制藥工程工藝設(shè)計(jì)第08章課件

1、CHAPTER 8 管道布置設(shè)計(jì)PIPELINE DESIGN1 在藥品生產(chǎn)中,水、蒸汽以及各種流體物料通常采用管道來(lái)輸送。管道布置是否合理,不僅影響裝置的基建投資,而且與裝置建成后的生產(chǎn)、管理、安全和操作費(fèi)用密切相關(guān)。因此,管道設(shè)計(jì)在制藥工程設(shè)計(jì)中占有重要的地位。 Contents of Pipeline Design Basic Data of Pipeline Design9.1 Introduction 管道設(shè)計(jì)已具備的基礎(chǔ)資料有：施工階段帶控制點(diǎn)的工藝流程圖設(shè)備一覽表設(shè)備的平面布置圖和立面布置圖定型設(shè)備樣本或安裝圖,非定型設(shè)備設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖和安裝圖物料衡算和能量衡算資料水、蒸汽等總管路的走

2、向、壓力等情況建(構(gòu))筑物的平面布置圖和立面布置圖與管道設(shè)計(jì)有關(guān)的其它資料,如廠址所在地區(qū)的地質(zhì)、水文資料等。 9.1.1 Basic Data of Pipeline Design管道設(shè)計(jì)一般包括以下內(nèi)容： 選擇管材 管路計(jì)算 管道布置設(shè)計(jì) 管道絕熱設(shè)計(jì) 管道支架設(shè)計(jì) 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 9.1.2 Contents of Pipeline Design 9.2.1 Nominal Pressure and Nominal Diameter 9.2.2 Pipelines 9.2.3 Valves 9.2.4 Pipe Fittings9.2 Pipelines, Valves and Pipe

3、 Fittings 2.公稱(chēng)直徑 公稱(chēng)直徑是管子、閥門(mén)或管件的名義內(nèi)直徑，常用符號(hào)Dg表示，如公稱(chēng)直徑為100mm可表示為Dg100。 公稱(chēng)直徑并不一定就是實(shí)際內(nèi)徑。例如，管子的公稱(chēng)直徑既不是它的外徑，也不是它的內(nèi)徑，而是小于管子外徑的一個(gè)數(shù)值。管子的公稱(chēng)直徑一定，其外徑也就確定了，但內(nèi)徑隨壁厚而變。 9.2.1 Nominal Pressure and Nominal Diameter表9-2 無(wú)縫鋼管的公稱(chēng)直徑與外徑 單位：mm公稱(chēng)直徑101520253240506580100125外徑141825323845577689108133壁厚3333.53.53.53.54444公稱(chēng)直徑150

4、175200225250300350400450500外徑159194219245273325377426480530壁厚4.5667889999 9.2.1 Nominal Pressure and Nominal Diameter1. Frequently-used Pipes2. Pipeline Joints 3. Thermal Compensation of Pipeline 4. Paint and Color of Pipeline 5. Check and Acceptance of Pipeline 9.2.2 Pipelines 鋼管 鋼管包括焊接(有縫)鋼管和無(wú)縫鋼管兩

5、大類(lèi)。 焊接鋼管：通常由碳鋼板卷焊而成，以鍍鋅管較為常見(jiàn)。焊接鋼管的強(qiáng)度低，可靠性差，常用作水、壓縮空氣、蒸汽、冷凝水等流體的輸送管道。 無(wú)縫鋼管可由普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、普通低合金鋼、合金鋼等的管壞熱軋或冷軋(冷撥)而成，其中冷軋無(wú)縫鋼管的外徑和壁厚尺寸較熱軋的精確。無(wú)縫鋼管品質(zhì)均勻、強(qiáng)度較高，常用于高溫、高壓以及易燃、易爆和有毒介質(zhì)的輸送。 1. Frequently-used Pipes 有色金屬管 在藥品生產(chǎn)中，銅管和黃銅管、鉛管和鉛合金管、鋁管和鋁合金管都是常用的有色金屬管。 銅管和黃銅管可用作換熱管或真空設(shè)備的管道 鉛管和鉛合金管可用來(lái)輸送1565%的硫酸 鋁管和鋁合金管可用來(lái)輸

