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1、第七章 化工管道布置设计Chart7 Pipeline arrangement design,7.1 管道设计基础,7.2 管道布置设计概述,7.3 管道布置,7.4 管道布置图,7.1 管道设计基础,7.1.1 管道设计基本知识,一、管道的分类与等级,1.管道的分类(1)按设计压力分为四级：,(2)按管道输送介质的温度、闪点、爆炸下限、毒性及设计压力分为三级。,按此方法分级的管道施工应按石油化工剧毒、易燃、可燃介质管道施工及验收规范（SHJ3501-1997）的规定进行。,公称直径(DN)一般为整数，表示管子、管件等管道器材元件的名义内直径，单位mm。与组成件真实尺寸接近，但不相等。工程上，
2、管材习惯上采用管子外径壁厚，单位mm。管件采用公称直径 DN 表示。,2.管道及管件的公称压力及公称直径,公称压力(PN)一般表示管道及管件在规定温度下的最大许用压力，单位为MPa。,3.管道等级,设计中，根据管道材质、压力和直径三个参数分级。,管道材质代号:A铸铁及硅铸铁 B碳素钢 C普通低合金钢 D合金钢E不锈耐酸钢 F有色金属 G非金属 H衬里管,管道压力等级代号:00.6MPa 11.0MPa 21.6MPa 32.5MPa 44.0MPa66.4MPa 710.0MPa,1.管材的分类,二、管材选择,(1)按用途分,流体输送和传热用途分为流体输送用、长输(输送油、气等)管道用、锅炉用
3、和换热器用等。结构用途分为普通结构用、高强度结构用和机械结构用。特殊用途分为例如钻井用、高压气体容器用等。,(2)按材质分类 见下表。,2.金属管材的选用,(1)高温用钢管(350)在高温下具有较高强度的钢材。,碳素钢使用上限为450，超过时用沸腾钢和 A1镇静钢。不锈钢的高温强度高，特别是18-12Mo，18-8-Ti和18-8-Nb等合金钢的强度更为优越。,(2)耐热用钢管材料具有耐氧化性、耐气体腐蚀性，具高温强度、不发生高温脆化和热冲击强度高的材料。常用耐热钢一般有：1Cr5Mo，12Cr2Mo，Cr13SiAl，Cr17Al4Si，Cr22Ni4N，Cr22Ni20，Cr20M n9N
4、i2Si2N(101)，ZGCrl5Ni35和 4Cr14Ni14W2Mo等。,(3)低温用钢管材料低温管道有低温冷脆和造成管系断裂的危险；常压低温管道应采用镇静钢；-20使用碳素钢和低合金钢管，进行退火，并在相应温度下进行最低冲击试验。,(4)耐腐蚀金属材料不锈钢适用范围有限，必须了解不锈钢对环境的耐腐蚀性能。对于硝酸，18-8系钢具有良好的耐蚀性，但含 Mo的18-8Mo系钢对氧化性酸的耐蚀性较差。对于盐酸，不锈钢仅能用于稀盐酸。研究表明：Cr是 Fe耐盐酸性有害元素，Cr系合金钢耐酸性非常差，但加入改善耐盐酸性的元素Ni、Cu、Mo、W和Co等材料的合金，如蒙乃尔(M one1)和has
5、telloy钢等则有良好的耐盐酸性能。,硫酸不锈钢在很窄的浓度范围和温度范围内具有耐腐蚀性。增加Ni含量或添加 Si、Mo、Cu等元素可改善其耐硫酸性能。醋酸室温下，Cr-Ni系不锈钢可耐所有浓度醋酸的腐蚀，但在高温、高浓度时呈现活性。Ni-Cr系的 18Cr-8Ni，18Cr-8Ni-Ti和 18Cr-8Ni-Nb可耐50，99m%的醋酸，可是沸腾的纯醋酸对其则有显著腐蚀。添加Mo和 Si对耐醋酸性有改善。稀碱液一般不锈钢具有良好的耐腐蚀性能。,3.非金属管材的选用,(1)聚氯乙烯管(PVC管)性能：有优异的耐腐蚀性、机械加工和力学性能；适用温度范围：1560，60时软化。适用压力范围：轻型
6、管0.6M Pa；重型管1.0M Pa；也可用于真空度小于 9.87104Pa的管道。不宜于输送可燃、剧毒和含有固体的流体。,(2)聚乙烯管(PE管)乙烯管对硫酸、低浓度盐酸、碱类、大多数无机盐类及饮料食品类液体都耐腐蚀。不耐浓硝酸(其质量分数为 50%70%)、氯气等物质的腐蚀。,(3)玻璃钢管(FRP管)玻璃钢管有W 型、R 型、F型和 H 型 4种。,(4)聚丙烯/玻璃钢复合管(PP/FRP复合管)适用于化工、石油、化纤、农药、化肥、轻工食品、染料、制药、电子和机械等工业领域，可取代不锈钢管和其他有色金属管材和制品。,(5)衬里管在光管的内或外粘敷不同的材料，基体为碳素钢衬里目的防腐蚀、
