学习情境一、化工管路

化学工程系2019年8月15日星期四李丽学习目标认识化工管路的构成1熟悉化工管路用材2掌握密度、流量、流速、管径概念及相关计算3根据生产任务确定管道、管件、阀门类型与规格4化工管路按输送介质的压力真空管、低压管、中压管、高压管、超高压管低温管、常温管、高温管按输送介质的温度简单管路、复杂管路水管、蒸汽管、气体管、油管以及输送酸、碱、盐等腐蚀性介质管路概述与分类一、压力管道（一）压力管道概念压力管道是指利用一定的压力，用于输送气体或液体的管状设备（二）压力管道的分类与分级压力管道通常根据其危害程度实施分级安全监察。一般将压力管道按安全等级分为GC1、GC2、GC3三级。（三）石油化工管道的分级根据介质的性质和工艺条件分为5级：SHA、SHB、SHC、SHD、SHE二、化工管路的构成（一）管子在实际化工生产中，由于输送流体物料的性质和工艺条件的不同，用于连接设备和输送流体物料的管子不仅要满足强度和通过物料能力的要求，还要适应耐温（高温或低温）、耐压（高压或低压）、耐腐蚀（酸、碱）、导热等性能的要求。1．管子的标准公称直径公称压力2．管子的材料金属管非金属管（二）常用管件1.弯头弯头的作用主要是用来改变管路的走向。弯头可用直管弯曲而成，也可用管子组焊，还可用铸造或锻造的方法制造。弯头的常用材料为碳钢和合金钢。弯头的形状常有45度、60度、90度、180度回弯头等。据接入管的角度和旁路管径的不同，可分为正三通、斜三通。接头处的管径除三通外，还有四通、Y形管等，有时也用来改变流向，多余的一个通道接头用。，2．三通3.短路和异管径短管两端面直径相同的叫等径管，两端面直径不同的叫异径管。异径管可改变流体的流速。短管与管子的连通常采用法兰或螺纹连接方式，也可采用焊接4.法兰与盲板为了管路安装和检修的需要，管路中需装设管道法兰。管法兰已标准化，使用时可根据公称压力和公称直径选取。通常管路的末端装有法兰盖（实心法兰），以便于检修和清理管路法兰盲板（三）常用阀门1.闸阀闸阀的结构如图所示，主要部分为一闸板，通过闸板的升降以启闭管路（相当于在管道中插入一块和管径相等的闸门，闸门通过手轮来进行升降，从而达到启闭管路的目的）。楔式闸阀平行式闸阀截止阀又称球心阀或球形阀，截止阀的密封零件是阀盘和阀座。通过转动手轮，带动阀杆和阀盘做轴线方向的升降，改变阀盘与阀座之间的距离，从而改变流体通道面积大小，使得流体的流量改变或截断通道。3．止回阀止回阀是根据阀盘前后介质的压力差而自动启闭的阀门。如将它装在管路中，流体只能向一个方向流动，从而阻止介质的逆流。它的结构是在阀体内装有一个阀盘或摇板，当介质顺流时，阀盘或摇板被顶开；当介质倒流时，阀盘或摇板受介质压力作用而自动关闭。根据结构不同，止回阀分为升降式和旋启式两种。升降式止回阀4．旋塞旋塞阀是利用带孔的锥形栓塞来控制启闭的阀门。锥形旋塞与阀体内表面形成圆锥形压合面相配合，阀体上部用填料将旋塞与阀体之间的间隙密封。旋塞上部有方榫，使用专门的方孔扳手转动栓塞，通过旋转一定角度来开闭阀门。旋塞阀与管路的连接方式有螺纹连接和法兰连接两种。法兰连接旋塞阀内螺纹连接旋塞阀5．球阀球阀主要由阀体、阀盖、密封阀座、球体和阀杆等组成。其结构与旋塞阀相似。球阀是通过旋转带孔球体来控制阀门启闭的。根据球体在阀体内可否浮动，分为浮动球球阀和固定球球阀。带固定密封阀座的浮头球球阀固定球球阀6．