第7章管道設(shè)計,1,在藥品生產(chǎn)中，水、蒸汽以及各種流體物料通常采用管道來輸送。管道布置是否合理,不僅影響裝置的基建投資,而且與裝置建成后的生產(chǎn)、管理、安全和操作費(fèi)用密切相關(guān)。因此,管道設(shè)計在制藥工程設(shè)計中占有重要的地位。,管道設(shè)計的內(nèi)容,管道設(shè)計的基礎(chǔ)資料,1.管道設(shè)計概述,管道設(shè)計已具備的基礎(chǔ)資料有：施工階段帶控制點(diǎn)的工藝流程圖設(shè)備一覽表設(shè)備的平面布置圖和立面布置圖定型設(shè)備樣本或安裝圖,非定型設(shè)備設(shè)計簡圖和安裝圖物料衡算和能量衡算資料水、蒸汽等總管路的走向、壓力等情況建(構(gòu))筑物的平面布置圖和立面布置圖與管道設(shè)計有關(guān)的其它資料,如廠址所在地區(qū)的地質(zhì)、水文資料等。,1.1管道設(shè)計的基礎(chǔ)資料,管道設(shè)計一般包括以下內(nèi)容：選擇管材管路計算管道布置設(shè)計管道絕熱設(shè)計管道支架設(shè)計編寫設(shè)計說明書,1.2管道設(shè)計的內(nèi)容,7.2.1公稱壓力和公稱直徑,7.2.2管道,7.2.3閥門,7.2.4管件,2.管道、閥門及管件,公稱壓力和公稱直徑是管子、閥門及管件尺寸標(biāo)準(zhǔn)化的兩個基本參數(shù)。1.公稱壓力公稱壓力是管子、閥門或管件在規(guī)定溫度下的最大許用工作壓力(表壓)。公稱壓力常用符號Pg表示，可分為12級。表1公稱壓力等級,2.1公稱壓力和公稱直徑,2.公稱直徑公稱直徑是管子、閥門或管件的名義內(nèi)直徑，常用符號Dg表示，如公稱直徑為100mm可表示為Dg100。公稱直徑并不一定就是實(shí)際內(nèi)徑。例如，管子的公稱直徑既不是它的外徑，也不是它的內(nèi)徑，而是小于管子外徑的一個數(shù)值。管子的公稱直徑一定，其外徑也就確定了，但內(nèi)徑隨壁厚而變。,表2無縫鋼管的公稱直徑與外徑單位：mm,對法蘭或閥門而言，公稱直徑是指與其相配的管子的公稱直徑。如Dg100的管法蘭或閥門，指的是連接公稱直徑為100mm的管子用的管法蘭或閥門。各種管路附件的公稱直徑一般都等于其實(shí)際內(nèi)徑。,1.常用管子2.管道連接3.管道的熱補(bǔ)償4.管道油漆及顏色5.管道驗(yàn)收,2.2管道,鋼管鋼管包括焊接(有縫)鋼管和無縫鋼管兩大類。焊接鋼管：通常由碳鋼板卷焊而成，以鍍鋅管較為常見。焊接鋼管的強(qiáng)度低，可靠性差，常用作水、壓縮空氣、蒸汽、冷凝水等流體的輸送管道。無縫鋼管可由普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、普通低合金鋼、合金鋼等的管壞熱軋或冷軋(冷撥)而成，其中冷軋無縫鋼管的外徑和壁厚尺寸較熱軋的精確。無縫鋼管品質(zhì)均勻、強(qiáng)度較高，常用于高溫、高壓以及易燃、易爆和有毒介質(zhì)的輸送。,1.常用管子,有色金屬管在藥品生產(chǎn)中，銅管和黃銅管、鉛管和鉛合金管、鋁管和鋁合金管都是常用的有色金屬管。銅管和黃銅管可用作換熱管或真空設(shè)備的管道鉛管和鉛合金管可用來輸送1565%的硫酸鋁管和鋁合金管可用來輸送濃硝酸、甲酸、醋酸等物料。,非金屬管,無機(jī)非金屬管,有機(jī)非金屬管,橡膠管、聚丙烯管、硬聚氯乙烯管、聚四氟乙烯管、耐酸酚醛塑料管、不透性石墨管等,玻璃管、搪玻璃管、玻璃鋼管、陶瓷管等,卡套連接常用于小直徑(40mm)管道、閥門及管件間的連接，具有連接簡單、拆裝方便等優(yōu)點(diǎn)，常用于儀表、控制系統(tǒng)等管道的連接。