化工管道布置设计 讲稿.ppt
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1、第一页,讲稿共六十二页哦6.1 管道设计基础管道设计基础 6.1.1 管道设计基本知识管道设计基本知识 一、管道的分类与等级一、管道的分类与等级1.管道的分类管道的分类(1)按设计压力分为四级:按设计压力分为四级:(2)按管道输送介质的按管道输送介质的温度、闪点、爆炸下限、毒性及设计压力温度、闪点、爆炸下限、毒性及设计压力分为三级。分为三级。第二页,讲稿共六十二页哦 按此方法分级的管道施工应按按此方法分级的管道施工应按石油化工剧毒、易燃、可燃介质管道石油化工剧毒、易燃、可燃介质管道施工及验收规范施工及验收规范(SHJ3501-1997)的规定进行。)的规定进行。第三页,讲稿共六十二页哦公称直径
2、公称直径(DN)一般为整数,表示管子、管件等管道器材元件的一般为整数,表示管子、管件等管道器材元件的名义内直径,名义内直径,单位单位mm。与组成件真实尺寸。与组成件真实尺寸接近,但不相等接近,但不相等。工程上,管材习惯上采用工程上,管材习惯上采用管子外径管子外径壁厚,单位壁厚,单位mm。管件采用公称直径管件采用公称直径 DN 表示。表示。2.管道及管件的公称压力及公称直径管道及管件的公称压力及公称直径公称压力公称压力(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,单位为位为MPa。第四页,讲稿共六十二页哦3.管道等级管道等级设计中,根据管道
3、设计中,根据管道材质、压力和直径材质、压力和直径三个参数分级。三个参数分级。管道等级号:管道等级号:B 2 A序号:同一材质、压力等级序号:同一材质、压力等级按序编排,按序编排,A、B管道压力等级代号管道压力等级代号管道材质代号管道材质代号管道材质代号管道材质代号:A铸铁及硅铸铁铸铁及硅铸铁 B碳素钢碳素钢 C普通低合金钢普通低合金钢 D合金钢合金钢E不锈耐酸钢不锈耐酸钢 F有色金属有色金属 G非金属非金属 H衬里管衬里管管道压力等级代号管道压力等级代号:00.6MPa 11.0MPa 21.6MPa 32.5MPa 44.0MPa66.4MPa 710.0MPa第五页,讲稿共六十二页哦1.管
4、材的分类管材的分类二、管材选择二、管材选择(1)按用途分按用途分流体输送和传热用途流体输送和传热用途分为流体输送用、长输分为流体输送用、长输(输送油、气等输送油、气等)管道用、管道用、锅炉用和换热器用等。锅炉用和换热器用等。结构用途结构用途分为普通结构用、高强度结构用和机械结构用。分为普通结构用、高强度结构用和机械结构用。特殊用途特殊用途分为例如钻井用、高压气体容器用等。分为例如钻井用、高压气体容器用等。(2)按材质分类按材质分类 见下表。见下表。第六页,讲稿共六十二页哦大大类类中中类类小小类类管道名称列管道名称列举举金属金属管管铁铁管管铸铁铸铁管管承承压铸铁压铸铁管(砂型离心管(砂型离心铸铁
5、铸铁管、管、连续铸铁连续铸铁管)管)钢钢管管碳素管碳素管B3F焊焊接接钢钢管,管,10、20号无号无缝钢缝钢管、管、优质优质碳素碳素钢钢无无缝钢缝钢管管低合金低合金钢钢16Mn无无缝钢缝钢管,低温管,低温钢钢无无缝钢缝钢管管合金合金钢钢管管奥氏体不奥氏体不锈钢锈钢、耐、耐热热无无缝钢缝钢管管有色金有色金属管属管铜铜及合金及合金钢钢管管拉制及拉制及挤挤制黄制黄铜铜管、紫管、紫铜铜管、管、铜镍铜镍合金(蒙乃合金(蒙乃尔尔等)等)铅铅管管铅铅管、管、铅锑铅锑合金管合金管铝铝管管冷拉冷拉铝铝及及铝铝合金合金圆圆管、管、热挤铝热挤铝及及铝铝合金合金圆圆管管钛钛管管钛钛管及管及钛钛合金管合金管非金非金属管
