工厂设计第三章课件

第八节管路布置图一、概述二、工艺管道的设计计算（一）管子、管件和阀门的选择1．公称直径、公称压力管子、法兰和阀门等标准化的最基本参数就是公称直径和公称压力。（1）公称直径

所谓管子、法兰和阀门等的公称直径，就是为了使管子、法兰和阀门等的连接尺寸统一。将管子和管道用的零部件的直径加以标准化以后的标准直径，称公称直径，并以DN表示。例如：公称直径为100mm，用DN100表示。

如DN150的无缝钢管，其外径都是159mm，但常用壁厚有4.5和6.0mm，则内径分别为150mm和147mm。无缝钢管一般用“外径×壁厚”表示。如：外径为57mm、壁厚为4mm的无缝钢管，可采用“D57×4”表示。

2．管道材料的选择工厂常用的管道材料有以下几种。（1）钢管①无缝钢管②电焊钢管③水煤气钢管④不锈钢管

（2）铸铁管（3）有色金属管

①铜管与黄铜管②铝管（4）非金属管②塑料管③橡胶管

表常用管材

介质名称介质参数适用管材备注蒸汽P＜784.8（kPa）焊接钢管蒸汽P＝883～1275.3（kPa）无缝钢管热水、凝结水P＜784.8（kPa）焊接钢管压缩空气P＜588.6（kPa）紫铜管、塑料管压缩空气P≤784.8（kPa）焊接管Dg80以上压缩空气P＞784.8（kPa）无缝钢管给水、煤气镀锌焊接钢管Dg150以上给水、煤气埋地铸铁管排水铸铁管、石棉水泥管排水埋地铸铁管、陶瓷管钢筋混凝土管真空焊接钢管果汁、糖液、不锈钢管、奶油聚氯乙烯管盐溶液不锈钢管氨液无缝钢管酸、碱液333k以下，P＜588.6（kPa）

管内流体常用流速范围

流体类别及情况速度范围（m/s）液体：自来水主管，3×105Pa(表压)1.5～3.5支管，3×105Pa(表压)1.0～1.5工业供水＜8×105Pa(表压)1.5～3.5锅炉给水＞8×105Pa(表压)＞3.0蛇管、螺旋管内冷却水＜1.0在换热器管内水0.2～1.5自流回水0.5～1.0粘度和水相仿的液体（常压）和水相同油及粘度较大的液体0.5～2.0蒸汽冷凝水0.5～1.5凝结水（自流）0.2～0.5过热水2.0盐水1.0～2.0制冷设备中的盐水0.6～0.8

稀酸（碱）溶液吸入1.0～1.5

（盐水）排出1.5～2.0自流0.8～1.0往复泵（吸入管：水一类液体）0.7～1.0（排出管：水一类液体）1.0～2.0离心泵（吸入管：水一类液体）1.5～2.0（排出管：水一类液体）2.5～3.0齿轮泵吸入管＜1.0排出管1.0～2.0粘度50cP液体（＜φ25）0.5～0.9（φ25～50）0.7～1粘度100cP液体（＜φ25）0.3～0.6流体类别及情况速度范围（m/s）（φ25～50）0.5～0.7粘度1000cP液体（＜φ25）0.1～0.2（φ25～50）0.16～0.25气体：一般气体（常压）10～20饱和蒸汽＜3×105Pa（表压）20～40干管30～40支管20～30分配管20～25＜8×10Pa（表压）40～60过热蒸汽主管40～60支管35～40

排气25～50二次蒸汽利用时15～30不利用时60车间通风（主管）4.0～15（支管）2.0～8.0压缩空气1～2×105Pa（表压）10～151～6×105Pa（表压）10～20空气压缩机吸入管＜10～25排出管20～25送风机吸入管10～15排出管15～20真空管道＜10烟道气烟道内3～6管道内3～4旋缝焊接钢管φ＝0.6C──壁厚附加量（mm）

