化工设计概论与化工制图课件--第八章 管道设计_图文


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工厂基本建设过程
1、可行性研究 2、初步设计 3、施工图设计 4、施工、试车、 验收

} {

1、厂址选择 2、总平面设计 3、工艺设计

1、工艺流程设计 2、化工计算 3、设备的选型与设计 4、车间布置设计 5、管道设计 6、公用工程 7、向有关专业提供条件 8、工程概预算 9、技术经济分析 10、安全生产与环境保护

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第八章

管道设计

化工管道的投资约占全厂化工设备装置的 15--20%,化工管道设计是工艺设计中一项 相当复杂而工作量又相当大的工作,化工管 道设计是施工图设计阶段的主要内容之一。

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第一节 设计原则及注意事项 一、设计原则 1、统筹规划合理布局:工艺,电气,仪表管线。 2、保证正常生产、满足开(停)工及事故处理 需要。 3、运用先进技术,充分利用能源:热(冷)量充 分利用。 4、尽量集中布置便于安装检修:协调一致,便于 操作。 5、注意整齐美观:排列整齐,清洁美观。 二、注意事项 2012-9-11
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1、物料管道:凡输送原料,半成品,成品,废料等 的管线统称为物料管道。 .避免死角。 .坡度为3/1000-5/1000,含固体结晶为1/100。 .根据物料的性质来选择管材。 .管道阀门选择旋塞阀,球阀,截止阀。 .输送腐蚀性介质管道不得位于通道上方,法兰 连接处要装护套,与其它管道保持一定距离,并 略低一些。 .输送易凝固的物料管道应考虑吹扫和加热保温。 .防爆管道,易产生静电管道应注意安装接地。 2012-9-11
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2、蒸汽管道 .根据蒸汽用量和压力选择管材规格。 .坡度为5/1000。 .适当地点应设置疏水器放水孔。 .适当地点应设置膨胀器。 .蒸汽加热设备的冷凝水应尽量回收。 .选定保温材料及保温层厚度。 .选定支架形式及其跨度。
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3、污水管道 .充分考虑综合利用,尽量减少污水排放。 .合流式分流式。 .根据废水的不同成分和组成,选择管道材料。 .废水中含有可燃性溶剂,应导入窨井回收。 .污水管道启闭器常选用旋塞或球阀。 .污水管道坡度为1/1000。

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4、真空管线 .真空管道尽量短,避免过多曲折。 .真空管道坡度为3/1000,避免死角。 .真空管道启闭器常选用旋塞或球阀。 .应有足够的强度及抗腐蚀能力。 5、压缩空气管线 .压缩空气应先进入储气罐,析出夹带的油和水。 .仪表,分析用压缩空气,应经过除尘,脱水。 .压缩空气管道坡度为4/1000。 .压缩空气管道启闭阀常用球阀。
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第二节

管件选择与管径计算

一、管道和管件的公称压力及公称直径系列 1、管道和管件的公称压力系列 碳钢在200℃,合金钢在250℃以下,最大的允 许工作压力(表压),称为公称压力PN(MPa)。 2、管道和管件的公称直径系列 以外径表示钢管的直径,称为公称直径 DN(mm) 同一公称直径的钢管,外径相同,但内径随壁 厚而异。 2012-9-11
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二、材质与常用管道种类 1、材质 1)金属类 耐温范围大,耐压力高,有一定的耐腐蚀性。 2)非金属类:耐腐蚀性好,品种多,资源丰富。 .耐酸陶瓷:耐酸,但强度低,热稳定性差。 .玻璃钢:耐酸碱,耐高温,强度高。 .硬聚氯乙烯:耐腐蚀,耐酸碱,电绝缘。 .聚四氟乙烯:耐腐蚀,耐酸碱,摩擦系数小。
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2、常用管道种类 1)钢管 .有缝钢管:钢板卷焊而成,强度低,可靠性差。 .无缝钢管:由管坯热轧而成,耐高温,高压。 2)有色金属管 常见的是铜管和黄铜管,铅管和铅合金管, 铝管和铝合金管,都无缝管,用作换热管,真 空管及输送酸性物料。 3)非金属管 品种繁多如硬聚氯乙烯,聚四氟乙烯,玻璃钢。
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三、管道连接 1、焊接:施工方便,可靠不漏,成本低,尽量用 焊接,管径大于32mm电焊,管径小于32mm气焊。 2、螺纹连接:连接简单,拆装方便,成本低,但 连接可靠性低,不宜用于易燃易爆有毒管线。 3、法兰连接:连接强度高,拆装方便,密封可靠 但费用高,用于大管径,密封要求高的管道。 4、承插连接:用于供排水管,陶瓷管,水泥管。 5、卡箍连接:金属插入非金属管后卡箍箍紧。
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四、常用阀门和阀件的选择及阀门的标注 1、常用阀门和阀件的选择 1)旋塞:结构简单,操作方便,阻力小,但密封面易磨损。 2)闸阀:流体阻力小开关力小,但结构复杂密封面易损。 3)截止阀:结构简单,价格便宜,开关力大,密封性能差。 4)节流发:外形小,重量轻,调节性能好,用于低温高压。 5)球阀:结构简单,开关力小,外形小,重量轻,阻力小。 6)止回阀:介质不能倒流。 7)减压阀:通过阀瓣时产生阻力,造成压力损失。 8)安全阀:压力超过规定值时,自动开启泄压。 9)隔膜阀:隔膜夹于阀体与阀盖之间,增加了密封强度。 10)疏水阀:自动排出管道中的冷凝水。 11)管道过滤器:Y型过滤器,用于疏水器前,或仪表前。 2、阀门的标准、型号和标志:JB308-75规定。 2012-9-11
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五、流速选择与管径计算 1、管径选择:当输送流体的能力一定时,管径 的大小直接影响到经济效益。 管径大:管壁,重量,阀门,管件加大,保温, 基建费增加。 管径小:流速增加,阻力增大,动力消耗大 输送费增加。 2、流速选取: 液体流速一般不超过 3 m/s 气体流速一般不超过 100 m/s 具体选择时可从附录五中选取
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3、管径计算:根据附录五中选取的流速用下式 计算 ? w ?
1 2

