过程成套装备技术课件：第五章 压力管道设计

1、第五章 压力管道设计 15.1 压力管道设计基础5.1.1 概述（1）管道仪表流程图（施工版）；（2）设备平面/立面布置图；（3）非标设备施工图，定型设备样本或详细安装图；（4）建、构筑物的平、立面图；（5）工程设计规范、管道等级表；（6）设备一览表；（7）其他技术参数（如水源、蒸汽压力及压缩空气压力等）。 资料依据： 确保管道安全生产运行的关键是管道设计，而正确的管道设计除应充分了解工艺意图，满足工艺生产要求外，还必须首先掌握管道工程的基础知识。2（1）依据管道设计规定，收集设计资料及有关标准规范。（2）根据PID进行管道设计，满足工艺要求。（3）兼顾操作、安装、生产和维修的需要，合理布置管

2、道，做到整齐美观。（4）根据工艺介质性质和操作条件，经济合理地选择管材。（5）管道配置要有适当支撑，保证足够的强度、柔性，以降低管道应力。（6）管道布置要考虑安全通道及检修通道。（7）输送易燃易爆介质的管道不能通过生活区。（8）废气排放管要设置在操作区的下风侧。设计原则3（1）确定管径及管道壁厚。（2）管道配置。包括平面图和立面图，要求有： a) 用代号表示介质名称、管子材料及规格、介质流向，以及管件、阀门、补偿器等等； b) 注明管道标高和坡度； c) 注明同一水平面或同一垂直面上的管道； d) 绘出地沟轮廓线； e) 管架敷设情况。（3）地沟断面的大小及坡度。（4）向相关部门提供资料： a

3、) 将地沟的长度、宽度提供给土建部门； b) 将压缩空气、冷却水、蒸汽等管道的管径及要求提供给公用工程部门； c) 提供各种管道的材料表。（5）编写施工说明书。说明施工过程中应注意的问题，材料要求，保温油漆要求，施工中必须执行的标准规范等。管道设计内容45.1.2 压力管道设计类别、级别的划分压力容器压力管道设计单位资格许可与管理规则 级别划分为： GA l级长输管道： a.输送有毒/可燃/易爆气体介质，设计压力P1.6Mpa的管道； b.输送有毒/可燃/易爆液体介质，输送距离200km且公称直径 DN300mm的管道； c.输送浆体介质，输送距离50km且公称直径DN150mm的管道。 GA

4、 2级长输管道： a.输送有毒/可燃/易爆气体介质，设计压力Pl.6Mpa的管道； b.输送有毒/可燃/易爆液体介质，输送距离200km且公称直径DN300mm的管道范围以外的管道； c.输送浆体介质，输送距离50km且公称直径DN150mm的管道范围以外的管道。长输管道-GA类5 级别划分为：GB1为燃气管道；GB2为热力管道。 级别划分为：GC l级工业管道：a.毒性程度为极度危害介质的管道；b.火灾危险性为甲、乙类可燃气体的管道c.甲类可燃液体介质且设计压力P4.0MPa的管道；d.可燃、有毒流体介质，设计压力P4.0MPa且设计温度 400的管道；d.流体介质且设计压力Pl0.0MPa

5、的管道。GC 2级工业管道：a.火灾危险性为甲、乙类可燃气体或甲类可燃液体介质且设计压力P4.0MPa的管道；b.可燃、有毒流体介质，设计压力P4.0Mpa且设计温度 400的管道；c.非可燃、无毒流体介质，设计压力P10Mpa且设计温度 400的管道；d.流体介质，设计压力P10MPa且设计温度400的管道。公用管道-GB类工业管道-GC类6GBJ16-87(2001)建筑设计防火规范GB50160(1992)石油化工企业设计防火规范7GB 503162000工业金属管道设计规范A1类流体 剧毒流体，在输送过程中如有极少量的流体泄漏到环境中，被人吸入或人体接触时，能造成严重中毒，脱离接触后，

