制药工程学第09章教材课件.ppt

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1、第九章 管路设计,在药品生产中,水、蒸汽以及各种流体物料通常采用管道来输送。管道布置是否合理,不仅影响装置的基建投资,而且与装置建成后的生产、管理、安全和操作费用密切相关。因此,管道设计在制药工程设计中占有重要的地位。,管道设计的内容,管道设计基本资料,9.1 概述,管道设计已具备的基础资料有：施工阶段带控制点的工艺流程图设备一览表设备的平面布置图和立面布置图定型设备样本或安装图,非定型设备设计简图和安装图物料衡算和能量衡算资料水、蒸汽等总管路的走向、压力等情况建(构)筑物的平面布置图和立面布置图与管道设计有关的其它资料,如厂址所在地区的地质、水文资料等。,9.1.1 管道设计的基本资料,管道

2、设计一般包括以下内容： 选择管材 管路计算 管道布置设计 管道绝热设计 管道支架设计 编写设计说明书,9.1.2 管道设计的内容,9.2.1 工称压力和工称直径,9.2.2 管线,9.2.3 阀门,9.2.4 管件,9.2 管道、阀门和管件,公称压力和公称直径是管子、阀门及管件尺寸标准化的两个基本参数。 1.公称压力 公称压力是管子、阀门或管件在规定温度下的最大许用工作压力(表压)。公称压力常用符号Pg表示，可分为12级。表9-1 公称压力等级,9.2.1 公称压力和公称直径,2.公称直径 公称直径是管子、阀门或管件的名义内直径，常用符号Dg表示，如公称直径为100mm可表示为Dg100。 公

3、称直径并不一定就是实际内径。例如，管子的公称直径既不是它的外径，也不是它的内径，而是小于管子外径的一个数值。管子的公称直径一定，其外径也就确定了，但内径随壁厚而变。,表9-2 无缝钢管的公称直径与外径 单位：mm,对法兰或阀门而言，公称直径是指与其相配的管子的公称直径。如Dg100的管法兰或阀门，指的是连接公称直径为100mm的管子用的管法兰或阀门。 各种管路附件的公称直径一般都等于其实际内径。,返回,1. 常用管子,2. 管道连接,3. 管道的热补偿,4. 管道的油漆和颜色,5. 管道的验收,9.2.2 管线,钢管 钢管包括焊接(有缝)钢管和无缝钢管两大类。 焊接钢管：通常由碳钢板卷焊而成，

4、以镀锌管较为常见。焊接钢管的强度低，可靠性差，常用作水、压缩空气、蒸汽、冷凝水等流体的输送管道。 无缝钢管可由普通碳素钢、优质碳素钢、普通低合金钢、合金钢等的管抷热轧或冷轧(冷拨)而成，其中冷轧无缝钢管的外径和壁厚尺寸较热轧的精确。无缝钢管品质均匀、强度较高，常用于高温、高压以及易燃、易爆和有毒介质的输送。,1. 常用管子,有色金属管 在药品生产中，铜管和黄铜管、铅管和铅合金管、铝管和铝合金管都是常用的有色金属管。 铜管和黄铜管可用作换热管或真空设备的管道 铅管和铅合金管可用来输送1565%的硫酸 铝管和铝合金管可用来输送浓硝酸、甲酸、醋酸等物料。,1. 常用管子,非金属管,无机非金属管,有机

5、非金属管,橡胶管、聚丙烯管、硬聚氯乙烯管、聚四氟乙烯管、耐酸酚醛塑料管、不透性石墨管等,玻璃管、搪玻璃管、玻璃钢管、陶瓷管等,1. 常用管子,卡套连接 常用于小直径(40mm)管道、阀门及管件间的连接，具有连接简单、拆装方便等优点，常用于仪表、控制系统等管道的连接。 螺纹连接 常用于小直径(50mm)低压钢管或硬聚氯乙烯管道、管件、阀门间的连接。具有连接简单、拆装方便、成本较低等优点,但连接的可靠性较差,螺纹连接处易发生渗漏,因而不宜用作易燃、易爆和有毒介质输送管道之间的连接。,2. 管子连接,焊接 药品生产中最常用的一种管道连接方法，具有施工方便、连接可靠、成本较低的优点。凡是不需要拆装的地

