配管工程設(shè)計

第七章配管工程設(shè)計據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計,配管設(shè)計工作量占設(shè)計總工作量的40%,管道安裝工作量占工程安裝總工作量35%左右,管道費用約占工程總投資20%。因此，做好配管設(shè)計對化工設(shè)計是十分重要的。第七章配管工程設(shè)計一、管道選擇示例

二、化工管路設(shè)計基礎(chǔ)

三、管道布置設(shè)計

四、管道布置圖

五、編制說明文件本章所討論的幾個問題一、管道選擇示例（一）選擇條件（二）計算與選擇（三）熱補償和絕熱保溫一、管道選擇示例（一）選擇條件其選擇條件：由物料衡算和能量衡算得，某泠卻工段的換熱器(H-101)的進料量為24m3/h，料液性質(zhì)和水相近。試選管道——對某泠卻工段的換熱器進料管進行選擇一、管道選擇示例（二）計算與選擇管徑的計算公式為1、管徑的計算與選擇式中d—管道內(nèi)徑，mmvs—物料體積流量，m3/hu—物料平均流速，m/s水的流速范圍為0.5～3.0m3/h，泵的出口管線水類液流速為1.5～3m/s。料液性質(zhì)與水相近，取u=2.0m/s管內(nèi)流速表管內(nèi)流速表一、管道選擇示例（二）計算與選擇1、管徑的計算與選擇代入計算得d≈65mm因料液腐蝕性不強，溫度不高，可選用無縫鋼管（碳鋼）。換熱器壓強不高，選薄壁管即可。按熱扎無縫鋼管規(guī)格GB8163-87選取φ76×4(DN65)的無縫鋼管流速驗算：（合理）管子間采用法蘭連接或焊接一、管道選擇示例（二）計算與選擇料液性質(zhì)與水相近，而且需調(diào)節(jié)流量和壓力，采用一般的直流式鑄鐵截止閥

（DN65即可）由于此管還是泵的出口管，最好還水平設(shè)置一個升降式止回閥2、管閥件的選取一、管道選擇示例（三）熱補償和絕熱保溫因料溫不高，管徑小，無支管，可不作詳細的應(yīng)力計算采用彎管、Z形管自然補償即可因為料液本身就要泠卻，而且泠卻后出口溫度接近室溫故不需保溫二、化工管路設(shè)計基礎(chǔ)（一）管子、管件與閥門（二）管路設(shè)計步驟（三）管路阻力計算（四）管路的脹縮補償（五）管道的防腐、標志及保溫

