化工管路设计

化工管路设计第一页，共106页。(5)绘制剖视图(绘制步骤与平面图大致相同，逐个画出各剖视图)；(6)绘制方位标；(7)注写有关说明，填写标题栏；(8)检查、校核，最后完成图样。第二页，共106页。第七章化工管路设计第三页，共106页。一、管道设计条件（1）设计压力（2）设计温度（3）其他与设计有关的因素第四页，共106页。二、管道分类及选用

1.压力管道了解第五页，共106页。2、管径及壁厚的计算与选取

1）管径的计算：（1）根据流体常用流速计算

（2）根据管长压力降计算（3）根据允许压力降和流量，由表选定

第六页，共106页。(2)管壁厚度的选取根据管子的工作压力、公称直径，查《化工工艺设计手册》的常用公称压力下管道壁厚选用表，可确定管壁厚度。第七页，共106页。3、管道材料的选择管道的材质有两大类，一是金属类，另一类是非金属类。金属类的特点耐温范围大、耐压力高，有一定耐腐蚀性，易加工，安装。非金属类的特点耐腐蚀性能好，品种多资源丰富，缺点，耐热、耐压不高。管道的材料主要根据输送介质的温度、压力、性质、货源和价格等因素综合考虑决定。第八页，共106页。常用管道（1）钢管钢管分有缝与无缝二类。有缝钢管由碳钢板卷焊制成，它们强度低、可靠性差。无缝钢管由普通碳素钢、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拔(冷轧)而成，它们品质均匀，强度高，用于高压、高温或易燃、易爆和有毒物质的输送。它在化学工业中应用最为广泛。第九页，共106页。常用管道

(2)有色金属管有色金属管最常用的是铜、铅、铝或铝合金管，它们都是无缝管。

第十页，共106页。常用管道

(3)非金属管非金属管品种繁多，如硬聚氯乙烯管、软聚氯乙烯管、聚丙烯管、聚乙烯管、聚四氟乙烯管、搪玻璃管、耐酸酚醛塑料管、玻璃钢管、耐酸陶瓷管、不透性石墨管、胶管等。

第十一页，共106页。（1）管道等级把管道按不同的材质、压力和温度等要求分成不同的等级。（2）管道材质等级号

B:管道材料类别1:管道顺序号N:管道压力等级B1N第十二页，共106页。

焊接：特点是施工方便，焊接可靠不漏，成本低。凡是不需要拆装的地方，都应尽量采用焊接。所有压力管道如煤气、蒸汽、空气、真空管道等都应尽量采用。

螺纹连接：特点是连接简单，拆装方便，成本低，但连接的可靠性低，容易在螺纹处发生渗漏。一般适用于管径≤50mm、工作压力低于980kPa、介质温度≤100℃的焊接钢管、镀锌焊接钢管、硬聚氯乙烯管与管道、管件、阀门相连接。在化工厂中一般只用于输送上下水、压缩空气等介质的管道，不宜用于易燃、易爆和有毒介质的管道。

法兰连接：优点是结合强度高，密封可靠，拆装方便；缺点是费用较高。一般适用于大管径、密封性要求高的管道连接；也适用于玻璃、塑料、阀件与管道或设备的连接。承插连接适用于埋地或沿墙敷设的供排水管，如铸铁管、陶瓷管、石棉水泥管与管或管件、阀门的连接。

卡箍连接：该连接适用于金属管插入非金属管(橡胶管及各种软塑料管)，在插入口外，用金属箍箍紧，防止介质外漏。它适用于临时装置或要求经常拆洗的洁净管。

卡套连接：适用于管径≤42mm的金属管与金属管件或非金属管件、阀件的连接。中间加一垫片，施工方便，拆卸容易，一般用于仪表控制系统等处。第十三页，共106页。管道组成元件指用于连接或装配管道的元件包括管子、管件、法兰、垫片、阀门、疏水器、过滤器等等。第十四页，共106页。阀门选用依据(1)阀门功能：即根据工艺要求来确定阀门的功能。