? d ? 18 . 8 ? ? ? v ?? ? ?

长管道要校核压力降,不符合要求调整流速 和管径。 4、管道压力降计算 .计算压力降的目的是为了选择合适的泵, 压缩机,鼓风机等输送设备和校核选择流速或 管径。 .用公式计算比较麻烦,工程上常用算图计 算压力降。(例)
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第三节

管道的保温与热补偿

一、管道的绝热保温 1、保温材料选择 密度小,机械强度大,导热系数低,化学稳定 性好,耐腐蚀,耐火,膨胀小,易于施工,价格便 宜,350℃以下时导热系数小于0.14W/m·K, 密度小于500Kg/ m 抗压强度大于294kPa。 2、常用保温材料的特性与应用范围 .表8-4列出各种保温材料的特性及应用范围。 .保温材料的导热系数随温度的增加而增加。 .在高温管道可先包覆耐热性较高的保温材料, 然后再敷以导热系数较小的保温材料。
3

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3、保温层厚度的选择 根据输送介质的温度,保温材料的导热系数及 管道直径,参考表8-5选择保温层厚度。 4、保温形式及热载体的选择 1)保温形式:除一般绝热保温外,有时还采用夹 套保温或伴热管保温,物料凝固点(或熔点) <50℃时采用伴热管保温,>150℃采用夹套 保温。 2)热载体的选择:常用的热载体有热水,蒸汽, 烟道气,热空气,高温时用联苯混合物,熔盐。
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二、管道的热补偿 1、管道的热变形与热应力 .管道的热膨胀,冷缩 Δ L=α ·LΔ t .若管道不能自由伸缩,将产生热应力。 应力大小可由下式计算:σ =Eε =α EΔ t 2、管道的热补偿 1)自然热补偿:利用管道部置时的自然弯曲 来吸收热伸长量,此弯段称自然热补偿器 有L形有Z形,自然热补偿可不用补偿器, 简单经济。
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2)补偿器补偿:自然补偿达不到要求时,要采用 补偿器补偿,常见的补偿器有Π 形和U形两种 Π 形补偿器应用最多,优点耐压可靠,补偿能 力大,制造方便,缺点尺寸大,流体阻力大,安 装时要预拉伸或预压缩。

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第四节 管架的设计 一、管架的主要形式及选择 1、固定支架:不允许管道有任何位移。 2、导向支架:允许管道在轴向或垂直方向位移。 3、滑动支架:允许管道在平面上有一定位移。 4、弹簧支吊架:允许管道在垂直方向位移。 5、吊架:允许管道有较小的水平,垂直方向位移。 6、型钢吊架:吊在梁或楼板下。 7、墙架柱架:用于沿墙,沿柱布置的管道。 8、地面支架:标高在2.5米以下时采用。 9、管托:用于铅管,聚氯乙烯管的支承。 2012-9-11
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二、管架宽度计算

