管路设计1

第六章管路设计管路计算——管径和管路压降主要内容：管路设计的依据和内容管道的分类与等级管道及管道组件6管路设计管路设计基础管道敷设种类及其设计管道及管架的安装布置典型设备的管道布置管道布置设计学习要求：6管路设计1.掌握工艺专业管路设计的内容。2.了解管道的分类及等级。3.理解公称压力和公称直径的概念。4.熟悉常见的管道类型和连接方式。5.熟悉常见阀门和管件类型及主要作用。6.掌握管径确定的步骤和壁厚确定的依据。7.熟悉化工车间管道布置设计的任务。8.理解管道布置设计要求及要点。1.管路设计的依据 施工图设计阶段的工艺及仪流程图（PID图） 公用系统流程图 设备平面布置图和立面布置图 非标设备施工图，定型设备的样本或详细安装图 建构筑物平、立面布置图 工程设计规范、管道等级表 设备一览表 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）6.1管路设计基础6管路设计6.1.1管路设计的依据和内容 计算管径，选择管材，确定壁厚。 确定管子的数量、规格、排列、坡度及铺设方法。 管道布置设计，绘制管道布置图。 向相关专业提供设计条件。 编写施工说明书。2.工艺专业管路设计的内容6.1管路设计基础6管路设计6.1.1管路设计的依据和内容1.管道及管件的公称压力及公称直径 公称压力pN为设计、制造和使用方便而人为规定的一种名义压力，一般表示管道及管件在规定温度下的最大许用工作压力。单位：MPa6.1管路设计基础6管路设计6.1.2管道的分类与等级12个压力级别： 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 pN(MPa) 0.25 0.6 1.0 1.6 2.5 4.0 6.4 10.0 16.0 20.0 25.0 32.0*1.管道及管件的公称压力及公称直径 公称直径DN表示管子、管件等管道器材元件的名义直径。为简化管道直径规格统一管道器材元件连接尺寸,对管道直径分级进行化，以公称直径表示。单位：mm6.1管路设计基础6管路设计6.1.2管道的分类与等级无缝钢管的公称直径与外径：mm 公称直径 10 15 20 25 32 40 50 65 80 100 125 150 外径 14 18 25 32 38 45 57 76 89 108 133 159 壁厚 3 3 3 3.5 3.5 3.5 3.5 4 4 4 4 4.5* 按照设计压力可将工业管道分为四级：该分级方法比较粗略，未考虑不同介质的性质差别和温度的影响，也无对应的设计施工规范。6.1管路设计基础6管路设计6.1.2管道的分类与等级2.管道的分类 级别名称 设计压力(MPa) 真空管道 p<0 低压管道 0≤p≤1.6 中压管道 1.6<p≤10 高压管道 p>10 按照管道中输送介质的温度、闪点、爆炸下限、毒性以及管道的设计压力分级：SH3501-20116.1管路设计基础6管路设计6.1.2管道的分类与等级2.管道的分类3.管道等级为简化管道及管件规格，有利于管道组成件的标准化，在管道设计中将各种管道组成件按管道的材质、压力和直径三个参数进行适当分级。管道等级的编制工作是管道设计中的一个环节。在管道等级的编制中规定各种工艺介质所用管道及管件的材料、规格、型号。管道等级用管道等级号和管道材料等级表来表示。6.1管路设计基础6管路设计6.1.2管道的分类与等级*3.管道等级 管道等级号管道等级号由两个英文字母及一个或两个数字组成。如管道等级B2A，首位英文字母表示管道的公称压力，中间数字表示顺序号，末尾英文字母表示管道材质。 管道材料等级表 根据工艺介质选择管道材质，根据管道内工艺介质的操作压力、操作温度确定管道的压力等级。 将不同管道等级号所选用的管道、阀门、垫片等材料规格列成管道材料等级表。6.1管路设计基础6管路设计6.1.2管道的分类与等级3.管道等级 管道等级材料表6.1管路设计基础6管路设计6.1.2管道的分类与等级4.管道连接 焊接所有压力管道，如煤气、蒸汽、空气、真空等管道尽量采用焊接。施工方便，可靠不漏，成本较低。用于不需拆卸的管道连接。6.1管路设计基础6管路设计6.1.2管道的分类与等级4.管道连接 法兰连接适用于大管径、密封性要求高的管道连接。结合强度高，密封可靠，拆卸方便，费用高。6.1管路设计基础6管路设计6.1.2管道的分类与等级 螺纹连接一般用于管径≤50mm低压钢管或硬聚氯乙烯塑料管的连接。连接简单、拆卸方便，成本低，可靠性差。不宜用作易燃易爆和有毒介质输送管道之间的连接。4.管道连接6.1管路设计基础6管路设计6.1.2管道的分类与等级 承插连接适用于埋地或沿墙敷设的给排水管，如铸铁管、陶瓷管、石棉水泥管。