化工设计概论第六章_管道设计与布置

常用管件
4.管路附件
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附属于管道上的各种物件如防雨 帽、视镜、阻火器、过滤器、漏斗、 汽水混合器、取样口、取样冷却器、 阀门伸长杆等。
管道过滤器
管道附件
• 管道过滤器 一种装在管道上用来除去流体介质 中固体渣物的阀件，具有保护疏水阀、提 高疏水阀效能的作用；此外，对保护仪表、 设备等也有一定作用。
常用管件
2.导流管件
主要用于改变流体方向之用。如450、 900弯头，或其它角度的弯头，或回头弯。 大口径管道还可以焊制“虾米弯”，即按 需要焊制弯头的角度。根据管径的变化与 否，还有不同尺寸异径弯头等。
常用管件
3.分合流管件
主要作用是将流体分成几条流向或合 并流体为同一流向。如三通，四通还有异 径三通、四通等。
隔膜阀
常用阀门
• 隔膜阀 阀的启闭件是一块橡胶隔膜，夹于阀体与 阀盖之间。隔膜中间突出部分固定在阀杆上， 阀体内衬是有橡胶，由于介质不进入阀盖内腔， 因此，无需填料箱,隔膜阀结构简单，密封性能 好，便于维修，流体阻力小，适用于温度小于 200℃,压力小于1.OMPa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。
减压阀
常用阀门
• 减压阀 减压阀是使流体通过阀瓣时产生阻 力，造成压力损耗，来达到减低压力的目 的。常用的减压阀有波纹管式、活塞式、 先导薄膜式等，活塞式减压阀不能用于液 体的减压，而且流体中不能含有固体颗粒， 所以减压阀前要装管道过滤器。
安全阀
常用阀门
• 安全阀 当工作压力超过规定值时即自动开 启使流体外泄，压力回复后即自动关闭， 以保护设备和管道，使生产安全运行。 常用的弹簧式安全阀分为全启式和 封闭式两类。介质允许直接排放到大气的 可选用垒启式；易燃、易爆和有毒的介质 则应选用封闭式，将介质排放到总管中去。
二、管道
卡箍连接
该连接适用于金属管插入非金属管 (橡胶管及各种软塑料管)，在插入口外， 用金属箍箍紧，防止介质外漏。它适用于 临时装置或要求经常拆洗的洁净管。采用 凸缘式管口，管与管之间用。形密封圈， 凸缘外用金属扎紧，拆装灵活。
二、管道
卡套连接 适用于管径≤42mm的金属管与金 属管件或非金属管件、阀件的连接。 中间加一垫片，施工方便，拆卸容易， 一般用于仪表控制系统等处。
的碳钢管的最佳管径。水的密度 为1000kg／m3。 解：根据式(2-1) D最佳=282×(10)0.52×1000-0.37 =72.5mm(圆整为80mm)
二、管道
管径的计算：
例2 试求HCl气在5大气压、15℃、流量为 7000kg／h时的不锈钢管的最佳管径。 l大气压、O℃时HCl气体的摩尔体积为 22.4m3／kmol。
螺纹连接的截止阀
常用阀门
• 截止阀 截止阀与闸阀相比，其调节性能 好,价格便宜，结构简单，制造维修 方便；密封性能差，流体阻力较大。 适用于蒸汽等介质，不宜用于粘度大 含有颗粒易沉淀的介质，也不宜作放 空阀及低真空系统的阀门。
截止阀
球阀
常用阀门
• 球阀 球阀结构简单，开关迅速、操作方便、 体积小、重量轻、零部件少，流体阻力小， 结构比闸阀、截止阀简单，密封面比旋塞 阀易加工且不易擦伤。 适用于低温、高压及粘度大的介质， 不能作调节流量用。目前因密封材料尚未 解决，不能用于温度较高的介质。
第一节 管道设计与布置的内容和步骤
二、管道设计与布置的步骤
(11)选择管架及固定方式。 (12)确定管架跨度。 (13)选定管道固定用具。 (14)绘制管道布置图。 (15)编制管材、管件、阀门、管架及绝热材料的材料表 及综合汇总表。 (16)选择管道的防腐蚀措施，选择合适的表面处理方法 和涂料及涂层顺序，编制材料及工程量表。 (17)编制施工说明书。
旋塞阀
常用阀门
• 旋塞阀 旋塞阀的结构简单，开关迅速， 操作方便，流体阻力小，零部件少， 重量轻。适用于温度较低、粘度较大 的介质和要求开关迅速的部位，一般 不适用于蒸汽和温度较高的介质。