W = f? n?s + A
三、管架间距与管道间距 1、管架间距:附录7提供了固定支架,活动支架 间距。 2、管道间距:附录8附录9列出了管道间距。 四、管道支吊架负荷计算 1、活动支吊架负荷计算: Q=q?L 2、弹簧支吊架负荷计算: Q=q?L 3、固定支架: Q=q?L
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第五节 生产系统管道布置要求 一、几种常见设备的工艺配管 1、泵的管道布置:泵的吸入管要短,直,阻力 小,避免突然缩小直径, .吸入管的直径不应小于泵的入口,当泵的 吸入口为水平方向时,吸入管道上应配置偏 心异径管,管顶取平,以免形成气袋。 .泵的排出管一般均设止回阀,旁路管。 .往复泵,齿轮泵,旋涡泵在排出管设安全阀。 .蒸汽泵,计量泵,非金属泵入口处设过滤器。 2012-9-11
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2、塔的管道布置 1)管口方位 人孔:设在安全方便的操作侧,面对过道。 回流孔:设置在配管区180°的地方。 塔顶出汽孔:靠近人孔的操作平台。 再沸器接口:出口在2a°范围,入口避开封液板。 仪表口:温度计压力计液位计在操作平台上方。 2)塔的配管 塔平面配管:在人孔,90°,270°扇区不排管。 塔立面配管:主要反映管道,平台的标高走向。
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3、容器的管道布置 1)管口方位 立式容器:分操作侧面和配管侧面,操作侧面 有加料孔,视镜,压力表,温度计。人孔,气孔 在顶部,出料孔在底部。 卧式容器:液体,气体进口在一端的顶部,液 体出口在另一端的底部,蒸汽出口则在液体 出口的顶上,人孔可在顶上,侧面或封头中心。

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2)管道布置 立式容器: .两设备一般不用直管连接。 .进料管设在设备前部。 .出料管在底部中心引出。 卧式容器: .管口大多在一条直线上。 .阀门大多装在管口上。
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4、换热器的管道布置 1)管口布置和流体流动方向 管壳式换热器已标准化,有系列产品可供使用 但管口大小,方位和安装结构由设计人员决定 见图8-17a,b,c,d,e,f。 2)换热器的配管 管箱面对操作通道,封头对管廊。 仪表,阀门应靠进换热器,能在通道上操作。 换热器两端和法兰周围应留出足够空间。
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二、放空 1、管道上放空 管道最高点应设置放空阀。 管道最低点应设置排空阀。 放空管直径一般取DN 20-40mm。 2、设备上放空 放空管装在顶部能将气体放尽的位置。 排空管装在底部能将液体放尽的位置。 放空管直径一般取DN 20-50mm。
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三、取样: 取样口应设在操作方便,有代表性的地方,应 装两个阀,易采用针形阀,高温取样应设冷却 器。 四、吹洗: 吹洗管半固定和固定两种,半固定为一短管, 在吹洗时临时接上软管通入吹洗介质。 五、双阀的设置: 起动频繁时应设置双阀,特殊要求应设置双 阀。
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第六节

管道布置图

管道布置图又称配管图或管道安装图,它表 示车间内外设备间管道的连接,阀门,管件及控 制仪表等安装情况的详图,连同工艺管道一览表 管架表一起供施工安装使用。

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一、有关资料准备 1、带控制点工艺流程图:满足工艺要求。 2、总平面图:了解公用工程车间位置 。 3、车间建筑图:了解门,窗,柱,梁,楼梯位置。 4、车间设备布置图:以设备布置平剖面图为据。 5、设备图:根据设备管口安装不同管道与管件。 6、梁板布置图和节点详图:管道穿过楼板位置。 二、管道及配件安装设计的图例代号 见附录10表1.2.3.4 及GB140-141-9
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三、管道布置图的内容及表示方法 1、平、剖面配管图1:25 1:50 1:100。 1)平、剖面配管图的表示方法。 .建筑物,构筑物,墙,柱,门,窗,孔,洞,沟,坑。 用细实线画出,标注总体,定位,高度尺寸。 .细实线画出设备的轮廓,标注位号,管口代号。 .用粗实线画出管线,标注管径管材,物料代号。 .用细实线画出所有阀门,标注代号规格。 .以设备中心线,设备管口法兰,建筑物轴线,墙
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壁为准,标注管道的定位尺寸。 .进出车间管线应注明从何而来,到何而去。 .列出工艺管道一览表。 2)管道在各个视图的表示方法 立管 弯头 三通 3)伴随管,夹套管的表示方法 伴随管 夹套管 4)其它情况的表示 坡度 管架 在图纸右上方阀门,介质,管材,仪表的代号表。
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2、透视图 该图是按轴侧投影原理绘制的一种局部立体图 样,立体感强,容易识读,利于施工。 表示方法 1)设备可画外形,或只绘进出口和设备中心线。 2)用粗实线画出管线,标注管段号,物料号,管 材,管径,标高,绘出管件阀门。

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3、管段图 表达一个设备到另一个设备间一段管及所属 管件,阀门,仪表,控制点具体配置的情况,管 段图画法有两种。 大管段图:一个设备到另一个设备透视图表达。 小管段图:以法兰为界画一段管。 4、管架图 供管架制造,安装用的图样,包括视图管架号, 管架数,管托号及尺寸和零件编号,材料,数 量等 。
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5、管件图 供管件制造,安装用的图样,它完整地表达管 件的结构,尺寸。 四、管道布置图示例 图8-30管道平、剖面图示例。

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课堂作业 设备布置图的画法

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课堂作业 1.设备布置图的画法 2.阀门的类别和特点

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