6、属管 非金属非金属管管橡胶管橡胶管输输气胶管、气胶管、输输水、吸水胶管、水、吸水胶管、输输油、吸油胶管、蒸汽胶管油、吸油胶管、蒸汽胶管塑料管塑料管聚丙聚丙烯烯管,硬聚管,硬聚氯氯乙乙烯烯、聚四氟乙、聚四氟乙烯烯管、酚管、酚醛醛塑料管塑料管石棉水泥管石棉水泥管石棉水泥管石棉水泥管石墨管石墨管不透性石墨管不透性石墨管玻璃管、陶瓷管玻璃管、陶瓷管化工陶瓷管(耐酸陶瓷管、耐酸耐温陶瓷管、工化工陶瓷管(耐酸陶瓷管、耐酸耐温陶瓷管、工业业陶瓷)陶瓷)玻璃玻璃钢钢管管环环氧玻璃氧玻璃钢钢管、酚管、酚醛醛玻璃玻璃钢钢管、管、呋呋喃玻璃喃玻璃钢钢管管衬衬里管里管衬衬里管里管橡胶橡胶衬衬里管、里管、钢钢塑复合管、
7、塑涂塑复合管、塑涂钢钢管管第七页,讲稿共六十二页哦2.金属管材的选用金属管材的选用(1)高温用钢管高温用钢管(350)在高温下具有较高强度的钢材。在高温下具有较高强度的钢材。碳素钢使用上限为碳素钢使用上限为450,超过时用沸腾钢和,超过时用沸腾钢和 A1镇静钢。镇静钢。不锈钢的高温强度高不锈钢的高温强度高,特别是,特别是18-12Mo,18-8-Ti和和18-8-Nb等合金钢的强等合金钢的强度更为优越。度更为优越。高温、伴有腐蚀的管道必须使用高温、伴有腐蚀的管道必须使用耐腐蚀材料耐腐蚀材料;高温、不伴有腐蚀的管道则应使用高温、不伴有腐蚀的管道则应使用高温、高压钢管高温、高压钢管。(2)耐热用钢
8、管材料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。高温脆化和热冲击强度高的材料。常用耐热钢一般有:常用耐热钢一般有:1Cr5Mo,12Cr2Mo,Cr13SiAl,Cr17Al4Si,Cr22Ni4N,Cr22Ni20,Cr20M n9Ni2Si2N(101),ZGCrl5Ni35和和 4Cr14Ni14W2Mo等。等。第八页,讲稿共六十二页哦(3)低温用钢管材料低温用钢管材料低温管道有低温管道有低温冷脆和造成管系断裂的危险低温冷脆和造成管系断裂的危险;常压低温管道应常压低温管道应采用镇静钢采用镇静钢;
9、-20使用使用碳素钢和低合金钢管,进行退火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,并在相应温度下进行最低冲击试验。击试验。(4)耐腐蚀金属材料耐腐蚀金属材料不锈钢适用范围有限,必须了解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不锈钢对环境的耐腐蚀性能。对于硝酸,对于硝酸,18-8系钢系钢具有良好的耐蚀性,但含具有良好的耐蚀性,但含 Mo的的18-8Mo系钢对氧化系钢对氧化性酸的耐蚀性较差。性酸的耐蚀性较差。对于盐酸,对于盐酸,不锈钢仅能用于稀盐酸不锈钢仅能用于稀盐酸。研究表明:。研究表明:Cr是是 Fe耐盐酸性有害耐盐酸性有害元素,元素,Cr系合金钢耐酸性非常差,但加
10、入改善耐盐酸性的元素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和和Co等材料的合金,等材料的合金,如蒙乃尔如蒙乃尔(M one1)和和hastelloy钢等钢等则有良好则有良好的耐盐酸性能。的耐盐酸性能。第九页,讲稿共六十二页哦硫酸硫酸不锈钢在很窄的浓度范围和温度范不锈钢在很窄的浓度范围和温度范围内具有耐腐蚀性。增加围内具有耐腐蚀性。增加Ni含量含量或添加或添加 Si、Mo、Cu等元素可改善其耐硫酸性能。等元素可改善其耐硫酸性能。醋酸醋酸室温下,室温下,Cr-Ni系不锈钢系不锈钢可耐所有浓度醋酸的腐蚀,但在高温、高浓可耐所有浓度醋酸的腐蚀,但在高温、高浓度时呈现活性。度
