工厂设计课件第三章.ppt

第八节 管路布置图,一 、 概述 二、 工艺管道的设计计算 （一）管子、管件和阀门的选择,1公称直径、公称压力,管子、法兰和阀门等标准化的最基本参数就是公称直径和公称压力。 （1）公称直径 所谓管子、法兰和阀门等的公称直径，就是为了使管子、法兰和阀门等的连接尺寸统一。将管子和管道用的零部件的直径加以标准化以后的标准直径，称公称直径，并以DN表示。 例如：公称直径为 100mm，用DN100表示。,如DN150的无缝钢管，其外径都是 159mm，但常用壁厚有4.5和6.0mm，则内径分别为150mm和147mm。 无缝钢管一般用“外径×壁厚”表示。 如：外径为57mm、壁厚为4mm的无缝钢管，可采用“D57×4”表示。,（2）公称压力 公称压力，一般应大于或等于实际工作的最大压力。 以PN表示，其后附加公称压力的数值。例如：公称压力为25 ×105P，用PN25表示。 低压管道的公称压力分为2.5、6、10、16（×105Pa）四个压力等级， 中压管道的公称压力分为25、40、64、100（×105Pa）四个压力等级， 高压管道的公称压力分为160、200、250、300（×105Pa）四个压力等级。,2管道材料的选择 工厂常用的管道材料有以下几种。 （1） 钢管 无缝钢管 电焊钢管 水煤气钢管 不锈钢管,（2）铸铁管 （3）有色金属管 铜管与黄铜管 铝管 （4）非金属管 塑料管 橡胶管,表 常用管材,介质名称 介质参数 适用管材 备 注 蒸汽 P784.8（kPa） 焊接钢管 蒸汽 P8831275.3（kPa） 无缝钢管 热水、凝结水 P784.8（kPa） 焊接钢管 压缩空气 P588.6（kPa） 紫铜管、塑料管 压缩空气 P784.8（kPa） 焊接管 Dg80以上 压缩空气 P784.8（kPa） 无缝钢管 给水、煤气 镀锌焊接钢管 Dg150以上 给水、煤气 埋地 铸铁管 排水 铸铁管、 石棉水泥管 排水 埋地 铸铁管、陶瓷管 钢筋混凝土管 真空 焊接钢管 果汁、糖液、 不锈钢管、 奶油 聚氯乙烯管 盐溶液 不锈钢管 氨液 无缝钢管 酸、碱液 333k以下， P588.6（kPa）,1管径的计算与选择,式中 d管道内径（mm） Q流体流量（m3h） 流体的流速（ms） 也可应用有关流速、流量、管径算图求取管径。 2管道介质流速选择 见下表,管内流体常用流速范围 流体类别及情况 速度范围（m/s） 液体：自来水 主管，3×105Pa(表压) 1.53.5 支管，3×105Pa(表压) 1.01.5 工业供水8×105Pa(表压) 1.53.5 锅炉给水8×105Pa(表压) 3.0 蛇管、螺旋管内冷却水 1.0 在换热器管内水 0.21.5 自流回水 0.51.0 粘度和水相仿的液体（常压） 和水相同 油及粘度较大的液体 0.52.0 蒸汽冷凝水 0.51.5 凝结水（自流） 0.20.5 过热水 2.0 盐水 1.02.0 制冷设备中的盐水 0.60.8,稀酸（碱）溶液 吸入 1.01.5,（盐水） 排出 1.52.0 自流 0.81.0 往复泵（吸入管：水一类液体） 0.71.0 （排出管：水一类液体） 1.02.0 离心泵（吸入管：水一类液体） 1.52.0 （排出管：水一类液体） 2.53.0 齿轮泵 吸入管 1.0 排出管 1.02.0 粘度50cP液体 （25） 0.50.9 （2550） 0.71 粘度100cP液体（25） 0.30.6 流体类别及情况 速度范围（m/s） （2550） 0.50.7 粘度1000cP液体（25） 0.10.2 （2550） 0.160.25 气体：一般气体（常压） 1020 饱和蒸汽3×105Pa（表压） 2040 干管 3040 支管 2030 分配管 2025 8×10Pa（表压） 4060 过热蒸汽 主管 4060 支管 3540,排气 2550 二次蒸汽 利用时 1530 不利用时 60 车间通风（主管） 4.015 （支管） 2.08.0 压缩空气12×105Pa（表压） 1015 16×105Pa（表压） 1020 空气压缩机 吸入管 1025 排出管 2025 送风机 吸入管 1015 排出管 1520 真空管道 10 烟道气 烟道内 36 管道内 34,（三）管子壁厚计算,根据公称压力PN，公称直径DN，可以查表确定管壁厚度。