7、电绝缘和减少流体阻力，还可防止金属离子混入和铁污染发生。,橡胶衬里管：钢塑复合管：钢的机械性能+塑料的耐腐蚀性能 国内生产的复合管有：钢/聚氯乙烯、钢/聚乙烯、钢/聚丙烯、钢/聚四氟乙烯。涂塑钢管：基体为钢管，聚乙烯、聚丙烯或环氧树脂为涂料。,7.1.2 管路计算,1.流速限制流体在管道中的流动存在着流速的限制牢记。介质流速过高管道冲蚀、磨损、振动和噪声等现象，各类流体都有其特殊而明确的流速限制。设计实践经验表明：不同管径和介质，都有既满足工艺操作条件，操作费用又少的速度范围。,常用管道流速见教材P322附录3 附表3-1。,2.流动型态雷诺数判据,雷诺数流体质点的湍动程度，根据Re分为层流和
8、湍流；Re，湍动程度越大，内摩擦也越大，流体阻力也愈大。,管件和阀件的局部阻力系数值见教材P323附录3 附表3-2。,7.2 管道布置设计,一、化工车间管道布置设计的任务(1)确定车间中各设备管口方位和与之相连接管段的接口位置。(2)确定管道的安装连接和铺设、支承方式。(3)确定各管段(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，表示车间中所有管道在平面、立面的空间位置，作为安装依据。(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。,二、管道敷设种类,管道敷设方式可以分为地上架空敷设和地下敷设两类。,1.架空敷设架空敷设类型：,(1)管道成排集中
9、布置在管廊、管架或管墩上。适用于：连接距离较远的设备之间的管道、进出装置的工艺管道以及公用工程管道。,管廊：规模大，联系设备多，有多种平面形状及分支，宽度可达 10m以上，下方可布置泵和其他设备，上方布置空气冷却器。管架：规模较小和较少使用。管墩：混凝土构架或混凝土和钢的混合构架，或是枕式混凝土墩。敷设高度低，管道下方不通行。,(2)管道敷设在支吊架上 支吊架常生根于建筑物、构筑物、设备外壁和设备平台上。(3)特殊管道的布置 有色金属、玻璃、搪瓷和塑料等管道强度低，脆性高，支承特殊考虑可布置在型钢构成的槽架上，必要时可加软质材料、衬垫等。,2.地下敷设分直接埋地敷设和管沟敷设,(1)埋地敷设优
10、点：利用地下空间，一般不需支承。缺点：管道易腐蚀，检修困难，低点排液不便，有物质凝固时处理困难。适用于：不能采用架空装置时考虑。输送常温、不易凝固、不含固体、不易自聚、无腐蚀性或腐蚀性轻微的介质。,(2)管沟敷设地下式、半地下式优点：检修方便，可同时敷设有隔热层、温度高、输送易凝介质或有腐蚀性介质管道。缺点：费用高，占地面积大，需设排水点。,三、车间管道布置设计基本要求(1)符合生产工艺流程，满足生产要求；(2)便于操作管理，并保证安全生产；(3)便于管道的安装和维护；(4)要求整齐美观，尽量节约材料和投资。,化工车间管道布置除了符合上述要求外，还应考虑下列问题：,1.物料因素(1)输送易燃、
11、易爆、有毒及有腐蚀性物料的管道不得铺设在生活间、楼梯、走廊和门等处，这些管道应设置安全阀、防爆膜、阻火器和水封等防火防爆装置，放空管应引至指定地点或高过屋面2m以上。(2)有腐蚀性物料管道，不得铺设在通道上空和并列管线上方或内侧。,(3)管道铺设时应有一定坡度，方向沿物流方向。(4)真空管线应尽量短，减少弯头和阀门，以减小阻力，提高真空度。,2.考虑施工、操作及维修(1)管道应尽量集中布置在公用管架上，平行直走，少拐弯，少交叉，不妨碍门窗开启和设备、阀门及管件的安装维修，并列管道的阀门应尽量错开。(2)支管多的管道布置在并行管线的外侧，气体支管应从上方引出，液体支管应从下方引出，尽量避免出现“