6、不能治愈。相当于现行国家标准职业性接触毒物危害程度分级GB 5044中I级（极度危害）的毒物。A2类流体 有毒流体，接触此类流体后，会有不同程度的中毒，脱离接触后可治愈。相当于职业性接触毒物危害程度分级GB 5044中级以下（高度、中度、轻度危害）的毒物。B类流体 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，这些流体能点燃并在空气中连续燃烧。D类流体 不可燃、无毒、设计压力小于或等于1.0MPa和设计温度高于20186之间的流体。C类流体 不包括D类流体的不可燃、无毒的流体。8 易燃及有毒介质分类举例易燃介质：毒性程度：一甲胺，乙烷，乙烯，氯甲烷，环氧乙烷，环丙烷，氢，丁烷，三甲胺

7、，丁二烯，丁烯，丙烷，丙烯，甲烷等。极度危害、高度危害： 氟，氢氰酸，光气，氟化氢 ，碳酰氟，氯等中度危害： 二氧化硫，氨，一氧化碳，氯乙烯，甲醇，氧化乙烯，硫化乙烯，二硫化碳，乙炔，硫化氢等；轻度危害： 氢氧化钠，四氟乙烯，丙酮等。95.2 管道及其组成件管道工程费用约占总工程费用的10%30%。 105.2.1 管子及管件一管子1、钢 管2、非金属管、衬里管碳素钢钢管低合金钢钢管（无缝管）高合金钢钢管（无缝管）（无缝管）（焊接管）11化工装置常用钢管钢号标准号使用状态厚度常温强度指标使用温度下限（）b(MPa)S(MPa)碳素钢钢管（焊接管）Q235-AQ235-BGB/T 14980GB

8、/T 1379312375235020GB/T 1379312.7390（235）-20碳素钢钢管（无缝管）10GB 3087热轧、正火26333196-29GB 647915335205GB/T 8163164033519520GB/T 8163热轧、正火151640390390245235-20GB 3087151626392245226GB 99481641024520GGB 5310正火16174041023512低合金钢钢管（无缝管）16MnGB6479GB/T8163正火151640490320310-4015MnVGB64791740510350340-2009MnD164002

9、40-5012CrMo12CrMoGGB6479GB5310正火+回火161740410205195-2015CrMo15CrMoGGB6479GB53101617404402352251Cr5MoGB6479GB9948退火16390195GB64791740390185131418固溶或稳定化0Cr18Ni11Ti0Cr18Ni10Ti-1961418GB/T12771GB/T149760Cr19Ni90Cr18Ni9-2018固溶GB/T149760Cr13使用温度下限（）厚度（mm）使用状态标准号钢号高合金钢钢管14聚氯乙烯管（PVC）聚乙烯管（PE）聚丙烯管（PP）PP-R(无规共聚

10、聚丙烯) 玻璃钢管（FRP）聚氯乙烯/玻璃钢复合管（PVC/FRP）聚丙烯/玻璃钢复合管（PP/FRP）不透性石墨管衬里管涂塑钢管钢塑复合管。 2、非金属管和衬里管：15常用非金属管及衬里管：1聚氯乙烯管（PVC管） 广泛应用于石油化工、冷却水、造船、矿山等领域，具有良好的耐腐蚀性能、机加工性能和力学性能。 PVC管主要应用于输送某些腐蚀性流体 不宜用于输送可燃、剧毒和含有固体颗粒的流体。16适用温度范围 -1560，低于下限温度使用时容易开裂，高于上限温度使用时发生软化。压力等级 可分为0.5，0.6,1.0和1.6MPa四个等级。特性： 1 热变形温度为73.8； 2 线膨胀系数约为钢的7

