化工管道课程设计

化工管道课程设计
化工管道课程设计安徽理工大学课程设计（论文）任务书机械工程学院过控教研室学号2010305705 学生姓名李智慧专业（班级）化工设备10-1 设计题目化工管道设计设计技术参数附图中所用全部管道材料为0Cr18Ni9；设计压力3.8MPa；设计温度430℃；管子直径Ф273×14。

设计要求1、对所附设备平面布置见图进行分区，设计并绘制某一区的管道平面布置图；2、在附图管廊两侧的设备各选一个设备的接管，设计并绘出该管道空视图；3、进行管道绝热设计，计算绝热层厚度，绘出绝热层结构设计图。

工作量说明书总页数不少于25页工作计划6.25查找资料；6．26-6.29 设计并绘制某一区的管道平面布置图；6.30-7.2 设计并绘制出管道空试图；7.3-7.6计算绝热层厚度，绘出绝热层结构设计图；参考资料 1.《化工管路手册》下册 2. GBT8175-2008设备及管道绝热设计导则3《工业管道工程》指导教师签字教研室主任签字年月日目录一．课程设计任务书--------------------------------------------------1 二．目录----------------------------------------------------------------------2 三．概述
压力管道的定义-----------------------------------------------------4 3.2工业管道的分类-----------------------------------------------------4 3.3压力管道总体设计的基本原则--------------------7 3.4配管通则---------------------------------------------------------------7 四．管道平面布置图---------------------------------------------------13 4.1设计数据--------------------------------------13 4.2设计思路--------------------------------------14 4.3设计图------------------------------------------------------------------16 五．管道空视图-----------------------------------------------------------16 5.1设计数据---------------------------------------------------------------16 5.2设计思路---------------------------------------------------------------17 5.3设计图-------------------------------------------------------------------17 六．绝热计算----------------------------------------------------------------17 6.1绝热设计的基本原则-----------------------------------------------17 6.2绝热的功能及范围------------------------------18 6.3绝热层材料和主要辅助材料的性能要求及选择原则-----19 6.4绝热层厚度计算------------------------------------------------------20 七．参
八．附图-------------------------------------------------------------------------23 管道平面布置图----------------------------------------------------------24 管道空视图-----------------------------------------------------------------25 绝热层结构设计图-------------------------------------------------------26 三．概述 3.1压力管道的定义压力管道是指在生产、生活中使用的可能引爆和中毒等危险性较大的特种设备及管道。

（1）输送GB5044《职业性接触毒物性危害程度分级》中规定的程度为极度危害介质的管道；（2）输送GB50160《石油化工企业设计防火规范》及GBJ16《建筑设计防火规范》中规定的火灾危险性为甲、乙类介质的管道；（3）最高工作压力不小于0.1MPa（表压，下同）输送介质为气（汽）体及液化气体的管道；（4）最高工作压力不小于0.1MPa （表压，下同）输送介质为可燃、易爆、有毒以及腐蚀性或高温工作温度不小于标准沸点的液体管道；（5）上述四项规定管道的附属设施。

3.2工业管道的分类【3】石油化工建设工程的管道安装工程，在所有安装专业中，较为复杂的专业，特点是安装管材品种繁多，错综复杂、工程量大，质量要求高，施工周期长。

在工业生产过程中，用管道把生产设备连接成完整的生产工艺系统，是设备在生产过程必要的组成部分。

①工业管道按介质压力分类（1）低压管道0 ＜P ≤
1.6Mpa （2）中压管道1.6 ＜P ≤ 10Mpa （3）高压管道10 ＜P ≤ 42Mpa 蒸气管道P≥9 Mpa，温度不低于500℃时为高压管道②工业管道按介质温度分类（1）低温管道介质温度≤－40℃时（2）常温管道－40℃＜介质温度＜120℃时（3）中温管道120℃≤介质温度＜450℃时（4）高温管道介质温度＞450℃时③工业管道按介质性质分类（1）汽、水介质管道。