螺紋連接常用于小直徑(50mm)低壓鋼管或硬聚氯乙烯管道、管件、閥門間的連接。具有連接簡單、拆裝方便、成本較低等優(yōu)點(diǎn),但連接的可靠性較差,螺紋連接處易發(fā)生滲漏,因而不宜用作易燃、易爆和有毒介質(zhì)輸送管道之間的連接。,2.管道連接,焊接藥品生產(chǎn)中最常用的一種管道連接方法，具有施工方便、連接可靠、成本較低的優(yōu)點(diǎn)。凡是不需要拆裝的地方，應(yīng)盡可能采用焊接。所有的壓力管道，如煤氣、蒸汽、空氣、真空等管道應(yīng)盡量采用焊接。法蘭連接常用于大直徑、密封性要求高的管道連接,也可用于玻璃管、塑料管、閥門、管件或設(shè)備之間的連接。法蘭連接的優(yōu)點(diǎn)是連接強(qiáng)度高,密封性能好，拆裝比較方便。缺點(diǎn)是成本較高。,管道的安裝都是在常溫下進(jìn)行的，而在實(shí)際生產(chǎn)中被輸送介質(zhì)的溫度通常不是常溫，此時，管道會因溫度變化而產(chǎn)生熱脹冷縮。當(dāng)管道不能自由伸縮時，其內(nèi)部將產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。管道的熱應(yīng)力與管子的材質(zhì)及溫度變化有關(guān)，而與管道長度無關(guān)。所以，不能因?yàn)楣茏佣潭鲆暉釕?yīng)力。為減弱或消除熱應(yīng)力對管道的破壞作用，在管道布置時應(yīng)考慮相應(yīng)的熱補(bǔ)償措施。,3.管道的熱補(bǔ)償,一般情況下，管道布置應(yīng)盡可能利用管道自然彎曲時的彈性來實(shí)現(xiàn)熱補(bǔ)償，即采用自然補(bǔ)償。有熱補(bǔ)償作用的自然彎曲管段又稱為自然補(bǔ)償器。(a)L形補(bǔ)償器(b)Z形補(bǔ)償器,若使用溫度低于1000C或公稱直徑不超過50mm的管道，一般可不考慮熱補(bǔ)償。表3可不裝補(bǔ)償器的最大直管長度,當(dāng)自然補(bǔ)償不能滿足要求時，應(yīng)考慮采用補(bǔ)償器補(bǔ)償。補(bǔ)償器的種類很多。(a)U形(b)波形(單波)圖2常用補(bǔ)償器,徹底除銹后的管道表層應(yīng)涂紅丹底漆兩道，油漆一道。需保溫的管道應(yīng)在保溫前涂紅丹底漆兩道，保溫后再在外表面上油漆一道。敷設(shè)于地下的管道應(yīng)先涂冷底子油一道，再涂瀝青一道，然后填土。不銹鋼或塑料管道不需涂漆。,4.管道油漆及顏色,表4常見管道油漆顏色,安裝完成后的管道需進(jìn)行強(qiáng)度及氣密性試驗(yàn)。,5.管道驗(yàn)收,水壓試驗(yàn)氣密性試驗(yàn),常用閥門,閥門的選擇,2.3閥門,(1)旋塞閥具有結(jié)構(gòu)簡單、啟閉方便快捷、流動阻力較小等優(yōu)點(diǎn)。旋塞閥常用于溫度較低、粘度較大的介質(zhì)以及需要迅速啟閉的場合，但一般不適用于蒸汽和溫度較高的介質(zhì)。由于旋塞很容易鑄上或焊上保溫夾套，因此可用于需要保溫的場合。此外，旋塞閥配上電動、氣動或液壓傳動機(jī)構(gòu)后，可實(shí)現(xiàn)遙控或自控。,圖3旋塞閥,1.常用閥門,(2)球閥內(nèi)有一可繞自身軸線作900旋轉(zhuǎn)的球形閥瓣,閥瓣內(nèi)設(shè)有通道。球閥結(jié)構(gòu)簡單,操作方便,旋轉(zhuǎn)900即可啟閉。球閥的使用壓力比旋塞閥高,密封效果較好,且密封面不易擦傷,可用于漿料或粘稠介質(zhì)。