12、气袋”、“口袋”和“盲肠”。(3)室内管道应尽量沿墙铺设，或固定在墙上管架上，管道与墙面之间距离要满足管件、阀门的操作、安装和维修。(4)阀门和仪表的安装高度要考虑操作方便和安全。,阀 门：1.21.6m 安全阀：2.2m取样阀：1m左右 压力计：1.41.6m,3.安全生产 架空管道与地面距离应满足工艺要求，便于操作和检修。,管道跨越通道时，最低点离地：通过人行道时2m；通过公路时 4.5m；通过铁路时 6m；通过厂区主要交通干线时离地5m,(2)直接埋地或铺设在管沟中的管道通过道路时应加套管保护。(3)易燃、易爆介质管道应采取接地措施，防止介质在管内流动产生静电聚集而发生危险，保证安全生产
13、。(4)长距离输送蒸汽或其他热物料的管道，应考虑热补偿问题。(5)输送有毒、有腐蚀性介质管道，不得在人行道上空设置阀件、伸缩器、法兰等，以免管道泄露时发生事故。,4.其他因素(1)管道与阀门一般不宜直接支承在设备上。(2)距离较近两设备间的管道，不应直接连接，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。,四、管道间距及坡度,1.管道间距 P244如表8-12。,2.管道敷设坡度管道敷设应有坡度，其方向一般沿流动方向，也有相反情况。坡度大小一般为1/1003/1000。输送粘度大的流体介质，坡度要大一些，可达1/100。埋地管道、敷设在地沟管道，停
14、止生产时积存介质不排尽时，可不设坡度。一般蒸汽、冷凝水、清水、冷冻水及压缩空气、氮气坡度为1/10005/1000。,7.3 管道布置图,管道布置图（管道安装图或配管图）表示车间内全部管道、管件、阀门、仪表和管架等的安装位置，管道与设备、厂房的相互关系。管道布置图是车间内部管道安装施工的依据。根据管道布置原则作出合理的布置设计，并绘出管道布置图。,一、管道布置图的绘制,1.比例、图幅及分区(1)比例常用比例为1:50和1:100，复杂管道也可用1:20或1:25。(2)图幅常用1号或2号图纸，有时也用0号图纸。(3)分区原则车间范围时，可以各工段或工序为单位划分区段。,2视图配置一般只画管道和
15、设备平面布置图，当平面布置图不能表达清楚时，才画立面图或剖面图。立面图和剖面图可与平面布置图画在同一张图纸上，也可以单独画在另一张图纸上。对多层建筑，应分层绘制管道平面布置图。,3.绘制管道平、立面布置图,(1)管道平面布置图,用细线按比例画出全部设备外形轮廓，平台、梯子、建筑物和构筑物的外形、电缆托架、电缆沟、仪表电缆和管道托架等。画出设备上连接管口位置；画出管道。,放净线,吹扫线,冷水,工艺气体,(2)立面剖视图,在平面图上不能表达高度方向的管道布置情况时，可在平面图适当部位垂直剖切后绘出立面剖视图。立面图或剖视图可与管道平面布置图绘在一图纸上，也可单独绘制。按比绘制例立面剖视图，不标注尺
16、寸，在平面图上标注剖切位置。在剖视图下方注明相应的剖视图名称。如“AA”、“B一B”、或“11”、“22”、或“II”、“-”、等。,(3)管道空视图（管段图）,表达一段管道及其所附管件、阀门、控制点等布置情况的立体图样。按正等轴测投影绘制。立体感强，图面清晰、美观，便于阅读，利于施工。,二、管道及附件的常用画法,1.管道：主要物料管道采用粗实线单线，其它管道用中粗实线，大直径或重要管道，可用中粗实线双线绘制。,管道连接方式在管道布置适当地方表示，如右图，或在文件中统一说明。,交叉管道画法：一种是将下方被遮住的管道投影在交叉断开；另一种方法是将上方的管道投影在交叉处断裂，画出断裂符号。,管道转
17、折改变走向按右图绘制。,重叠管道的画法：依次将上方的管道投影断裂，并画出断裂符号。,2.管件、阀门、仪表控制点的表示 与带控制点的工艺流程图基本相同。,4.管道支架用符号在平面图上表示出管道支架的位置，其符号见右图。非标准管架应另行提供管架图。在管道布置图中，管架符号上应用指线引出的长方框中注以管架代号。,三、管道布置图的阅读,1.明确视图数量及关系了解平面图分区，平面图、立面剖视图数量及配置，弄清各立面剖视图在平面图上的剖切位置及各视图之间关系；注意管道布置图样的类型、数量、有无管段图及设计模型，有无管件图、管架图等。,2.看懂管道的来龙去脉(1)根据带控制点工艺流程图，找到起点设备和终点设