(六)管架設(shè)計二、管路設(shè)計基礎(chǔ)（一）管子、管件與閥門1、化工用管（見下表）管子類別適用場合鑄鐵管常用作埋于地下的給水總管及污水管，化工廠用來輸送堿液及硫酸硅鐵管高硅鐵能輸送強酸，含鉬的抗氯硅鐵可輸送各種含量、溫度的鹽酸可輸送有壓力的物料、水蒸氣、高壓水、過熱水以及可燃性和有爆炸危險的有毒性的物料無縫鋼管水煤氣管常用作給水、煤氣、暖氣、壓縮空氣、真空、低壓蒸汽和凝液以及無侵蝕性物料的管道二、管路設(shè)計基礎(chǔ)（一）管子、管件與閥門1、化工用管（見下表）管子類別適用場合有色金屬管銅管多用作低溫管道（泠凍系統(tǒng)）、儀表的測壓管線或傳送有壓力的流體（如油壓和潤滑）鋁管輸送濃硝酸、醋酸、甲酸等物料鉛管常用作硫酸或酸性物料管道輸送腐蝕性介質(zhì)襯里鋼管非金屬管陶瓷管常用作排除腐蝕性介質(zhì)的下水和通風管道硬聚氯乙烯管可輸送各種酸類、堿類和鹽類二、管路設(shè)計基礎(chǔ)（一）管子、管件與閥門2、化工管路常用閥門（見下表）閥門類別功能與用途閘閥可切斷和調(diào)節(jié)流量；用于各種氣體和液體管路上，但不宜用于含固體物的流體管路，也不宜用于輸送腐蝕性流體的管路。其尺寸較大、價格高截止閥可調(diào)節(jié)流量；應(yīng)用廣泛，不適于帶顆粒和粘度較大的介質(zhì)。其公稱直徑＜200㎜可節(jié)流，調(diào)節(jié)流量和壓力；主要用于儀表調(diào)節(jié)流量和節(jié)流用，也可作取樣用，不適用粘度大和含固體顆粒的介質(zhì)。其公稱直徑＜25㎜節(jié)流閥旋閥可制成三通或四通路閥門作分配換向用，用于含懸浮物和固體雜質(zhì)的管路（低溫）。DN＜200㎜管子、管件與閥門2、化工管路常用閥門（見下表）閥門類別功能與用途球閥與旋閥相仿，但小，不能作調(diào)節(jié)流量用。適用于低溫高壓及粘度大的介質(zhì)和要求開關(guān)迅速的部位隔膜閥可調(diào)節(jié)流量；適用于酸、堿性和帶懸浮物的介質(zhì)。但橡膠膜的材質(zhì)不適用高于60℃及有機劑和強氧化劑的介質(zhì)特用于高壓操作和要求精確調(diào)節(jié)流量的管路針形閥安全閥能使設(shè)備自動泄壓而防止超壓爆炸；一般用在鍋爐上止逆閥其作用是防止倒流。故在鍋爐進水、往復泵的進出口管路上設(shè)止逆閥減壓閥能自動將高壓減為低壓；通常用于加壓水蒸氣和壓縮空氣管路上其作用是排除泠凝液而不讓氣體排出；一般用于蒸汽管路上或蒸汽加熱器的泠凝水排除管路上。疏水器碟閥旋塞閥隔膜閥減壓閥球閥閘閥疏水閥閘閥直通式閘閥閘閥直通式止回閥自封式旋塞閥安全閥截止閥二、管路設(shè)計基礎(chǔ)（一）管子、管件與閥門3、化工管路常用管件（見下表）管件名稱作用與規(guī)格彎頭改變流向；其規(guī)格有45°、60°、90°、180°直管連接處活接頭法蘭蓋、盲板封閉管路三四通、Y形管管路分流異徑管改變管徑彎頭三通管異徑管活接頭螺紋接頭金屬法蘭法蘭及墊片二、管路設(shè)計基礎(chǔ)（一）管子、管件與閥門4、管道連接方法（見下表）連接方法特點與使用場合焊接成本低、方便、可靠；特別適用于大口徑的長管道連接，但拆裝不便螺紋連接結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便；主要用于小直徑的水煤氣鋼管的連接，在化工廠只用于上下水、壓縮空氣管道的連接。法蘭連接強度高、裝拆方便、密封可靠；適用于各種溫度、壓力的管道，但費用較高其他連接如承插式、填料函式連接等二、管路設(shè)計基礎(chǔ)（一）管子、管件與閥門5、公稱直徑與公稱壓力公稱直徑用符號DN或DN表示它與管子的實際內(nèi)徑相近，但不一定相等。凡是同一DN的管子，外徑必定相同，但內(nèi)徑因壁厚不同而異。例如φ57×3.5mm和φ57×4.5mm的無縫鋼管，DN均為50mm，但內(nèi)徑卻分別為50mm48mm目前水煤氣鋼管的DN用英寸表示，如2"表示DN2英寸公稱壓力符號為PN或PN，是管道、管件、閥門在一定溫度范圍內(nèi)的最大允許工作壓力。二、管路設(shè)計基礎(chǔ)（二）管路設(shè)計步驟⑴選擇管材

⑵選擇介質(zhì)流速

⑶確定管徑

⑷確定管子連接方式⑸選擇閥門、管件

二、管路設(shè)計基礎(chǔ)（二）管路設(shè)計步驟⑴選擇管材

考慮輸送介質(zhì)（如腐蝕性、含固體顆粒與否等）、流動狀態(tài)、溫度等因素，參照材料價格和供應(yīng)情況，同時滿足經(jīng)濟、安全性，決定采用何種材質(zhì)。如清水類介質(zhì)選碳鋼即可腐蝕性強的物料選耐腐材料或襯耐腐襯里的鋼管工作溫度、壓力不大的場合可用塑料管二、管路設(shè)計基礎(chǔ)（二）管路設(shè)計步驟⑵選擇介質(zhì)流速根據(jù)介質(zhì)、輸送狀態(tài)及設(shè)備流量，從有關(guān)管內(nèi)流體常用流速表中選取經(jīng)濟合理的流速

