化工管路设计与安装要求

认识化工管路2020/1/52前言一套化工装置之所以能进行生产，是由于工艺过程所必须的机械设备用管到按流程加以连接的结果。工艺生产装置的管道犹如人体的血管，没有它人就不能生存；同样，工艺生产装置如果没有管道的连接也就不能生产。在石油化工工程建设中，配管材料的费用约占设备材料总费用的23%，安装工时约占施工总工时的47%，设计工时约占工程设计总工时的40%，而且装置能否长期安全运行与管道的设计安装质量密切相关。2020/1/53管道设计与安装是石油化工装置设计与安装的重要组成部分，是一门综合性的技术，既要求从事这项工作的工程技术人员具有工艺、设备、生产操作、检修和施工等方面的知识，也要求具备土建、机械、电工、仪表、系统工程等广泛的知识。本课程在全面分析石油化工工艺管道设计理论、安装原则、施工标准等主要内容的同时力求理论联系实际，突出工程实践，为化工工艺类毕业生从事化工装置的管理和工艺管道的安装与使用打下一定的基础。2020/1/54管道是由管子、管件、阀门、以及管道上的小型设备等管道组成件连接而成的输送流体或传递压力的通道。实际生产中各种管道输送的介质和操作参数千差万别，其危险性和重要程度也各有不同。因此目前工程上采用管道分级的办法，对各种管道分门别类地提出不同的设计、制造和施工验收要求，以确保各种管道在其设计条件下能安全可靠地运行。第一章管道工程基础2020/1/552020/1/562020/1/57工业管道分级：管道级/类别级别名称设计压力/MPa级别名称设计压力/MPa真空管道＜0中压管道1.6＜P≤10.0低压管道0＜P≤1.6高压管道＞10.0注意：工作压力大于9MPa，且工作温度大于500℃的蒸汽管道可视为高压管道。2020/1/58管道的设计压力和设计温度设计压力如何确定管道的设计压力，国际《工业金属管道设计规范》规定设计压力按下列要求确定。一条管道的设计压力（表压），不应小于运行中遇到的可能内压或外压与温度相偶合时最严重条件下的压力。管道的设计温度是指正常操作过程中，由压力和温度构成的最苛刻条件下的材料温度。设计温度2020/1/59公称压力公称压力为管子、管件、阀门等在规定温度下允许承受的以压力等级表示的工作压力。公称压力的符号为PN，其公制单位为MPa。50-PN1.6DN50PN1.6表示公称压力为16atmDN50表示公称直径为50mm外径:φ57X3.5cscs表示材料为普通碳素钢ss表示材料为特种碳素钢2020/1/510标准号公称压力/MPaGB9112-880.250.601.01.62.02.54.05.010.015.025.042.0SH3406-961.02.05.06.810.015.025.042.0JB/T75-940.250.601.01.62.54.06.310.016.025.0HG-97-205920.250.601.01.62.54.06.310.016.025.0HG-97-206152.05.011.015.026.042.0国内公称压力分级对照表2020/1/511GB9112-88钢制管法兰(国标)SH3406-96钢制管法兰(中国石化总公司标准)JB/T75-94管路法兰类型(机械工业部标准)HG20592-97钢制管法兰(化学工业部标准-欧)HG20615-97钢制管法兰(化学工业部标准-美)相关标准2020/1/512公称直径、外径及壁厚公称直径为简化管道组成件的连接尺寸，便于生产和选用，工程上对管道直径进行了标准化分级，以“公称直径”表示，公称直径的符号为DN，公制单位为mm。公称直径为表征管子、管件、阀门等口径的名义内直径，其实际数值与内径并不完全相同。目前国内外公称直径的分级基本相同，我国采用公制、美国采用英制，具体见下表。