化工管路设计

化工管路设计管道是化工生产过程中不可缺少的部分各种工艺物料、蒸汽、水以及气体都要用管道来输送；设备与设备间的连接，要用管道来沟通；据统计，管道安装的费用约占全厂化工设备总投资的15％一20％，化工管道的设计（计算）和敷设（布置）是化工厂常遇到的一个十分重要的普遍性问题．一、管道设计基础（1）施工图阶段深度的工艺及仪表流程图（PID图）；（2）公用工程系统流程图；（3）设备平面布置图和立面布置图；（4）非标设备施工图，定型设备的样本或详细安装图；（5）建构筑物平、立面布置图；（6）工程设计规范、管道等级表；（7）设备一览表；（8）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）。1概述-设计依据（1）依据管道设计规定，收集设计资料及有关的标准规范。（2）根据工艺管道流程图（PID）进行管道设计。（3）根据装置的特点，考虑操作、安装、生产及维修的需要，合理布置管路，做到整齐美观。（4）根据介质性质及工艺操作条件，经济合理地选择管材。（5）配置的管道要有一定的挠性，以降低管道的应力，对直径大于DN150，温度大于177℃的管道应进行柔性核算。（6）管道布置中考虑安全通道及检修通道。（7）输送易燃易爆介质的管道不能通过生活区。（8）废气放空管应设置在操作区的下风向，并符合国家排放标准。1概述-设计原则（1）管径（2）地沟断面的决定（3）管道配置图：a）以代号或符号表示介质名称、管子材料和规格、介质流向以及管件、阀件、汽水分离器。补偿器等；b）注明管道的标高和坡度，标高以地平面为基准面，或以楼板为基准面；c）同一水平面或同一垂直面上有数种管道安装时应予以注明；d）绘出地沟的轮廓线；e）管架敷设情况。1概述-设计内容（4）提出下列资料：a）将各种断面的地沟长度提供给土建；b）将车间上水、下水、冷冻盐水、压缩空气及蒸汽等管道管径及要求（如温度、压力等条件）提供给公用工程；c）统计各种介质管道（包括管子、管件及阀件等）的材料、规格和数量；（5）编写施工说明书：施工中应注意的问题;各种介质的管子及附件的材料;各种管道的坡度;保温油漆;安装时采用的管件管架的标准;施工中所必须遵循的规范。二、管道的材料与规格1、管路、管件的公称压力和公称直径公称压力（Pg或PN）：管路、管件在一定温度范围内（碳钢在200℃以下；合金钢在250℃以下）的最大允许工作压力。公称直径（Dg或DN）：管子、管件和阀件的名义直径。—般情况下，公称直径既非外径，亦非内径，而是与之相近的整数；某些情况下，如铸铁管的内径等于公称直径。温度等级温度范围℃最大工作压力温度等级温度范围℃最大工作压力10—2007351—3750.67倍PN2201—2050.92倍PN8376—4000.64倍PN3251—2750.86倍PN9401—4250.55倍PN4276—3000.81倍PN10426—4350.50倍PN5301—3250.75倍PN11436—4500.45倍PN6326—3500.71倍PN优质碳素钢制品公称压力（PN）和最大工作压力的关系公称直径mm相当的管螺纹in外径mm壁厚mm内径mm公称直径mm相当的管螺纹in外径mm壁厚mm内径mm81/413.502.25950260.003.5053.00103/817.002.2512.56521/275.503.7568.00151/221.252.7516.2580388.504.0080.50203/426.752.7521.251004114.004.00106.0025133.503.2527.001255140.004.50131.003211/442.253.2535.751506165.004.50156.004011/248.003.5041.00水、煤气输送钢管公称直径管道等级代号的确定×××第三单元，表示相同的公称压力和类似的或相同的基本材料下的变化顺序号第二单元，表示基本材质第一单元，表示法兰的公称压力。