11、倍； 3 弹性模量较小； 4 硬聚氯乙烯管的聚氯乙烯单体含量及稳定剂中铅、镉等有害物资超过标准时对环境和人身健康有害。17 不透石墨耐腐蚀、有高导热、导电性能 常用于化工装置中换热设备、氯化氢合成炉、机泵和管子及其组成件。 石墨分为天然石磨和人造石墨。目前使用的石墨以人造石墨为主。在制造过程中，由于高温培烧溢出挥发物而形成微细空隙。若使之用于石油化工设备及管子，用适当的方法将孔隙填塞，成为不透性石墨。压型不透性石墨管以石墨粉为填充剂，合成树脂为粘结剂，混合后高压成型 。浸渍不透性石墨管 用浸渍剂填充到人造石墨的孔隙中 。 常用浸渍剂-酚醛树脂/聚四氟乙烯/呋喃树脂/二乙烯苯/水玻璃/环氧树脂/

12、有机硅等。酚醛树脂用得较多。 2不透石墨管183玻璃钢管制作： 是将浸有树脂基体的纤维增强材料按照特定的工艺条件逐层缠绕，经固化处理而制成的。管壁是层状结构。物理、化学性能的调整： 通过改变树脂或使用不同增强材料进行调整；承载能力是通过改变结构层厚度和缠绕角度进行调整的。19玻璃钢管（FRP管）常用四种：基材骨料专用FRP-W型双酚A型不饱和聚酯树脂中碱玻璃纤维织物输送海水、淡水、污水和循环冷却水。FRP-R型不饱和聚酯中碱玻璃纤维织物通风管道FRP-F型环氧树脂,内衬有机表面毡形成富树脂的抗渗层中碱玻璃纤维织物输送石油化工生产中的腐蚀性介质。FRP-H型F型改性环氧树脂,内衬优质玻璃纤维表面

13、毡中碱玻璃纤维织物输送温度不高于120、有严重腐蚀性介质的管道。204聚丙烯/玻璃钢复合管（PP/FRP复合管）成形： 聚丙烯管将表面进行特殊处理后与热固性玻璃钢牢固地结合成整体，形成聚丙烯/玻璃钢复合管结构。性能特点：玻璃钢发挥高强度的优点；聚丙烯具有轻质、耐腐蚀、耐热、无毒无污染的特点，显著提高了单一聚丙烯管的抗热、耐腐蚀、耐压的等级。 使用：取代不锈钢和其它有色金属管材和制品。PP/FRP复合管的密度为金属的16.7%。 215衬里管目的 防腐、电绝缘、减少流体阻力、提高耐磨性、防止金属离子混入介质以及污染等等。 制作方法 根据使用环境的特点，在光管里面或外面涂敷不同的材料或涂料。其制作

14、常采用粘敷、喷涂、镶嵌、真空注塑的方法。 22用 场： 在管系中改变走向、标高或管径以及由主管上引出支管等 。如三通、四通、异径管、弯头、活接头、丝堵等。 二管件23异径，大小头，变径活接头四通24管件制作： 可用钢板焊制、钢管挤压、铸造或锻制等方法。管件与管子的连接方法： 对焊连接、螺纹连接、承插焊接、法兰连接等四种。DN50及以上：多采用对接焊连接管件。DN50以下：煨弯、螺纹连接管件或承插焊管件。25 5.2.2 法兰连接件一.连接结构及密封原理26法兰连接的预紧过程是将螺母拧紧，螺栓力通过法兰压紧面作用在垫片上，当垫片比压力达到一定值时，垫片本身被压实，切断了垫片内部的毛细管，压紧面上

15、由机械加工形成的微隙被填满，从而阻止了介质泄漏，实现了初始密封。形成初始密封条件时垫片受到的比压力，此密封比压称为预紧密封比压。当介质通入，压力上升时，螺栓被拉伸，法兰压紧面沿着彼此分离的方向位移，法兰发生轴向扭转变形，垫片比压力下降并重新分布。 如果垫片具有足够的回弹能力，使压缩变形的回复能补偿螺栓和压紧面的变形，从而使预紧密封比压值至少下降到不小于某一值既工作密封比压，则法兰密封表面间能够保持良好的密封状态。法兰密封原理：27二管法兰的常用标准及类型管法兰标准欧洲体系美洲体系标准压力等级标准压力等级HG20592-20614-97钢制管法兰、垫片、紧固件0.25, 0.6, 1.0, 1.