6、送濃硝酸、甲酸、醋酸等物料。1. Frequently-used Pipes 卡套連接 常用于小直徑(40mm)管道、閥門(mén)及管件間的連接，具有連接簡(jiǎn)單、拆裝方便等優(yōu)點(diǎn)，常用于儀表、控制系統(tǒng)等管道的連接。 螺紋連接 常用于小直徑(50mm)低壓鋼管或硬聚氯乙烯管道、管件、閥門(mén)間的連接。具有連接簡(jiǎn)單、拆裝方便、成本較低等優(yōu)點(diǎn),但連接的可靠性較差,螺紋連接處易發(fā)生滲漏,因而不宜用作易燃、易爆和有毒介質(zhì)輸送管道之間的連接。 2. Pipeline Joints焊接 藥品生產(chǎn)中最常用的一種管道連接方法，具有施工方便、連接可靠、成本較低的優(yōu)點(diǎn)。凡是不需要拆裝的地方，應(yīng)盡可能采用焊接。所有的壓力管道，如煤氣

7、、蒸汽、空氣、真空等管道應(yīng)盡量采用焊接。 法蘭連接 常用于大直徑、密封性要求高的管道連接,也可用于玻璃管、塑料管、閥門(mén)、管件或設(shè)備之間的連接。法蘭連接的優(yōu)點(diǎn)是連接強(qiáng)度高,密封性能好，拆裝比較方便。缺點(diǎn)是成本較高。 2. Pipeline Joints 管道的安裝都是在常溫下進(jìn)行的，而在實(shí)際生產(chǎn)中被輸送介質(zhì)的溫度通常不是常溫，此時(shí)，管道會(huì)因溫度變化而產(chǎn)生熱脹冷縮。當(dāng)管道不能自由伸縮時(shí)，其內(nèi)部將產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。管道的熱應(yīng)力與管子的材質(zhì)及溫度變化有關(guān)，而與管道長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。所以，不能因?yàn)楣茏佣潭鲆暉釕?yīng)力。 為減弱或消除熱應(yīng)力對(duì)管道的破壞作用，在管道布置時(shí)應(yīng)考慮相應(yīng)的熱補(bǔ)償措施。 3. Thermal

8、 Compensation of Pipeline 一般情況下，管道布置應(yīng)盡可能利用管道自然彎曲時(shí)的彈性來(lái)實(shí)現(xiàn)熱補(bǔ)償，即采用自然補(bǔ)償。有熱補(bǔ)償作用的自然彎曲管段又稱(chēng)為自然補(bǔ)償器。 (a) L形補(bǔ)償器 (b) Z形補(bǔ)償器 3. Thermal Compensation of Pipeline 若使用溫度低于1000C或公稱(chēng)直徑不超過(guò)50mm的管道，一般可不考慮熱補(bǔ)償。表9-3 可不裝補(bǔ)償器的最大直管長(zhǎng)度熱水/0C6070809095100110120130140143151158164170175179183蒸汽/kPa4998176.4264.6294392490588686784882980

9、管長(zhǎng)/m655750454240373230272727252524242424 3. Thermal Compensation of Pipeline 當(dāng)自然補(bǔ)償不能滿足要求時(shí)，應(yīng)考慮采用補(bǔ)償器補(bǔ)償。補(bǔ)償器的種類(lèi)很多。 (a) U形 (b) 波形(單波)圖9-2 常用補(bǔ)償器 3. Thermal Compensation of Pipeline 徹底除銹后的管道表層應(yīng)涂紅丹底漆兩道，油漆一道。 需保溫的管道應(yīng)在保溫前涂紅丹底漆兩道，保溫后再在外表面上油漆一道。 敷設(shè)于地下的管道應(yīng)先涂冷底子油一道，再涂瀝青一道，然后填土。 不銹鋼或塑料管道不需涂漆。 4. Paint and Color of

