化工管道安装设计

第六节动设备的配管设计一、泵的管道布置设计二、压缩机的管道布置设计一、泵的管道布置设计1.化工装置中常用泵的分类离心泵各种离心泵都有汽蚀余量或允许吸入真空高度的要求，管道设计必须充分考虑这一重要因素。往复泵活塞推动一次就在泵出口管道上引起一次脉动。在管道设计中要考虑防振措施。泵的布置形式•露天布置通常集中布置在管廊的下方或侧面，也可分散布置在被抽吸设备的附近。其优点是通风良好，操作和检修方便。•半露天布置适用于多雨地区，一般在管廊下方布置泵，在上方管道上部设顶棚。或将泵布置在构架的下层地面上，以构架平台作为顶棚。这些泵可根据与泵有关设备布置要求，将泵布置成单排、双排或多排。•室内布置适用于寒冷或多风沙地区。如果工艺过程要求设备布置在室内时，其所属的泵也应在室内布置。泵的布置要求•对于露天半露天的泵，一般布置在管廊下或管廊与塔、容器之间，平行于管廊成一排。•室内的泵，操作温度等于或高于自燃点的可燃液体泵、操作温度低于自燃点的甲B、乙A类可燃液体泵、液化烃泵，应分别布置在不同房间内，且隔墙应为防火墙，它们与门窗之间的距离不应小于4.5m。•成排布置的泵应按防火要求、操作条件和物料特性分组布置，且宜将泵端出入口中心线取齐或泵端基础边对齐。•双排布置的泵，宜将两排泵的动力端相对，在中间留出检修通道。•蒸汽往复泵动力侧和泵侧应留有抽出活塞和拉杆的位置。•热油泵的布置应考虑连接管道的柔性设计要求。•公用备用泵宜布置在相应泵的中间位置。•立式泵布置在管廊下方或框架下方时，其上方要留出泵体安装和检修所需的空间。泵的间距：•除安装在联合基础上的小型泵外，两台泵之间的净距不宜小于0.75m。•泵布置在主管廊下方或外侧时，泵区通道的最小净宽为3m，最小净高为3m，泵端前面操作通道的宽度不应小于1m，泵和驱动机的中心线宜与管廊走向垂直。•泵进出口阀门手轮到临近泵的最突出部分或柱子的净距最少0.75m，电动机之间距离为1.5m-2.0m。泵管道的设计泵类管道布置设计一般遵守如下原则：•必须符合管道仪表流程图（PID）的设计要求，应做到安全可靠、经济合理，并满足施工、操作、维修等方面的要求；•要遵守安全及环保法规，确保满足安全生产。•要使管道保持一定的柔性以满足热胀冷缩所需；•控制管道的固有频率以避免产生共振；•防止偏流而影响泵的性能；•确保满足净正吸入压头（NPSH）；•管道组件的合理选取；•避免管口受力。♦泵嘴的位置•顶—顶（即入、出口均在泵体上部）；端—顶；侧—侧；侧—顶四种单级泵一般出口在顶部，位于泵中心线的某一侧；多级泵常采用侧向进出，也有顶-顶、侧-顶的形式。•一般应根据泵的入出口位置进行管道布置，但亦可按管道布置的要求，选择入出口位置合适的泵。•如果采用3台泵输送两种不同的介质时，一般中间一台泵为公共备用泵，采用顶部吸入管嘴。♦泵吸入管道设计①防止泵产生汽蚀现象•泵吸入管系统的有效汽蚀余量最少是泵所要求汽蚀余量的1.3倍以上。尤其输送在操作温度下容易蒸发的液体，以及处于泡点（或平衡）状态的液体时，应设法增加有效汽蚀余量；•吸入管系统由于气体积聚，可能会发生气蚀，因此在吸入管的中途不得有气袋；当入口水平管段较长时，要有1/50-1/100的坡度，吸入时，向泵入口上坡；在压入时，则向泵入口下坡；•泵入口变径管的安装应使气体不在变径处积聚，可选用偏心大小头。