C＝C1＋C2＋C3其中C1──壁厚负偏差，通常为壁厚的10～15％（mm）

C2──腐蚀裕度，当介质对管子的腐蚀速度≤0.05mm/a时，单面腐蚀取l～1.5smm，双面腐蚀取2～2.5mmC3──加工减薄量，螺纹管子C3为螺纹的深度，没有螺纹的管C3＝O，常见的55圆锥状管螺纹C3＝1.2～1.5mm（四）管道压力降计算

1．直管阻力H1计算式中△P──直管压力降（kPa）H1──直管阻力（m流体柱）λ──摩擦系数，是雷诺数Re与管壁粗糙度的函数，查《化工原理》等有关书籍l──管道总长度（m）d──管道内径（m）γ──流体重度（kg/m3）ω──流体流速（m/s）g──重力加速度,9.81m/s2以上两公式为直管阻力计算的一般式，对于滞流与湍流两种流动型态下的直管阻力计算都是适用的。式中H1──因局部阻力而损失的压头（m流体柱）ω──管路中流体速度（m／s·）g──重力加速度（m／s2）ξ──比例系数，称为阻力系数，由实验测定能量损失之和为：式中Σξ──局部阻力系数之和参考表，如将H1和H2两式进行比较，可得此式说明当量长度法与阻力系数法的关系三、管道附件

（一）管件与阀门1．弯头2．三通3．短接管和异径管4．法兰、活络管接头、盲板5．阀门

工厂常用的阀门有：（1）旋塞不适于控制流量，不宜使用在压力较高、温度较高的流体管道和蒸汽管道中。使用介质：水、煤气、油品、粘度低的介质。（2）截止阀耐最高温达300℃的特点。常用于水、蒸汽、压缩空气、真空、油品介质。（3）闸阀阻力小，没有方向性，不易堵塞，适用于不沉淀物料管路安装用。

（二）管道的连接1．法兰连接（1）整体式法兰（2）搭焊式法兰（3）对焊法兰（4）松套法兰（5）螺纹法兰2．螺纹连接3．焊接连接4．其他连接

(三)管道符号管道符号包括管道中流体介质的代号，管道连接符号和管件符号等，其表示方法分别见表。表8－6流体介质符号

流体名称上水下水循环水化学污水热水凝结水冷冻水代号SXXHHRNL流体名称氨液氨气蒸汽压缩空气真空煤气物料代号AyAQZYsZkMW表8－7管路连接符号联接形式法兰连接螺纹连接承插连接焊接活接符号━┫┣━━╋━━━）━━━━━━┫]━

四、管路布置设计

(一)车间管路布置设计的任务和原则

1．车间管路布置设计的任务3.车间内管道一般采用明线敷设，安装费用低，检修安装方便，操作人员容易掌握管道的排列和操作。4.车间内工艺管道布置采用沿墙、楼板底或柱子的成排安装法，使管线成排成行平行直走，并协调各条管道的标高和平面坐标位置，力争共架敷设，使其占空间小。尽量减少拐弯，避免挡光和门窗启闭，适当照顾美观。5.管架标高应不影响车辆和人行交通，管底或管架梁底距行车道路面高度要大于4.5m，人行道要大于2.2m，车间次要通道最小净空高度为2m，管廊下通道的净空要大于3.2m，有泵时要大于4m。6.分层布置时，大管径管道、热介质管道、气体管道、保温管道和无腐蚀性管道在上；小管径、液体、不保温、冷介质和有腐蚀性介质管道在下。引支管时，气体管从上方引出，液体管从下方引出。14.不锈钢管道不得与碳钢支架或管托架长期直接接触，以免形成腐蚀核心。必须在管托上涂漆或衬以不锈钢板块予以隔离。15.一般的上下水管及废水管适用于埋地敷设，埋地管的安装深度应在冰冻线以下。