⑶確定管徑利用管徑公式計算也可通過流速-流量-管徑算圖估算有時應(yīng)直接根據(jù)設(shè)備接管資料確定

流速-流量-管徑算圖二、管路設(shè)計基礎(chǔ)（二）管路設(shè)計步驟⑶確定管徑由上述三種方法得到的管子內(nèi)徑，應(yīng)調(diào)整到相應(yīng)（稍偏大）的公稱直徑，由有關(guān)標準查出壁厚、外徑等。然后，驗算流速和壁厚焊接系數(shù)無縫：Φ=1有縫:Φ=0.8螺旋焊縫Φ=0.6管材許用應(yīng)力

kPa(可查手冊)壁厚附加量

mm管內(nèi)壓力

kPa管子外徑

mm二、管路設(shè)計基礎(chǔ)（二）管路設(shè)計步驟⑷確定管子連接方式根據(jù)管材、管徑、介質(zhì)性質(zhì)、壓力、用途及使用狀態(tài)確定如Φ≯38mm時采用絲扣連接Φ45mm以上用對焊連接小直徑水、煤氣管和上下水管、壓縮空氣管等，且溫度、壓力都不高可用螺紋連接法蘭連接檢修方便、廣泛適用，但費用較高二、管路設(shè)計基礎(chǔ)（二）管路設(shè)計步驟⑸選擇閥門、管件要考慮流體特性、工作壓力、要求功能（如流量調(diào)節(jié)、切換、控制等）、阻力損失和安全因素只需切斷時用球閥、旋閥、閘閥需調(diào)節(jié)流量或壓力時用節(jié)流閥、截止閥氣體或大管且要求不嚴時用選蝶閥管件材質(zhì)一般與連接的管子相一致，但牌號不一樣二、管路設(shè)計基礎(chǔ)（二）管路設(shè)計步驟⑸選擇閥門、管件管件選取見下表⑸選擇閥門、管件管材及閥門型式等的選取示例見下表二、管路設(shè)計基礎(chǔ)（三）管路阻力計算計算的目的：一是根據(jù)介質(zhì)流量及允許的壓力降來確定管徑(初步設(shè)計階段,帶有一定的盲目性)二是根據(jù)管徑和流量來驗算壓力降,核算所選泵、風機等輸送設(shè)備及標高是否合理

