵时要大于4m。（2） 通常使同方向的两层管道的标高相差1.0 1.6m,从总管上引出的支管比总管高或低0.5 。在管道改变方向时要同时改变标高。大口径管道需要在水平面上转向时,要将它布置在管架最外侧。（3） 管架下布置机泵时,其标高应符合机泵布置时的净空要求。若操作平台下面的管道进入管道上层,则上层管道标高可根据操作平台标高来确定。（4） 装有孔板的管道宜布置在管架外侧,并尽量靠近柱

56、子。自动调节阀可靠近柱子布置,并固定在柱子上。若管廊上层设有局部平台或人行道时,需经常操作或维修的阀门和仪表宜布置在管架上层。117第三节典型设备的管道布置教学内容：理解立式和卧式容器、换热器和塔的管道布置方案和布置要求。重点和难点：重点掌握立式和卧式容器、换热器和塔的管道平面和立面布置方案及布置要求，确定管口方位的原则。难点是正确确定立式和卧式容器、换热器和塔的管口方位。118第六章 管道布置设计第三节典型设备的管道布置“化工装置管道布置设计规定”HG/T20549-199一、容器的管道布置1. 立式容器(包括反应器)（1） 管口方位 119第六章 管道布置设计第三节典型设备的管道布置1.

57、立式容器(包括反应器)（2） 管道布置 120第六章 管道布置设计第三节典型设备的管道布置2. 卧式容器 (1)管口方位 121第六章 管道布置设计第三节典型设备的管道布置2. 卧式容器 (2)管道布置 122第六章 管道布置设计第三节典型设备的管道布置二、换热器的管道布置1. 管口布置与流体流动方向123第六章 管道布置设计第三节典型设备的管道布置二、换热器的管道布置2.换热器的管道布置（1）平面配管 124第六章 管道布置设计第三节典型设备的管道布置二、换热器的管道布置2.换热器的管道布置 （2）立面配管 125第六章 管道布置设计第三节典型设备的管道布置三、塔的管道布置1. 塔的管口方位

58、126第六章 管道布置设计第三节典型设备的管道布置三、塔的管道布置2.塔的配管(1)塔的平面配管 2）塔的立面配管 127第四节管道布置图教学内容：结合具体实例，理解管道、管件、阀门、仪表控制点及管道支架的常用画法，管道布置图的配置与画法，管道布置图的绘制内容和方法及标注内容和方法，管道布置图的阅读方法与步骤。重点和难点：重点掌握管道转折、交叉、重叠的表示方法，仪表控制点及阀门和管架的图形符号和表示方法，平面管道布置图中建筑物、设备、管道的表达内容和方法、标注内容和标注方法，绘制管道布置图的画法与步骤，管道布置图的阅读方法与步骤。难点是管道转折、交叉、重叠的表示方法，管道布置图的标注内容和方法

59、。128第六章 管道布置设计第四节管道布置图一、管道及附件的常用画法HG20519-93“化工工艺设计施工图内容与深度统一规定” 1管道与管件129第六章 管道布置设计第四节管道布置图一、管道及附件的常用画法HG20519-93“化工工艺设计施工图内容与深度统一规定” 1管道与管件130第六章 管道布置设计第四节管道布置图一、管道及附件的常用画法HG20519-93“化工工艺设计施工图内容与深度统一规定” 1管道与管件131第六章 管道布置设计第四节管道布置图一、管道及附件的常用画法HG20519-93“化工工艺设计施工图内容与深度统一规定” 1管道与管件132第六章 管道布置设计第四节管道布

60、置图一管道及附件的常用画法 1管道与管件法兰盖90 弯头螺纹或承插焊连接对焊连接法兰连接133第六章 管道布置设计第四节管道布置图一管道及附件的常用画法 1管道与管件同心异径管三 通螺纹或承插焊连接对焊连接法兰连接134第六章 管道布置设计第四节管道布置图 一.管道及附件的常用画法 2. 阀门 闸 阀截 止 阀螺纹或承插焊连接对焊连接法兰连接135第六章 管道布置设计第四节管道布置图一、管道及附件的常用画法3. 仪表控制点管道上的仪表控制点应用细实线按规定符号画出,每个控制点一般只在能清楚表达其安装位置的一个视图中画出。控制点的符号与管道仪表流程图的规定符号相同(见第二章第三节工艺流程图中二、