《化工设计概论》课件 第五章 化工车间布置的设计
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15. 编写施工说明书。 施工说明书包括施工中应注意的问题，各种介质的管子、附件的材料，
各种管道的坡度、保温、油漆等的要求，安装时采用的不同种类的管件、 管架的标准，以及施工中所必需遵循的规范。
第二节 管路基础知识
一、管道材质的分类和用途 管道的材质有两大类，一是金属类，另一类是非金属类。
1.金属类管道材质的分类和用途 （1）铸铁管
11. 选定管道固定用具。 根据管架类型，管道固定方式，选择管架附件。
12. 绘制管道布置图。 包括平、剖面配管图、管道轴测图、管架图和管件图等。
13. 绘制管材、管件、阀门、管架及绝热材料的材料表及综合汇总表。 14. 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。
（3）介质性质
对强腐蚀物料，常用耐酸不锈钢，如1Cr18Ni9Ti等，但他们都很贵，应 尽量用其他钢种。特别要注意的是不锈钢并不是能耐任何介质的腐蚀， 1Cr18Ni9Ti对盐酸就完全不耐腐蚀，而许多非金属材料却有很强的耐腐蚀 性。
（1）温度
各种材料的耐温范围都是有限的，-196℃～-40℃可用耐低温的合金钢、 铜、铝及铝镁合金，-40℃～350℃可用碳钢，温度高于350℃则用合金钢， 如1Cr18Ni9Ti可用于650℃。
（2）压力
压力低于9.8 MPa（表压）可用碳钢，压力在9.8～31.4MPa（表压）可 用碳钢或低合金钢，压力大于31.4MPa（表压）用高强度合金钢，如 15MnV等。不同规格碳钢管与允许工作压力的关系列于表5-2。
2.非金属类管道材质的分类和用途
非金属管包括陶瓷管、玻璃管、不透性石墨管、硬(软)PVC、 聚四氟乙烯、耐酸酚醛等塑料管和橡胶管。
①塑料管 塑料管在化工生产中也被广泛使用。塑料管的品种较 多，其优点是抗腐蚀性能好、重量轻、成型方便、加工容易； 缺点是强度低、耐热性差。但随着性能上的不断改进，在很多 方面将取代金属。目前最常用的塑料管有聚氯乙烯管、聚乙烯 管，以及在金属表面喷涂聚丙烯、聚三氟氯乙烯管等。
无缝钢管由普通碳钢、优质碳素钢、普通低合金结构钢和合金结构钢等的 管坯热轧和冷轧而成，其优点是质量均匀、强度高。常用于高压、高温或易 燃、易爆和有毒物料的输送。它们在化学工业中应用最广泛。
（3）有色金属管
最常用的是铜、铝或铝合金管，它们都是无缝管。
① 铜管与黄铜管 铜管与黄铜管的传热效果好，因此，大部分用于换热设 备和深冷装置的管路、仪表的测压管或传送有压力的流体。但当温度大于 250℃时，不宜在压力下使用。
铸铁管是化工管路中常用的管道之一。由于脆性和紧密性较差，只适用于 输送低压介质，不宜用于输送高温高压、有毒性或有爆炸性的物料和蒸汽。 在化工生产中一般用于地下给水管、煤气总管和下水管道以及污水管道。 （2）钢管
钢管可分为有缝钢管和无缝钢管两种。 ①有缝钢管
有缝钢管由碳钢板卷焊制成，它们强度低，可靠性差，使用压力小于 1.0MPa（表压），只能用于输送压力较低和危险性小的介质。如上下水管、 采暖系统、输送水、蒸汽、煤气、压缩空气和腐蚀性流体。 ②无缝钢管
②玻璃管 玻璃管具有耐腐蚀、透明、易于清洗、阻力小、价 格低等优点；其缺点是性脆、耐压低。因此，在化工生产中主 要用作输送常压介质的管道，以及在一些检测或实验性的工作 中使用。
二、管道材料的选择
常用管道材质的选择主要是根据工艺要求，如输送介质的温度、压力、性 质（酸性、碱性、毒性、腐蚀性和可燃性等）、货源和价格等因素综合考虑 决定。常用管子材料如表5-1所示。
第五章 管道设计与布置
第一节 管道设计与布置的内容
管道设计与布置的内容主要包括管道的设计计算和管道的布置设计两部 分内容。管道的设计计算包括管径计算、管道压降计算、管道保温层计算、 管道应力分析计算、热补偿计算பைடு நூலகம்内容，管道布置设计主要内容包括设计绘 制表示管道在空间位置的连接，阀件及控制仪表安装情况的图样。具体内容 如下。
度及周围环境状况，确定管壁的绝热层厚度。 7. 管道布置。
