环境工程设计基础管道布置设计.pptx
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1、管道设计基础管道设计基础 管道布置设计概述管道布置设计概述 管道布置管道布置管道布置图管道布置图第第1 1页页/共共6868页页 管道布置与设计是环境工程设计中一个重要的组成部管道布置与设计是环境工程设计中一个重要的组成部分。管道布置与设计是在完成设备平、立面布置之后进行分。管道布置与设计是在完成设备平、立面布置之后进行的一项工作。的一项工作。如一城市的建筑物之间用道路连接一样,环保处理设如一城市的建筑物之间用道路连接一样,环保处理设备、构筑物之间的物料输送都是通过备、构筑物之间的物料输送都是通过管道管道进行的。进行的。管道布置与设计的主要内容包括:管道布置与设计的主要内容包括:管道材质、管径
2、的选择与计算;管道材质、管径的选择与计算;管道支架的设计;管道支架的设计;管道布置图管道布置图(配管图配管图);管道投资概算;管道投资概算;施工说明。施工说明。第第2 2页页/共共6868页页管道设计基础管道设计基础 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分为四级。四级。第第3 3页页/共共6868页页 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、可燃介石油化工剧毒、易燃、可燃介质管
3、道施工及验收规范质管道施工及验收规范(SHJ3501-2002)的规定进行。)的规定进行。第第4 4页页/共共6868页页公称直径公称直径(DN或或Dg)一般为整数,表示管子、管件等管道器材元件一般为整数,表示管子、管件等管道器材元件的的名义内直径,单位名义内直径,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。108mm4mm 和和108mm6 mm公称直径的单位一般以公称直径的单位一般以“mm”计,如计,如Dg100,是指公称直径为,是指公称直径为100 mm的管子的管子2.管道
4、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或或pg)一般表示管道及管件在规定温度下的最大许用一般表示管道及管件在规定温度下的最大许用压力,单位为压力,单位为MPa。第第5 5页页/共共6868页页3.管道等级管道等级设计中,根据管道设计中,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
5、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第第6 6页页/共共6868页页1.管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、锅炉用和换热器用等。管道用、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。
6、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。第第7 7页页/共共6868页页大类大类中类中类小类小类管道名称列举管道名称列举金属金属管管铁管铁管铸铁管铸铁管承压铸铁管(砂型离心铸铁管、连续铸铁管)承压铸铁管(砂型离心铸铁管、连续铸铁管)钢管钢管碳素管碳素管B3F焊接钢管,焊接钢管,10、20号无缝钢管、优质碳素钢无缝钢管号无缝钢管、优质碳素钢无缝钢管低合金钢低合金钢16Mn无缝钢管,低温钢无缝钢管无缝钢管,低温钢无缝钢管合金钢管合金钢管奥氏体不锈钢、耐热无缝钢管奥氏体不锈钢、耐热无缝钢管有色金有色金属管属管铜及
7、合金钢管铜及合金钢管拉制及挤制黄铜管、紫铜管、铜镍合金(蒙乃尔等)拉制及挤制黄铜管、紫铜管、铜镍合金(蒙乃尔等)铅管铅管铅管、铅锑合金管铅管、铅锑合金管铝管铝管冷拉铝及铝合金圆管、热挤铝及铝合金圆管冷拉铝及铝合金圆管、热挤铝及铝合金圆管钛管钛管钛管及钛合金管钛管及钛合金管非金非金属管属管 非金属非金属管管橡胶管橡胶管输气胶管、输水、吸水胶管、输油、吸油胶管、蒸汽胶管输气胶管、输水、吸水胶管、输油、吸油胶管、蒸汽胶管塑料管塑料管聚丙烯管,硬聚氯乙烯、聚四氟乙烯管、酚醛塑料管聚丙烯管,硬聚氯乙烯、聚四氟乙烯管、酚醛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
8、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、工业陶瓷)化工陶瓷管(耐酸陶瓷管、耐酸耐温陶瓷管、工业陶瓷)玻璃钢管玻璃钢管环氧玻璃钢管、酚醛玻璃钢管、呋喃玻璃钢管环氧玻璃钢管、酚醛玻璃钢管、呋喃玻璃钢管衬里管衬里管衬里管衬里管橡胶衬里管、钢塑复合管、塑涂钢管橡胶衬里管、钢塑复合管、塑涂钢管第第8 8页页/共共6868页页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,
9、特别是,特别是18-12Mo,18-8-Ti和和18-8-Nb等合金等合金钢的强度更为优越。钢的强度更为优越。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、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。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:常用耐热钢一般有:1Cr5Mo,12Cr2Mo,Cr13SiAl,Cr17Al4Si,Cr22Ni4N,Cr22Ni2
10、0,Cr20M n9Ni2Si2N(101),ZGCrl5Ni35和和 4Cr14Ni14W2Mo等。等。第第9 9页页/共共6868页页(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;-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,并在相应温度下进行最低冲击试验。低冲击试验。(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,1
11、8-8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系钢对系钢对氧化性酸的耐蚀性较差。氧化性酸的耐蚀性较差。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耐盐酸性耐盐酸性有害元素,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系合金钢耐酸性非常差,但加入改善耐盐酸性的元素素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钢等钢等则有良好的耐盐酸性能。则有良好的耐盐酸性能。第第1010页页/共共6868页页硫酸硫酸不锈钢在很窄的浓度范围和温度范
12、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含量或添加含量或添加 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、可耐所有浓度醋酸的腐蚀,但在高温、高浓度时呈现活性。高浓度时呈现活性。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。,可是沸腾的纯醋酸对其则有显著腐蚀。添加添加Mo和和 Si对耐醋酸性有改善。对耐醋酸性有改善。稀碱液稀碱液一般不锈钢一般