管内介质为热水蒸汽、饱和水蒸汽和冷热水。

（2）腐蚀性介质管道。

管内介质为强酸、强碱、氯化物等有腐蚀性的化学品。

（3）化学危险品介质管道。

管内为毒性介质（氯、氰化钾、氨、沥青、煤焦油）、可燃与易燃介质、易爆介质（油品、油气、水煤气、氧气、乙炔、乙烯、丙烯、甲醇、乙醇等）、以及窒息性、刺激性、腐蚀性、易挥发性介质等。

（4）易凝固、易沉淀介质管道。

管内输送重油、沥青、尿素溶液等介质。

（5）粉粒介质管道。

管内输送粉粒状固体物料介质的管道。

④工艺管道根据各种材质所使用的工作温度和压力的不同，划分为五类: 管道分类表材质工作温度℃工作压力（Mpa）ⅠⅡⅢⅣⅤ碳钢≤370 ＞32.0 ＞10.0～32.0 ＞4.0～10.0 ＞1.6～4.0 ≤1.6 ＞370 ＞10.0 ＞4.0～10.0 ＞1.6～4.0 ≤1.6 —合金钢及不锈钢≤-70或≥450 任意———— -70～450 ＞10.0 ＞4.0～10.0 ＞1.6～4.0 ≤1.6 —铝及铝合金任意———≤1.6 —铜及铜合金任意＞10.0 ＞4.0～10.0 ＞1.6～4.0 ≤1.6 —注: 1. 剧毒介质管道按一类管道；2.有毒介质，甲、乙类火灾危险物质的管道均升一类。

3．“工作压力”项内任意为不分压力均为一类管道。

3.3压力管道总体设计的基本原则压力管道的设计可分为干线压力管道设计和装置内压力管道设计；设计中应考虑到以下几个方面：
(1) 满足工艺要求、材料、结构形式、柔性、抗振能力、各种组件、附件等适当组合，全面达到生产要求； (2)管道设计要为安装施工、操作管理、维护检修提供方便，保证足够的空间； (3)满足防火、防爆等安全规范的要求，创造安全运行环境； (4)管道走向合理，避免不必要的往返和转折，使总体设计经济合理；(5)管道排列规范、美观，框架、管廊立柱对齐、纵横成行，管道横平竖直，不在特殊需要的情况下不用歪斜管道布置方式。

3.4配管设计通则①适用范围本通则适用于装置（单
元）配管设计中所涉及的一般事项。

②阀门的选择管系中阀门尺寸和种类的选择，原则上以下列条件为准。

切断阀（1）调节阀组切断阀的直径，如无特别要求按表1选用。

（2）切断阀选用闸阀旁路阀（1）调节阀组的旁路阀直径，如无特别要求按表2进行选择。

（2）当旁路阀为8B以下时选截止阀，10B以上时选闸阀。

③仪表及其他用阀门的各种类和规格（1）在DN50以上工艺管道产生气袋的地方，应设置带螺纹管帽或丝堵的放空口；而在有集液的地方，不论直径的大小，都应设排液阀，其端部还要加螺纹管帽或丝堵。

（2）对需进行液体试压和试漏的公用工程管道（非净化风、氮气、蒸汽、乏汽），即使有气袋亦可不设放空。

（3）工艺及公用工程管道，特别是高温压管道上的放空阀可用盲法兰代替。

④泄压与放空(Relief and BLOWdown) （1）安全阀应尽可能靠近所保护的设备或主管安装，为防止安全阀放空时的振动，安装有安全阀的管道需增设支架。

如安全阀无法靠近所保护的设备或主管设置时，为防止压力降的产生，需核算安全阀入口管道的管径。

（2）安全阀入口管系应布置成能使管内液体自流向所保护设备或主管道的形式。

（3）安全阀出口管与放空总管连接时，为使管内介质自流进入总管，应顺着总管介质流向与总管呈45°连接。

（4）泄压阀的出口为液体并与放空总管连接时，在背压许可的情况下，泄压阀可布置在低于总管的位置。

（5）泄压和放空总管应布置成能自流进入分液罐或凝液罐，如不能实现，可在液袋处设液位计和排液罐。

向大气排放的放空管口高度应符合下列要求：
一、设备上的放空管，尖高出邻近的操作平台2米以上；二、紧靠建筑物、构筑物或在其内部布置的设备的放空管口，应高出建、构筑物2米以上。