16、6,2.5, 4.0, 6.3, 10.0,16.0, 25.0HG20615-20635-97钢制管法兰、垫片、紧固件2.0, 5.0, 10.0, 15.026.0, 42.0GB9112-9123-2000钢制管法兰类型0.25, 0.6, 1.0, 1.6,2.5, 4.0GB9112-9123-2000钢制管法兰类型2.0, 5.0, 10.0, 15.026.0, 42.028a.板式平焊法兰 （PL）HG20593b.带颈对焊法兰（）HG20595c.带颈平焊法兰 （SO）HG20594d.承插焊法兰（SW）HG20597管法兰类型29e.平焊环松套法兰( PJ/RJ) HG20

17、600 f.对焊环松套法兰 (PJ/SE) HG20599 PL/SE GB/T9120-2000g.螺纹法兰 ( Th) HG20598h.法兰盖 (BL)HG20601 30全平面 突面 凸凹面 榫槽面 环连接面 FF RF M/FM TG RJ tenon ring join groove三法兰密封面形式313233四影响法兰密封的因素螺栓预紧力密封面形式垫片性能法兰刚度操作条件3435类别、使用条件36按密封面分37383940用于41PN=6.3Mpa时，必须使用D型用于4243凸面凹凸面444546474849523 常用阀门理其主要功能是：接通和截断流通介质；防止介质倒流止逆；调

18、解介质压力、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30%50%。选用阀门主要从装置无故障操作和经济两方面考虑。 50 1电动阀2电磁阀3液压阀4气缸阀5遥控阀6紧急切断阀7温度调节阀8压力调节阀9液面调节阀10减压阀11安全阀12夹套阀13波纹管阀14呼吸阀 单闸板 契式 双闸板 1.闸阀 弹性闸板 平行式 单闸板 双闸板 基本形阀 2截止阀 角形阀 针形阀 节流阀 升降式 3止回阀 旋启式 底阀4旋塞阀 填料式 润滑式5球阀6蝶阀7隔膜阀 一般配管用水通用化工、石油炼制专用一般化学用蒸汽用船舶用采暖用其它青铜阀铸铁阀铸钢阀

19、锻钢阀不锈钢阀特殊钢阀非金属阀特殊要求结构分类用途材质一.阀门的分类 51二阀门的基本参数 1公称直径 是指阀门与管道连接处通道的名义内径，用DN表示。它表示阀门的规格大小。 管法兰/管子的公称直径及外径（HG20592-97）公称通经101520253240506580钢管外径A17.221.326.933.742.448.360.376.188.9B141825323845577689公称通经100125150200250300350400450500钢管外径A114.3139.7168.3219.1273323.9355.6406.4457508B10813315921927332537

20、7426480530公称通经600700800900100012001400160018002000钢管外径A610711813914101612191422162618292032B630720820920102012201420162018202020A英制管；B公制管（国内沿用）522公称压力 是指与阀门的机械强度有关的设计给定压力，用PN表示。 管道元件公称压力(GB 1048-90) MPa(Bar)0.05(0.5)2.0(20.0)20.0(200.0)100.0(1000.0)0.10(0.1)2.5(25.0)25.0(250.0)125.0(1250.0)0.25(2.5)

21、4.0(40.0)28.0(280.0)160.0(1600.0)0.40(4.0)5.0(50.0)32.0(320.0)200.0(2000.0)0.60(6.0)6.3(63.0)42.0(420.0)250.0(2500.0)0.80(8.0)10.0(100.0)50.0(500.0)335.0(3350.0)1.0(10.0)15.0(150.0)63.0(630.0)1.6(16.0)16.0(160.0)80.0(800.0) (HG 20592-97) MPa(Bar)53HG20615-97(美洲体系)543试验压力1）强度试验压力 按规定的试验介质，对阀门受压零件的强度进

