1、化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)第二节第二节 化工管路设计基础化工管路设计基础（一）管子、管件与阀门（一）管子、管件与阀门（二）管路设计步骤（二）管路设计步骤（三）管路阻力计算（三）管路阻力计算 （四）管路的胀缩补偿（四）管路的胀缩补偿 （五）管道的防腐、标志及保温（五）管道的防腐、标志及保温 (六六)管架设计管架设计6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)（一）管子、管件与阀门（一）管子、管件与阀门1 1、化工用管（见下表）、化工用管（见下表）铸铁管铸铁管常用作埋于地下的给水总管
2、及污水管，化工厂常用作埋于地下的给水总管及污水管，化工厂用来输送碱液及硫酸用来输送碱液及硫酸硅铁管硅铁管高硅铁能输送强酸，含钼的抗氯硅铁可输送各高硅铁能输送强酸，含钼的抗氯硅铁可输送各种含量、温度的盐酸种含量、温度的盐酸可输送有压力的物料、水蒸气、高压水、过热可输送有压力的物料、水蒸气、高压水、过热水以及可燃性和有爆炸危险的有毒性的物料水以及可燃性和有爆炸危险的有毒性的物料无缝钢管无缝钢管水煤气管水煤气管常用作给水、煤气、暖气、压缩空气、真空、常用作给水、煤气、暖气、压缩空气、真空、低压蒸汽和凝液以及无侵蚀性物料的管道低压蒸汽和凝液以及无侵蚀性物料的管道6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化
3、工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)（一）管子、管件与阀门（一）管子、管件与阀门有色金属管有色金属管铜管多用作低温管道（泠冻系统）、仪表的测铜管多用作低温管道（泠冻系统）、仪表的测压管线或传送有压力的流体（如油压和润滑）压管线或传送有压力的流体（如油压和润滑）铝管输送浓硝酸、醋酸、甲酸等物料铝管输送浓硝酸、醋酸、甲酸等物料铅管常用作硫酸或酸性物料管道铅管常用作硫酸或酸性物料管道输送腐蚀性介质输送腐蚀性介质衬里钢管衬里钢管非金属管非金属管陶瓷管常用作排除腐蚀性介质的下水和通风管道陶瓷管常用作排除腐蚀性介质的下水和通风管道硬聚氯乙烯管可输送各种酸类、碱类和盐类硬
4、聚氯乙烯管可输送各种酸类、碱类和盐类6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)2 2、化工管路常用阀门（见下表）、化工管路常用阀门（见下表）闸闸 阀阀可切断和调节流量；用于各种气体和液体管路上，可切断和调节流量；用于各种气体和液体管路上，但不宜用于含固体物的流体管路，也不宜用于输但不宜用于含固体物的流体管路，也不宜用于输送腐蚀性流体的管路。其尺寸较大、价格高送腐蚀性流体的管路。其尺寸较大、价格高截止阀截止阀可调节流量；应用广泛，不适于带颗粒和粘度较可调节流量；应用广泛，不适于带颗粒和粘度较大的介质。其公称直径大的介质。其公称
5、直径200200可节流，调节流量和压力；主要用于仪表调节流可节流，调节流量和压力；主要用于仪表调节流量和节流用，也可作取样用，不适用粘度大和含量和节流用，也可作取样用，不适用粘度大和含固体颗粒的介质。其公称直径固体颗粒的介质。其公称直径2525节流阀节流阀旋旋 阀阀可制成三通或四通路阀门作分配换向用，用于含可制成三通或四通路阀门作分配换向用，用于含悬浮物和固体杂质的管路（低温）。悬浮物和固体杂质的管路（低温）。D DN N 200200（一）管子、管件与阀门（一）管子、管件与阀门6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)球球
6、 阀阀与旋阀相仿，但小，不能作调节流量用。适用于低温高压与旋阀相仿，但小，不能作调节流量用。适用于低温高压及粘度大的介质和要求开关迅速的部位及粘度大的介质和要求开关迅速的部位隔膜阀隔膜阀可调节流量；适用于酸、碱性和带悬浮物的介质。但橡胶可调节流量；适用于酸、碱性和带悬浮物的介质。但橡胶膜的材质不适用高于膜的材质不适用高于6060及有机剂和强氧化剂的介质及有机剂和强氧化剂的介质特用于高压操作和要求精确调节流量的管路特用于高压操作和要求精确调节流量的管路针形阀针形阀安全阀安全阀能使设备自动泄压而防止超压爆炸；一般用在锅炉能使设备自动泄压而防止超压爆炸；一般用在锅炉上上止逆阀止逆阀其作用是防止倒流。