（一般在布置設(shè)計后核算）一般做法：選幾段典型管道（如某些重要管道或很長的管道）進行計算自由壓頭取2-3m動壓頭（低速可略）管路總阻力位壓頭以不最利點計（四）管路的脹縮補償管路的熱伸長量計算式：二、管路設(shè)計基礎(chǔ)1、補償原理熱伸長量，m管路安裝時的最高溫度，℃管路工作時的最高溫度，℃管路長度，m管材的線膨脹系數(shù)，/℃⑴管路位移補償二、管路設(shè)計基礎(chǔ)2、補償方法（四）管路的脹縮補償為解決管路的熱脹泠縮問題，通常在固定支架間將管段彎成“L”型或“Z”型（見下圖），這樣直管段的熱伸長，由與其垂直的管段的彈性變形來補償管路位移補償L形(平面)a:原管系;bc:改變效果好;de:有一定彈性;fg:改變不允許的;hi:改變無效果Z形(空間)a:原管系;b:改變有效果;c:效果最好；d:彈性減少,最差;e:效果不好⑵補償器補償二、管路設(shè)計基礎(chǔ)2、補償方法（四）管路的脹縮補償常用“Π”型、“Ω”型、“波型”、“填料式”等“Π”型、“Ω”型常用在蒸汽管路上“波型”用在管徑較大的管路中“填料式”多用于鑄鐵管路和其他脆性材料管路中（五）管道的防腐、標志及保溫⑴合理選材，從根本上防止腐蝕的發(fā)生（所選的材料必須耐腐蝕，并優(yōu)先考慮各種塑料管材）⑵涂層防腐，工廠里大量使用⑶襯里防腐，如襯橡膠、襯鉛、襯不銹鋼、襯塑料等⑷電化學防腐⑸腐蝕劑防腐，即加緩蝕劑⑹對于埋地管道，采用瀝青防腐層防腐二、管路設(shè)計基礎(chǔ)1、管道的防腐常見的管道涂色標志如見下表所示：二、管路設(shè)計基礎(chǔ)（五）管道的防腐、標志及保溫2、管道的標志（五）管道的防腐、標志及保溫⑴在管外包覆絕熱材料（按需要查手冊選取）⑵伴熱管或夾套管保溫適于保溫材料不能滿足保溫要求的場合，管路長度盡可能在1Km以下當輸送凝固點小于50℃的腐蝕性、熱敏性介質(zhì)時，用伴熱管保溫當輸送凝固點高于50℃時，用夾套管保溫二、管路設(shè)計基礎(chǔ)3、管道的保溫措施⑶電熱帶保溫適用于周圍無蒸汽管道,而且介質(zhì)無防火防爆要求的加熱保溫系統(tǒng)隨著耐熱絕緣材料的發(fā)展,電熱帶保溫逐漸增加了經(jīng)濟性,國外已得到了廣泛的應(yīng)用。二、管路設(shè)計基礎(chǔ)（五）管道的防腐、標志及保溫3、管道的保溫措施4、絕熱材料要求所選材料導熱系數(shù)低，即λ＜0.21W/(m℃)，吸水性差，堅固耐用，密度小價廉易得，加工安裝方便。考慮輸送介質(zhì)溫度和絕熱材料粘結(jié)劑的耐熱溫度保溫材料不腐蝕管子。如含高的水泥珍珠巖不能用于不銹鋼管的保溫保溫材料不易被物料腐蝕高溫管道上先覆以耐熱性較高的保溫材料，然后再覆耐熱性差而導熱系數(shù)小的保溫材料保溫層外應(yīng)包鐵皮、鋁皮、鋁塑復合膜、鐵絲網(wǎng)、水泥、織物或油毛氈等作保護層二、管路設(shè)計基礎(chǔ)（五）管道的防腐、標志及保溫確定保溫層的厚度二、管路設(shè)計基礎(chǔ)（五）管道的防腐、標志及保溫4、絕熱材料一般室外管路較長，往往要穿過馬路、廠房及其它構(gòu)筑物，需要架空或敷設(shè)在地溝里。而且都要把許多管路集中排列放在專門支承管路的管架上管架還分上、下幾層二、管路設(shè)計基礎(chǔ)（六）管架設(shè)計室內(nèi)管路一般都是利用廠房的柱子、墻壁、樓板以及機械設(shè)備本身的構(gòu)件來支撐、吊掛等方法來固定管路常見的管架如下圖所示二、管路設(shè)計基礎(chǔ)（六）管架設(shè)計１、室外管架常用的管架如下圖所示二、管路設(shè)計基礎(chǔ)（六）管架設(shè)計２、室內(nèi)管架二、管路設(shè)計基礎(chǔ)（六）管架設(shè)計３、常用管架選擇（見下表）二、管路設(shè)計基礎(chǔ)（六）管架設(shè)計４、管托、管卡其作用：用來支承或固定管路敷設(shè)在支架上滑動管托滾動管托