11、时呈现活性。Ni-Cr系的系的 18Cr-8Ni,18Cr-8Ni-Ti和和 18Cr-8Ni-Nb可耐可耐50,99m%的醋酸的醋酸,可是沸腾的纯醋酸对其则有显著腐蚀。添加,可是沸腾的纯醋酸对其则有显著腐蚀。添加Mo和和 Si对对耐醋酸性有改善。耐醋酸性有改善。稀碱液稀碱液一般不锈钢一般不锈钢具有良好的耐腐蚀性能。具有良好的耐腐蚀性能。3.非金属管材的选用非金属管材的选用(1)聚氯乙烯管聚氯乙烯管(PVC管管)性能:有优异的性能:有优异的耐腐蚀性、机械加工和力学性能耐腐蚀性、机械加工和力学性能;适用温度范围:适用温度范围:1560,60时软化。时软化。适用压力范围:轻型管适用压力范围:轻型管
12、0.6M Pa;重型管;重型管1.0M Pa;也可用于真空度小于;也可用于真空度小于 9.87 104Pa的管道。的管道。不宜于输送可燃、剧毒和含有固体的流体。不宜于输送可燃、剧毒和含有固体的流体。第十页,讲稿共六十二页哦(2)聚乙烯管聚乙烯管(PE管管)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。体都耐腐蚀。不耐浓硝酸不耐浓硝酸(其质量分数为其质量分数为 50%70%)、氯气等物质的腐蚀。、氯气等物质的腐蚀。(3)玻璃钢管玻璃钢管(FRP管管)玻璃钢管有玻璃钢管有W 型、型、R 型、型、F型和型和 H 型
13、型 4种。种。W 型型专用作专用作输水输水(海水、淡水、污水、循环冷却水海水、淡水、污水、循环冷却水)管道。管道。R 型型专用作专用作通风管道通风管道。F 型型用作化工生产中用作化工生产中有腐蚀性介质有腐蚀性介质的管道。的管道。H 型型专用作温度专用作温度120 有严重腐蚀的介质有严重腐蚀的介质输送管道。输送管道。第十一页,讲稿共六十二页哦(4)聚丙烯聚丙烯/玻璃钢复合管玻璃钢复合管(PP/FRP复合管复合管)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,可和机械等工业领域,可取代不锈钢管取代不锈钢
14、管和其他有色金属管材和制品。和其他有色金属管材和制品。(5)衬里管衬里管在光管的内或外粘敷不同的材料,基体为碳素钢在光管的内或外粘敷不同的材料,基体为碳素钢衬里目的衬里目的防腐蚀、电绝缘和减少流体阻力防腐蚀、电绝缘和减少流体阻力,还可防止金属离子混入和铁污,还可防止金属离子混入和铁污染发生。染发生。橡胶衬里管:橡胶衬里管:钢塑复合管:钢塑复合管:钢的钢的机械性能机械性能+塑料的耐腐蚀塑料的耐腐蚀性能性能 国内生产的复合管有:钢国内生产的复合管有:钢/聚氯乙烯、钢聚氯乙烯、钢/聚乙烯、钢聚乙烯、钢/聚丙烯、钢聚丙烯、钢/聚四聚四氟乙烯。氟乙烯。涂塑钢管:涂塑钢管:基体为钢管,聚乙烯、聚丙烯或环氧
15、树脂为涂料。基体为钢管,聚乙烯、聚丙烯或环氧树脂为涂料。第十二页,讲稿共六十二页哦6.1.2 管路计算管路计算1.流速限制流速限制流体在管道中的流动存在着流体在管道中的流动存在着流速的限制流速的限制牢记牢记。介质流速过高介质流速过高管道管道冲蚀、磨损、振动和噪声冲蚀、磨损、振动和噪声等现象,各类流体都有其等现象,各类流体都有其特殊而明确的流速限制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。作费用又少的速度范围。2.流动型态流动型态雷诺数判据雷诺数判据雷诺数雷诺数流体质点的湍动