（二）车间管路布置设计的内容1．管路布置图根据生产流程、设备布置、厂房建筑和设备制造图纸2．特殊管件制造图。3．施工说明书，管道材料表，包括管道的保温层、保温情况，油漆颜色及保温材料等。（三）工厂车间管路布置的特点1．选择恰当的管材和阀门2．选择正确的管道连接3．合理布置管道（1）尽量减少管道，一方面可节省投资，另一方面减少染菌机会。（2）要保证罐体和有关管道都可用蒸汽进行灭菌，即保证蒸汽能够达到所有灭菌的地方。（3）对于种子罐的排气管不能因要节约管材，而互相连接在一条总管上。（4）要避免冷凝水排入已灭菌的罐和空气过滤器中。（5）在空气过滤器和罐之间应装有单向阀（止逆阀），以免在压缩空气系统突然停气或罐的压力高于过滤器时，将罐内液体倒压至过滤器，引起生产事故。（6）蒸汽总管道应安装分水罐、减压阀和安全阀，以保证蒸汽的干燥及避免过高压力的蒸汽在灭菌时造成设备压损或爆炸事故。

4．消灭管道死角（1）管道连接的死角法兰和管子焊接时受热不匀，使法兰翘曲密封面发生凹凸不平现象而造成渗漏与死角。垫片的孔径要和管内径一致，过大或过小均易积存物料，造成死角。法兰安装时没有对准中心，也会造成死角。螺纹连接容易产生松动而有缝隙，是微生物隐藏的死角，所以

（2）贮料罐放料管的死角可在管道中安装一个带有旋塞的球心阀，如下图（1）或两方向相反的球心阀之间安装支管和阀，如下图（2）。（3）排气管的死角（四）车间管路设计的有关参数见教材

五、管路的伸缩弯设计

（一）管道的热变形和热应力

△L＝α·L·（t2-t1）式中△L──管道长度变化值（m）α──管材的线膨胀系数（m/m·℃）L──管道长度（m）t2-t1──管道工作温度与安装温度差（℃）由温度变化而引起热效力，热应力产生的轴向推力p为：

p＝σF＝Eα△tF式中E──材料的弹性模数（Pa）F──管子截面积（m2）（二）管道热补偿设计

所谓热补偿，就是在某管路上有热应力产生时，应人为地把管路设计成非直线形，用来吸收热变形产生的应力，防止管路由于热应力而遭破坏。这种方法就是热补偿，下面介绍热补偿的方法。1．自然补偿法利用管道敷设时自然形成的转弯吸收热伸长量的补偿方法。这个弯管段就称自然补偿器。

（1）L形补偿当管道有90о转弯时，称L形补偿。式中L1──短臂长度（m）△L2──长臂L2的膨胀长度（m）Dw──管子外径（mm）（2）Z形补偿Z形补偿见图。Z形补偿器有一个基本计算公式：

式中σ──管子弯曲许用应力，一般取700×105Pa△L──热膨胀长度，△L＝△L1＋△L2E──材料的弹性模数，钢材E＝2×1011PaDw──管子外径（cm）L──垂直臂长度（cm）K──短臂与垂直臂之比，根据上式，可导出垂直臂长的计算公式：

在实际施工过程中，Z形弯管的垂直臂长L，往往根据实际情况确定，很少根据管道自然补偿的需要设计。因此当L值一定时，计算K值的公式为：计算过程中，先假设L1和L2之和，以便计算出膨胀量△L。当得出K值后，再计算短臂长度，即L1＝KL。从假设的L1和L2之和中减去L1，变得出L2L形与Z形补偿也可以查有关设计计算表。返回

(三)管路的保温管路保温的目的是使管内介质在输送过程中，不冷却、不升温，亦就是不受外界温度的影响而改变介质的状态。管路保温层的厚度要根据管路介质热损失的允许值（蒸汽管道每米热损失许用范围见表8－13）和保温材料的导热性能通过计算来确定（见表8－14、表8－15）。表8－16管道的涂色

序号介质名称涂色1水绿色2蒸汽白色3压缩空气深蓝4真空气灰色5排气黄色6物料红色7酸类红白圈8碱类粉红9油类棕色10阴沟管