7、故在锅炉进水、往复泵的进出口管路其作用是防止倒流。故在锅炉进水、往复泵的进出口管路上设止逆阀上设止逆阀减压阀减压阀能自动将高压减为低压；通常用于加压水蒸气和压缩空气管路能自动将高压减为低压；通常用于加压水蒸气和压缩空气管路上上其作用是排除泠凝液而不让气体排出；一般用于蒸汽管路上其作用是排除泠凝液而不让气体排出；一般用于蒸汽管路上或蒸汽加热器的泠凝水排除管路上。或蒸汽加热器的泠凝水排除管路上。疏水器疏水器（一）管子、管件与阀门（一）管子、管件与阀门6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)碟阀碟阀（一）管子、管件与阀门（一）管
8、子、管件与阀门6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)旋塞阀旋塞阀隔膜阀隔膜阀（一）管子、管件与阀门（一）管子、管件与阀门6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)减压阀减压阀（一）管子、管件与阀门（一）管子、管件与阀门6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)球球 阀阀闸闸 阀阀（一）管子、管件与阀门（一）管子、管件与阀门6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计
9、(Chemical Process Design)疏水阀疏水阀闸闸 阀阀（一）管子、管件与阀门（一）管子、管件与阀门6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)直通式闸阀直通式闸阀闸闸 阀阀（一）管子、管件与阀门（一）管子、管件与阀门6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)直通式止回阀直通式止回阀自封式旋塞阀自封式旋塞阀（一）管子、管件与阀门（一）管子、管件与阀门6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Proces
10、s Design)安全阀安全阀截止阀截止阀（一）管子、管件与阀门（一）管子、管件与阀门6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)3 3、化工管路常用管件（见下表）、化工管路常用管件（见下表）弯弯 头头改变流向；其规格有改变流向；其规格有45、60、90、180直管连接处直管连接处活接头活接头法兰盖、盲板法兰盖、盲板封闭管路封闭管路三四通、三四通、Y形管形管管路分流管路分流异径管异径管改变管径改变管径（一）管子、管件与阀门（一）管子、管件与阀门6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical P
11、rocess Design)弯弯 头头三通管三通管（一）管子、管件与阀门（一）管子、管件与阀门6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)异径管异径管活接头活接头（一）管子、管件与阀门（一）管子、管件与阀门6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)螺纹接头螺纹接头金属法兰金属法兰法兰及垫片法兰及垫片（一）管子、管件与阀门（一）管子、管件与阀门6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)4 4
12、、管道连接方法（见下表）、管道连接方法（见下表）焊焊 接接成本低、方便、可靠；特别适用于大成本低、方便、可靠；特别适用于大口径的长管道连接，但拆装不便口径的长管道连接，但拆装不便螺纹连接螺纹连接结构简单、装拆方便；主要用于小直结构简单、装拆方便；主要用于小直径的水煤气钢管的连接，在化工厂只径的水煤气钢管的连接，在化工厂只用于上下水、压缩空气管道的连接。用于上下水、压缩空气管道的连接。法兰连接法兰连接强度高、装拆方便、密封可靠；适用于强度高、装拆方便、密封可靠；适用于各种温度、压力的管道，但费用较高各种温度、压力的管道，但费用较高其他连接其他连接如承插式、填料函式连接等如承插式、填料函式连接等（
13、一）管子、管件与阀门（一）管子、管件与阀门6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)5 5、公称直径与公称压力、公称直径与公称压力u公称直径用符号公称直径用符号DNDN或或D DN N表示表示它与管子的实际内径相近，但不一定相等。它与管子的实际内径相近，但不一定相等。凡是同一凡是同一DNDN的管子，外径必定相同，但内径因壁厚不同而的管子，外径必定相同，但内径因壁厚不同而异。例如异。例如57573.5mm3.5mm和和57574.5mm4.5mm的无缝钢管，的无缝钢管，DNDN均为均为50mm50mm，但内径却分别为但内径却分