蝶阀
常用阀门
• 蝶阀
蝶阀与相同公称压力等级的平 行式闸板阀比较，其尺寸小、重量轻、 开闭迅速、具有一定的调节性能，适 合制成较大口径阀门，它用于温度小 于80℃、压力小于1.0MPa的原油、油 品及水等介质。
二、管道
管径的计算：
解：HCl的分子量=36.5 操作状态下的密度： ρ= (36.5/22.4)×(5/1)×(273/288)=7.72kg/m3 根据式(2-2) D最佳=226(7000/3600)0.50×7.72-0.35 =154mm(圆整为150mm)
二、管道
(2)管壁厚度的选取 根据管子的工作压力、公称直径，查 《化工工艺设计手册》的常用公称压力下 管道壁厚选用表4-2，可确定管壁厚度。
二、管道
3.管径及壁厚的计算与选取 1）管径的计算：
（1）最经济管径的计算
碳钢管：
不锈钢管： G:流量kg/s
D最佳=282G0.52ρ
D最佳=226G0.50ρ
-0.37
-0.35
ρ ：密度kg/m3 。
（2）还可根据流体常用流速计算管径。
二、管道
管径的计算： 例1 试求水在20℃、流量为10kg／s时
二、管道
2.常用管道 (2)有色金属管 有色金属管最常用的是铜、铅、 铝或铝合金管，它们都是无缝管。
二、管道
2.常用管道
(3)非金属管 非金属管品种繁多，如硬聚氯 乙烯管、软聚氯乙烯管、聚丙烯管、 聚乙烯管、聚四氟乙烯管、搪玻璃管、 耐酸酚醛塑料管、玻璃钢管、耐酸陶 瓷管、不透性石墨管、胶管等。
第二节 管道、管件及阀门的选用 一、基本概念
（1）公称直径 管道在使用时往往需要和法兰、管件或各 类阀门相连接，为了用一尺寸来说明两个零件 能够实现连接的条件，统一管道中管子、法兰、 管件和阀门的规格，有利于设计、制造和维修， 引入公称直径的概念。人们约定：凡是能够实 现连接的管子与法兰、管子与管件或管子与阀 门就规定这两个连接件具有相同的公称直径。 公称直径以DN表示。
二、管道
管道连接方式： 焊接 螺纹连接 法兰连接 承插连接 卡箍连接 卡套连接
二、管道
焊接
焊接是化工厂中最常用的一种管 道连接方法。特点是施工方便，焊接 可靠不漏，成本低。凡是不需要拆装 的地方，都应尽量采用焊接。所有压 力管道如煤气、蒸汽、空气、真空管 道等都应尽量采用。
二、管道
螺纹连接
螺纹连接也是一种常用的管道连接方法。 特点是连接简单，拆装方便，成本低，但连接 的可靠性低，容易在螺纹处发生渗漏。一般适 用于管径≤50mm、工作压力低于980kPa、介质 温度≤100℃的焊接钢管、镀锌焊接钢管、硬聚 氯乙烯管与管道、管件、阀门相连接。在化工 厂中一般只用于输送上下水、压缩空气等介质 的管道，不宜用于易燃、易爆和有毒介质的管 道。
疏水阀
常用阀门
• 疏水阀 疏水阀的作用是自动排除设备或管道中的 凝结水、空气及其他不凝性气体，又同时阻止 蒸汽的逸出。凡是需要蒸汽加热的设备、蒸汽 管道等都应装疏水器，以保证工艺所需的温度 和热量，使加热均匀，防止水击，达到节能的 作用。 疏水阀的种类颇多，按其工作原理可分为 热动力型，热静力型和机械型三种。
第二节 管道、管件及阀门的选用
（2）管道公称压力
公称压力以PN表示。指管子与管件在一定 温度范围内的最大允许压力。公称压力分为： 0.25,0.6,1.0,1.6,2.5,4.0,6.4, 10.0,16.0, 20.0,25.0,30.0MPa 共 12 个 等 级 ， 一 般 PN0.25~PN1.6 称 为低 压 ， PN1.6~PN6.4 称 为 中 压，PN6.4~PN30.0称为高压。
闸阀
常用阀门
• 闸阀
闸阀的密封性能较截止阀好，流体阻力小。 具有一定的调节性能，明杆式尚可根据阀杆升 降高低调节启闭程度，缺点是结构较截止阀复 杂，密封面易磨损，不易修理。闸阀适于制成 大口径的阀门，除适用于蒸汽、油品等介质外， 还适用于粘度较大的介质，并适用于作放空阀 和低真空系统阀门。
截止阀
疏水阀
安装示意图
1-切断阀；2-排污阀；3-过滤器；4-疏水阀 5视镜；6-止回阀
阀门型号标志
阀门
阀门型号标志