（6）安全阀出口介质为气体并允许排向大气时，其排放口不得朝向邻正设备或有人通过的地区，排放管口端部必须高于安全阀周围8米范围内的最高操作平台和设备3米以上。

端部形状可呈T型，I型或L型，并切成如图3所示如45°角的形式。

切口方向应避开周围道路和设备。

⑤阀门及仪表安装方法（1）所有阀门必须布置在操作方便易于维修的地方。

(a) 阀门最适当的安装高度是距，操作面1.2米上下；(b)
阀门中心高于2.1米时，集中布置的阀组或频繁操作的单个阀门应设操作平台，不经常操作的单个阀，可设链轮，也可利用活动平台，但小于1.1/2B的阀不设链轮。

(c)阀门手轮低于操作平台时，可采用阀门延伸杆。

(d)从公用工程集合管分出的管系，其切断阀应设置在水平段上，阀门两侧的液体可向两侧自流。

（2）调节阀、安全阀和容积式流量计等，应设置在操作方便，易于维修的地面或平台上，管道上温度计、压力计的位置可自由选定时，原则上距操作面的高度不大于1.5米。

安装设备上各种仪表（如温度计、压力计、液面计等）必须设操作平台和梯子。

(a) 调节阀①调节阀应尽量靠近与其有关的指示仪表并尽量接近测量元件附近安装；②调节阀公称直径小于管道直径时，大小头应紧靠调节阀安装。

③调节阀设有手动装置时，应确认膜头的上方或横向的空间，调节阀的安装位置应使手动装置便于操作。

③角式调节阀需根据介质流向（有上进下出和下进上出两种）确定角阀形式，并设置于无障碍的地方。

对压差较高的调节阀，应考虑防止噪音和振动。

(b) 流量计①差压式流量计的孔板既可设在水平管上也可设在立管上，需根据介质情况决定。

②差压式流量计的孔板和容积式流量计的转子，其上下
游的直管长度应满足自控专业要求。

③差压式流量计的取压方向，对蒸汽、液体来说采用水平取压方式。

而对气体则采用上方取压方式。

水平取压受限制时；如是蒸汽可用斜上式，如是液体可用斜下式。

(c) 压力表为准确测量静压，压力表取压点应在直管段上，并设切断阀、其配管形式如图-5 ②压力表应设置在易于读表的位置。

③在振动管道上安装压力表时，应避免振动传至压力表使其受到损坏，应采取适当加强措施。

(d) 温度计（双金属温度、热电偶）①安装在直管上的温度计，当管道直径不小于DN50时，可垂直安装在管道上。

当管道直径小于DN150时，应根据自控专业要求扩径。

②在弯管上安装温度计时，管道直径不小于DN50，应逆介质流向安装。

③温度计也可倾斜45°水平安装，倾斜45°安装时，应与管内流体流动方向逆向接触。

④热偶的长度，因管径及安装位置的不同而异，其位置应设在易于热偶插入、拔出的地方。

(e) 液面计①为能使在设备操作情况下取出液位计，在切断阀与液面计之间需设法兰或活接头。

②两个以上液面计重叠使用时，其重叠部分取200mm。

③玻璃板液面计（有反射式和透光式两种）和玻璃管液面计在外形上有很大区别。

前者用于高温高压，后者仅用于低压。

对透光式玻璃板液面计应安装在光线能透过的方向上。

四．管道平面布置图4.1设计数据依据课程设计任务书《化工管道设计》中设计技术参数：
附图（1）中所用全部管道材料为0Cr18Ni9；设计压力3.8MPa；设计温度430℃；管子直径Ф273×14。

设计要求1：
对所附设备平面布置见图进行分区，设计并绘制某一区的管道平面布置图。

附图（1）4.2设计思路依据设计要求1：
对所附设备平面布置见图进行分区，设计并绘制某一区的管道平面布置图；附图（1）中5台设备均为化工装置中常见设备，其中E0401、E0402为一二级换热器，T0401、T0402、T0403为三级反应塔；中间管廊区域为公用工程部分，为该化工装置提供正常运行所需水、气、仪表风等介质。