13、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0.6M Pa;重型管;重型管1.0M Pa;也可用于真空;也可用于真空度小于度小于 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。第第1111页页/共共6868页页(2)聚乙烯管聚乙烯管(PE管管)乙烯管对硫酸、低浓度盐酸
14、、碱类、大多数无机盐类及饮料食品类乙烯管对硫酸、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。液体都耐腐蚀。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
15、有严重腐蚀的介质输送管道。输送管道。第第1212页页/共共6868页页(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,可药、电子和机械等工业领域,可取代不锈钢管取代不锈钢管和其他有色金属管材和其他有色金属管材和制品。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,还可防止金属离子混入
16、和铁污染发生。和铁污染发生。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/聚四氟乙烯。聚四氟乙烯。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。第第1313页页/共共6868页页管路计算管路计算1.计算任务计算任务管道设计的计算任务为:管道设计的计算任务为:确定管道的确定管道的管径管径和管道系统的和管道系统的压力压力损失损失。2.计算程序及内容计算程序及内容
17、(1)绘制管道系)绘制管道系统图,又称轴测图,统图,又称轴测图,在图中对管段进行在图中对管段进行编号,标注长度和编号,标注长度和流量。流量。(2)选择管)选择管内流内流速速以计算管径。以计算管径。第第1414页页/共共6868页页流速选择的原则是:流速选择的原则是:从技术和经济两方面来确定管内流速从技术和经济两方面来确定管内流速。当流量一定时,所选择的管内当流量一定时,所选择的管内流速较高流速较高,则管径降低,则管径降低,材料消耗少,一次性投资减少。但是由于流速较高,材料消耗少,一次性投资减少。但是由于流速较高,压压力损失也就较高力损失也就较高,运行所需的动力消耗增加,也就是运,运行所需的动力
18、消耗增加,也就是运行费用增加,管道和设备磨损加大,噪声增加。反之,行费用增加,管道和设备磨损加大,噪声增加。反之,选择低流速所需的管径加大,材料消耗大,一次性投资选择低流速所需的管径加大,材料消耗大,一次性投资增加,但压力损失小。增加,但压力损失小。第第1515页页/共共6868页页 因此,管道直径越小,阻力越大,在选择流速时要选择因此,管道直径越小,阻力越大,在选择流速时要选择较低的流速较低的流速。第第1616页页/共共6868页页(3)确定管径 流速确定后,可根据处理的流体流量计算出管径,计算方法如下。如果管道是圆管则,QSVd2V/4式中 Q流体体积流量,m3s;S管道横截面积,m2;V
19、流体平均流速,ms;d管道直径,m。所以 如果管道截面为方形则,SabQV式中,a与b分别为管道长边和短边,m。矩形管道一般是通风管道。第第1717页页/共共6868页页(4)计算系统总压力损失计算系统总压力损失 a最不利管路的概念最不利管路的概念 最不利管路是指最不利管路是指压力损失最大的压力损失最大的管路管路。如图所示为某一除尘系统管道。如图所示为某一除尘系统管道。从图中可以看出,最不利管道是从图中可以看出,最不利管道是1234567,一,一般最不利管道是从般最不利管道是从最远的管段最远的管段开始。开始。第第1818页页/共共6868页页连续性方程连续性方程伯努利方程伯努利方程阻力损失计算
20、式阻力损失计算式第第1919页页/共共6868页页第第2020页页/共共6868页页第第2121页页/共共6868页页第第2222页页/共共6868页页管道布置设计管道布置设计一、管道布置设计的任务一、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。(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
21、位置,管道在平面、立面的空间位置,作为安装依据。作为安装依据。(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、,包括管道、管件、阀门、型钢等的材质、规格和数量。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。第第2323页页/共共6868页页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
22、及工艺管道以及公用工程公用工程管道。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。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。敷设高度低,管道下方不通行。第第2424页页/共共6868页页第第2525页页/共共6868页页(2)管道敷设在支吊架上管道敷设在支吊架上 支吊架
23、常生根于建筑物、支吊架常生根于建筑物、构筑物、设备外壁和设备构筑物、设备外壁和设备平台上。平台上。(3)特殊管道的布置特殊管道的布置 有色金属、玻璃、搪瓷和有色金属、玻璃、搪瓷和塑料等管道塑料等管道强度低,强度低,脆性高脆性高,支承特殊考虑,支承特殊考虑可布置在型钢构成的槽可布置在型钢构成的槽架上,必要时可加软质材架上,必要时可加软质材料、衬垫等。料、衬垫等。第第2626页页/共共6868页页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,一般不需支承不需支承。缺点:缺点:管道易腐蚀,管道易腐蚀,检修困难,低
24、点排液不便检修困难,低点排液不便,有物质凝固时处理困,有物质凝固时处理困难。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。不易自聚、无腐蚀性或腐蚀性轻微的介质。第第2727页页/共共6868页页(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、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温度高、输送易凝介质或有腐蚀性介质管道。管道。缺点:缺点:费用高,占地面积大,需设排水点。费用高,占地面积大,需设排水点。第第
25、2828页页/共共6868页页三、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。除了符合上述要求外,还应考虑下列问题: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管道不得铺设在生活间、生活间、楼梯、走廊和门楼梯、走廊和门等处,这些管道
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