气控教学课件 马老师 第14章 管道系统的设计

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铸铁管常用作污水管，不能用于输送蒸汽及在有压力下输送爆炸性 与有毒气体。 高硅铁管与抗氯硅铁管适用于输送公称压力2.5×105 Pa 以下的腐蚀 性介质，高硅铁管能耐强酸，含钼的抗氯硅铁管可耐各种含量、温 度的盐酸。 镀锌管常用于给水、暖气、压缩空气、煤气、真空、低压蒸汽和凝 液以及无腐蚀性物料的输送。其极限工作温度为175℃，且不得用以 输送有爆炸性及毒性介质。它分为普通型(公称压力<1MPa)和加强 型(公称压力<1.6 MPa)两种。 无缝钢管可用来输送有压力的物料如水蒸气、高压水、过热水等， 还可输送可燃性的和有爆炸性或有毒性的物料，其极限工作温度为 435℃。若输送强腐蚀性或高温介质(900~950℃)则用合金钢或耐热钢 制成的无缝钢管，例如镍铬钢能耐硝酸与磷酸的腐蚀，但它不宜输 送具有还原性的介质。
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1、根据生产工艺确定吸风点及风量，选择净化装置，进行管 道配置，选择管道材料等。 常用管材种类： (1)钢管 钢管有铸铁管、硅铁管、镀锌管和无缝钢管。 (2)有色金属管 有色金属管有铜管、铝管等。 (3)其他管道 有搪瓷管、陶瓷管、有衬钢管、聚氯乙烯管、混凝土管、石 棉压力管等。
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铜管分黄铜管与紫铜管，多用作低温管道(冷冻系统)、仪表的 测压管线或传送有压力的液体(油压系统、润滑系统)的管道。 当温度高于250 ℃ 时不宜在压力下工作。 铝管常用于浓硝酸、醋酸、甲酸等物料的输送，不能抗碱温度 大于160 ℃时不宜在压力下使用，极限工作温度为200℃。 搪瓷管和陶瓷管有很好的耐腐蚀性，且来源广泛，价格便宜， 但有脆性，强度差，不耐温度剧变，常用作排除腐蚀性介质的 下水管和通风管道。 有衬钢管主要用于输送腐蚀性介质，由于有色金属较稀少且价 格较高，故可用衬里减少有色金属的用量。衬里的金属材料有 铝、铅等，也可用非金属材料如搪瓷、玻璃、橡胶或塑料等做 衬里材料。
、 Δ p6-7 、 Δ p8-2 ，各管段的摩擦压力损失可计算求得。
C．局部压力损失 从图中可以看出，局部压力损失有： Δp m1-2（有三部分，集 气罩、弯头和三通压力损失）、Δ pm3（变径管压力损失）、 Δ pm3-4（设备压力损失）、Δ p m4-5（有三个弯头）、 Δpm6-7 （风帽）、Δp m2-8（集气罩和弯头）。
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通风除尘管道一般是用薄钢板制成的，常用 的管道规格见下表，实际工程中也可用非标 准的管道。
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5、计算管路压损，确定最大压损管路
P ph pu pL pm pi
Δph-上升管静压损， pa ； Δpu -动压阻损， pa ； ΔpL -摩擦阻损， pa ；
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管道布置除了符合上述要求外，还应仔细考虑下列问题：
①物料特性
A. 输送易燃、易爆物料时，管道中应设安全阀、防爆阀、阻火器、 水封，且远离人们经常工作和生活的区域； B. 腐蚀性物料的管道不要安装在通道的上方，在管束中应设置于下 方或外侧； C. 冷热管道尽量避开，一般是热管道在上，冷管道在下方。
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聚氯乙烯管对于任何含量的各种酸类、碱类和盐类都是稳定的， 但对强氧化剂、芳香族碳氢化合物、氯化物及碳氧化物不稳定， 可用来输送60℃以下的介质，也可用于输送0℃以下的液体。 常温下轻型管材的工作压力不超过2.5×105 Pa，重型管材的工 作压力不超过6×105Pa。该材料的优点是轻、抗腐蚀性能好、 易加工，但耐热性差。 混凝土管有普通、轻型和重型三种，主要用于排水。混凝土管 制造容易，价格便宜，但不承压。 石棉压力管是输送有压力介质的管道。
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③管道与道路的关系
A. 通过人行横道的管道与地面的净距离要大于2m； B. 通过公路的管道与道路的净距离要大于4.5m； C. 通过铁路的管道与铁路的净距离要大于6m； D. 高压电线下不宜架设管道。
④管道维护
A. 一般金属管道要注意防锈，同时用颜色表明管道的用途。 B. 输送冷或热的流体，一般要注意保温，并要考虑热胀冷缩， 尽量利用 L或Z形管道，L或 Z形管道不足时架设时需在管道 中增加膨胀器。
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D．并联管路压损平衡 为了保证并联的各个管路能正常地运行，并联各个管路的压 力损失应尽量相等，如不能相等时，各个管路的压损相差不 能超过10％。 因为ΔP＝ ΔPa-b＋ΔPm，所以图中的两并联管路的压损分别为： ΔP'1-2＝Δp1-2 +Δpm1-2和Δp'8-2＝Δp8-2 +Δpm8-2 如果
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⑤与处理工艺的配合（以除尘风管为例）：