首先根据生产流程，介质的性质和流向，相关设备的位置、环境、操作、 安装、检修等情况，确定管道的敷设方式、管件距离、管与墙的距离等内容。 8. 计算管道的阻力损失。
校核检查选择的泵、选择的管道等前述步骤是否正确合理。 9. 选择管架及固定方式。
4. 选择阀门和管件。 介质在管内输送过程中，有分支、有汇合、转弯、 变速等情况，为了保证工艺的要求和安全，还需要各种类型的管件和阀门。 根据设备布置情况及工艺、安全的要求，选择合适的管件和阀门。
5. 选择管道的热补偿器。 管道在安装和使用时往往存在温差，为了消除热应力，需要选择合适的热
补偿器。
6. 绝热形式、绝热层厚度及保温材料的选择。 根据管道输送介质的特性及工艺要求，选定绝热的方式，然后根据介质温
根据管道本身的长度、介质温度、工作压力、线膨胀系数投入运行后的工 作状态以及管道的根数、车间的梁柱、墙壁、楼板等土木建筑结构，选择合 适的管架及固定方式。
10. 确定管架跨度。 根据管道材质、输送的介质、管道的固定情况及所配管件等因素，计算
管道的垂直荷重和所受的水平推力，然后根据强度条件或刚度条件确定管 架的跨度。
1. 确定管径。 根据输送介质的化学性质、流动状态、温度、压力等因素 选择管道的材料，并根据输送介质的流量和流速，确定合适的管径。
2. 确定管壁厚度。 根据输送介质的压力及所选择的管道材料，确定管壁厚 度。
3. 确定管道连接方式。 管道与管道间，管道与设备间，管道与阀门间， 设备与阀门间都存在着一个连接的方法问题。可根据管材、管径、介质的压 力、性质、用途、设备或管道的使用检修状态，确定连接方式。
② 铝管 铝管常用于输送浓硝酸、醋酸、硫化氢及二氧化碳等介质，也常 用于换热器。但铝管不耐碱，不能用于输送碱液，特别是含氯离子的物料。 由于铝管的机械强度较低，而且随着温度升高而显著降低，所以，铝管的最 高使用温度不能超过200℃。对于受压的管路，使用温度不能超过160℃。
③铅管 铅管常作输送酸性介质的管路，能输送0.5％～15％的硫酸、60 ％的氢氟酸、浓度低于80％的醋酸等介质。但不宜输送硝酸、次氯酸等介 质。铅管的最高使用温度为200℃，但当使用温度大于140℃时，不宜在压 力下使用
各种管道的坡度、保温、油漆等的要求，安装时采用的不同种类的管件、 管架的标准，以及施工中所必需遵循的规范。
第二节 管路基础知识
一、管道材质的分类和用途 管道的材质有两大类，一是金属类，另一类是非金属类。
1.金属类管道材质的分类和用途 （1）铸铁管
11. 选定管道固定用具。 根据管架类型，管道固定方式，选择管架附件。
12. 绘制管道布置图。 包括平、剖面配管图、管道轴测图、管架图和管件图等。
13. 绘制管材、管件、阀门、管架及绝热材料的材料表及综合汇总表。 14. 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。
（3）介质性质
对强腐蚀物料，常用耐酸不锈钢，如1Cr18Ni9Ti等，但他们都很贵，应 尽量用其他钢种。特别要注意的是不锈钢并不是能耐任何介质的腐蚀， 1Cr18Ni9Ti对盐酸就完全不耐腐蚀，而许多非金属材料却有很强的耐腐蚀 性。
（1）温度
各种材料的耐温范围都是有限的，-196℃～-40℃可用耐低温的合金钢、 铜、铝及铝镁合金，-40℃～350℃可用碳钢，温度高于350℃则用合金钢， 如1Cr18Ni9Ti可用于650℃。
（2）压力
压力低于9.8 MPa（表压）可用碳钢，压力在9.8～31.4MPa（表压）可 用碳钢或低合金钢，压力大于31.4MPa（表压）用高强度合金钢，如 15MnV等。不同规格碳钢管与允许工作压力的关系列于表5-2。
2.非金属类管道材质的分类和用途
非金属管包括陶瓷管、玻璃管、不透性石墨管、硬(软)PVC、 聚四氟乙烯、耐酸酚醛等塑料管和橡胶管。
①塑料管 塑料管在化工生产中也被广泛使用。塑料管的品种较 多，其优点是抗腐蚀性能好、重量轻、成型方便、加工容易； 缺点是强度低、耐热性差。但随着性能上的不断改进，在很多 方面将取代金属。目前最常用的塑料管有聚氯乙烯管、聚乙烯 管，以及在金属表面喷涂聚丙烯、聚三氟氯乙烯管等。