10、 Pipeline表9-4 常見(jiàn)管道油漆顏色介質(zhì)顏色介質(zhì)顏色一次用水深綠色冷凍鹽水銀灰色二次用水淺綠色壓縮空氣深藍(lán)色清下水淡藍(lán)色真空黃色酸性下水黑色物料深灰色蒸汽白點(diǎn)紅圈色排氣黃色冷凝水白色油管橙黃色軟水翠綠色生活污水黑色污下水黑色 4. Paint and Color of Pipeline 5. Check and Acceptance of Pipeline 水壓試驗(yàn)壓力可根據(jù)管子和管路附件的公稱(chēng)壓力按表9-5中的數(shù)據(jù)選取。表9-5 管子的公稱(chēng)壓力Pg和試驗(yàn)壓力Ps 單位：MPaPgPsPgPsPgPs0.51.572.3512.7519.120.10.22.453.7315.6923.

11、540.250.393.925.8819.6129.420.390.596.289.4124.5237.270.590.887.8511.7731.3847.070.981.479.8114.71 操作溫度高于200oC的鋼制中、低壓管路，試驗(yàn)壓力可按下式計(jì)算 (9-1)式中 Ps水壓試驗(yàn)壓力，MPa； P 設(shè)計(jì)壓力，MPa； 試驗(yàn)溫度下材料的許用應(yīng)力，MPa； t設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力，MPa。 5. Check and Acceptance of Pipeline 水壓試驗(yàn)合格后，方可進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，首先將空氣壓力緩慢升高至設(shè)計(jì)壓力并保持10分鐘，然后在可能泄漏處涂上肥皂水檢漏，

12、符合要求后再將空氣壓力升高至試驗(yàn)壓力進(jìn)行試驗(yàn)。 5. Check and Acceptance of Pipeline Frequently-used Valves Selection of Valves 9.2.3 Valves (1) 旋塞閥 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、啟閉方便快捷、流動(dòng)阻力較小等優(yōu)點(diǎn)。旋塞閥常用于溫度較低、粘度較大的介質(zhì)以及需要迅速啟閉的場(chǎng)合，但一般不適用于蒸汽和溫度較高的介質(zhì)。由于旋塞很容易鑄上或焊上保溫夾套，因此可用于需要保溫的場(chǎng)合。此外，旋塞閥配上電動(dòng)、氣動(dòng)或液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)后，可實(shí)現(xiàn)遙控或自控。 圖9-3 旋塞閥1. Frequently-used Valves 1. Frequ

13、ently-used Valves (2) 球閥 內(nèi)有一可繞自身軸線作900旋轉(zhuǎn)的球形閥瓣,閥瓣內(nèi)設(shè)有通道。球閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作方便,旋轉(zhuǎn)900即可啟閉。球閥的使用壓力比旋塞閥高,密封效果較好,且密封面不易擦傷,可用于漿料或粘稠介質(zhì)。圖9-4 球閥 圖9-5 閘閥 1. Frequently-used Valves (3) 閘閥 內(nèi)有一與介質(zhì)的流動(dòng)方向相垂直的平板閥心，利用閥心的升起或落下可實(shí)現(xiàn)閥門(mén)的啟閉。其優(yōu)點(diǎn)是不改變流體的流動(dòng)方向，因而流動(dòng)阻力較小。閘閥主要用作切斷閥，常用作放空閥或低真空系統(tǒng)閥門(mén)。閘閥一般不用于流量調(diào)節(jié)，也不適用于含固體雜質(zhì)的介質(zhì)。缺點(diǎn)是密封面易磨損，且不易修理。 圖9-6