工作压力≤0.3MPa，介质温度≤60℃。单密封圈承插连接4.管道连接6.1管路设计基础6管路设计6.1.2管道的分类与等级 承插粘接适用于各种塑料管。4.管道连接6.1管路设计基础6管路设计6.1.2管道的分类与等级 卡套连接适用于管径≤40mm的金属管与金属管件或非金属管件、阀件的连接，一般用于仪表、控制系统等处。4.管道连接6.1管路设计基础6管路设计6.1.2管道的分类与等级 卡箍连接将金属管插入非金属软管，并在插入口外用金属箍箍紧，防止介质外漏。适用于洁净物料管道的连接，具有装拆方便、安全可靠、经济耐用等优点。4.管道连接6.1管路设计基础6管路设计6.1.2管道的分类与等级1.管道分类 按形状分为光滑管、套管、翅片管、衬里管等。 按用途分为输送和传热用管道、结构用管道、特殊用途管道。 按材质分为铸铁管、钢管、有色金属管、塑料管等。6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 铸铁管——常用于埋地的给水总管、污水管等，也可输送油品和腐蚀性介质,如浓硫酸和碱液，不能输送蒸汽及在压力下输送爆炸性与有毒的气体。工作压力使用范围为低压直管PN≤0.45MPa，高压直管PN≤0.75MPa。多数采用承插连接。 水煤气管——用作给水、煤气、暖气、压缩空气、真空、低压蒸汽和冷凝液以及无腐蚀性物料的管道，不能输送有爆炸性及有毒性的介质。多采用焊接。2.各类管道的基本用途6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 无缝钢管——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、爆炸性和有毒性的物料，极限工作温度为435℃。无缝钢管又可用作各种设备的换热管。可采用焊接、法兰连接、螺纹连接等。 有色金属管——铜管与黄铜管多用来制造换热设备，也可用作低温管道、仪表的测压管线或传送有压力的流体；铝管常用来输送浓硝酸、醋酸、甲酸、硫化氢及二氧化硫等物料，但不能抗碱；铅管常用作硫酸管道或酸性物料管道，但强度低、重度大、抗热性差，逐步被耐酸合金管或塑料管代替。2.各类管道的基本用途6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 有衬里的钢管——主要用于输送腐蚀性介质，衬里金属材料有铝、铅等，也可用非金属材料如玻璃钢、搪瓷、橡胶、四氟乙烯或塑料等。多采用法兰连接。 非金属管——陶瓷管、玻璃管、塑料管、玻璃钢管、橡胶管等。2.各类管道的基本用途6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 功能接通和截断介质；防止介质倒流；调节介质压力、流量；分离、混合或分配介质；防止介质压力超过规定数值、保证管道或设备安全运行。 分类可按材质、按用途、按结构和按特殊要求分类。3.阀门6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 常用阀门的结构及其应用 闸阀——指关闭件（闸板）沿通路中心线的垂直方向移动的阀门。阻力小，关闭严密，广泛用于各种液体和气体的切断阀门（全开和全关），不用于调节和节流。结构复杂，价格较贵，制造和修理困难。3.阀门6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 闸阀 常用阀门的结构及其应用3.阀门6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 常用阀门的结构及其应用 截止阀——是指关闭件（阀瓣）沿阀座中心线移动的阀门。与闸阀相比,结构简单,制造与维修方便,调节性能好,广泛用于各种介质的输送管道中。但流体通过截止阀时有方向的改变,所以阻力较大,不宜用于黏度大、含有悬浮物质和易结晶物料的管路。3.阀门6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 常用阀门的结构及其应用 截止阀3.阀门6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 常用阀门的结构及其应用 节流阀——是通过改变流通截面积而达到调节流量和压力的阀门，其结构与截止阀并无区别，只是启闭件的形状有所不同。适用于温度较低、压力较高的介质，以及需要调节流量和压力的部位，但调节精度不高。不适用于黏度大和含有固体颗粒的介质。不宜作隔断阀。3.阀门6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 常用阀门的结构及其应用 节流阀3.