14、别为50mm48mm50mm48mm目前水煤气钢管的目前水煤气钢管的DNDN用英寸表示，如用英寸表示，如22表示表示DN2DN2英寸英寸u公称压力符号为公称压力符号为PNPN或或P PN N，是管道、管件、阀门在一定是管道、管件、阀门在一定温度范围内的最大允许工作压力。温度范围内的最大允许工作压力。（一）管子、管件与阀门（一）管子、管件与阀门6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)（二）管路设计步骤（二）管路设计步骤选择管材选择管材 选择介质流速选择介质流速 确定管径确定管径 确定管子连接方式确定管子连接方式选择阀门、管件
15、选择阀门、管件 6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)（二）管路设计步骤（二）管路设计步骤选择管材选择管材 u考虑输送介质（如腐蚀性、含固体颗粒与否等）、流动考虑输送介质（如腐蚀性、含固体颗粒与否等）、流动状态、温度等因素，参照材料价格和供应情况，同时满足状态、温度等因素，参照材料价格和供应情况，同时满足经济、安全性，决定采用何种材质。经济、安全性，决定采用何种材质。如清水类介质选碳钢即可如清水类介质选碳钢即可腐蚀性强的物料选耐腐材料或衬耐腐衬里的钢管腐蚀性强的物料选耐腐材料或衬耐腐衬里的钢管 工作温度、压力不大的场合可
16、用塑料管工作温度、压力不大的场合可用塑料管6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)选择介质流速选择介质流速p根据介质、输送状态及设备流量，从有关管内流体根据介质、输送状态及设备流量，从有关管内流体常用流速表中选取经济合理的流速常用流速表中选取经济合理的流速 确定管径确定管径利用管径公式计算利用管径公式计算也可通过流速也可通过流速-流量流量-管径算图估算管径算图估算有时应直接根据设备接管资料确定有时应直接根据设备接管资料确定 （二）管路设计步骤（二）管路设计步骤6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(
17、Chemical Process Design)流速流速-流量流量-管径算图管径算图（二）管路设计步骤（二）管路设计步骤6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)确定管径确定管径u 由上述三种方法得到的管子内径，应调整到相应（稍偏由上述三种方法得到的管子内径，应调整到相应（稍偏大）的公称直径，由有关标准查出壁厚、外径等。大）的公称直径，由有关标准查出壁厚、外径等。p然后，验算流速和壁厚然后，验算流速和壁厚 CPPD2 焊接系数焊接系数无缝：无缝：=1有缝有缝:=0.8螺旋焊缝螺旋焊缝 =0.6壁厚附加量壁厚附加量 mm（二）
18、管路设计步骤（二）管路设计步骤6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)确定管子连接方式确定管子连接方式p根据管材、管径、介质性质、压力、用途及使根据管材、管径、介质性质、压力、用途及使用状态确定用状态确定如如38mm38mm时采用丝扣连接时采用丝扣连接45mm45mm以上用对焊连接以上用对焊连接小直径水、煤气管和上下水管、压缩空气管等，且温度、小直径水、煤气管和上下水管、压缩空气管等，且温度、压力都不高可用螺纹连接压力都不高可用螺纹连接法兰连接检修方便、广泛适用，但费用较高法兰连接检修方便、广泛适用，但费用较高（二）管路设
19、计步骤（二）管路设计步骤6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)选择阀门、管件选择阀门、管件u要考虑流体特性、工作压力、要求功能要考虑流体特性、工作压力、要求功能 （如流量调节、（如流量调节、切换、控制等）、阻力损失切换、控制等）、阻力损失 和安全因素和安全因素只需切断时用球阀、旋阀、闸阀只需切断时用球阀、旋阀、闸阀需调节流量或压力时用节流阀、截止阀需调节流量或压力时用节流阀、截止阀气体或大管且要求不严时用选蝶阀气体或大管且要求不严时用选蝶阀管件材质一般与连接的管子相一致，但牌号不一样管件材质一般与连接的管子相一致，但牌号
