环境工程设计-管道

环境工程设计童华第十一章管道设计与布置管路设计包括两大部分：管路计算与管道布置设计。管路设计计算包括管径计算、管道阻力（压降）计算、管道保温工程、管路应力分析、热补偿计算、管子,管件和阀门的选择、管道支吊架计算等内容；管道布置设计不仅要满足工艺流程的要求，还必须满足施工安装及安全生产、方便人员操作等的要求一、管路设计与布置的内容和依据上述设计内容要在设计文件中体现出来，有1．管路布置图包括管路布置平面图和剖视图（或向视图）一、管路设计与布置的内容和依据上述设计内容要在设计文件中体现出来，有2．管段图表示一段管段在空间的位置，也叫空视图或单线图，它是一段管道的立体图样；一、管路设计与布置的内容和依据上述设计内容要在设计文件中体现出来，有1．管路布置图包括管路布置平面图和剖视图（或向视图）；2．管段图表示一段管段在空间的位置，也叫空视图或单线图，它是一段管道的立体图样；3．管架和非标准管件图；4．管段表管段表按管段列出管子的材料、规格尺寸和长度，管件、阀门的名称、型号、规格和数量，以及管道的试压、涂色和保温要求；5．管架表列出标准和非标准管架的编号、标注号、名称和数量；6．综合材料表包括管道安装材料和管架材料；设备支架材料、保温防腐材料；7．设备管口方位图。一、管路设计与布置的内容和依据设计依据1．施工阶段的工艺流程图及仪表流程图；公用工程系统流程图；2．设备平面布置图及立面布置图；建（构）筑物平、立面布置图3．设备施工图，包括非标设备施工图及定型设备的样本或详细安装图；4．工程设计规范、管道等级表；5．设备一览表；6．地区气候条件、工场地质情况（包括地下水位高度、冻结层深度等）；7．其他技术参数（如水源、锅炉房蒸汽压力和压缩空气站空气压力等）。一、管路设计与布置的内容和依据1.管道的分类与等级（1）按照设计压力，可将工业管道分为四级二、管路设计基础级别名称设计压力/MPa真空管道低压管道中压管道高压管道P00≤p≤1.61.6≤p≤10p10注：工作压力≥9.0MPa，且工作温度≥500℃的蒸管道可升级为高压管道1.管道的分类与等级（2）GB50316《工业金属管道设计规范》将管内输送流体分为五类A1类流体－剧毒流体，在输送过程中如有少量流体泄漏到环境中，被人吸入或与人体接触时，能造成严重中毒，脱离接触后，不能治愈。相当于现行国标《职业性接触毒物危害程度分级》GB5044中Ⅰ级（极度危害）的毒物。A2类流体－有毒流体，接触此类流体后，会有不同程度中毒，脱离接触后可以治愈。相当于现行国标GB5044中Ⅱ级及以下（高度、中度、轻度危害）的毒物。二、管路设计基础1.管道的分类与等级（2）GB50316《工业金属管道设计规范》将管内输送流体分为五类B类流体－此类流体在环境或操作条件下是一种气体或可闪蒸产生气体的液体，这些液体能点燃并在空气中连续燃烧。C类流体－设计压力大于1.0MPa和设计温度低于－20℃、高于186℃的不可燃、无毒流体。D类流体－设计压力≤1.0MPa和设计温度为－20℃～186℃的不可燃、无毒流体。二、管路设计基础1.管道的分类与等级（3）HG20225-1995《化工金属管道工程施工及验收规范》将管道所输送的介质分为四类：A类为输送剧毒介质的管道；B类为输送可燃介质或有毒介质的管道；C、D类为输送非可燃介质、无毒介质的管道，其中设计压力p≤1.0MPa且设计温度为－29～186℃的管道为D级管道。二、管路设计基础1.管道的分类与等级（4）SH3501－2002《石油化工有毒、可燃介质管道工程施工及验收规范》，按管道输送介质的性质及设计条件对管道进行分级二、管路设计基础管道级别适用范围SHA1.毒性程度为极度危害介质管道（苯管道除外）2.毒性程度为高度危害介质的丙稀腈、光气、二硫化碳和氟化氢管道3.设计压力≥10MPa的介质管道SHB1.毒性程度为极度危害介质的苯管道2.毒性程度为高度危害介质管道（丙稀腈、光气、二硫化碳和氟化氢管道除外）3.