(2)阀门尺寸：即根据流体的流量和允许的压力降决定阀门的大小。(3)阻力损失：

(4)阀门材质：主要由介质的温度、压力和特性决定。备种阀门的阻力损失有时相差较大，可按工艺允许压力损失选择。第十五页，共106页。第十六页，共106页。闸阀

闸阀的密封性能较截止阀好，可接通或截断流体的通路，闸阀流体阻力小，启闭省力，广泛用于各种介质管道的启闭。

第十七页，共106页。第十八页，共106页。截止阀其调节性能好，用以调节流量和压力；密封性能差，流体阻力较大。第十九页，共106页。第二十页，共106页。球阀球阀结构简单，开关迅速、操作方便、体积小、重量轻、零部件少，流体阻力小。不能作调节流量用，一般用于需快速启闭或要求阻力小的场合。第二十一页，共106页。第二十二页，共106页。止回阀止回阀的作用是限制介质的流动方向，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粘度较大的介质。第二十三页，共106页。第二十四页，共106页。旋塞阀旋塞阀的结构简单，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、粘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。第二十五页，共106页。

第二十六页，共106页。蝶阀蝶阀与相同公称压力等级的平行式闸板阀比较，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，它用于温度小于80℃、压力小于1.0MPa的原油、油品及水等介质。第二十七页，共106页。第二十八页，共106页。隔膜阀阀的启闭件是一块橡胶隔膜，夹于阀体与阀盖之间。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1.OMPa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。第二十九页，共106页。第三十页，共106页。减压阀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。第三十一页，共106页。第三十二页，共106页。安全阀当工作压力超过规定值时即自动开启使流体外泄，压力回复后即自动关闭，以保护设备和管道，使生产安全运行。第三十三页，共106页。

第三十四页，共106页。疏水阀疏水阀的作用是自动排除设备或管道中的凝结水、空气及其他不凝性气体，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器，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。疏水阀的种类颇多，按其工作原理可分为热动力型，热静力型和机械型三种。

第三十五页，共106页。第三十六页，共106页。(1)法兰法兰是管道与管道，管道与设备、阀门和管件的连接元件。连接方式分成以下五种基本类型：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、榫槽面和梯形槽面等。(2)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。(3)法兰紧固件—螺栓、螺母(4)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。第三十七页，共106页。1）连接管件（1）管节（2）活管节（3）管堵（4）大小头（5）内外丝（内外螺纹管接头）2）导流管件主要用于改变流体方向之用。450、900弯头异径弯头3）分合流管件

将流体分成几条流向或合并流体为同一流向。如三通，四通还有异径三通、四通等。4）管路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。第三十八页，共106页。

第三十九页，共106页。

1.管道的连接方式？

2.止回阀，疏水阀的作用？第四十页，共106页。一、管道设计内容1）管子、管件和阀门的选择2）管道的布置设计3）管道支吊架的配制4）管路的绝热设计5）管路的涂漆和防腐设计6）管路的柔性计算与应力分析7）综合材料表的编制8）配管工程说明第二节管道设计与布置的内容和步骤第四十一页，共106页。二、管道设计与布置的步骤(1)选择管道材料。(2)选择介质的流速。

(3)确定管径。

(4)确定管壁厚度。(5)确定管道连接方式。

(6)选阀门和管件。

(7)选管道的热补偿器。(8)绝热形式、绝热层厚度及保温材料的选择。(9)管道布置。(10)计算管道的阻力损失。第四十二页，共106页。二、管道设计与布置的步骤

(11)选择管架及固定方式。

(12)确定管架跨度。

(13)选定管道固定用具。

(14)绘制管道布置图。

(15)编制管材、管件、阀门、管架及绝热材料的材料表及综合汇总表。

(16)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。

(17)编制施工说明书。

第四十三页，共106页。(1)厂区总平面图。

(2)管道及仪表流程图（PI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)厂区地质情况及排水方向。第四十四页，共106页。(1)确定车间中各个设备的管口方位和与之相连接的管段的接口位置。(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。四、化工车间管道布置设计的任务第四十五页，共106页。