A. 风管应垂直或倾斜布置，倾斜角不小于55º；如必须水平敷设， 要使管道内有足够的流速，保证在风管内不堆积尘。另外， 在管道上要设置卸灰装置和清扫孔。 B. 不同性质的排气，如水蒸气和粉尘不能合用同一管道系统， 以免管道堵塞。 C. 风管直径≥100mm，调节风量可用斜插板阀，且向上开启。 D. 要考虑气流中物料对管道的磨损程度，选择管道的材料、管 内流速及弯头处的特殊处理方式与此有关。 E. 高温烟气在进入除尘净化系统前，由于设备材料和结构条件 所限，必须予以冷却降温。冷却降温：水冷（又分为直接水 冷和间接水冷）；风（空气）冷（分为直接空冷和间接空 冷）。除尘中常用间接水冷和间接风冷的方法。
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6、对并联管路进行压损平衡计算
A．最不利管路的概念 最不利管路是指压力损失最大的管路。如图所示为某一除尘 系统管道。 从图中可以看出，最不利管道是123 4567，一般 最不利管道是从最远的管段开始。
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B．计算管路的摩擦压力损失 从图中可以看出，管路摩擦压力损失有：Δ p1-2、Δ p2-3、 Δ p45
第14章 管道系统的设计
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扬州科技学院 生化工程系 YangZhou University of Science and Technology Department of Biochemical Engineering 授课老师：马武生
一、管道系统的设计
管道布置与设计是环境工程设计中一个重要的组成部分。在对净化 装置及管道进行配置和设计计算后，才能合理的选择设计净化系统 的通风机、泵及电动机，以及进行运行控制设计等。管道布置与设 计是在完成设备平、立面布置之后进行的一项工作。
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管径的定性尺寸：管道直径的大小可用管道外径、内径或内外 径作为定性尺寸。 公称直径：工程上将外径相同而实际内径相近(不一定相等)的管 道用常用公称直径来表示其管道直径的大小，用Dg和DN表示。 如φ108mm×4mm 和φ108mm×6 mm无缝钢管，都称作公称直径 为100mm的钢管，但它们的内径分别是100mm和96mm。公称直 径的单位一般以“mm”计，如Dg100，是指公称直径为100 mm 的管子；另一种是用英制单位“吋”计，1吋约折合25mm， Dg100管子也称为4吋管。 目的：公称直径是管道、阀门和管件的特性参数，采用公称直 径可使管道、阀门和管件的联结参数统一，利于装管工程的标 准化。
但是由于流速较高，压力损失也就较高，运行所需的动力消耗
增加，也就是运行费用增加，管道和设备磨损加大，噪声增加。
反之，选择低流速所需的管径加大，材料消耗大，一次性投资
增加，但压力损失小。
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例：图中，p1＝2 kgf/cm2＝200 kPa，p2＝1.5 kgf/cm2=150 kPa，A 与B的距离为200m，两点的压差为： p1－ p2 ＝50kPa，管道阻力 与压力差数值相等。 两点阻力(压差)F阻＝f阻×L ＝C·V2·L f阻：1 m管长的阻力，Pa/m；C：阻力系数；V：流速，m/s；L： 管道长度，m。 由上式可以看出： ①管道的阻力F阻∝L倍； ②管道的阻力F阻∝ V2； ③当流速V相同，管段L相等时，管径d越小，阻力F越大。 当管道的材料、输送的流体、温度、管径不变时，阻力系数C也 不变。因此，管道直径越小，阻力越大，在选择流速时要选择较 低的流速。
②考虑便于施工、操作和维修
A. 管道要尽量明装架空，尽量减少管道暗装的长度； B. 管道尽量成行平行敷设，走直线，靠墙布置，减少交叉和拐弯； C. 管道与梁、柱、墙、设备及其他管道之间留出距离，如管道距墙 应不小于150～200 mm； D. 阀门位置要便于操作和维修，阀门、法兰应尽量错开，以减小间 距。
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（二）管道系统的设计计算
在管道系统配置基础上，确定管段的截面尺寸和阻力损失，求 出总流量和总阻力损失，并以此选择适当的风机或泵，配备电 动机。
设计步骤： 1. 确定吸风点及风量，选择净化装置，进行管道配置等； 2. 绘制管道系统平面及高程布置图、轴侧图等； 3. 选择管内流体流速； 4. 确定管段截面尺寸； 5. 计算管路阻损，确定最大阻损管路； 6. 对并联管路进行阻损平衡计算。 7. 计算系统总阻损，选择风机和电动机。
6、对并联管路进行压损平衡计算
为了保证并联的各个管路能正常地运行，并联各个管路的压 力损失应尽量相等。如不能相等时，两分支管段的阻损差应 满足以下要求：除尘系统应＜10%，其它系统应＜ 15%，否 则要进行管径调整或增设调压装置(阀门、阻力圈)。 通过调整管径来平衡压力，可按下式计算： d2 = d1(Δp1 / Δp2)0.225 d1、d2-分别为调整前后的管径，mm； Δp1 -调整前的压力损失，Pa； Δp2 -压力平衡基准值(若调整支管管径，即为干管的压力损失)
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