阀门6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 常用阀门的结构及其应用 止回阀——是用来防止管道或设备中介质倒流的一种阀门，它利用流体的动能而开启。用于不允许流体反向流动的地方。适用于清净介质，不宜用于含固体颗粒和黏度较大的介质。3.阀门6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 常用阀门的结构及其应用 止回阀3.阀门6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 常用阀门的结构及其应用 球阀——其关闭件是一个球体，球体绕阀体中心线作旋转来达到开启和关闭的一种阀门。球阀在管道上主要用于切断、分配和改变介质流动方向，设计成V形开口的球阀还具有良好的流量调节功能。球阀不仅结构简单、密封性能好，而且在一定的公称通径范围内体积较小、重量轻、材料耗用少、安装尺寸小，并且驱动力矩小，操作简便、易实现快速启闭。3.阀门6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 球阀 常用阀门的结构及其应用3.阀门6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 柱塞阀——近代发展的具有新颖结构的阀门，具有结构紧凑、启闭灵活、寿命长、维修方便等特点。 常用阀门的结构及其应用3.阀门6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 旋塞阀——适用于温度较低、黏度较大的介质和要求开关迅速的部位，一般不宜用于蒸汽和温度较高的介质。 常用阀门的结构及其应用3.阀门6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 蝶阀——是用圆盘式启闭件往复回转90度左右来开启、关闭和调节流体通道的一种阀门。结构简单、体积小、重量轻、操作简便、迅速，同时具有良好的流量调节功能。适合制成较大口径阀门，用于温度小于80℃、压力小于1.0MPa的原油、油品、水等介质。 常用阀门的结构及其应用3.阀门6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 蝶阀 常用阀门的结构及其应用3.阀门6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 隔膜阀——一种特殊形式的截断阀，它的启闭件是一块用软质材料制成的隔膜，把阀体内腔与阀盖内腔及驱动部件隔开。适用于温度小于200℃、压力小于1.0MPa的油品、水、酸性介质和含悬浮物的介质，不适用于有机溶剂和强氧化剂的介质。 常用阀门的结构及其应用3.阀门6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 隔膜阀 常用阀门的结构及其应用3.阀门6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 减压阀——通过启闭件的节流，将进口的高压介质降低至某个需要的出口压力，在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。活塞式减压阀的减压范围可分为三种：0.1-0.3MPa、0.2-0.8MPa、0.7-1.0MPa，公称直径20-200mm。适用于温度小于70℃的空气、水和温度小于400℃的蒸汽管道。 常用阀门的结构及其应用3.阀门6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 减压阀 常用阀门的结构及其应用3.阀门6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 疏水阀（阻汽排水阀、疏水器）——自动排泄蒸汽管道和设备中不断产生的凝结水、空气和其他不凝气体，又同时阻止蒸汽的逸出。有热动力型、热静力型和机械型。 常用阀门的结构及其应用3.阀门6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 疏水阀 常用阀门的结构及其应用3.阀门6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 安全阀——用在受压设备、容器或管路上，作为超压保护装置。当设备压力升高超过允许值时，阀门开启全量排放，以防止设备压力继续升高，当压力降低到规定值时，阀门及时关闭，保护设备或管路的安全运行。可分为封闭式弹簧安全阀、非封闭式弹簧安全阀、带扳手的弹簧式安全阀和特殊形式弹簧安全阀等种类。 