当管道从下向上水平进泵时，大小头应取顶平；当管道从下向上进泵时，大小头应取底平；②高温吸入•用于高温流体的输送泵的管道会产生非常大的热应力，因此需要进行热应力计算，作用于泵入口管嘴处的力和力矩不得超过管嘴的允许值。•图中所示是塔底泵的几种管道布置方案，从a-f柔性逐渐增加，可根据泵的操作温度选择适宜的管道形状。③含固体颗粒的管道•对于输送含有固体颗粒的管道，为避免颗粒沉降堵塞管道，泵的分支管可采用大坡度或45度角连接，阀门尽量靠近分支处安装。④侧向吸入的泵的管道•当泵出入口压差较大时，往往选用侧向吸入的泵，这种泵一般是多级泵。应避免偏流产生。•偏流的危害：破坏液体在叶轮内的流动平衡，使泵的扬程改变，也影响轴功率；流体进入叶轮角度与设计时要求不同，会出现气阻、液体与叶轮片不接触等现象，造成振动噪声；使泵的性能变劣，泵的寿命缩短。•避免偏流的措施：侧面吸入的离心泵，入口处要有一段长度大于三倍管径的直管段，然后才能接弯头。双吸入离心泵，为使泵轴两侧的推力相等，叶轮平衡，需要有7-10倍于管径的直管段。⑤双吸离心泵管道•对于双吸离心泵，为使泵轴两侧推力相等，叶轮平衡，吸入管道应有一段直管段；•当吸入管道与泵轴平行，在同一面与泵连接时，泵吸入口法兰前方应有7DN以上的直管段，以防止由弯头引起介质偏流，从而降低泵效率和损伤叶轮；•当吸入管道与泵轴成直角与泵吸入嘴相接时，直管段可包括弯管，也可以把大小头和切断阀视作直管。⑥阀门设置•泵入口切断阀应用闸阀或其他阻力小的阀门，当入口管道尺寸比泵管嘴大一级时，切断阀与管道尺寸相同；当管道尺寸比泵管嘴大二级以上时，切断阀尺寸比管道尺寸小一级；•泵入口的切断阀主要用于切断流体流动。因此切断阀应尽可能靠近泵入口管嘴设置，以便最大限度地减少阀门与泵嘴之间的滞留量。⑦过滤器的设置•在施工过程中，管道内不可避免地会残留一些焊渣等杂物，因此试运转时，泵吸入口要装临时过滤器，当管道吹扫干净后，可把此过滤器取下。•临时过滤器装在两法兰间，前后要有一段可拆卸的短管，以便于拆卸。其过滤面积要根据介质的性质和泵的要求来决定，一般是管道断截面的2-4倍。小型泵用螺纹连接时，用Ｙ形永久过滤器较方便。•小间隙泵（如凸轮泵、螺旋泵、齿轮泵、活塞泵、比例泵等）吸入口要设永久过滤器，一般每个泵设置一个过滤器，放在泵吸入口和吸入口切断阀之间。♦泵出口管道设计泵的出口管道，虽不像入口管那样影响泵的性能。但是，管系压降和热应力，仍须认真考虑。•对于输送含有固体颗粒液体的泵，为减少管道压降和沉积物堵塞管道，泵的出口管道均采用450斜接，阀门尽量靠近分支处；•为防止流体倒流（如单台泵的停泵及并联泵的启动或停泵等)在泵出口与第一道切断阀之间设止回阀，其管径与切断阀相同；其形式以旋启式或蝶式止回阀为好；•泵出口管垂直向上时，在止回阀上方应设排液阀，若止回阀阀体较大（≥DN50）者可直接在阀盖上钻孔安装排液阀，否则应在止回阀与切断阀之间加一短管以便安装放净阀；•对于泵出口压头不高或停泵后不致发生叶轮倒转时可不设止回阀；•泵出口切断阀切断阀应用闸阀或其他阻力小的阀门，其直径可与管道相同，也可比管道直径小，但不得小于泵嘴直径。一般泵出口管道与泵嘴直径相同或大一级时切断阀直径与管道直径相同；当大于泵嘴二级时，切断阀直径比泵嘴大一级；•泵出口管道的大小头可以安装在泵嘴与止回阀间的任意位置，顶部吸入和排出的泵在尺寸很小的时候，可以采用偏心大小头来增大间距。