无缝钢管由普通碳钢、优质碳素钢、普通低合金结构钢和合金结构钢等的 管坯热轧和冷轧而成，其优点是质量均匀、强度高。常用于高压、高温或易 燃、易爆和有毒物料的输送。它们在化学工业中应用最广泛。
（3）有色金属管
最常用的是铜、铝或铝合金管，它们都是无缝管。
① 铜管与黄铜管 铜管与黄铜管的传热效果好，因此，大部分用于换热设 备和深冷装置的管路、仪表的测压管或传送有压力的流体。但当温度大于 250℃时，不宜在压力下使用。
铸铁管是化工管路中常用的管道之一。由于脆性和紧密性较差，只适用于 输送低压介质，不宜用于输送高温高压、有毒性或有爆炸性的物料和蒸汽。 在化工生产中一般用于地下给水管、煤气总管和下水管道以及污水管道。 （2）钢管
钢管可分为有缝钢管和无缝钢管两种。 ①有缝钢管
有缝钢管由碳钢板卷焊制成，它们强度低，可靠性差，使用压力小于 1.0MPa（表压），只能用于输送压力较低和危险性小的介质。如上下水管、 采暖系统、输送水、蒸汽、煤气、压缩空气和腐蚀性流体。 ②无缝钢管
②玻璃管 玻璃管具有耐腐蚀、透明、易于清洗、阻力小、价 格低等优点；其缺点是性脆、耐压低。因此，在化工生产中主 要用作输送常压介质的管道，以及在一些检测或实验性的工作 中使用。
二、管道材料的选择
常用管道材质的选择主要是根据工艺要求，如输送介质的温度、压力、性 质（酸性、碱性、毒性、腐蚀性和可燃性等）、货源和价格等因素综合考虑 决定。常用管子材料如表5-1所示。
第五章 管道设计与布置
第一节 管道设计与布置的内容
管道设计与布置的内容主要包括管道的设计计算和管道的布置设计两部 分内容。管道的设计计算包括管径计算、管道压降计算、管道保温层计算、 管道应力分析计算、热补偿计算பைடு நூலகம்内容，管道布置设计主要内容包括设计绘 制表示管道在空间位置的连接，阀件及控制仪表安装情况的图样。具体内容 如下。
度及周围环境状况，确定管壁的绝热层厚度。 7. 管道布置。
首先根据生产流程，介质的性质和流向，相关设备的位置、环境、操作、 安装、检修等情况，确定管道的敷设方式、管件距离、管与墙的距离等内容。 8. 计算管道的阻力损失。
校核检查选择的泵、选择的管道等前述步骤是否正确合理。 9. 选择管架及固定方式。
4. 选择阀门和管件。 介质在管内输送过程中，有分支、有汇合、转弯、 变速等情况，为了保证工艺的要求和安全，还需要各种类型的管件和阀门。 根据设备布置情况及工艺、安全的要求，选择合适的管件和阀门。
5. 选择管道的热补偿器。 管道在安装和使用时往往存在温差，为了消除热应力，需要选择合适的热
补偿器。
6. 绝热形式、绝热层厚度及保温材料的选择。 根据管道输送介质的特性及工艺要求，选定绝热的方式，然后根据介质温
根据管道本身的长度、介质温度、工作压力、线膨胀系数投入运行后的工 作状态以及管道的根数、车间的梁柱、墙壁、楼板等土木建筑结构，选择合 适的管架及固定方式。
10. 确定管架跨度。 根据管道材质、输送的介质、管道的固定情况及所配管件等因素，计算
管道的垂直荷重和所受的水平推力，然后根据强度条件或刚度条件确定管 架的跨度。
1. 确定管径。 根据输送介质的化学性质、流动状态、温度、压力等因素 选择管道的材料，并根据输送介质的流量和流速，确定合适的管径。
2. 确定管壁厚度。 根据输送介质的压力及所选择的管道材料，确定管壁厚 度。
3. 确定管道连接方式。 管道与管道间，管道与设备间，管道与阀门间， 设备与阀门间都存在着一个连接的方法问题。可根据管材、管径、介质的压 力、性质、用途、设备或管道的使用检修状态，确定连接方式。
② 铝管 铝管常用于输送浓硝酸、醋酸、硫化氢及二氧化碳等介质，也常 用于换热器。但铝管不耐碱，不能用于输送碱液，特别是含氯离子的物料。 由于铝管的机械强度较低，而且随着温度升高而显著降低，所以，铝管的最 高使用温度不能超过200℃。对于受压的管路，使用温度不能超过160℃。
③铅管 铅管常作输送酸性介质的管路，能输送0.5％～15％的硫酸、60 ％的氢氟酸、浓度低于80％的醋酸等介质。但不宜输送硝酸、次氯酸等介 质。铅管的最高使用温度为200℃，但当使用温度大于140℃时，不宜在压 力下使用