20、不一样（二）管路设计步骤（二）管路设计步骤6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)u管件选取见下表管件选取见下表（二）管路设计步骤（二）管路设计步骤6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)u管材及阀门型式等的选取示例见下表管材及阀门型式等的选取示例见下表（二）管路设计步骤（二）管路设计步骤6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)（三）管路阻力计算（三）管路阻力计算u计算的目的：计算
21、的目的：一是根据介质流量及允许的压力降来确定管径一是根据介质流量及允许的压力降来确定管径 (初步设计阶段初步设计阶段,带有一定的盲目性带有一定的盲目性)二是根据管径和流量来验算压力降二是根据管径和流量来验算压力降,核算所选泵、风机核算所选泵、风机 等输送设备及标高是否合理（一般在布置设计后核算）等输送设备及标高是否合理（一般在布置设计后核算）选几段典型管道（如某些重要管道或很长的管道）进行计算选几段典型管道（如某些重要管道或很长的管道）进行计算4321hhhhH6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)（四）管路的胀缩补偿（
22、四）管路的胀缩补偿u管路的热伸长量计算式：管路的热伸长量计算式：1 1、补偿原理、补偿原理)(12ttaLL热伸长量，热伸长量，m管路安装时的最高温度，管路安装时的最高温度，管路工作时的最高温度，管路工作时的最高温度，管路长度，管路长度，m管材的线膨胀系数，管材的线膨胀系数，/6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)管路位移补偿管路位移补偿2 2、补偿方法、补偿方法（四）管路的胀缩补偿（四）管路的胀缩补偿p为解决管路的热胀泠缩问题，通常在固定支架间为解决管路的热胀泠缩问题，通常在固定支架间将管段弯成将管段弯成“L”L”型或
23、型或“Z”Z”型（型（见下图见下图），这样直），这样直管段的热伸长，由与其垂直的管段的弹性变形来补管段的热伸长，由与其垂直的管段的弹性变形来补偿偿6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)u管路位移补偿管路位移补偿L L形形(平面平面)a:)a:原管系原管系;b c:;b c:改变效果好改变效果好;d e:;d e:有一定弹性有一定弹性;f g:;f g:改变不允许改变不允许的的;h i:h i:改变无效果改变无效果Z Z形形(空间空间)a:)a:原管系原管系;b:;b:改变有效果改变有效果;c:;c:效果最好；效果最好；d
24、:d:弹性减少弹性减少,最差最差;e:;e:效果效果不好不好（二）管路设计步骤（二）管路设计步骤6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)补偿器补偿补偿器补偿p常用常用“”型、型、“”型、型、“波型波型”、“填料式填料式”等等“”型、型、“”型常用在蒸汽管路上型常用在蒸汽管路上“波型波型”用在管径较大的管路中用在管径较大的管路中“填料式填料式”多用于铸铁管路和其他脆性材料管路中多用于铸铁管路和其他脆性材料管路中（二）管路设计步骤（二）管路设计步骤6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical
25、 Process Design)（五）管道的防腐、标志及保温（五）管道的防腐、标志及保温合理选材，从根本上防止腐蚀的发生合理选材，从根本上防止腐蚀的发生 （所选的材料必须耐腐蚀，并优先考虑各种塑料管材）（所选的材料必须耐腐蚀，并优先考虑各种塑料管材）涂层防腐，工厂里大量使用涂层防腐，工厂里大量使用衬里防腐，如衬橡胶、衬铅、衬不锈钢、衬塑料等衬里防腐，如衬橡胶、衬铅、衬不锈钢、衬塑料等电化学防腐电化学防腐腐蚀剂防腐，即加缓蚀剂腐蚀剂防腐，即加缓蚀剂对于埋地管道，采用沥青防腐层防腐对于埋地管道，采用沥青防腐层防腐1 1、管道的防腐、管道的防腐6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工