如果工作压力和温度过高，则应进行验算，其计算公式为： 式中 S钢管允许最小壁厚（mm） P试验压力（kPa） PKPg 其中 PN工作压力（表压力，kPa） K压力系数，当 PN98kPa时，K2，PN245kPa时, K1.5 d管子内径（mm） 许用应力（kPa） 焊缝系数，无缝钢管l，直缝焊钢管0.8，螺,旋缝焊接钢管0.6 C壁厚附加量（mm） C C1C2C3 其中 C1壁厚负偏差，通常为壁厚的10 15（mm） C2腐蚀裕度，当介质对管子的腐蚀速度0.05mm/a时，单面腐蚀取l1.5smm，双面腐蚀取22.5mm C3加工减薄量，螺纹管子C3为螺纹的深度，没有螺纹的管C3O，常见的55圆锥状管螺纹C31.21.5mm,（四）管道压力降计算,1直管阻力H1计算,式中 P直管压力降（kPa） H1直管阻力（m流体柱） 摩擦系数，是雷诺数Re与管壁粗糙度的函数，查 化工原理等有关书籍 l管道总长度（m） d管道内径（m） 流体重度（kg/m3） 流体流速（m/s） g重力加速度,9.81m/s2 以上两公式为直管阻力计算的一般式，对于滞流与湍流两种流动型态下的直管阻力计算都是适用的。,2局部阻力的计算 采用两种方法，一种是当量长度法；另一种是阻力系数法。 （l）当量长度法。,式中 H1因局部阻力而损失的压头（m流体柱） 管路中流体速度（ms·） g重力加速度（ms2） 比例系数，称为阻力系数，由实验测定 能量损失之和为： 式中 局部阻力系数之和 参考表，如将H1和H2两式进行比较，可得 此式说明当量长度法与阻力系数法的关系,三、管道附件,（一）管件与阀门 1弯头 2三通 3短接管和异径管 4法兰、活络管接头、盲板,5阀门,工厂常用的阀门有： （1）旋塞 不适于控制流量，不宜使用在压力较高、温度较高的流体管道和蒸汽管道中。 使用介质：水、煤气、油品、粘度低的介质。 （2）截止阀 耐最高温达300的特点。常用于水、蒸汽、压缩空气、真空、油品介质。 （3）闸阀 阻力小，没有方向性，不易堵塞，适用于不沉淀物料管路安装用。,(4)隔膜阀 （5）球阀 常用于工厂生产中罐的配管中。 （6）针形阀 主要用于取样管道上。 （7）止回阀 作用是组止流体倒流。也称止回阀、单向阀。 （8）安全阀 安全阀能根据介质工作压力自动启闭。 （9）减压阀 减压阀适用于蒸汽、水、空气等非腐蚀性流体介质，在蒸汽管道中应用最广。 （10）疏水器 作用是排除加热设备或蒸汽管路中的蒸汽凝结水，同时能阻止蒸汽的泄漏。 （11）蝶阀 蝶阀又称翻板阀。在输送水、空气和煤气等介质的管道中较常见，用于调节流量。,（二）管道的连接,1法兰连接 （1）整体式法兰 （2）搭焊式法兰 （3）对焊法兰 （4）松套法兰 （5）螺纹法兰 2螺纹连接 3焊接连接 4其他连接,(三)管道符号 管道符号包括管道中流体介质的代号，管道连接符号和管件符号等，其表示方法分别见表。 表86 流体介质符号 流体名称 上水 下水 循环水 化学污水 热水 凝结水 冷冻水 代号 S X XH H R N L 流体名称 氨液 氨气 蒸汽 压缩空气 真空 煤气 物料 代号 Ay AQ Z Ys Zk M W 表87 管路连接符号 联接形式 法兰连接 螺纹连接 承插连接 焊 接 活 接 符号 ） ,四、管路布置设计,(一)车间管路布置设计的任务和原则 1车间管路布置设计的任务,(二)车间管道布置设计的原则 1. 