Q41F-16P 指法兰连接的直通式不锈钢球阀，衬 氟，公称压力16kgf/cm2。
四、常用管件
1.连接管件
（1）管节(也叫轴节或内牙管)和外牙管。 （2）活管节：多用于需要经常拆卸的管 道连接，称“活接头”。 （3）管堵：用于需要经常检修和特殊用 途的管道堵塞。 （4）大小头：也叫异径管，用于改变管 道直径。 （5）内外丝：称内外螺纹管接头，是连 接异径管道的一个简便的管件。
二、管道
法兰连接
这种连接方法在化工厂中应用极为广 泛。优点是结合强度高，密封可靠，拆装 方便；缺点是费用较高。一般适用于大管 径、密封性要求高的管道连接；也适用于 玻璃、塑料、阀件与管道或设备的连接。 法兰连接时，法兰的公称直径必须与 连接的管道公称直径相同。
二、管道
承锸连接 适用于埋地或沿墙敷设的供排水 管，如铸铁管、陶瓷管、石棉水泥管 与管或管件、阀门的连接。一般采用 石棉水泥、沥清玛碲脂、水泥砂浆等 作为封口，压力≤29.4×lO-2MPa， 介质温度≤60℃场合。
二、管道
2.常用管道
（1）钢管 钢管分有缝与无缝二类。有缝钢管由碳钢 板卷焊制成，它们强度低、可靠性差。无缝钢 管由普通碳素钢、优质碳素钢、普通低合金结 构钢和合金结构钢等的管坯热轧和冷拔(冷轧) 而成，它们品质均匀，强度高，用于高压、高 温或易燃、易爆和有毒物质的输送。它在化学 工业中应用最为广泛。
第二节 管道、管件及阀门的选用 二、管道
1.管道材料的选择 管道的材质有两大类，一是金属类，另一 类是非金属类。 金属类的特点耐温范围大、耐压力高，有 一定耐腐蚀性，易加工，安装。非金属类的特 点耐腐蚀性能好，品种多资源丰富，缺点，耐 热、耐压不高。 管道的材料主要根据输送介质的温度、压 力、性质、货源和价格等因素综合考虑决定。
管道连接形式示意图
三、常用阀门
阀门定义
阀门是用来控制各种管道及设备内 流体的流量、流体的压力及保证生产安全 运行的一种化工机械产品。阀门的品种较 多，结构相差悬殊，材质各异，使用特性 不同，因此需根据阀门在管道中作用及输 送介质等条件，选用不同型式的阀门。
三、常用阀门
阀门选用依据
(1)阀门功能：即根据工艺要求来确定阀门的功能。 (2)阀门尺寸：即根据流体的流量和允许的压力降 决定阀门的大小。 (3)阻力损失：备种阀门的阻力损失有时相差较大， 可按工艺允许压力损失选择。 (4)阀门材质：主要由介质的温度、压力和特性决 定。
法兰、法兰盖、紧固件、垫片
(1)法兰 法兰是管道与管道，管道与设备之间的连接元件。 连接方式分成以下五种基本类型：平焊、对焊、螺纹、 承插焊和松套法兰等五种基本类型。法兰密封面有突 面、光面、凹凸面、榫槽面和梯形槽面等。 (2)法兰盖 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。 (3)法兰紧固件—螺栓、螺母 (4)垫片。 常用的法兰垫片有非金属垫片、半金属垫片和金属垫 片。
第六章 管道设计与布置
第一节 管道设计与布置的内容和步骤 一、管道设计与布置的内容
1）管道的设计计算 管径，压降，保温，应力，热补偿 2）管道的布置设计
第一节 管道设计与布置的内容和步骤
二、管道设计与布置的步骤
(1)选择管道材料。 (2)选择介质的流速。 (3)确定管径。 (4)确定管壁厚度。 (5)确定管道连接方式。 (6)选阀门和管件。 (7)选管道的热补偿器。 (8)绝热形式、绝热层厚度及保温材料的选择。 (9)管道布置。 (10)计算管道的阻力损失。
止回阀
止回阀
常用阀门
• 止回阀 止回阀的作用是限制介质的流动 方向，介质不能倒流，但不能防止渗 漏。止回阀按结构可分为升降式和旋 启式两种。 止回阀一般适用于清净介质，不 宜用于含固体颗粒和粘度较大的介质。
节流阀
常用阀门
• 节流阀 节流阀的外形尺寸小，重量轻，调节 性能较盘形截止阀和针形阀好，但调节精 度不高。由于流速较大，易冲蚀密封面。 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，不适用于粘 度大和含有固体颗粒的介质，不宜作隔断 阀。