隔膜阀隔膜阀是在阀杆下面固定一个特别橡胶膜片构成隔膜，并通过隔膜来进行启闭工作。橡胶隔膜的四周夹在阀体与阀盖隔离开来。在隔膜中间凸起的部位，用螺钉或销钉与阀盘相连接，阀盘与阀杆通过圆柱销连接起来。7．蝶阀蝶阀主要有手柄、齿轮、阀杆、阀板、阀体等组成如图1-12所示。当旋转手柄时，通过齿轮、阀杆、杠杆和松紧弹簧传动，使阀板门开启。档手柄反向转动时，使蝶阀关闭。蝶阀除手动外，还有电动、气动等方式。8．节流阀中低压外螺纹节流阀节流阀结构与截止阀相似，仅启闭件形状不同。截止阀的启闭件为盘状，而节流阀启闭件为锥状或抛物线状。节流阀属于调节类阀门。通过转动手轮，改变流体通道的截面积，从而调节介质流量与压力的大小。9.阀门的选用原则输送流体的性质。如液体、气体、蒸汽、浆液、悬浮液、粘稠液等。阀门的功能。选用时应考虑各种阀门的特征及适用场合。阀门的尺寸。应根据流量大小和允许的压降范围选定，一般应与工艺管道尺寸相配。阻力损失。根据阀门的功能和可能产生的阻力来选定阀门的结构形式。根据操作条件，来确定法阀门的压力等级和材质。三、管路的连接1．焊接连接适用于有压管道及真空管道，视管径和壁厚的不同选用电焊或气焊。这种连接方式简单、牢固且严密，多用于无缝钢管，有色金属管的连接。焊接连接属于不可拆连接方式。采用焊接连接密封性能好、结构简单、连接强度高，可适用于承受各种压力和温度的管道上，故在化工生产中得到广泛应用。对接搭接角接T形接2．法兰连接法兰连接是管路中应用最多的可拆连接方式。法兰连接强度高、拆卸方便、适应范围广，广泛应用于大管径、耐温耐压与密封性要求高的管路连接以及管路与设备的连接。在法兰连接中，法兰盘与管子的连接方法多种多样，常用的有整体式法兰、活套式法兰和介于两者之间的平焊法兰等。3．螺纹连接（1）内牙管连接（3）活管接连接（2）外牙管连接4．承插式连接在化工管路中，承插连接适用于压力不大，密封性能不高的场合。常用作铸铁水管的连接方式，也可用作陶瓷管、塑料管、玻璃管等金属管路的连接。承插式连接结构如图1-18所示。承插连接时，在插口和承口接头处留有一定的轴间间隙，一边与补偿管路受热后的伸长。（二）管路的热补偿若管路两端固定，当温度变化较大时，就会因热胀冷缩而产生拉伸或压缩变形，严重时可使管子弯曲、断裂或接头松动。因此，承受温度变化较大的管路，要采用热膨胀补偿装置。一般温度变化在32℃以上，要考虑热补偿。1.回折管补偿器2.波形补偿器四、管径选择与壁厚确定工厂的流体输送管道大多为圆形管道，其管子的粗细主要是管子直径的不同即管子规格的不同。管子直径的确定是我们选择管子规格的基础。输送管路的直径d与流量Vs和流速u有关。管子直径的求取公式为：(一)流量与流速1．流量(1)体积流量:单位时间内流经管道任意截面的流体体积(2)质量流量:单位时间内流经管道任意截面的流体质量(3)体积流量与质量流量的关系为2．流速(1)平均流速:单位时间内流体质点在流动方向上所流经的距离（2）质量流速：单位时间内流经管道单位截面积的流体质量（3）质量流速与流速的关系为3.流量与流速的关系为（二）管子直径的影响因素分析及确定2.管道直径的确定步骤（1）根据流体的种类、性质、压力等在适宜流速范围内，选取一个流速；（2）将索选取的流速代入公式计算管道的直径d；（3）由计算出的d，根据管子规格，将管子圆整成标准管径。例1-2有一通风管道输送120kPa(绝压)、30℃、质量流量为600㎏/h的空气。