6、方，应尽可能采用焊接。所有的压力管道，如煤气、蒸汽、空气、真空等管道应尽量采用焊接。 法兰连接 常用于大直径、密封性要求高的管道连接,也可用于玻璃管、塑料管、阀门、管件或设备之间的连接。法兰连接的优点是连接强度高,密封性能好，拆装比较方便。缺点是成本较高。,承插连接 常用于埋地或沿墙敷设的给排水管,如铸铁管、陶瓷管、石棉水泥管等与管或管件、阀门之间的连接。连接处可用石棉水泥、水泥砂浆等封口,用于工作压力不高于0.3MPa、介质温度不高于60C0的场合。 卡箍(gu)连接 该法是将金属管插入非金属软管，并在插入口外，用金属箍箍紧，以防介质外漏。卡箍连接具有拆装灵活、经济耐用等优点，常用于临时装置

7、或洁净物料管道的连接。,管道的安装都是在常温下进行的，而在实际生产中被输送介质的温度通常不是常温，此时，管道会因温度变化而产生热胀冷缩。当管道不能自由伸缩时，其内部将产生很大的热应力。管道的热应力与管子的材质及温度变化有关，而与管道长度无关。所以，不能因为管子短而忽视热应力。 为减弱或消除热应力对管道的破坏作用，在管道布置时应考虑相应的热补偿措施。,3. 管道的热补偿,一般情况下，管道布置应尽可能利用管道自然弯曲时的弹性来实现热补偿，即采用自然补偿。有热补偿作用的自然弯曲管段又称为自然补偿器。 (a) L形补偿器 (b) Z形补偿器,若使用温度低于1000C或公称直径不超过50mm的管道，一般

8、可不考虑热补偿。表9-3 可不装补偿器的最大直管长度,当自然补偿不能满足要求时，应考虑采用补偿器补偿。补偿器的种类很多。 (a) U形 (b) 波形(单波)图9-2 常用补偿器,4. 管道的油漆及颜色,1、彻底除锈后的管道表层应涂红丹底漆两道，油漆一道。,2、需保温的管道应在保温前涂红丹底漆两道，保温后再在外表面上油漆一道。,3、敷设于地下的管道应先涂冷底子油一道，再涂沥青一道，然后填土。,4、不锈钢或塑料管道不需涂漆。,表9-4 常见管道油漆颜色,安装完成后的管道需进行强度及气密性试验。,5. 管道的验收,水压试验气密性试验,水压试验压力可根据管子和管路附件的公称压力按表9-5中的数据选取。

9、表9-5 管子的公称压力Pg和试验压力Ps 单位：MPa,操作温度高于200oC的钢制中、低压管路，试验压力可按下式计算 (9-1)式中 Ps水压试验压力，MPa； P 设计压力，MPa； 试验温度下材料的许用应力，MPa； t设计温度下材料的许用应力，MPa。,操作温度高于200oC的钢制高压管路，试验压力可按下式计算 (9-2) 真空管路及管件，水压试验压力可取0.2MPa进行试验。,水压试验合格后，方可进行气密性试验。试验时，首先将空气压力缓慢升高至设计压力并保持10分钟，然后在可能泄漏处涂上肥皂水检漏，符合要求后再将空气压力升高至试验压力进行试验。,返回,常用阀门,阀门的选择,9.2.

10、3 阀门,(1) 旋塞阀 具有结构简单、启闭方便快捷、流动阻力较小等优点。旋塞阀常用于温度较低、粘度较大的介质以及需要迅速启闭的场合，但一般不适用于蒸汽和温度较高的介质。 此外，旋塞阀配上电动、气动或液压传动机构后，可实现遥控或自控。,图9-3 旋塞阀,1. 常用阀门,(2) 球阀 内有一可绕自身轴线作900旋转的球形阀芯,阀芯内设有通道。球阀结构简单,操作方便,旋转900即可启闭。 球阀的使用压力比旋塞阀高,密封效果较好,且密封面不易擦伤,可用于浆料或粘稠介质。,图9-4 球阀,图9-5 闸阀,闸阀 内有一与介质的流动方向相垂直的平板阀心，利用阀心的升起或落下可实现阀门的启闭。其优点是不改变