16、程度,根据流体质点的湍动程度,根据Re分为层流和湍流;分为层流和湍流;Re,湍动程度越大,湍动程度越大,内摩擦也越大,流体阻力也愈大。,内摩擦也越大,流体阻力也愈大。第十三页,讲稿共六十二页哦第十四页,讲稿共六十二页哦6.2 管道布置设计管道布置设计一、化工车间管道布置设计的任务一、化工车间管道布置设计的任务(1)确定车间中各确定车间中各设备管口方位设备管口方位和与之相连接和与之相连接管段的接口位置管段的接口位置。(2)确定管道的确定管道的安装连接和铺设、支承方式安装连接和铺设、支承方式。(3)确定各管段确定各管段(管道、管件、阀门及控制仪表管道、管件、阀门及控制仪表)在空间的位置在空间的位置
17、。(4)画出管道布置图,表示车间中所有画出管道布置图,表示车间中所有管道在平面、立面的空间位置,作为安装管道在平面、立面的空间位置,作为安装依据。依据。(5)编制编制管道综合材料表管道综合材料表,包括管道、管件、阀门、型钢等的材质、规格和数量。,包括管道、管件、阀门、型钢等的材质、规格和数量。二、管道敷设种类二、管道敷设种类管道敷设方式可以分为管道敷设方式可以分为地上架空敷设地上架空敷设和和地下敷设地下敷设两类。两类。第十五页,讲稿共六十二页哦1.架空敷设架空敷设架空敷设类型:架空敷设类型:(1)管道成排集中布置在管道成排集中布置在管廊、管架或管墩管廊、管架或管墩上上。适用于:适用于:连接连接
18、距离较远的设备距离较远的设备之间的管道、进出装置的之间的管道、进出装置的工艺管道以及公用工艺管道以及公用工程工程管道。管道。管廊:管廊:规模大,联系设备多规模大,联系设备多,有多种平面形状及分支,宽度可达,有多种平面形状及分支,宽度可达 10m以上,以上,下方可布置泵和其他设备,上方布置空气冷却器下方可布置泵和其他设备,上方布置空气冷却器。管架:管架:规模较小和较少使用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。管道下方不通行。第十六页,讲稿共六十二页哦第十七页,
19、讲稿共六十二页哦(2)管道敷设在支吊架上管道敷设在支吊架上 支吊架常生根于建筑物、构支吊架常生根于建筑物、构筑物、设备外壁和设备平台筑物、设备外壁和设备平台上。上。(3)特殊管道的布置特殊管道的布置 有色金属、玻璃、搪瓷和塑料有色金属、玻璃、搪瓷和塑料等管道等管道强度低,脆性高强度低,脆性高,支承特殊考虑支承特殊考虑可布置在型可布置在型钢构成的槽架上,必要时可加钢构成的槽架上,必要时可加软质材料、衬垫等。软质材料、衬垫等。第十八页,讲稿共六十二页哦2.地下敷设地下敷设分直接埋地敷设和管沟敷设分直接埋地敷设和管沟敷设(1)埋地敷设埋地敷设优点:优点:利用利用地下空间地下空间,一般,一般不需支承不
20、需支承。缺点:缺点:管道易腐蚀,管道易腐蚀,检修困难,低点排液不便检修困难,低点排液不便,有物质凝固时处理困难。,有物质凝固时处理困难。适用于: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。易自聚、无腐蚀性或腐蚀性轻微的介质。第十九页,讲稿共六十二页哦(2)管沟敷设管沟敷设地下式、半地下式地下式、半地下式优点:优点:检修方便,可同时敷设有隔热层、温度检修方便,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。高、输送易凝介质或有腐蚀性介质管道。缺点:缺点:费用高,占地面积大,