18、备；(2)从起点设备，按管道编号辨明走向、转弯和分支情况，依据管道标注物料代号、管径、标高等，对照平面图和立面剖视图投影关系逐条弄清楚。(3)找出管件、阀门、控制点、管架等的位置，明确从起点设备到终点设备的管口，中间如何用管道连接的。,3.分析管道位置看懂管道走向，分析定位尺寸，注意管件一般不标注定位尺寸。以建筑定位轴线或地面、设备中心线、设备管口法兰为基准，在平面图或立面图上查阅管道的水平定位尺寸及安装标高。参考设备布置图、带控制点工艺流程图、管段图等，全面了解设备、管路、阀门等管件、控制点布置情况，确保读图的正确性。,7.4 典型设备的管道布置,1.塔的管口方位塔周围原则上分操作区和配管区
19、。,7.4.1 塔的管道布置,操作区正对道路。梯子、人孔、阀门、仪表、安全阀、塔顶吊柱和操作平台布置在操作区;塔与管廊、泵等设备的连接管道铺设在配管区内。,(1)人孔布置在操作区，所有人孔布置在一条垂线上，正对道路。注意人(手)孔不能设在塔盘的降液管或密封盘处。,(2)再沸器连接管口塔的出液口可布置在角度为2a的扇形区内。再沸器返回管或塔底蒸汽进口气流不能对着液封板，最好与它平行。,(3)回流液管口 回流管上不需切断阀，可以布置在配管区内任一地方。,(4)进料管口进料支管上设有切断阀，因此进料阀宜布置在操作区的边缘。,(5)塔顶蒸汽出口可以从塔顶向上引出，也可采用内部弯管从塔顶中心引向侧面，使
20、塔顶出口蒸汽管口靠近塔顶操作平台。,(6)仪表液面计、温度计及压力计等需要常观测的仪表应布置在操作区平台上方，便于观测。,2.塔的配管配管前应对流程图作总规划，考虑主要管道走向及布置要求，仪表和调节阀的位置，平台的设置及设备的布置要求等。,人孔正对主要通道，人孔布置区内不能有任何管道占据。梯子布置在90与270两个扇形区内，也不能安排管道。没有仪表和阀门的管道布置在180处扇形区内。,塔的立面配管：人孔标高则取决于安装维修的要求。塔的连接管道在离开管口后应立即向上或向下转弯，垂直部分应尽量接近塔身。垂直管道在什么位置转成水平，取决于管廊的高度。塔至管廊的管道的标高可高于或低于管廊标高0.50.
21、8m。再沸器的管道标高取决于塔底的出料口和蒸汽进口位置。再沸器的管道和塔顶蒸气管道要尽量直，以减小流体阻力。,7.4.2 容器的管道布置,(1)管口方位根据管道布置需要，一般分操作区与配管区两部分。加料口、温度计和视镜等经常操作及观察的管口布置在操作区。排出管布置在容器底部。,1.立式容器（包括反应器）,(2)管道布置 立式容器一般成排布置，可把相同操作管道一起布置在容器的相应位置，可避免错误操作，比较安全。,2.卧式容器,(1)管口方位,物料进口一般布置在容器一端顶上，液体出口在另一端的底部，蒸汽出口在液体出口的顶上；放空管在容器一端顶上，放净口在另一端底下，容器向放净口倾斜。安全阀可设在顶
22、部任何地方，最好放在有阀的管道附近，这可与阀共用平台和通道。吹扫蒸汽进口在排气口另一侧的侧面，可以切线方向进入，使蒸汽在罐内回转前进。人孔可布置在顶上、侧面或封头中心，侧面较为方便；但在框架上支承面积较大，故以布置在顶上为宜。接口要靠近相连设备，工艺、公用工程和安全阀接管尽可能组合起来并对着管架。,(2)管道布置管口一般布置在一条直线上，阀门直接安装在管口上。,7.4.3 换热器的管道布置,1.管口布置与流体流动方向 合适的流动方向和管口布置能简化和改善换热器管道布置。,(a)(b)，节约两个弯头和相应管道；(c)(d)，消除吸入管道气袋，节约管件，改善泵吸入条件；(e)(f)，缩短管道，流体
23、流动方向更为合理。,2.换热器的管道布置(1)平面配管,管箱正对道路；顶盖对着管廊；换热器两端和法兰周围的安装和维修空间不能有任何障碍物。管道要尽量短，操作、维修要方便。阀门、自动调节阀及仪表应沿操作通道，并靠近换热器布置。,(2)立面配管,乌石化延迟焦化装置配管设计图,英国石油Cherry Point炼油厂三维图示,人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。,