11、流体的流动方向，因而流动阻力较小。闸阀主要用作切断阀，常用作放空阀或低真空系统阀门。 闸阀一般不用于流量调节，也不适用于含固体杂质的介质。缺点是密封面易磨损，且不易修理。,图9-6 截止阀,截止阀 其阀座与流体的流动方向垂直，流体向上流经阀座时要改变流动方向，因而流动阻力较大。 截止阀结构简单，调节性能好，常用于流体的流量调节。 但不宜用于高粘度或含固体颗粒的介质，也不宜用作放空阀或低真空系统阀门。,摇板式止回阀,升降式止回阀,(5) 止回阀 内有一圆盘或摇板，当介质顺流时，阀盘或摇板即升起打开；当介质倒流时，阀盘或摇板即自动关闭。 止回阀是一种自动启闭的单向阀门，用于防止流体逆向流动的场合，

12、如在离心泵吸入管路的入口处常装有止回阀。 止回阀一般不宜用于高粘度或含固体颗粒的介质。,(6) 疏水阀 疏水阀的作用是自动排除设备或管道中的冷凝水、空气及其它不凝性气体，同时又能阻止蒸汽的大量逸出。因此，凡需蒸汽加热的设备以及蒸汽管道等都应安装疏水阀。,生产中常用的圆盘式疏水阀如图所示。 (a) 关闭 (b) 开启图9-8 圆盘式疏水阀,浮球式疏水阀,除冷凝水直接排入环境外,疏水阀前后都应设置切断阀。切断阀首先应选用闸阀,其次是选用截止阀。疏水阀与前切断阀之间应设过滤器,以防水垢等脏物堵塞疏水阀。疏水阀常成组布置,如图所示。 (a) 回收冷凝水 (b) 不回收冷凝水图9-9 疏水阀的成组布置,

13、(7) 减压阀 内设膜片、弹簧、活塞等敏感元件，利用敏感元件的动作可改变阀瓣与阀座的间隙，从而达到自动减压的目的。 减压阀仅适用于蒸汽、空气、氮气、氧气等清净介质的减压,但不能用于液体的减压。此外,在选用减压阀时还应注意其减压范围，不能超范围使用。,减压阀一般都成组布置，图9-10为蒸汽减压阀的成组布置图。图9-10 蒸汽减压阀的成组布置1-疏水阀;2-闸阀;3- Y形过滤器;4-异径管;5-减压阀;6-弹簧式安全阀,(8) 安全阀 安全阀内设有自动启闭装置。当设备或管道内的压力超过规定值时阀即自动开启以泄出流体,待压力回复后阀又自动关闭,从而达到保护设备或管道的目的。,安全阀的种类很多，以弹

14、簧式安全阀最为常用。当流体可直接排放到大气中时，可选用全启式安全阀；若流体不允许直接排放，则应选用封闭式安全阀，将流体排放到总管中。,一般情况下，阀门可按以下步骤进行选择： (1) 选择阀门材质。 (2) 确定阀门的公称压力。 (3) 选择密封面材质。密封面材质的最高使用温度应高于工作温度。 (4) 确定阀门的公称直径。 (5) 选择阀门的连接形式。 (6) 确定阀门的类别、结构形式和型号。,2. 阀门的选择,返回,管件是管与管之间的连接部件，延长管路、连接支管、堵塞管道、改变管道直径或方向等均可通过相应的管件来实现，如利用法兰、活接头、内牙管等管件可延长管路，利用各种弯头可改变管路方向，利用

15、三通或四通可连接支管，利用异径管(大小头)或内外牙(管衬)可改变管径，利用管帽或管堵可堵塞管道等。,9.2.4 管件,450弯头 (b) 900弯头 (c) 回弯头 (d) 三通 (e) 四通 (f) 异径管,(g) 管帽 (h) 管塞 (i)法兰 (j) 内牙管 (k) 内外牙 (l) 活接头图9-11 常用管件,9.3 管道布置中应考虑的问题,9.3.1 管道敷设,1.管道既可以明敷，也可以暗敷。,2.应尽量缩短管路的长度，并注意减少拐弯和交叉。,3.陶瓷管的脆性较大，敷设于地下时，距地面的距离 不能小于0.5m。,4.架空敷设的管道在靠近墙的转弯处应设置管架。,5.塑料管等热膨胀系数较大

16、的管道不能坚固于支架上。,9.3.2 管道排列,1.小直径管道可支承在大直径管道的上方或吊在大直径管道的下方。2.输送热介质的管道或保温管道应布置在上层；反之，输送冷介质的管道或不保温管道应布置在下层。3.输送无腐蚀性介质、气体介质、高压介质的管道以及不需经常检修的管道应布置在上层；反之，输送腐蚀性介质、液体介质、低压介质的管道以及需经常检修的管道应布置在下层；4.大直径管道、常温管道、支管少的管道、高压管道以及不需经常检修的管道应靠墙布置在内侧； 反之，小直径管道、高温管道、支管多的管道、低压管道以及需经常检修的管道应布置在外侧。,9.3.3 管路坡度,9.3.4 管路高度,a、管路距地面或