♦泵辅助管道设计①吹扫、放空和排液•泵的吹扫、放空和排液管道的安装方式应根据输送介质的特性及温度决定。•泵出口应设置放空管道，以便泵开工时排气；•为了防止错误操作时空气进入泵内，泵附近吸入管道一般不安排排液管，但是易堵、易凝流体应在靠近切断阀上游设置兼排液作用的吹扫管，排液管应安装在对切断阀手轮操作及过滤器抽出等无妨碍的位置上；•出口的排液管及吹扫管，应安装在止回阀与切断阀之间，且不影响切断阀的操作。②辅助管道•用于输送泵的轴承冷却、润滑、填料的密封液及冲洗水的管线。一般在带控制点流程图上画出。冷却水管道设计中应注意以下几点：•泵冷却水管道尽量靠近泵底座或泵基础侧面布置，以免影响泵的维修和检查；•每台泵的供水支管均应设置阀门，对闭式回水线上也应设置阀门和看窗，开式回水线引向泵基础边的小沟内。当压力回水时，进出总管应有联通管，在最低点要有排液阀；•泵的冷却水管道与驱动设备或封油冷却器冷却水管应并联，不应串联；•有可能造成结冰的冷却水管应有保温和排液措施；•如输送蒸汽压较高的液体（如液化烃、液氨等）时，可将通入机械密封静环背面或水套的冷却水改为40度左右的热水，防止液化烃或液氨等因降压汽化而结冰，并防止橡胶或聚四氟乙烯密封圈变硬发脆，失去密封作用。③泵的保护管线•暖泵线：对于输送230℃以上高温液体，且有备用泵的情况下，为避免切换泵时高温液体急剧涌入泵内，使泵急热或使泵体、叶轮受热不均而损坏或变形，致使固定部分和旋转部分出现卡住现象，应设泵的暖泵线，使停运的泵保持待启动状态，以便随时切换。•小流量线：当泵的工作流量低于泵额定流量30%以上时，就会产生垂直于轴方向的力——径向推力。而且，由于泵在低效率下运转，使入口部位的液温升高，蒸汽压增高，容易出现汽蚀。为了预防发生这种情况，要设置确保泵在最低流量下正常运转的小流量线。•平衡线：对于输送在常温下饱和蒸汽压高于大气压的液体或处于泡点状态的液体,为防止进泵液体产生蒸汽或有汽泡进入泵内引起汽蚀而设平衡线。•平衡线是由泵入口接至吸入罐（塔）的气相段。汽泡靠相对密度差向上返回吸入罐（塔）；•使用这种辅助管道时，汽泡仅仅靠本身重度差而移动，所以要由泵向罐上坡，接到吸入罐的气相部位。•旁通线：启动高扬程泵时，出口阀单方向受压过大，不易打开，若强制开启，将有损坏阀杆、阀座的危险，此时需在出口阀前后设置带有限流孔板的旁通线以便阀门容易开启。•防凝线：输送在常温下凝固的高凝固点的液体时，其备用泵和管线应设防凝线，以免备用泵和管线堵塞。•一般设两根防凝线，管径DN20，其中一根从泵出口切断阀后接至止回阀前，与上述旁通线基本相同。为防止备用泵和管道内液体凝固，打开防凝线阀门和备用泵入口阀门，于是少量液体通过泵体流向泵的入口管，使液体呈缓慢流动状态；另一根防凝线是从泵出口切断阀后接至泵入口切断阀前，当检修备用泵时，关闭备用泵入口切断阀，打开防凝线阀门，少量液体在泵入口管段缓慢流动，以保证管线内流体不凝。二、压缩机的管道设计压力的提高是依靠直接将气体的体积压缩实现的首先使气体分子得到一个很高的速度，然后在扩压器中，使速度降下来，把动能转化为压力能。往复压缩机管道设计♦往复式压缩机的结构形式：卧式、立式、W形、星型和对称平衡型等。♦往复式压缩机的管道设计的特点：往复式压缩机的间歇吸入和排出,产生气体的压力脉动，压缩机本体的机械