外径及壁厚2020/1/513公称直径分级公制/mm英制/in公制/mm英制/in公制/mm英制/in公制/mm英制/in61/810045502211504681/4125560024120048103/8150665026125050151/2175770028130052203/420087503013505425122598003214005632/250108503415006040/3001290036160064502350149503817006865/400161000401800728034501810504219007690/500201100442000802020/1/514第二章管路流体力学（略）管径的确定管道压力降气液两相流动流体流速和压力降推荐值2020/1/515第三章管道器材及选择在对各装置工程费用的统计分析表明，管道工程费用约占总工程费用的10～30%，而管道器材在管道工程费用中所占的比例大致如下：管子35%管件（弯头、三通、异径管、管帽、法兰、垫片、紧固件）20%阀门30%保温材料15%由此可见，管子、管件和阀门的费用约占管道工程费用的85%，是管道器材费用的主要组成部分，如何合理地选择和确定这些管道器材非常重要。2020/1/516第一节管子分类：按用途分类，可分为流体输送用、传热用、结构用和其他用等；按材质分类，可分为金属管和非金属管。按形状分类，可分为套管、翅片管、各种衬里管等2020/1/517无缝钢管2020/1/518冷流体t1t2热流体T1T2套管2020/1/519翅片管2020/1/520衬里管道衬塑管2020/1/521管子按材质分类金属管：铸铁管、钢管、有色金属管。非金属管：橡胶管、塑料管、水泥管、石墨管、玻璃陶瓷管、玻璃钢管等。2020/1/522钢管的尺寸系列1钢管的公称直径（DN）系列2钢管的外径系列3钢管的壁厚系列2020/1/523非金属管和衬里管聚氯乙烯管（PVC管）：广泛应用于石油化工、污水处理、矿山等领域，具有良好的耐腐蚀性能、机加工性能、力学性能。PVC管可分为0.5、0.6、1.0、1.6四个压力等级；适应温度范围：-15～60℃，温度过低易开裂过高易老化。PVC管一般分为轻型管和重型管两种。2020/1/524玻璃钢管（FRP管）：玻璃钢管是将浸有树脂基体的纤维增强材料，按照特定的工艺条件逐层缠绕到芯模上并进行固化而成。其管壁是一种层状结构。种类：FRP-W型、FRP-R型、FRP-F型、FRP-H型聚丙烯/玻璃钢复合管（PP/FRP管）：衬里管：衬橡胶、塑料、玻璃、陶瓷、搪瓷等。2020/1/525第二节管件管件在管道系统中起着改变走向、改变标高或改变直径、封闭管端以及由主管引出支管的作用。在石油化工装置中管道品种多，管系复杂，形状各异、繁简不同，所采用的管件品种、材质、数量也就很多，选用时需要考虑的因素也很复杂。管件的主要品种有弯头、异径管、三通、四通、加强管嘴、管帽、螺纹短节等。常用材料有普通碳素钢、合金钢、不锈钢等。2020/1/526管件的用途管件名称用途活接头弯头三通、四通异径管管帽、丝堵直管与弯管的连接改变走向管路分支改变管径封闭管端2020/1/527管件的选择管件的选择是指根据管道级别、设计条件（P、T）、介质特性、材料加工工艺性能、焊接性能、经济性以及用途来合理确定管件的温度-压力等级和管件的连接形式。实际工程设计中，具体根据工程项目的管道器材选用规定、管道等级表以及管道布置要求选用管件的材料、压力等级、连接形式和种类。管件的连接形式多种多样，相应的结构也有所不同，常用的有对焊连接、螺纹连接、承插焊连接和法兰连接四种形式。2020/1/528法兰及紧固件管道法兰是工业管道系统最广泛使用的一种可拆卸连接件，法兰及其紧固件包括法兰本身和起紧固密封作用的螺栓螺母和垫片。由这三部分组成的可拆卸连接件整体是管道的重要环节，法兰连接密封不好很容易造成物料的泄露，而泄露的原因除施工不良等因素外，正确选用法兰及其紧固件也很关键。本节将着重介绍法兰类型及其安装与使用。2020/1/529法兰的种类管道法兰按与管子的连接方式分成以下五种基本类型：螺纹、、对焊、承插焊和松套法兰。