甲类、乙类可燃气体和甲A类液化烃，甲B类、乙A类可燃液体介质管道SHC1.毒性程度为中度、轻度危害介质管道2.乙B类、丙类可燃液体介质管道SHD设计温度低于－29℃的低温管道2.管道及附件的公称压力及公称直径公称压力和公称直径是管子、阀门和管件的两个特性参数。采用公称压力及公称直径的目的是使管子、阀门和管件的连接参数统一，利于装管工程的标准化。装管工程标准化，可给阀门、管件的生产、设计单位的设计，施工单位的安装带来极大的方便。二、管路设计基础2.管道及附件的公称压力及公称直径（1）公称压力和公称压力系列公称压力用符号Pg或PN表示，通常大于或等于实际工作压力。一般来说，管路工作温度在0～120℃范围内时，工作压力和公称压力是一致的，但当温度高于120℃时，工作压力将低于公称压力。二、管路设计基础级别工作温度/℃公称压力/MPa工作压力/MPa级别工作温度/℃公称压力/MPa工作压力/MPaⅠⅡⅢ1～120121～300301～40010.010.010.010.0×100％10.0×80％10.0×64％ⅣⅤⅥ401～425426～450451～47510.010.010.010.0×51％10.0×43％10.0×34％2.管道及附件的公称压力及公称直径（1）公称压力和公称压力系列公称压力用符号Pg或PN表示，通常大于或等于实际工作压力。一般来说，管路工作温度在0～120℃范围内时，工作压力和公称压力是一致的，但当温度高于120℃时，工作压力将低于公称压力。二、管路设计基础级别工作温度/℃公称压力/MPa工作压力/MPa级别工作温度/℃公称压力/MPa工作压力/MPaⅠⅡⅢ1～120121～300301～40010.010.010.010.0×100％10.0×80％10.0×64％ⅣⅤⅥ401～425426～450451～47510.010.010.010.0×51％10.0×43％10.0×34％公称压力从0.25MPa至32MPa共分为12级，它们是（以下用kgf/cm2作压力单位）2.5，6，10，16，25，40，64，100，160，200，250，320等。2.管道及附件的公称压力及公称直径（2）公称直径和公称直径系列公称直径用Dg或DN表示，它与管子的直径相近，但不一定相等。凡是同一公称直径的管子，外径必定相同，但内径则因壁厚不同而异。例如φ57×3.5mm和φ57×4.5mm的无缝钢管，都称作公称直径为50mm的钢管，但它们的内径却分别为50mm和48mm。二、管路设计基础水煤气钢管的公称直径用英寸表，有：6,5,4,3,212,2,211,411,1,4/3,2/1,8/3,4/1,8/13.管道系统试验（1）液压强度试验承受内压的地上钢管及有色金属管道试验压力应为设计压力的1.5倍，埋地钢管的试验压力应为设计压力的1.5倍，且不得低于0.4MPa。对承受外压的管道，其试验压力应为设计内、外压力之差的1.5倍，且不得低于0.2MPa。（2）气压试验气压严密性试验应在液压强度试验合格后进行，一般使用空气或惰性气体。对承受内压、设计压力不大于0.6MPa的钢管及有色金属管道，其气压试验压力为设计压力的1.15倍；真空管道的试验压力应为0.2MPa。二、管路设计基础4.常用管材（1）铸铁管常用作埋于地下的给水总管及污水管（2）硅铁管高硅铁管与抗氯硅铁管适用于输送公称压力0.25MPa以下的腐蚀性介质二、管路设计基础4.常用管材（3）水煤气管水煤气管用软钢焊成，分镀锌与不镀锌两种，前者称为白铁管，后者称为黑铁管。水煤气管常用作给水、煤气、暖气、压缩空气、真空、低压蒸汽和凝液以及无侵蚀性管道。水煤气管的极限工作温度为175℃，且不得用于输送爆炸性及有毒害性的介质。水煤气管分为普通（公称压力1MPa）与加强（公称压力1.6MPa）两级，公称直径用英寸表示，常采用罗纹联接。二、管路设计基础4.