例：1.6k1，2.5C3，10G1等同一管道等级下有管子、管件、阀门、法兰。2.5C3：PN2.5，材质12CrMo，阀门材质为铬钼钢。2、管道等级材料代号A—铸铁及硅铸铁；B—碳素钢；C—普通低合金钢；D—合金钢；E—不锈耐酸钢；F—有色金属；G—非金属；H—衬里管；3、材质与常用管道种类大类中分类小分类管子名称示例铁管铸铁管承压铸铁管碳素钢管10#，20#钢无缝钢管，优质碳素钢无缝钢管低合金钢管16Mn无缝钢管，低温钢无缝钢管钢管合金钢管奥氏体不锈钢管，耐热钢无缝钢管铜及铜合金管黄铜管（拉制及挤制），紫铜管，铜镍合金管（蒙乃尔）铅管铅管，铅锑合金管铝管冷拉铝合金园管，热挤压铝合金园管金属管有色金属管钛管钛管，钛合金管橡胶管输气胶管，输水胶管，输油胶管，蒸汽胶管塑料管酚醛塑料管，硬聚氯乙烯管，高、低密度聚乙烯管，聚丙烯管，聚四氟乙烯管，ABS管等石棉水泥管玻璃陶瓷管化工陶瓷管，玻璃管玻璃钢管聚酯玻璃钢管，环氧玻璃钢管，呋喃玻璃钢管非金属管衬里管橡胶衬里管，钢塑复合管金属管1、铸铁管常用作埋于地下的给水总管、煤气管及污水管等，亦可用来输送矿液及浓硫酸．不可用铸铁管输送蒸汽及在压力下输送爆炸性与有毒害性的气体；铸铁管的公称直径有50、75、100、125、150、200、250、300、350、400，450、500、600、700、800、900和1000mm多种，长度有2、3、4、5和6m，视管径而异。2、硅铁管适用于输送公称压力2.5kg／cm2以下的腐蚀性介质。高硅铁能耐强酸，而含铂的抗氯硅铁更可耐各种浓度、温度的盐酸。3、水煤气管用软钢焊成，分镀锌和不镀锌两种，镀锌的称为白铁管，不镀锌的称为黑铁管。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物料管道。4、无缝钢管特点是品质均匀和强度高，可用于输送有压力的物料、蒸汽、高压水、过热水以及输送燃烧性、爆炸性和有毒害性的物料，极限工作温度为435℃。输送强腐蚀性或高温介质(可达900～950℃)则用合金钢或耐热钢制成的无缝钢管。1.铜管与黄铜管制造换热设备，亦有用作低温管道、仪表的测压管线或传送有压力的流体。2.铝管用来输送浓硝酸、醋酸、蚁酸等物料，或用作换热管，不抗碱。3.铅管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，巳逐步为耐酸合金管，尤其是为塑料管所代替。有色金属管1、陶瓷管耐蚀性能很好，缺点是陶瓷性脆、机械强度低和不能耐温度剧变。2、玻璃管耐蚀，清洁，透明，易于清洗，流体阻力小和价格较低；缺点是耐压低、性脆易碎。玻璃管可用于温度为-30～150℃的场合，温度骤变不得超过80℃。3、硬聚氯乙烯管对任何浓度的各种酸类、碱类和盐类浓液都稳定，但对强氧化剂是不稳定。可用来输送60℃以下的介质。非金属管4.阀门的选择1、旋塞装置简单、启闭迅速、流体阻力小，可用于输送含有晶体和悬浮物的液体管路中；不适于调节流量、磨光旋塞费人工、旋转旋塞较费力，在高温时会由于膨胀而旋转不动。2、闸阀阻力小、易调节流量，但—般用于大管道中作启闭阀；价贵、)制造和修理较困难、不易用非金属抗腐蚀材料制造、不得用于输送含用晶体和悬浮物的液体管道中。3、截止阀结构简单、维修方便、价格便宜、流量调节方便；密封性能差，开关力较大。4、节流阀用于需调节流量和压力的部位、但调节精度不高；适用于温度较低、压力较高的介质，不适合黏度大和含有固体颗粒的介质。5、球阀价格比旋塞贵，比闸阀便宜，操作极为可靠，易密封，易调节流量；流体阻力大，不得用于输送含结晶和悬浮物的管道中，因固体悬浮物会积聚在阀盘、阀座间，阻止阀盘和阀座的闭合。6、止逆阀(单向阀)用来使介质只作单—方间的流动。(1)升降式：阻漏性能好，但阻力大，只能用于水平管道；(2)摇板式（旋启式）：阻力小，只要保证摇板旋转轴线的水平，可任意地安装在水平、垂直或倾斜的管道上。7、安全阀根据介质工作压力自动启阀的阀件．