17、楼面的高度应在100mm 以上，并满足安装、操作和检修的要求。 b、当管路下面有人行通道时，其最低点距地面或楼面的高度不得小于2m。 c、当管路下布置机泵时，应不小于4m； d、穿越公路时不得小于4.5m； e、穿越铁路时不得小于6m。 f、上下两层管路间的高度差可取1000、1200、1400mm。,9.3.5 安装、操作和检修,1.管道的布置应不挡门窗、不防碍操作。2. 穿过墙壁或楼板的一段管道不得有焊缝。3. 管外壁、法兰外边、保温层外壁等突出部分距墙、柱、管架横梁端部或支柱的距离均不应小于100mm。4.在管路的适当位置应配置法兰或活接头。5.为操作方便，一般阀门的安装高度可取1.2m

18、，安全阀可取2.2m，温度计可取1.5m，压力计可取1.6m。6.输送蒸汽的管道，应在管路的适当位置设分水器，以及时排出冷凝水。,9.3.6 管路安全,1.输送易燃、易爆、有毒及腐蚀性介质的管路不应从生活间、楼梯和通道等处通过。2.凡属易燃、易爆介质，其贮罐的排空管应设阻火器。,3.室内易燃、易爆、有毒介质的排空管应接至室外，弯头向下。,原理,9.4 管道布置技术,9.4.1 常见设备管道的布置,1.容器,(1) 需设置操作平台的立式容器，其进入管道宜对称布置。,(2) 对可站在地面或楼面上操作阀门的立式容器，其进入管道 宜敷设在设备前部，,(3) 若容器较高，且需站在地面或楼面上操作阀门，则

19、其进入管路可参考图C中的方法布置。,A,C,A,B,2.泵,(1) 泵的进、出口管路均应设置支架,(2) 吸入管路的内径不应小于泵吸入口的内径，同时避免气袋。,（3）某些情况下考虑止回阀，安全阀和过滤器的设置。,水平偏心异径管,垂直同心异径管,(1) 塔周围原则上可分成配管区和操作区，其中配管区专门布置各种管道、阀门和仪表，一般不设平台。而操作区一般设有平台，用于操作阀门、液位计和人孔等。,3. 塔器,单塔,双塔,(2) 为避免塔侧面接管在阀门关闭后产生积液，阀门宜直接与塔体接管相连。,(3) 塔体在同一角度有多股进料管或出料管并联时，不应采用刚性连接，而应采用柔性连接。,无积液,有积液,刚性

20、连接,柔性连接,9.4.2 常见管道的布置,1.上下水管路的布置,开放式回水系统,密闭式回水系统,1-止回阀; 2-闸阀; 3-异径管; 4-水表,2.蒸气管路的布置,(1) 蒸汽管路应采取相应的热补偿措施。,(2) 将高压蒸汽引入低压系统时，应安装减压阀，且低压系统中应设安全阀,(3) 蒸汽喷射器等减压用蒸汽应从总管单独引出，以使蒸汽压力稳定，进而使减压设备的真空度保持稳定。,(4) 蒸汽管路的适当位置应设置疏水装置。,(5) 冷凝水，应尽可能回收利用;冷凝水支管应从主管的上侧或旁侧倾斜接入.,3.排放管的的布置,(1)管道或设备的最高点处应设放气阀，最低点处应设排液阀。,(2)管道排放管的

21、直径可根据主管或设备的尺寸确定。一般Dg20mm； Dg40mm； Dg50mm；,(4)易燃、易爆气体管道或设备上的排放管应设阻火器。,(3)除常温下的空气和惰性气体外，蒸汽以及易燃、易爆、有毒气体不能直接排入大气，而应根据排放量的大小确定向火炬排放，或高空排放，或采取其它措施。,4.取样管的布置,（1）设备或管道上的取样点应设在操作方便、且样品 具有代表性的位置上。,（2）常在取样管上装两只阀门，其中靠近设备的阀 作为切断阀；另一只阀为取样阀。,（3）常采用针形阀如Dg15;Dg6。,9.5 管道布置图,1.设备轮廓,2.管道、阀门及管件,3.尺寸标注,4.标题栏,管道布置图一般包括,The End,