五、化工车间管道布置设计的要求应符合“化工装置管道布置设计定”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.管道布置设计应符合管道及仪表流程图的要求。第四十六页，共106页。1.管道布置一般要求2.管道排列的基本原则3.管道敷设方式4.管道布置设计中注意问题5.阀门布置一般要求第四十七页，共106页。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。(3)全厂性管道敷设应有坡度，并宜与地面坡度一致。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。第四十八页，共106页。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。(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。第四十九页，共106页。(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。(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“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。第五十页，共106页。(9)管道布置时管道焊缝的设置，应符合下列要求：①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；②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，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。第五十一页，共106页。（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：①因检修、清洗、吹扫需拆卸的场合；②衬里管道或夹套管道；③管道由两段异种材料组成且不宜用焊接连接者；④焊缝现场热处理有困难的管道连接点；⑤公称直径小于或等于l00mm的镀锌管道；⑥设置盲板或“8”字盲板的位置。第五十二页，共106页。(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。(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） 1.2～1.6m

安全阀 2.2m温度计、压力计 1.4～1.6m(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。第五十三页，共106页。3.安全生产(1)直接埋地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(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。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。第五十四页，共106页。(4)对于跨越、穿越厂区内铁路和道路的管道，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。第五十五页，共106页。4.其他因素(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。第五十六页，共106页。

化工管道一般是在常温下安装的，当操作温度高于或低于常温时，管子就会发生热胀冷缩。1.管道的热变形与热应力计算

一根自由放置的长度为L的管子，在温度升高∆t时的伸长量∆L为：∆L=LαtΔt＝Let

αt

线膨胀系数

et单位线膨胀系数第五十七页，共106页。

管路因热变形而产生的应力称热应力，热应力产生的轴向推力p为：

p=EαΔtA

E

管材的弹性模量

A

管子的截面积一般温度低于100度和DN<50的管路不进行热应力计算。第五十八页，共106页。2.管道热补偿设计

（1）自然补偿利用管道敷设时自然形成的转弯吸收热伸长量的称自然补偿。这个弯管段就称自然补偿器。

第五十九页，共106页。2.管道热补偿设计

①L形补偿当管道有900转弯时，称L形补偿。

L1=1.1(△L2Dw/300)1/2式中L1——短臂长度(m)ΔL2——长臂L2的膨胀长度(mm)Dw——管子外径(mm)第六十页，共106页。②Z形补偿

主要计算垂直臂长。第六十一页，共106页。第六十二页，共106页。1、泵2、换热器3、容器4、塔5、管廊上的管路布置6、其它的管路布置第六十三页，共106页。(1)离心泵进口管线应尽量缩短，尽量少拐弯，并避免突然缩小管径；(2)离心泵进口管线应尽量避免“气袋”而导致离心泵抽空，若不能避免时，需在“气袋”顶加DN15～20放气阀。第六十四页，共106页。第六十五页，共106页。(3)离心泵进口管线若在水平管段上变径，需采用偏心大小头，管顶取平，以避免形成气袋。

(4)往复泵吸入口须设过滤器，避免杂物进入泵内。(5)吸入管道要有约2/100的坡度。第六十六页，共106页。(6)泵的排出管上一般设止回阀，防止泵停时物料倒冲。止回阀应设在切断阀之前，停车后将切断阀关闭，以免止回阀阀板长期受压损坏。(7)泵的安装标高要保证足够的吸入压头。(8)悬臂式离心泵的吸入口配管应考虑拆卸叶轮的空间。

第六十七页，共106页。

(9)容积式泵，不能用节流装置来调节流量，通常采用旁路调节或改变转速，改变冲程大小来调节的流程。

第六十八页，共106页。

(10)在泵的出口处应安装压力表，以便观察其工作压力；泵体与泵的切断阀前后的管线都应设置放净阀。

第六十九页，共106页。

塔的管道布置1.塔的管口方位第七十页，共106页。

塔通常分成操作区与配管区两部分。操作区一般面对道路。配管区设置管路连接的管口，一般位于管廊一侧。

第七十一页，共106页。

立式容器(反应器)管口方位不受内件的影响，完全取决于管路布置的需要。一般划分为操作区与配管区两部分。加料口、视镜和温度计等常需操作及观察的管口布置在操作区。高大立式容器在操作区要设置操作平台。第七十二页，共106页。