21、需设排水点。费用高,占地面积大,需设排水点。第二十页,讲稿共六十二页哦三、车间管道布置设计基本要求三、车间管道布置设计基本要求(1)符合符合生产工艺流程生产工艺流程,满足生产要求;,满足生产要求;(2)便于便于操作管理操作管理,并保证,并保证安全生产安全生产;(3)便于管道的便于管道的安装和维护安装和维护;(4)要求要求整齐美观整齐美观,尽量,尽量节约材料和投资节约材料和投资。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: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.物料因素物料因素(1)输送易燃、易爆、有毒及有腐蚀性物料的管道不得铺设在输送易燃、易爆、有毒及有腐蚀性物料的
22、管道不得铺设在生活间、楼梯、生活间、楼梯、走廊和门走廊和门等处,这些管道等处,这些管道应设置安全阀、防爆膜、阻火器和水封等防火应设置安全阀、防爆膜、阻火器和水封等防火防爆装置防爆装置,放空管应引至指定地点或高过屋面放空管应引至指定地点或高过屋面2m以上以上。(2)有腐蚀性物料管道,不得铺设在有腐蚀性物料管道,不得铺设在通道上空和并列管线上方或内侧通道上空和并列管线上方或内侧。第二十一页,讲稿共六十二页哦(3)管道铺设时管道铺设时应有一定坡度,方向沿物流方向应有一定坡度,方向沿物流方向。(4)真空管线真空管线应尽量短,减少弯头和阀门应尽量短,减少弯头和阀门,以减小阻力,提高真空度。,以减小阻力,
23、提高真空度。2.考虑施工、操作及维修考虑施工、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,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,不妨碍不妨碍门窗开启门窗开启和设备、阀门及管件的和设备、阀门及管件的安装维修安装维修,并列管道的,并列管道的阀门应尽量错阀门应尽量错开开。(2)支管多的管道布置支管多的管道布置在并行管线的外侧在并行管线的外侧,气体支管应从上方引出,液体支管应气体支管应从上方引出,液体支管应从下方引出从下方引出,尽量避免出现,尽量避免出现“气袋气袋”、“口袋口袋”和和“盲肠盲肠”。(3)室内管道应尽量沿墙铺设室内管道应尽量沿墙铺设,或固
24、定在墙上管架上,管道与墙面之间距离要满,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。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。阀门和仪表的安装高度要考虑操作方便和安全。第二十二页,讲稿共六十二页哦阀阀 门:门:1.21.6m 安全阀:安全阀:2.2m取样阀:取样阀:1m左右左右 压力计:压力计:1.41.6m 3.安全生产安全生产(1)架空管道与地面距离架空管道与地面距离应满足工艺要求应满足工艺要求,便于操作和检修。,便于操作和检修。管道跨越通道时,最低点离地:管道跨越通道时,最低点离地:通过人行道时通过人行道时 2m;通过公
25、路时通过公路时 4.5m;通过铁路时通过铁路时 6m;通过厂区主要交通干线时离地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通过道路时应加套管保护。(3)易燃、易爆介质管道易燃、易爆介质管道应采取接地措施应采取接地措施,防止介质在管内流动产生,防止介质在管内流动产生静电聚静电聚集而发生危险集而发生危险,保证安全生产。,保证安全生产。(4)长距离输送蒸汽或其他热物料的管道,应长距离输送蒸汽或其他热物料的管道,应考虑热补偿问题考虑热补偿问题。(5)输送有毒、有腐蚀性介质管道,不得输送有毒、有腐蚀性介质管道,不得在人行道上空在人行
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