管托與管卡三、管道布置設(shè)計（一）設(shè)計示例（二）管道布置的基礎(chǔ)資料（三）管道布置的主要原則

（四）配管模型設(shè)計三、管道布置設(shè)計（一）設(shè)計示例基礎(chǔ)資料：

帶控制點工藝流程圖設(shè)備平、立面布置圖

有關(guān)的設(shè)備施工圖土建、自控、電氣等與工藝配套項目的有關(guān)圖紙和資料。限于篇幅，下面只給出部分設(shè)備布置草圖及大致管道表——對某泠卻工段進行管道布置設(shè)計1、設(shè)計條件設(shè)備布置草圖大致管段表管道系統(tǒng)透視草圖2、管道布置泵和貯槽無較大位差,故泵進口可設(shè)置在地溝內(nèi)。溝底縱向坡度選0.003，以便排水三、管道布置設(shè)計（一）設(shè)計示例采用架空布置，管道走向按流程次序（即泠管在下，熱管在上），管徑較大者在近墻側(cè)貯槽R-101、泠卻器H-101和R-104-之間有回程管（調(diào)控溫度用），可設(shè)置一操作平臺將閥門、儀表等設(shè)置在距地高1.2米處。過道處最低管高取3.2米,按有關(guān)規(guī)定選取合適的管道與墻、管道之間的距離上水管和泵進口管前物料管均設(shè)一段盲管按管子材質(zhì)、介質(zhì)溫度和壓力及載負荷計算，選取合適的管架、固定方式、跨度及管架間距3、繪制管道布置圖在二號圖紙上以1:50畫出±0.00

平面視圖；并分別畫出A-A、B-B和C向視圖管道均用單粗實線繪制標注尺寸、位號、編號等三、管道布置設(shè)計（一）設(shè)計示例4、繪制其它必需圖樣，匯總各種表格匯總管道綜合材料表(表格形式見教材P14表1-18)編寫施工說明書向工藝配套項目的各專業(yè)提供設(shè)計條件三、管道布置設(shè)計（一）設(shè)計示例

管道綜合材料表1、廠區(qū)總平面圖了解各公用工程車間,如鍋爐房、空壓站、配氣站、泵房等在廠區(qū)的位置了解與本工序毗鄰的前后工序的位置以便確定各公用工程及原料、產(chǎn)品進出車間的管道位置，與本車間內(nèi)管道銜接好三、管道布置設(shè)計（二）管道布置的基礎(chǔ)資料2、車間總建筑圖了解門窗柱網(wǎng)的位置，避免管道穿過門窗臺柱3、管道及儀表流程圖和車間設(shè)備平剖面布置圖作為車間內(nèi)管道布置的主要依據(jù)三、管道布置設(shè)計（二）管道布置的基礎(chǔ)資料4、土建專業(yè)的梁板布置圖和節(jié)點詳圖確定管道穿過樓板和墻的合適位置、管架位置5、儀表及自控流程圖了解閥門、儀表及儀表管線、電力電纜、控制電纜、通信電纜等的安裝情況對管道布置的影響6、了解其他資料，如管道等級、設(shè)備設(shè)計簡圖等（三）管道布置的主要原則1、考慮物料因素，注意安全的原則輸送易燃易爆介質(zhì)的管道應(yīng)設(shè)防火、防爆安全裝置易產(chǎn)生靜電處應(yīng)接地，管道連接處設(shè)“銅橋”放空管應(yīng)高于屋面2米以上輸送腐蝕性介質(zhì)管道的閥門、熱補償器和法蘭等不得設(shè)在通道上空，與其他管道并列時應(yīng)設(shè)在下方或外側(cè)管道焊接不應(yīng)設(shè)在墻、樓板和支架的范圍內(nèi)三、管道布置設(shè)計（三）管道布置的主要原則1、考慮物料因素，注意安全的原則泠熱流體輸送管道應(yīng)相互避開，不得已時應(yīng)熱管在上，泠管在下；高壓管和無腐蝕管走上方；塑料管或襯膠管應(yīng)避開熱管。管道離地高度要適當：

通過人行道時不應(yīng)低于2.2米過公路或廠區(qū)干線時不應(yīng)低于5.0米過鐵路時不低于6.0米有特殊要求的管道應(yīng)考慮坡度（見工藝設(shè)計手冊）三、管道布置設(shè)計三、管道布置設(shè)計