常用管材（4）无缝钢管可用来输送有压力的物料、水蒸气、高压水、过热水以及输送可燃性、有爆炸危险、有毒性的物料，极限工作温度为435℃。（5）有色金属管（a）铜管与黄铜管：多用作低温管道（冷冻系统）、仪表的测压管或传送有压力的流体（如油压系统、润滑系统），当温度大于250℃时，不宜在压力下使用。（b）铝管系拉制而成的无缝管，常用来输送浓硝酸、醋酸、蚁酸、硫化氢及二氧化碳等物料，或用作换热管，但铝管不抗碱。在温度大于160℃时不宜在压力下操作二、管路设计基础（c）铅管常用作硫酸管道或酸性物料管道，但由于强度低、重度大、抗热性差等缺点，已逐步为耐酸合金钢，尤其是塑料管所代替。（d）有衬里的钢管主要用于输送腐蚀性介质。由于有色金属较稀贵，价格高，可用作钢管的衬里或用代用材料衬里。衬里的金属材料有铝、铅等（6）非金属管（a）陶瓷管管子内径为25～400mm。陶瓷管耐腐蚀性能很好，耐酸陶瓷管可以输送0.1MPa或真空度26.7kPa及温度不大于90℃的腐蚀性介质，氢氟酸除外。它的缺点是性脆，机械强度低和不能耐温度剧变二、管路设计基础（6）非金属管（b）塑料管塑料管均具有良好的耐腐蚀性能，有硬聚氯乙稀管、聚乙烯管和聚丙烯管等多种。硬聚氯乙稀管对于任何浓度的各种酸类、碱类和盐类都是稳定的，但对强氧化剂不稳定。可用来输送60℃以下的介质，亦可用于输送0℃以下的液体。缺点是耐热性差，易老化，使用寿命不长。（c）玻璃钢管主要有环氧玻璃钢、酚醛玻璃钢、呋喃玻璃钢、不饱和树脂玻璃钢和乙烯基树脂玻璃钢。玻璃钢管耐腐蚀性良好，使用温度小于120℃，使用压力小于0.6MPa。二、管路设计基础（6）非金属管（d）橡胶管能耐酸碱，抗腐蚀性好，且有弹性可任意弯曲。橡胶管一般用作临时管道及某些管道的挠性件，不作为永久管道。二、管路设计基础1.阀门按阀门功能可分为：截止阀，调节阀，稳压阀，减压阀，安全阀等；按其结构形式可分为：球心阀，闸阀，旋塞，蝶阀，针形阀等。（1）球心阀又称截止阀，不宜用于输送粘度大、含有颗粒、易结晶、易沉淀物料的管路（2）闸阀闸阀又称闸板阀不适宜用于有晶体或悬浮物的物料输送管路，也不宜用于腐蚀性物料输送管路（3）旋塞一般用于温度较低、粘度较大或要求开关迅速的管路。二、管路设计基础——常用阀门及管件（1）球心阀又称截止阀，不宜用于输送粘度大、含有颗粒、易结晶、易沉淀物料的管路（2）闸阀闸阀又称闸板阀不适宜用于有晶体或悬浮物的物料输送管路，也不宜用于腐蚀性物料输送管路（3）蝶阀又叫翻板阀，蝶阀不易和管路严密配合，所以只适于调节流量，而不能用于切断管路（4）旋塞一般用于温度较低、粘度较大或要求开关迅速的管路。（5）针形阀特别适用于高压操作和要求精确调节流量的地方，如钢瓶（6）止逆阀又叫单向阀或止回阀作用是防止倒流。水泵的进口管路上也经常装有止逆阀。（7）安全阀用在受压设备、容器上作为超压保护装置，当设备压力超过允许值时，阀门开启全量排放，防止设备内压力继续升高，当压力降低到规定值时，阀门即时关闭（8）减压阀将进口高压流体降为某个需要的出口压力，当进口压力及流量变动时，能自动保持出口压力基本不变的自动阀门。（9）疏水阀一般用在蒸汽管路上或蒸汽加热器的冷凝水排出管路上，其作用是排出不断产生的冷凝液，而阻止蒸汽排出。2.管件（1）法兰法兰是最常用的管道间相互连接的元件。管道法兰按与管子连接方式可分为：平焊、对焊、罗纹、承插焊和松套法兰等五种基本类型。法兰密封面有突面、光面、凹凸面、榫槽面和梯形面等。（2）法兰垫圈它是法兰联接中必须使用的管件，起密封作用，有软橡胶、石棉橡胶、聚氯乙稀塑料等多种，可通过查有关工艺手册选取。（3）其他管件改变走向、管径、封闭管路以及由主管上引出支管等均需用管件。二、管路设计基础——常用阀门及管件（1）法兰法兰是最常用的管道间相互连接的元件。管道法兰按与管子连接方式可分为：平焊、对焊、罗纹、承插焊和松套法兰等五种基本类型。法兰密封面有突面、光面、凹凸面、榫槽面和梯形面等。3.管道连接1）焊接：所有压力管道，如煤气