附图（1）中所用全部管道材料为0Cr18Ni9；设计压力3.8MPa；设计温度430℃；管子直径Ф273×14。

初步对本装置PID工艺系统进行概念设计，本着化工管路设计原则及一二级换热器、三级反应塔及公用工程部分的设
备物料进出系统对本装置进行PID图设计，在满足工艺要求的前提下，依据PID图纸显示的管路中存在的管道、工艺阀门、管件、一次仪表点、仪表自控阀合理进行管道平面布置图设计。

参照附图（1）所给设备相对位置标高对PID管道流程进行合理布局，考虑节能优化、便于后续装置正常运行人员操作、布美观，达到PID设计要求，参考《化工管路手册》、《管道设计手册》之配管通用细则、《管道布置图设计手册》等化工管路设计资料对该设备布置图进行配管。

确定绘图区域及朝北方向，所用全部管道材料为0Cr18Ni9，依据管材分类要求，不锈钢与耐热钢含量用千分数表示，牌号前面的数字表示含碳量的千分之几，平均含碳量＜0.1％,用“0”表示。

当含碳量≤0.03％时，则在牌号前以“00”表示为超低碳。

如：
0Cr18N9Ti表示平均含碳量小于0.1％的不锈耐酸钢：
00Cr17Ni13Mo2表示平均含碳量≤0.03％的超低碳不锈耐酸钢，0Cr18Ni9即为304不锈钢管；设计压力3.8MPa；依据工业管道按介质压力分类（1）低压管道0 ＜P ≤ 1.6Mpa （2）中压管道 1.6 ＜P ≤ 10Mpa （3）高压管道10 ＜P ≤ 42Mpa 蒸气管道P≥9 Mpa，温度不低于500℃时为高压管道；可知设计压力3.8MPa属于中压管道。

其中与其相连的一二级换热器及三级反应塔均属于静置设备，管道设计温度430℃；依据工业管道按介质温度分类（1）低温管道介质温度≤－40℃时（2）常温管道－40℃＜介质温度＜120℃时（3）中温管道120℃≤介质温度＜450℃时（4）高温管道介质温度＞450℃时可知设计温度为430℃属于中温管道，其中管子直径为Ф273×14，公称直径为DN250。

4.3设计图绘图软件：
2012AUTOCAD 管道平面布置设计图附图依据设计任务书要求，对所附设备平面布置图进行分区，设计并绘制某一区的管道平面布置图，将一二级换热器作为一区，三级反应塔作为二区，整个设备平面布置图共设两个区，一区和二区的管道平面布置图如下所示：
（一区）（二区）五．管道空视图5.1设计依据依据设计要求2：
在附图管廊两侧的设备各选一个设备的接管，设计并绘出该管道空视图，管道空视图的绘制依据为管道平面布置图，按照设计要求，在管廊两侧各选定设备E0402及T0402，其物料衔接管线号为A4-250-E，其中E代表304不锈钢管，250代表公称直径为DN250。

5.2设计思路依据物料走向、设备连接口、管道标高及管线长度、管路上所有阀门、管件、仪表自控阀、一次仪表
点等数据对管线A4-250-E进行空视图绘制。

5.3设计图E0402至T0402管线A4-250-E空视图设计附图六．绝热计算
6.1绝热设计的基本原则【1】（1）保温设计应符合减少散热损失、节约能源、满足工艺要求、保持生产能力、提高经济效益、改善工作环境、防止烫伤等基本原则。

①具有下列情况之一的设备、管道、管件、阀门等应保温。

②除防烫伤要求保温的部位外，具有下列情况之一的设备和管道也可不保温：
（a）要求散热或必须裸露的设备和管道；（b）要求及时发现泄漏的设备和管道上的连接法兰；（c）要求经常检测，防止发生损害的部位；（d）工艺生产中排气，放空等不需要保温的设备和管道。