26、艺设计(Chemical Process Design)p常见的管道涂色标志如见下表所示：常见的管道涂色标志如见下表所示：（五）管道的防腐、标志及保温（五）管道的防腐、标志及保温2 2、管道的标志、管道的标志6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)（五）管道的防腐、标志及保温（五）管道的防腐、标志及保温在管外包覆绝热材料在管外包覆绝热材料（按需要查手册选取）（按需要查手册选取）伴热管或夹套管保温伴热管或夹套管保温p适于保温材料不能满足保温要求的场合，管路长度尽可适于保温材料不能满足保温要求的场合，管路长度尽可能在能在1Km
27、1Km以下以下当输送凝固点小于当输送凝固点小于5050的腐蚀性、热敏性介质时，用伴的腐蚀性、热敏性介质时，用伴热管保温热管保温当输送凝固点当输送凝固点高于高于5050时，用夹套管保温时，用夹套管保温3 3、管道的保温措施、管道的保温措施6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)电热带保温电热带保温p适用于周围无蒸汽管道适用于周围无蒸汽管道,而且介质无防火防爆要求的加热而且介质无防火防爆要求的加热保温系统保温系统随着耐热绝缘材料的发展随着耐热绝缘材料的发展,电热带保温逐渐增加了经济性电热带保温逐渐增加了经济性,国外已得到了广泛
28、的应用。国外已得到了广泛的应用。（五）管道的防腐、标志及保温（五）管道的防腐、标志及保温6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)u要求所选材料导热系数低，即要求所选材料导热系数低，即0.21W/(m)0.21W/(m)，吸水性吸水性差，坚固耐用，密度小价廉易得，加工安装方便。差，坚固耐用，密度小价廉易得，加工安装方便。考虑输送介质温度和绝热材料粘结剂的耐热温度考虑输送介质温度和绝热材料粘结剂的耐热温度保温材料不腐蚀管子。如含高的水泥珍珠岩不能用于不锈保温材料不腐蚀管子。如含高的水泥珍珠岩不能用于不锈钢管的保温钢管的保温（五
29、）管道的防腐、标志及保温（五）管道的防腐、标志及保温6-2化工管路设计基础化工管路设计基础4 4、绝热材料、绝热材料化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)保温材料不易被物料腐蚀保温材料不易被物料腐蚀高温管道上先覆以耐热性较高的保温材料，然高温管道上先覆以耐热性较高的保温材料，然后再覆耐热性差而导热系数小的保温材料后再覆耐热性差而导热系数小的保温材料保温层外应包铁皮、铝皮、铝塑复合膜、铁丝保温层外应包铁皮、铝皮、铝塑复合膜、铁丝网、水泥、织物或油毛毡等作保护层网、水泥、织物或油毛毡等作保护层（五）管道的防腐、标志及保温（五）管道的防腐、标志及保温6-2化工管路
30、设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)u确定保温层的厚度确定保温层的厚度（五）管道的防腐、标志及保温（五）管道的防腐、标志及保温6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)u一般室外管路较长，往往要穿过马路、厂房及其它构筑物，一般室外管路较长，往往要穿过马路、厂房及其它构筑物，需要架空或敷设在地沟里。需要架空或敷设在地沟里。而且都要把许多管路集中排列放在专门支承管路的管架上而且都要把许多管路集中排列放在专门支承管路的管架上管架还分上、下几层管架还分上、下几层（六）管架
31、设计（六）管架设计u室内管路一般都是利用厂房的柱子、墙壁、楼板以及机室内管路一般都是利用厂房的柱子、墙壁、楼板以及机械设备本身的构件来支撑、吊挂等方法来固定管路械设备本身的构件来支撑、吊挂等方法来固定管路6-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)u常见的管架如下图所示常见的管架如下图所示（六）管架设计（六）管架设计、室外管架、室外管架6-26-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)u常用的管架如下图所示常用的管架如下图所示、室内管架、室内管架（六）管架设计（六）管架设计6-26-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)3 3、管托、管卡、管托、管卡u其作用：用来支承或固定管路敷设在支架上其作用：用来支承或固定管路敷设在支架上滑动管托滑动管托滚动管托滚动管托（六）管架设计（六）管架设计6-26-2化工管路设计基础化工管路设计基础化工工艺设计化工工艺设计(Chemical Process Design)管托与管卡管托与管卡（六）管架设计（六）管架设计6-26-2化工管路设计基础化工管路设计基础