22、行试验时规定的压力。2）密封试验压力 按规定的试验介质，对阀门进行密封试验时规定的压力。55闸阀Gate Valve截止阀Globe Valve节流阀Throttle valve止回阀Check Valve球阀Ball Valve 蝶阀Butterfly Valve疏水阀Steam trap隔膜阀diaphragm valve减压阀CompressionReleaseValve柱塞阀PlungerValve呼吸阀Breathe Valve过滤器Strainer三常用阀门安全阀Safety Valve56（1）闸阀 分为明杆式和暗杆式两类。 密封性能较截止阀好，流体阻力小，具有一定的调节性能。

23、适用于蒸汽、油品等介质，还适用于含有粒状固体及粘度较大的介质，并适用于作放空阀和低真空系统阀门。 57闸阀中闸板分为单闸板和双闸板两种 ：单闸板 双闸板58明杆式 可根据阀杆升降高低调节启闭程度。缺点:结构较截止阀复杂，密封面易磨损，不易修理。59 暗杆闸阀60（2）截止阀截止阀与闸阀相比: 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。6162（3）节流阀 外形尺寸小、质量轻、调节性能较截止阀/针形阀好。 调节精度不高，流速较大，易冲蚀密封面。 适用于温度较低、压力较高及系

24、统中需截流流量和压力的部位。 不适用于黏度高和含固体颗粒的介质。 不宜作隔断阀。63节流阀64（4）止回阀 止回阀适用于较清净的介质，不宜用于含固体颗粒和黏度较高的介质。 有升降式和旋启式两种升降式止回阀 65旋启式止回阀66（5）球阀 启闭件是一球体，围绕阀体的垂直中心线作旋转运动。 主要由阀体、球体、密封圈、阀杆等组成。 结构简单、开关迅速、操作方便、体积小、质量轻、零件少、流体阻力小、密封面易加工且不易擦伤。适用于低温、高压及粘度大的介质。不能作调节流量用阀体有整体式及两片式、三片式 ：67球体分为浮动球和固定球两种 球体在阀体内是可以浮动的，在介质压力作用下球体被压紧到出口侧的密封圈上

25、 单侧密封，密封性能较好。但是其启闭力矩较大。 1阀杆 2上轴承 3密封圈 4下轴承方向性？球阀适用于低温、高压和黏度高的介质，不能做调解流量用。68（6）柱塞阀结构紧凑、启闭灵活、寿命长、维修方便691 阀体 2 柱塞 3 孔架 4 柔性石墨密封环 5 阀盖 6 阀杆 7 铜螺母 8 手轮 柱塞与密封环间用过盈配合，通过调节阀盖5上的螺栓压紧力，保证密封。 70（7）旋塞阀流体直流流过，阻力降小、启闭方便、迅速。1旋塞；2填料压盖；3填料；4阀体71旋塞阀体有直通式、三通式和四通式。直通式用于截断介质；三通和四通旋塞阀用于改变介质流向或进行介质分配 。T型通道的阀芯 L型通道阀芯 四通道阀芯

26、72（8）隔膜阀 启闭由夹于阀体与阀盖之间的橡胶隔膜起作用。 隔膜阀结构简单，密封性能好，便于维修，流体阻力小。 适用于 低于200、小于1.0MPa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。73（9）蝶 阀 采用圆盘式启闭件，圆盘状阀瓣固定在阀杆上，阀杆旋转90即可完成启闭作用，操作简便。 蝶阀与相同公称压力等级的闸阀比，尺寸较小、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。用于温度低于80、压力小于1.0MPa的原油、油品、水等介质。74（10）减压阀Compression Release Valve 通过启闭件的节流，将进口高压降低至某需要的

27、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。主要有: 薄膜式减压阀 弹簧薄膜式减压阀 活塞式减压阀 波纹管式减压阀 杠杆式减压阀。 75弹簧薄膜式减压阀使用前，阀瓣关闭。使用时，顺时针调整螺钉顶开阀瓣，介质流向阀后，阀后压力上升，同时介质压力也作用在薄膜上，压缩调节弹簧向上移动，阀瓣也随之向关闭方向移动，直到介质作用力与调节弹簧作用平衡。当阀后压力高于规定压力时，薄膜下方的压力上升，推动薄膜向上移动，并带动阀瓣向关闭方向运动。于是阀后压力下降，并达到新的平衡。分析当阀后压力下降时的过程。76使用前，主阀、副阀处关闭状态。使用时，顺时针调节螺钉，压缩调节弹簧顶开副阀