(1)距离较近的两设备间不能直接安装，应采用450或900弯接。第七十三页，共106页。

排出管道沿墙敷设距离可以小些，以节省占地面积，设备间距要求大些，两设备出口管道对称排出，出口阀门在两设备间操作，以便操作人员能进入切换阀门。第七十四页，共106页。第七十五页，共106页。第七十六页，共106页。第七十七页，共106页。第七十八页，共106页。

卧式容器液体和气体的进口一般布置在一端的顶部，液体出口在另一端的底部，蒸汽出口则在液体出口的顶部。进口也能从底部伸入，在对着管口的地方设防冲板，放空管在一端的顶部，放净口在另一端的底部，同时使容器向放净口端倾斜。第七十九页，共106页。2.卧式容器

(2)管道布置第八十页，共106页。管壳式换热器的工艺管道布置应注意冷热物流的流向，一般被加热介质(冷流)应由下而上，被冷凝或被冷却介质(热流)应由上而下；换热器管路的布置应方便操作和不妨碍设备的检修，并为此创造必要的条件；管路布置不应影响设备的抽芯(管束或内管)；管道和阀门的布置，不应妨碍设备的法兰和阀门自身法兰的拆卸或安装。

第八十一页，共106页。一、管道布置图的内容

(1)一组视图。

(2)尺寸和标注。

(3)管口表。

(4)方位标表示管路安装的方位基准。

(5)标题栏注写图名、图号、设计阶段等。

第八十二页，共106页。

二、管路布置图的绘制要求

1.一般规定图幅：一般采用A0

比例：常用的比例为1:30，尺寸单位：管道布置图中标注的标高、坐标以m为单位；其余尺寸一律以mm为单位；地面设计标高：地面设计标高为EL100.000m。第八十三页，共106页。1.一般规定图名：标题栏中的图名一般分成两行书写，上行写“管道布置图”，下行写“EL×××.×××”平面或“A—A、B—B……剖视等”。分区原则：第八十四页，共106页。

2.图面安排及视图要求(1)管道布置图一般只绘制平面图，当平面图中的局部不够清楚时，可加绘剖面图、向视图、局部放大图和轴测图。(2)管道平面布置图的配置，一般应与设备布置图中的平面图一致，即应按建筑物标高平面分层绘制，将楼板以下的建筑物、设备和管道等全部画出。第八十五页，共106页。3.图示方法(1)建(构)筑物的图示①与管道布置相关的建(构)筑物应按比例，根据设备布置图以细实线画出基本结构，并标注相应的定位轴线与编号，以及轴线间的距离。②标注建(构)筑物地面、楼面、平台面，以及吊车梁顶面的标高。③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、底面标高和缆线的走向。④标注各生产车间(分区)、生活间、辅助间的名称等。

第八十六页，共106页。(2)设备的图示①按比例以设备布置图所确定的位置和大致相同的图形，用细点划线画出设备的中心线，以细实线画出设备的简略外形和基础。对于简单的定型设备可画其简单外形。泵、鼓风机等，有时可只画出设备基础和电动机位置。②用细实线表示吊车梁、吊杆、吊钩和起重机操作室。③按比例画出卧式设备的支撑底座，并标注固定支座的位置，支座下如为混凝土基础时，应按比例画出基础的大小，不需标注尺寸。④对于立式容器还应表示出裙座人孔的位置及标记符号。第八十七页，共106页。(2)设备的图示⑤对于工业炉，凡是与炉子和其平台有关的柱子及炉子外壳和总管联箱的外形、风道、烟道等均应表示出。⑥用双点划线按比例表示出重型或超限设备的“吊装区”或“检修区”和换热器抽芯的预留空地。但不标注