应满足生产需要和工艺设备的要求，便于安装、检修和操作管理。 2. 管线最短、阀件最少。避免管道在平面上迂回，立面上弯转扭曲等不合理布置。凡高浓度介质尽可能采用重力自流转送，需要保持设备一定真空度的水腿等管线，尽可能保持垂直泻下状态,3.车间内管道一般采用明线敷设，安装费用低，检修安装方便，操作人员容易掌握管道的排列和操作。 4.车间内工艺管道布置采用沿墙、楼板底或柱子的成排安装法，使管线成排成行平行直走，并协调各条管道的标高和平面坐标位置，力争共架敷设，使其占空间小。尽量减少拐弯，避免挡光和门窗启闭，适当照顾美观。,5.管架标高应不影响车辆和人行交通，管底或管架梁底距行车道路面高度要大于4.5m，人行道要大于2.2m，车间次要通道最小净空高度为2m，管廊下通道的净空要大于3.2m，有泵时要大于4m。 6.分层布置时，大管径管道、热介质管道、气体管道、保温管道和无腐蚀性管道在 上；小管径、液体、不保温、冷介质和有腐蚀性介质管道在下。引支管时，气体管从上方引出，液体管从下方引出。,7. 管径大的、常温的、支管少的、不常检修的和无腐蚀性介质的管道靠墙；管径小的，热力管道、常检修的支管多的和有腐蚀性介质管道靠外。 8.管道穿过楼板、墙壁时，应预先留孔。穿过楼板或墙壁的管道得位于楼板或墙壁之中。 9.易堵塞管道在阀门前接上水管或压缩空气管。 10.管道应避免经过电动机或配电板的上空，以及两者的邻近。,11.输送腐蚀性介质管道的法兰不得位于通道上空；与其他介质管道并列时，应保持定距离，且略低。 12.阀门和就地仪表的安装高度应满足操作和检查的方便。如果阀门位置过高，可接长阀杆，使开关手轮或手柄位于适合操作的位置。 13.室外架空管道的走向宜平行于厂区干道和建筑物,14.不锈钢管道不得与碳钢支架或管托架长期直接接触，以免形成腐蚀核心。必须在管托上涂漆或衬以不锈钢板块予以隔离。 15.一般的上下水管及废水管适用于埋地敷设，埋地管的安装深度应在冰冻线以下。,（二）车间管路布置设计的内容,1管路布置图根据生产流程、设备布置、厂房建筑和设备制造图纸 2特殊管件制造图。 3施工说明书，管道材料表，包括管道的保温层、保温情况，油漆颜色及保温材料等。 （三）工厂车间管路布置的特点 1选择恰当的管材和阀门,2选择正确的管道连接 3合理布置管道 （1）尽量减少管道，一方面可节省投资，另一方面减少染菌机会。 （2）要保证罐体和有关管道都可用蒸汽进行灭菌，即保证蒸汽能够达到所有灭菌的地方。,（3）对于种子罐的排气管不能因要节约管材，而互相连接在一条总管上。 （4）要避免冷凝水排入已灭菌的罐和空气过滤器中。 （5）在空气过滤器和罐之间应装有单向阀（止逆阀），以免在压缩空气系统突然停气或罐的压力高于过滤器时，将罐内液体倒压至过滤器，引起生产事故。 （6）蒸汽总管道应安装分水罐、减压阀和安全阀，以保证蒸汽的干燥及避免过高压力的蒸汽在灭菌时造成设备压损或爆炸事故。,4消灭管道死角,（1）管道连接的死角 法兰和管子焊接时受热不匀，使法兰翘曲密封面发生凹凸不平现象而造成渗漏与死角。垫片的孔径要和管内径一致，过大或过小均易积存物料，造成死角。法兰安装时没有对准中心，也会造成死角。螺纹连接容易产生松动而有缝隙，是微生物隐藏的死角，所以,（2）贮料罐放料管的死角,可在管道中安装一个带有旋塞的球心阀，如下图（1）或两方向相反的球心阀之间安装支管和阀，如下图（2）。