常用阀门的结构及其应用3.阀门6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 安全阀 常用阀门的结构及其应用3.阀门6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 法兰管道与管道之间的连接件。管道法兰按公称压力选用。4.法兰、法兰盖、紧固件及垫片6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 法兰盖又称盲法兰，设备、机泵上不需接出管道的管嘴，一般用法兰盖封住，在管道上则用在管道端部与管道上的法兰相配合作封盖用。4.法兰、法兰盖、紧固件及垫片6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 法兰紧固件——螺栓、螺母4.法兰、法兰盖、紧固件及垫片6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 垫片4.法兰、法兰盖、紧固件及垫片6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件 在管系中改变走向、标高或改变管径以及从主管上引出支管等均需用管件。管件的种类繁多，有弯头、同心异径管、偏心异径管、三通、四通、管箍、活接头、管嘴、螺纹短接、管帽（封头）、堵头（丝堵）、内外丝等。5.管件6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件5.管件6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件5.管件6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件主要有：蒸汽分水器、乏气分油器、过滤器、阻火器、视镜、漏斗、软管接头、压缩空气净化设施、排气帽、防雨帽、取样冷却器、事故洗眼器、消声器、静态混合器等。蒸汽分水器6.管道用小型设备6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件阻火器6.管道用小型设备6.1管路设计基础6管路设计6.1.3管道及管道组件1.管径确定 一般要求 满足工艺对管道的要求，流通能力按正常生产条件下介质的最大流量考虑，最大压力降不超过工艺允许值，流速位于根据介质的特性所确定的安全流速的范围内。 综合权衡建设投资和操作费用。 操作情况不同流体按其性质、状态和操作要求的不同，应选用不同的流速。 设计管道时，如允许压力降相同，小流率介质应选用较小流速，大流率介质可选用较高流速。 确定管径后应选用符合管材的标准规格。6.2管路计算6管路设计 不可压缩流体的管径计算 流体常用流速范围流速的选择直接影响到管径的确定和流体输送设备的选择。管径小，流速大，动力消耗增大；反之则管路建设费用增加。1.管径确定6.2管路计算6管路设计6.3管路计算1.管径确定 不可压缩流体的管径计算 不可压缩流体的管径计算 管径确定的依据主要根据输送流体的种类和工艺要求，选定流体流速后，通过计算或算图来确定。计算式式中d为管道直径（m）；Vs为管路流体的流量（m3/s）；u为流体选用的流速（m/s）。1.管径确定6.2管路计算6管路设计 不可压缩流体的管径计算 管径确定的依据1.管径确定6.2管路计算6管路设计 最经济管径的选定综合考虑管路的投资与克服管路阻力而提供的动力消耗费用。最经济管径的选择即是找出下述关系式的最小值。式中M为每年生产费用与原始投资费用之和；E是每年消耗于克服管路阻力的能量费用（生产费用）；A是管路设备材料、安装和检修费用的总和（设备费用）；P是管路设备每年消耗部分，以占设备费用的百分比表示。1.管径确定6.2管路计算6管路设计 管壁厚度根据管道的公称直径和公称压力，并考虑材质等因素选择壁厚。1.管径确定6.2管路计算6管路设计1.管径确定6.2管路计算6管路设计 管壁厚度 在工程设计中，根据化工工艺要求，为将系统的总压降控制在合理及经济的范围内，必须计算或校核管路系统的流动阻力。 影响流体在管路中的压降的因素：(1)管路形式(2)管壁的粗糙度(3)流体的流动形态 具体计算参考化工原理。2.管路压降计算6.2管路计算6管路设计作业：1.工艺专业管路设计的内容有哪些？2.较为合理的管道级别分类的依据是什么？3.什么是公称压力和公称直径？4.管道的连接方式有哪些？5.说明阀门和管件的主要功能？列举几种常见的阀门和管件。熟悉常见阀门的适用情况。6.管径确定的一般步骤？何谓最经济管径？7.管壁厚度确定的主要依据？6管路设计***