管道的坡度2、便于施工、操作、檢修的原則管路應(yīng)盡量明線架空和露天布置，沿墻或靠柱集中敷設(shè)，不得已才采用地溝、埋地敷設(shè)；管路應(yīng)成列平行布置，少拐彎交叉，且并列的管件、閥件應(yīng)錯開排列；管與管、管與墻之間應(yīng)保持一定的距離（見工藝設(shè)計手冊）閥門儀表安裝高度視操作檢修需要而定。一般操作閥最佳標高為1.2米左右（三）管道布置的主要原則三、管道布置設(shè)計管與墻之間應(yīng)保持一定的距離三、管道布置設(shè)計（三）管道布置的主要原則三、管道布置設(shè)計（三）管道布置的主要原則

法蘭和閥對齊時管道間距，mm法蘭相錯時的管道間距,mm2、便于施工、操作、檢修的原則水平排列時支管多者應(yīng)布置在外側(cè)，且靠近設(shè)備。引出支管時氣體管道從上方引出，液體管道從下方引出。焊接與螺紋連接的管道應(yīng)適當配上法蘭和活接頭，以便疏通、拆卸和檢修。（三）管道布置的主要原則三、管道布置設(shè)計3、兼顧其他原則近距離的兩設(shè)備不應(yīng)直管相連，一般采用450或900彎接管路與閥門重量不宜支承在設(shè)備上避免與其他非工藝管相沖突考慮開車、停車和事故處理的需要，作出必要的輔助設(shè)計，如排放、吹洗、試壓等設(shè)置輔助管線（三）管道布置的主要原則三、管道布置設(shè)計國外已用模型設(shè)計代替了傳統(tǒng)的管線平、立面圖設(shè)計設(shè)計程序：（三）配管模型設(shè)計三、管道布置設(shè)計帶控制點工藝流程圖實物布置模型配管模型以1:100～1:20比例粗略表示主要構(gòu)筑物、設(shè)備、管廊、關(guān)鍵管線等以1:33?或1:25比例制作基礎(chǔ)模型、模型配管布置設(shè)計方法：確定比例，制作模型的元件（如設(shè)備基礎(chǔ)、設(shè)備、結(jié)構(gòu)、管閥件）模型組制作基礎(chǔ)模型：即制作各管段的管子，并按施工流程圖在基礎(chǔ)模型上配管，力求管線最短、管件最少繪制管道布置圖（三）配管模型設(shè)計三、管道布置設(shè)計四、管道布置圖（一）管道布置圖的內(nèi)容（二）管道的規(guī)定畫法及圖例（三）管道布置圖的繪制（四）與管道布置圖相關(guān)的其他圖紙四、管道布置圖（一）管道布置圖的內(nèi)容1、一組視圖按正投影原理，畫一組平立面剖視圖，表示車間（裝置）的設(shè)備、建筑物簡單輪廓以及管道、管件、閥門、儀表控制點等的布置安裝情況2、尺寸標注注出管道及有些管件、閥門、控制點等的平面位置尺寸和標高，對建筑軸線編號、設(shè)備位號、管段代號、控制點代號等進行標注3、方位標：表示管道安裝的方位基準4、標題欄：注寫圖名、圖號、設(shè)計階段等（二）管道的規(guī)定畫法及圖例（見下表）四、管道布置圖四、管道布置圖（二）管道的規(guī)定畫法及圖例（見下表）（三）管道布置圖的繪制1、確定表達方案以平面圖為主，根據(jù)具體情況采用局部剖、局部放大或向視圖等作補充，盡量清楚地表達整個車間的設(shè)備、建（構(gòu)）筑物輪廓及管閥件、儀表的安裝其分區(qū)可與設(shè)備布置圖相同，也可按工段分區(qū)圖繪制；相反，若配管簡單則可與設(shè)備布置圖合并四、管道布置圖2、比例與圖幅常用比例為1:50或1:100（復雜時1:20）一般用1號或2號圖紙，有時也用0號圖紙（三）管道布置圖的繪制用細實線畫出廠房平面圖用細實線畫出所有設(shè)備的簡單外形和所有的管口，并加注設(shè)備位號和名稱用粗實線所有工藝物料管道和輔助物料管道，并標注管道編號、規(guī)格、物料代號及其流向箭頭用規(guī)定的符號或代號在要求的部位畫出管件、管架、閥門和儀表控制點標注廠房定位軸線的分尺寸和總尺寸，管