若选用流速为15m/s,试计算其管内径和选择适宜的管子规格，并计算管内的实际流速和质量流量。1.管道直径讨论当Vs一定，流速u增加，管道直径d减小，管道安装的设备投资减少，但u增加会导致管路中流动阻力增加，操作费用增加。五、化工管路的布置与安装（一）从安装、检修、操作等方面考虑1.在安装时除了下水道、上水总管和煤气管以外，管路铺设应尽可能采用明线。2.在安装时并列管路上的管件和阀门应互相错开，避免在检修及操作时的不方便。并列管路上安装手轮操作的阀门时，手轮间距约100mm。3.在安装时车间内的管路应尽可能沿厂房墙壁安装，管架可以固定在墙上，或沿天花板及平台安装。在露天的生产装置，管路可沿挂架或吊架安装。管与管之间和管与墙之间的距离以能容纳活动接头或法兰以及便于检修为宜，管与墙、柱边或管架支柱之间的净空距离不小于100mm为宜。中压管与管之间的距离保持在40～60mm，高压管与管之间的距离保持在70～90之间。4.在安装时管路的倾斜度通常为3/1000～5/1000,对含有固体结晶或颗粒较大的物料管应大于等于1%。5.在安装时为了便于区别各种类型的管路，应在管路的保护层或保温层表面涂以颜色加以区别。6.一般上下水管及废水管适宜埋地铺设，埋地管路的安装深度，在冬季结冰地区，应在当地冰冻线以下。（二）从保障操作与人身安全考虑1.输送流体的管路，特别是输送腐蚀性介质的管路，为防止因滴漏而造成对人体的伤害，在穿越通道时，不得装设各种管件、阀门以及可拆卸连接。2.铺设各种管路离地面的高度应便于检修，通过路、桥的高度应按标准执行，如通过人行横道时，不得小于2m；通过公路不得小于4.5m；通过铁路与轻轨距离不得小于6m；通过工厂主要交通干线，一般高度为5m。3.管路的跨距（两支座之间的距离）4.输送腐蚀性介质的管路与其他管路并列时，两者应保持一定距离，而且其位置应略低一些，以免发生滴漏时影响其他管路，5.物料流动时常有静电产生而是管路成为带电体，为了防止静电积累，必须将管路可靠接地。6.在温差变化较大的管路中，应考虑到热胀冷缩，以免产生热应力，造成管路弯曲或破裂。（三）从降低成本考虑1.各种管路铺设时要尽量走直线，少拐弯，少交叉，以减少阻力。2.各种管路应集中铺设，这样可以共同利用管架，降低基建费用。当穿过墙壁时，墙壁上应开预留孔，过墙时，管外最好加套管，套管与管子之间的环隙内应充满填料；管路穿过楼板时最好也这样。3.平行管路的排列应考虑管路互相的影响。在垂直排列时，输气的在上，输液的在下；热介质管路在上，冷介质管路在下，这样，减少热管路对冷管路的影响；高压管路上，低压管路在下；无腐蚀性介质管路在上，有腐蚀性介质在下，以免腐蚀性介质滴漏时影响其他管路。在水平排列时，高压管路靠近墙壁，低压管路在外；不常检修的靠墙柱，检修频繁的在外；振动大的要靠管架或墙。六、管路的常见故障及排除方法（一）做好管路维护工作认真做好日常巡回检查，准确判断管内介质的流动情况和管件工作状态；适时做好管路的防腐和防护工作，定期检查管路的保温设施是否完好；及时排放管路的油污、积水和冷凝液，及时清洗沉淀物和疏通堵塞部位，定期检查和测试高压管路；定期检查管路的腐蚀和磨损情况；检查管路的振动情况；察看管架有无松动；检查管各个接口处是否有泄漏现象；检查各活动部件的润滑情况；对管路安全装置进行定期检查和校验调整。（二）管路常见故障及排除方法1.连接处泄露2.管道填塞3.管道弯曲4.阀门故障及排除