,圖4球閥,圖5閘閥,(3)閘閥內(nèi)有一與介質(zhì)的流動方向相垂直的平板閥心，利用閥心的升起或落下可實(shí)現(xiàn)閥門的啟閉。其優(yōu)點(diǎn)是不改變流體的流動方向，因而流動阻力較小。閘閥主要用作切斷閥，常用作放空閥或低真空系統(tǒng)閥門。閘閥一般不用于流量調(diào)節(jié)，也不適用于含固體雜質(zhì)的介質(zhì)。缺點(diǎn)是密封面易磨損，且不易修理。,圖6截止閥,(4)截止閥其閥座與流體的流動方向垂直，流體向上流經(jīng)閥座時要改變流動方向，因而流動阻力較大。截止閥結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)節(jié)性能好，常用于流體的流量調(diào)節(jié)，但不宜用于高粘度或含固體顆粒的介質(zhì)，也不宜用作放空閥或低真空系統(tǒng)閥門。,搖板式止回閥,升降式止回閥,(5)止回閥內(nèi)有一圓盤或搖板，當(dāng)介質(zhì)順流時，閥盤或搖板即升起打開；當(dāng)介質(zhì)倒流時，閥盤或搖板即自動關(guān)閉。因此，止回閥是一種自動啟閉的單向閥門，用于防止流體逆向流動的場合，如在離心泵吸入管路的入口處常裝有止回閥。止回閥一般不宜用于高粘度或含固體顆粒的介質(zhì)。,圖7止回閥,(6)疏水閥疏水閥的作用是自動排除設(shè)備或管道中的冷凝水、空氣及其它不凝性氣體，同時又能阻止蒸汽的大量逸出。因此，凡需蒸汽加熱的設(shè)備以及蒸汽管道等都應(yīng)安裝疏水閥。,一般情況下，閥門可按以下步驟進(jìn)行選擇：(1)選擇閥門材質(zhì)。(2)確定閥門的公稱壓力。(3)選擇密封面材質(zhì)。密封面材質(zhì)的最高使用溫度應(yīng)高于工作溫度。(4)確定閥門的公稱直徑。(5)選擇閥門的連接形式。(6)確定閥門的類別、結(jié)構(gòu)形式和型號。,2.閥門的選擇,管件是管與管之間的連接部件，延長管路、連接支管、堵塞管道、改變管道直徑或方向等均可通過相應(yīng)的管件來實(shí)現(xiàn)，如利用法蘭、活接頭、內(nèi)牙管等管件可延長管路，利用各種彎頭可改變管路方向，利用三通或四通可連接支管，利用異徑管或內(nèi)外牙可改變管徑，利用管帽或管堵可堵塞管道等。,2.4管件,450彎頭(b)900彎頭(c)回彎頭(d)三通(e)四通(f)變徑,(g)管帽(h)管塞(i)法蘭(j)內(nèi)牙管(k)內(nèi)外牙(l)活接頭圖8常用管件,3.管道布置中的常見技術(shù)問題,一、管道敷設(shè)二、管道排列三、管路坡度四、管路高度五、安裝、操作和檢修六、管路安全,一、管道敷設(shè),1.管道既可以明敷，也可以暗敷。一般化工車間內(nèi)的管道多采用明敷，以減少投資，并有利于安裝、操作和檢修。有潔凈要求的車間，動力室、空調(diào)室內(nèi)的管道可采用明敷，而潔凈室內(nèi)的管道應(yīng)盡可能采用暗敷。2.應(yīng)盡量縮短管路的長度，并注意減少拐彎和交叉。多條管路宜集中布置，并平行敷設(shè)。,一、管道敷設(shè),3.明敷的管道可沿墻、柱、設(shè)備、操作臺、地面或樓面敷設(shè)，也可架空敷設(shè)。暗敷管道常敷設(shè)于地下或技術(shù)夾層內(nèi)。4.陶瓷管的脆性較大，敷設(shè)于地下時，距地面的距離不能小于0.5m。,一、管道敷設(shè),5.架空敷設(shè)的管道在靠近墻的轉(zhuǎn)彎處應(yīng)設(shè)置管架?？繅Ψ蟮墓艿溃渲Ъ芸芍苯庸潭ㄓ趬ι?。6.塑料管等熱膨脹系數(shù)較大的管道不能堅固于支架上。