14、 截止閥(4) 截止閥 其閥座與流體的流動(dòng)方向垂直，流體向上流經(jīng)閥座時(shí)要改變流動(dòng)方向，因而流動(dòng)阻力較大。截止閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)性能好，常用于流體的流量調(diào)節(jié)，但不宜用于高粘度或含固體顆粒的介質(zhì)，也不宜用作放空閥或低真空系統(tǒng)閥門(mén)。1. Frequently-used Valves 1. Frequently-used Valves 搖板式止回閥升降式止回閥(5) 止回閥 內(nèi)有一圓盤(pán)或搖板，當(dāng)介質(zhì)順流時(shí)，閥盤(pán)或搖板即升起打開(kāi)；當(dāng)介質(zhì)倒流時(shí)，閥盤(pán)或搖板即自動(dòng)關(guān)閉。因此，止回閥是一種自動(dòng)啟閉的單向閥門(mén)，用于防止流體逆向流動(dòng)的場(chǎng)合，如在離心泵吸入管路的入口處常裝有止回閥。止回閥一般不宜用于高粘度或含固體顆粒

15、的介質(zhì)。 (6) 疏水閥 疏水閥的作用是自動(dòng)排除設(shè)備或管道中的冷凝水、空氣及其它不凝性氣體，同時(shí)又能阻止蒸汽的大量逸出。因此，凡需蒸汽加熱的設(shè)備以及蒸汽管道等都應(yīng)安裝疏水閥。1. Frequently-used Valves 生產(chǎn)中常用的圓盤(pán)式疏水閥如圖所示。 (a) 關(guān)閉 (b) 開(kāi)啟圖9-8 圓盤(pán)式疏水閥1. Frequently-used Valves 除冷凝水直接排入環(huán)境外,疏水閥前后都應(yīng)設(shè)置切斷閥。切斷閥首先應(yīng)選用閘閥,其次是選用截止閥。疏水閥與前切斷閥之間應(yīng)設(shè)過(guò)濾器,以防水垢等臟物堵塞疏水閥。疏水閥常成組布置,如圖所示。 (a) 回收冷凝水 (b) 不回收冷凝水圖9-9 疏水閥的成

16、組布置1. Frequently-used Valves (7) 減壓閥 內(nèi)設(shè)膜片、彈簧、活塞等敏感元件，利用敏感元件的動(dòng)作可改變閥瓣與閥座的間隙，從而達(dá)到自動(dòng)減壓的目的。 減壓閥僅適用于蒸汽、空氣、氮?dú)狻⒀鯕獾惹鍍艚橘|(zhì)的減壓,但不能用于液體的減壓。此外,在選用減壓閥時(shí)還應(yīng)注意其減壓范圍，不能超范圍使用。1. Frequently-used Valves 減壓閥一般都成組布置，圖9-10為蒸汽減壓閥的成組布置圖。圖9-10 蒸汽減壓閥的成組布置1-疏水閥;2-閘閥;3- Y形過(guò)濾器;4-異徑管;5-減壓閥;6-彈簧式安全閥1. Frequently-used Valves (8) 安全閥 安全

17、閥內(nèi)設(shè)有自動(dòng)啟閉裝置。當(dāng)設(shè)備或管道內(nèi)的壓力超過(guò)規(guī)定值時(shí)閥即自動(dòng)開(kāi)啟以泄出流體,待壓力回復(fù)后閥又自動(dòng)關(guān)閉,從而達(dá)到保護(hù)設(shè)備或管道的目的。 安全閥的種類(lèi)很多，以彈簧式安全閥最為常用。當(dāng)流體可直接排放到大氣中時(shí)，可選用全啟式安全閥；若流體不允許直接排放，則應(yīng)選用封閉式安全閥，將流體排放到總管中。 1. Frequently-used Valves 一般情況下，閥門(mén)可按以下步驟進(jìn)行選擇： (1) 選擇閥門(mén)材質(zhì)。 (2) 確定閥門(mén)的公稱(chēng)壓力。 (3) 選擇密封面材質(zhì)。密封面材質(zhì)的最高使用溫度應(yīng)高于工作溫度。 (4) 確定閥門(mén)的公稱(chēng)直徑。 (5) 選擇閥門(mén)的連接形式。 (6) 確定閥門(mén)的類(lèi)別、結(jié)構(gòu)形式和型號(hào)。 2. Selection of Valves 管件是管與管之間的連接部件，延長(zhǎng)管路、連接支管、堵塞