③表面温度超过333K的不保温设备和管道，需要经常维护又无法采用其他措施防止烫伤的部位应在下列范围内设置防烫伤保温：
（a）距离地面或工作平台的高度小于2.1m；（b）靠近操作平台距离小于0.75m。

（2）低温设备及管道的保冷设计，应以满足工艺生产、保持和发挥生产能力、减少冷损失节约能源、并防止表面凝露，改善工作环境等为目的。

6.2 绝热的功能及范围绝热包括保温与保冷，是为了防止管道向周围环境散发或吸收热量。

（1）绝热的功能用绝热的方法，可以减少管道及其附件的热（冷）量损失，保证操作人员安全，改善劳动条件，防止烫伤和减少热量散发到操作区。

在冬季，用保温来延缓或防止管道内液体的冻结。

当管道内的介质温度低于周围空气露点温度时，采用绝热可防止管道的表面结露。

（2）绝热的范围管道及其附件有下列情况之一时，应采取绝热措施。

①外表面温度大于50℃以及外表面温度小于或等于50℃但工艺需要保温的管道及其附件。

②工艺生产中需要减少介质的温度降或延迟介质凝结时。

③介质温度低于周围空气露点温度时，以及在环境温度下，为防止管道外表面凝露时。

④对于工艺生产中不需要保温的管道及其附件，当其外表面温度超过60℃，而需经常操作维护时。

在无法采用其它措施防止烫伤时，应进行防烫伤绝热。

例如距地面或工作平台的高度小于2.1m或接近操作平台，平面距离小于0.75m时均应进行防烫伤绝热。

⑤减少冷介质在生产或输送过程中的冷量损失以及制
冷系统中的冷管道。

可不绝热的管道及其附件主要有：
要求散热或必须裸露的管道；要求及时发现泄漏的管道法兰；工艺上无特殊要求的放空、排凝管道；要求经常监测、防止发生损坏的部位。

6.3绝热层材料和主要辅助材料的性能要求及选择原则（1）保温材料制品的主要性能（a）在平均温度为298K时热导率值应不大于0.080，并有在使用密度和使用温度范围下的热导率方程式或图表；对于松散或可压缩的保温材料及其制品，应提供在使用密度下的热导率方程式或图表。

（b）密度不大于300 （c）除软质、半硬质、散状材料外，硬质无机制品的抗压强度不应小于0.30MPa，有机制品的抗压强度不应小于0.20MPa。

（2）保温材料还应具有下列性能（a）允许最高使用温度；（b）必要时需注明耐火性、吸水率、吸湿率、热膨胀系数、收缩率、抗折强度、腐蚀性及耐蚀性等。

（3）保温材料的选择原则（a）保温材料的允许使用温度应高于正常操作时的介质最高温度；（b）相同温度范围内有不同材料可供选择时，应选用导热率小、密度小、造价低、易于施工的材料制品同时应进行综合比较，其经济效益高者应优先选用。

6.4 绝热层厚度计算【2】由以上几种计算方法，根据实
际，可选择第三种计算方法：
----- 管道或设备外径（m）----- 绝热层外径（m）----- 能价（元）----- 绝热材料造价（元）------- 绝热材料在平均温度下的导热系数------- 绝热层（最）外表面向周围空气的放热系数----- 年运行时间（h）（常年运行的按8000h计算）----- 管道或设备的外表面温度（）----- 管道豹纹的经济厚度（mm）----- 环境温度，运行期间平均气温（）----- 绝热投资年分摊率（%）-------- 年利率（复利率）（%）------ 计息年数（年）1) 已知取环境温度则绝热材料选择膨胀珍珠岩制品密度，故：
取，则：
2）取，风速则：
3）取，年4）取为8000h 5）由已知可得= 0.273 + 2*0.014=0.301m 6）取为= 4 元7）查的取= 705 元8）解得= 517mm = 301mm = 128mm 取= 130mm 因此，绝热层厚度为130mm. 七．参考文献【1】GBT8175-2008设备及管道绝热设计导则【2】化学工业部化工工艺配管设计技术中心站组织编写，《化工管路手册》化学工业出版社1988.7 【3】于宗保主编，《工业管道工程》化学工业出版社，北京，2011.7 八．附图24。