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1、2023/9/6,设计概论与化工制图,1,设计概论与化工制图,2023/9/6,设计概论与化工制图,2,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,2023/9/6,设计概论与化工制图,3,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。,第八
2、章 管道设计,2023/9/6,设计概论与化工制图,4,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,2023/9/6,设计概论与化工制图,5,.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
3、,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。,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。,2023/9/6,设计概论与化工制图,6,2、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。,2023/9/6,设计概论与化工制图,7,3、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,
4、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。,2023/9/6,设计概论与化工制图,8,4、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。,2023/9/6,设计概论与化工制图,9,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
5、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。,2023/9/6,设计概论与化工制图,10,二、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。,2023/9/6,设计概论与化工制图,11,2、常用管道种类 1)钢管
6、.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。,2023/9/6,设计概论与化工制图,12,三、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:
7、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。,2023/9/6,设计概论与化工制图,13,四、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
8、,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。,2023/9/6,设计概论与化工制图,14,五、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,2023/9/6,设计概论与化工制图,15,3、管径计算:根据附录五中选取的流速用下式
9、 计算 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),2023/9/6,设计概论与化工制图,16,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/mK,密度小于500Kg/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
10、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。,2023/9/6,设计概论与化工制图,17,3、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。,2023/9/6,设计概论与化工制图,18,二、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 L=Lt
11、.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:=E=Et 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。,2023/9/6,设计概论与化工制图,19,2)补偿器补偿:自然补偿达不到要求时,要采用 补偿器补偿,常见的补偿器有形和U形两种 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。,2023/9/6,设计概论与化工制图,20,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
12、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。,2023/9/6,设计概论与化工制图,21,二、管架宽度计算 W=f ns+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=qL 2、弹簧支吊架负荷计算:Q=qL 3、固定支
13、架:Q=qL,2023/9/6,设计概论与化工制图,22,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。,2023/9/6,设计概论与化工制图,23,2、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
14、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。,2023/9/6,设计概论与化工制图,24,3、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。,2023/9/6,设计概论与化工制图,25,2)管道布置 立式容器:.两设备一般不用直管连接。.进料管
15、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。,2023/9/6,设计概论与化工制图,26,4、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。,2023/9/6,设计概论与化工制图,27,二、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
16、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。,2023/9/6,设计概论与化工制图,28,三、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。,2023/9/6,设计概论与化工制图,29,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
17、供施工安装使用。,2023/9/6,设计概论与化工制图,30,一、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GB140-141-9,2023/9/6,设计概论与化工制图,31,三、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
18、,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,2023/9/6,设计概论与化工制图,32,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。,2023/9/6,设计概论与化工制图,33,2、透视图
19、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。,2023/9/6,设计概论与化工制图,34,3、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。,2023/9/6,设计概论与化工制图,35,5、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。,2023/9/6,设计概论与化工制图,36,Thanks,any question?,?,课堂作业 设备布置图的画法,2023/9/6,设计概论与化工制图,37,课堂作业 1.设备布置图的画法 2.阀门的类别和特点,