28、瓣。介质压力作用在活塞上，活塞向下移动，使主阀瓣开启，介质流到阀后，并通过小孔进入膜片下方。阀后压力=规定值，膜片下方的作用力便与上方调节弹簧平衡，阀后压力保持定值。阀后压力上升规定值，膜片下方压力上升，压缩调节弹簧，副阀瓣在下方弹簧作用下向上移动，使进入缸内的介质压力减小，活塞上方压力下降，主阀瓣在介质压力和下面弹簧作用下，向关闭方向运动，阀后压力下降，达到平衡；分析当阀后压力下降时的过程。 活塞式减压阀通过调节螺钉来压紧或放松调节弹簧，可以调节阀后压力。 77（11）疏水阀（阻气排水阀，疏水器） 作用=自动排泄蒸汽管道和设备中不断产生的凝结水、空气及其它不可凝性气体，同时又阻止蒸汽的逸出。

29、 疏水阀有热动力型、热静力型和机械型等。 机械型疏水器是利用蒸气和凝结水的密度差原理研制的。由于气体和液体存在密度差，其浮力也大不一样。利用这一特性，使用浮子发挥作用，从而启闭阀门。 78（12）安全阀 Relief Valve /Safety Valve 安全阀用在受压设备、容器或管路上，作为超压保护装置。 a)封闭式弹簧安全阀 阀盖、罩帽等封闭。封闭作用：一是能防止灰尘等外界杂物侵入阀内，保护内部零件 此时不要求阀盖和罩帽具有气密性；二是防止有毒、易燃易爆等介质溢出 此时阀盖和罩帽要求做气密试验。 1保护罩；2调整螺杆；3阀杆；4弹簧；5阀盖；6导向套；7阀瓣；8衬套；9调节环；10阀体7

30、9b) 非封闭式弹簧安全阀 阀盖是敞开的，利于降低弹簧室内温度，主要用于蒸汽等介质的场合。C）带扳手的弹簧式安全阀 做定期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微提起，以检查阀门开起的灵活性。 1保护罩；2调整螺杆；3阀杆；4弹簧；5阀盖；6导向套；7阀瓣；8衬套；9调节环；10阀体8013 呼吸阀Breathe Valve和阻火器 适用于各种油品储罐上，减少油品的蒸发损耗，并保证罐内气压超过规定值时免遭破坏。 当罐内压力超过规定值时，呼吸阀工作，使罐内外压力达到平衡，以保证罐体的安全； 当罐内压力在规定值内时，呼吸阀封闭，将罐内

31、油气与外部大气隔开，减少油品蒸发损耗。81Y型过滤器临时过滤器14 过滤器Strainer多用于泵、仪表(如流量计)、疏水阀前的液体管道上。选用：根据介质性质、温度、压力。压力等级：1.0 MPa，1.6MPa，2.5MPa，4.0MPa，6.3MPa，10MPa。一般比管子压力高一个档次。 方向性？82 13 .气动薄膜调节阀一.调节阀的结构 气动薄膜调节阀是以压缩空气为动力源的一种自动执行器，它接受调解器送来的控制信号，去改变管道中被调介质的流量。 831.执行机构当来自调解器或阀门定位器的信号压力自上膜盖进入并增大时，推杆向下动作，称之为正作用执行机构。 信号压力通常为0.020.1MPa或0.040.2MPa。 当信号压力通入薄膜气室时，在薄膜上产生的作用力使推杆部件移动，并压缩弹簧，直至弹簧的反作用力与薄膜上的作用力相平衡。 弹簧的压缩量即推杆的位移量与输入薄膜气室的信号压力成比例。 1-上膜盖；2-波纹膜片；3-下膜盖；4-支架； 5-推杆；6-弹簧；7-弹簧座；8-调节件；9-连接阀杆螺母；10-行程标尺8