(1)杠杆式：使用可靠，体积庞大，安装时必须严格保持阀盘轴线的垂直；(2)弹簧式，结构精巧，可装于任何位置。8、隔膜阀用于输送悬浮液或腐蚀性流体。9、疏水阀用于排除设备、管道中的凝结水、空气及其它不凝性气体，同时阻止蒸汽排出。阀门的标准、型号和标志(p225)碟阀截止阀闸阀止回阀柱塞阀过滤器阀门类型选择表流束调节形式介质带悬浮颗粒阀门类别型号截止节流换向分流无颗粒带磨蚀无磨蚀粘滞流清洁流截止型：直通式可用可用可用角式可用可用可用特用特用斜叉式可用可用可用特用多通式可用可用闭合式柱塞式可用可用可用可用特用平行闸板型：普通式可用可用带沟道闸门式可用可用可用可用楔形闸板式可用特用可用可用可用楔式闸板型：底部有凹槽可用可用滑动式底部无凹槽可用尚可用可用可用可用旋塞型：非润滑式可用尚可用可用可用可用可用润滑式可用可用可用可用可用偏心旋塞可用尚可用可用可用可用提升旋塞可用可用可用可用可用球形可用尚可用可用可用可用旋转式蝶形可用可用特用可用可用可用夹紧型可用可用特用可用可用可用可用可用隔膜型：堰式可用可用可用可用可用可用桡曲式直通式可用尚可用可用可用可用可用5、管件管件的分类按用途分类表用途管件名称直管与直管连接改变走向分支变径封闭管端其它法兰、活接头、管箍弯头、弯管三通、四通、平头螺纹管接头、加强管嘴、高压管嘴异径管（大小头）、异径管箍、内外丝管帽、堵头（丝堵）、封头螺纹短节、翻边管接头各种管件举例弯头三通异径管法兰的密封面宽面、光面、凹凸面、榫槽面和梯形槽面等。管道法兰均按公称压力选用5、管道连接1)焊接：施工方便、可靠不漏，用于不需拆卸的管道连接。2)螺纹连接：简单，拆卸方便，成本低，可靠性差。3)法兰连接：结合强度高，密封可靠，拆卸方便，，费用高，适用于大管径、密封性要求高的管道连接。4）承插连接：适用于埋地或沿墙敷设的供排水管，如铸铁管、陶瓷管和水泥管等。5）卡箍连接：适用于金属管插入非金属管的连接。6.管径计算(1)管子直径的计算和选择管内流体的常见速度范围(2)最经济管径的选择M：每年生产费用与原始投资费用之和;：每年消耗于克服管路阻力的能量费用;A：管路设备材料、安装、检修和维护费用的总和；P：设备每年消耗部分。7.管道保温为了保持一定的温度，对不在常温下操作的设备及管道需要保温。对保温材料的基本要求为重度小，导热系数低（λ在0.18kcal/m.h.℃以下），能耐热或冷，易于施工并具有足够的机械强度。除以上技术特性外，还需考虑材料的来源，尽可能就地取材。保温管道的热损失算图(1)保温管道的热损失计算q＝at0例1．管子外径为150mm，保温层厚度为60mm，保温材料的导热系数为0.1kcal/m.h.℃，管内流体温度为220℃，周围空气温度为20℃，求每m保温管子的热损失。解：由管子外径、保温层厚度及导热系数查图得a＝1.12。再由管子外径、保温层厚度、导热系数及流体温度与周围空气温度差（220-20＝20℃）查得综合温度差t0＝167℃，每米保温管子的热损失为q＝at0＝1.12×167＝187.04kcal/m·h·℃管道保温层材料厚度的计算较为复杂，随着厚度的增加，管道的热损失可以减小，但保温的投资费用和折旧费用增加，因而必须从经济核算来决定最适宜的厚度。(2)管道保温层厚度的选择保温材料的导热系数(kcal/m·h·℃)流体温度(℃)管道直径（mm）50以下60～100125～200225～300325～4000.0750.080.090.10100200300400405060705060708060708090708090100708090100保温材料的性质影响保温厚度的大小，在选用时，应使保温厚度不超过最大允许值。管子直径mm）55110160215265325375425530最大允许保温层厚度（mm）601101201251301351401451508.管道的热膨胀及其补偿化工管道都是在室温下安装的，当操作温度与安装时的温度不同时，管子的长度就有伸缩。管道因温度变化Δt而引起的伸长为:式中:α—