螺纹法兰：平焊法兰：承插焊法兰（同带颈法兰）：对焊法兰：松套法兰：2020/1/530法兰密封面法兰密封面有宽面、光面、凹凸面、槽面及梯形槽面等几种。凹凸面法兰：光面法兰：宽面法兰：面法兰：梯形槽面法兰：2020/1/531法兰与法兰盖2020/1/532不锈钢法兰型号：ANSIB16.5SW不锈钢法兰型号：DIN2633、HG20595不锈钢法兰型号：ANSIB16.5SW不锈钢管件型号：ANSIB16.5WN不锈钢法兰型号：AS2129TABLE不锈钢法兰型号：AS2129不锈钢管件型号：HG20595-97不锈钢法兰型号：HG20593-97不锈钢法兰型号：HG20594-972020/1/5332020/1/534螺栓和螺母2020/1/535冲压弯头2020/1/536煨弯管2020/1/537三通或四通2020/1/538异径管2020/1/539碳钢高压弯头2020/1/54045o、90o、180o弯头2020/1/541阀门阀门是介质流通系统或压力系统中的一种设施，它用来调节介质的流量或压力。其功能包括切断或接通介质、控制流量、改变介质流向、防止介质回流、控制压力或泄放压力。阀门的这些功能通常靠调节阀门关闭件的位置来实现，这种调节可采用手工操作，也可以采用自动控制。本节将着重讨论手动阀。2020/1/542阀门的分类1按用途分：切断阀、调节阀、止回阀、分流阀、安全阀等；2按驱动形式分：手动阀、动力驱动阀、自动阀；2按驱动形式分：3按公称压力分：真空阀、低压阀、中压阀、高压阀、超高压阀；4按工作温度分：真空阀、低压阀、中压阀、高压阀、超高压阀；高温阀、中温阀、常温阀、低温阀、超低温阀；2020/1/543阀门通用分类法：这种分类法是既按阀门的工作原理和用途来划分，同时又考虑阀门结构上的区别，这是目前国内外最常用的分类方法。一般分为：闸阀、截止阀、止回阀、蝶阀、旋塞阀、球阀、夹管阀、隔膜阀、柱塞阀等。阀门通用分类法：公称压力和公称通径。2020/1/544球阀球阀的阀瓣为一中间有通道的球体，球体环绕自己的軸心作90o旋转以实现阀门的开闭。球阀开闭迅速，一般用于需要快速启闭或要求阻力小的场合，可用于水、油等介质，也可适用于浆料、粘性物料甚至是带悬浮颗粒的介质。2020/1/545手动球阀系列2020/1/546自动球阀系列2020/1/547隔膜阀隔膜阀利用弹性隔膜阻挡流体通过，其阀杆不与介质直接接触，所以不采用填料函。隔膜阀适用于输送气体、液体、粘性流体和腐蚀性介质，隔膜材料采用橡胶或聚四氟制作，因此隔膜阀的最大特点是耐强腐蚀。2020/1/548蝶阀蝶阀的启闭件是一个圆盘形的阀板，在阀体内绕自身的中心线旋转，从而达到阀门的启闭或调节阀门的开度大小。蝶阀适用于气体、油、工艺过程和输水管道等。特点：切断性能好、流通阻力小、有良好的调节性能、结构紧湊尺寸小便于配管、重量轻安装及固定容易、结构简单维修方便、可实现快速切断、可用于带悬浮颗粒的介质。2020/1/549蝶阀系列2020/1/550截止阀截止阀的启闭件是塞形阀瓣，密封面呈平面或锥面；截止阀的阀座垂直于流体方向，流体经过阀门时方向产生改变，因而阻力较大；由于流体流经阀座在此位置容易沉积固体而影响密封性，因此截止阀一般不用于带悬浮固体的液体物料。截止阀可以用作切断介质用，并且适合于需频繁开启的场合。2020/1/551截止阀系列2020/1/552疏水阀系列节能型阀门，主要用于汽水分离。2020/1/553闸阀闸阀的启闭件是阀板，阀板的运动方向与流体流动方向垂直。闸阀广泛应用于各种介质的启闭，其通道通常是全径型直通道，因而压力降很小。特点：流体方向不变阻力小、适于作切断不宜调节流量、连接尺寸小、不适于带固体的流体、密封面易损坏维修麻烦、结构较复杂。2020/1/554闸阀系列2020/1/555管道的设计与安装前提：在管道设计安装之前，须有如下必要的资料：1装置设备的平、立面布置图；2管道材料规