,（3）排气管的死角 （四）车间管路设计的有关参数 见教材,五、管路的伸缩弯设计 （一）管道的热变形和热应力 L·L·（t2-t1） 式中 L管道长度变化值（m） 管材的线膨胀系数（m/m·） L管道长度（m） t2-t1管道工作温度与安装温度差（）,由温度变化而引起热效力，热应力产生的轴向推力p为：,pFEtF 式中 E材料的弹性模数（Pa） F管子截面积（m2） （二）管道热补偿设计 所谓热补偿，就是在某管路上有热应力产生时，应人为地把管路设计成非直线形，用来吸收热变形产生的应力，防止管路由于热应力而遭破坏。这种方法就是热补偿，下面介绍热补偿的方法。 1自然补偿法 利用管道敷设时自然形成的转弯吸收热伸长量的补偿方法。这个弯管段就称自然补偿器。,（1）L形补偿 当管道有90转弯时，称L形补偿。,式中 L1短臂长度（m） L2长臂L2的膨胀长度（m） Dw管子外径（mm） （2）Z形补偿 Z形补偿见图。Z形补偿器有一个基本计算公式：,式中 管子弯曲许用应力，一般取700×105Pa,L热膨胀长度，LL1L2 E材料的弹性模数，钢材E2×1011Pa Dw管子外径（cm） L垂直臂长度（cm） K短臂与垂直臂之比， 根据上式，可导出垂直臂长的计算公式：,在实际施工过程中，Z形弯管的垂直臂长L，往往根据实际情况确定，很少根据管道自然补偿的需要设计。因此当L值一定时，计算K值的公式为： 计算过程中，先假设L1和L2之和，以便计算出膨胀量L。当得出K值后，再计算短臂长度，即L1KL。从假设的L1和L2之和中减去L1，变得出L2L形与Z形补偿也可以查有关设计计算表。,返回,(三) 管路的保温,管路保温的目的是使管内介质在输送过程中，不冷却、不升温，亦就是不受外界温度的影响而改变介质的状态。 管路保温层的厚度要根据管路介质热损失的允许值（蒸汽管道每米热损失许用范围见表813）和保温材料的导热 性能通过计算来确定（见表814、表815）。,表816 管道的涂色 序号 介质名称 涂色 1 水 绿色 2 蒸汽 白色 3 压缩空气 深蓝 4 真空气 灰色 5 排气 黄色 6 物料 红色 7 酸类 红白圈 8 碱类 粉红 9 油类 棕色 10 阴沟管 黑色,(四) 管路的标志,六、管路布置图,（一）概述 1管路布置设计的图样 （1）管路布置图 表达车间内管道空间位置等的平、立面布置情况的图样。 （2）蒸汽伴管系统布置图 表达车间内各蒸汽分配管与冷凝液收集系统平、立面布置的图样。 （3）管段图 表达一个设备至另一设备（或另一管道）间的一段管道的立体图样。 （4）管架图 表达管架的零部件图样。 （5）管件图 表达管件的零部件图样。,2管路布置图的内容,（1）一组视图 （2）尺寸和标注 （3）分区间图 （4）方位图 （5）标题栏,（二） 管路布置图的绘制,1比例、图幅及分区原则 管路布置图的比例一般采用1：50和1：100，如管道复杂也可采用1：20或1：25等。 图幅一般以一号图纸或二号图纸为宜，有时也用0号图纸。,2视图的配置 管路布置图，根据表达需要，可采用平面图、剖视图、向视图和局部放大图等。,3视图的表示方法 （1）建筑物、构筑物 （2）设备 （3）管道 （4）管件、阀门 （5）管架,管道是用各种型式的架并固定在建筑物、构筑物上的，这些管架的位置，在管路布置图上应按实际位置表示出来。,（6）仪表盘、电器盘 （7）方位图 4管路布置图的标注 （1）定位基准 （2）管路 （3）管路标注,5管路布置图的绘制方法步骤 （1）确定表达方案、视图的数量和各视图的比例（以工艺流程图和设备布置图为依据）。 （2）确定图纸幅面的安排和图纸张数。,（3）绘制视图, 先在平面图上画出楼面简图、柱子、操作平台及设备外形，再按投影关系画出剖视图上的楼板、柱子、操作平台及设备外形等。 按流程次序和布置原则，逐条画出管路在平、立面剖视图上的布置位置。 在设计所要的部位画出管路上的管件、阀门、管架等符号。 标注尺寸、编号及代号等。 绘制方位图、附表及注写说明。 校核与审定。,附两张管路设计图,七、工厂设备（或管路）轴测透视图,