輸送蒸汽或高溫介質(zhì)的管道，其支架宜采用滑動式。,二、管道排列,管道的排列方式應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)工藝要求以及被輸送介質(zhì)的性質(zhì)等情況進(jìn)行綜合考慮。1.小直徑管道可支承在大直徑管道的上方或吊在大直徑管道的下方。2.輸送熱介質(zhì)的管道或保溫管道應(yīng)布置在上層；反之，輸送冷介質(zhì)的管道或不保溫管道應(yīng)布置在下層。,二、管道排列,3.輸送無腐蝕性介質(zhì)、氣體介質(zhì)、高壓介質(zhì)的管道以及不需經(jīng)常檢修的管道應(yīng)布置在上層；反之，輸送腐蝕性介質(zhì)、液體介質(zhì)、低壓介質(zhì)的管道以及需經(jīng)常檢修的管道應(yīng)布置在下層；4.大直徑管道、常溫管道、支管少的管道、高壓管道以及不需經(jīng)常檢修的管道應(yīng)靠墻布置在內(nèi)側(cè)；反之，小直徑管道、高溫管道、支管多的管道、低壓管道以及需經(jīng)常檢修的管道應(yīng)布置在外側(cè)。,三、管路坡度,管路敷設(shè)應(yīng)有一定的坡度，坡度方向大多與介質(zhì)的流動方向一致，但也有個別例外。管路坡度與被輸送介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，常見管路的坡度可參照下表中的數(shù)據(jù)選取。,表5常見管路的坡度,四、管路高度,管路距地面或樓面的高度應(yīng)在100mm以上，并滿足安裝、操作和檢修的要求。當(dāng)管路下面有人行通道時，其最低點(diǎn)距地面或樓面的高度不得小于2m。當(dāng)管路下布置機(jī)泵時，應(yīng)不小于4m；穿越公路時不得小于4.5m；穿越鐵路時不得小于6m。上下兩層管路間的高度差可取1000、1200、1400mm。,五、安裝、操作和檢修,1.管道的布置應(yīng)不擋門窗、不防礙操作，并盡量減少埋地或埋墻長度，以減輕日后檢修的困難。2.當(dāng)管道穿過墻壁或樓層時，在墻或樓板的相應(yīng)位置應(yīng)預(yù)留管道孔，且穿過墻壁或樓板的一段管道不得有焊縫。3.管路的間距不宜過大，但要考慮保溫層的厚度，并滿足施工要求。一般可取200、250或300mm。管外壁、法蘭外邊、保溫層外壁等突出部分距墻、柱、管架橫梁端部或支柱的距離均不應(yīng)小于100mm。,五、安裝、操作和檢修,4.在管路的適當(dāng)位置應(yīng)配置法蘭或活接頭。小直徑水管可采用絲扣連接，并在適當(dāng)位置配置活接頭；大直徑水管可采用焊接并適當(dāng)配置法蘭，法蘭之間可采用橡膠墊片。5.為操作方便，一般閥門的安裝高度可取1.2m，安全閥可取2.2m，溫度計可取1.5m，壓力計可取1.6m。6.輸送蒸汽的管道，應(yīng)在管路的適當(dāng)位置設(shè)分水器，以及時排出冷凝水。,六、管路安全,1.管路應(yīng)避免從電動機(jī)、配電盤、儀表盤的上方或附近通過。2.若被輸送介質(zhì)的溫度與環(huán)境溫度相差較大，則應(yīng)考慮熱應(yīng)力的影響，必要時可在管路的適當(dāng)位置設(shè)補(bǔ)償器，以消除或減弱熱應(yīng)力的影響。3.輸送易燃、易爆、有毒及腐蝕性介質(zhì)的管路不應(yīng)從生活間、樓梯和通道等處通過。4.凡屬易燃、易爆介質(zhì)，其貯罐的排空管應(yīng)設(shè)阻火器。5.室內(nèi)易燃、易爆、有毒介質(zhì)的排空管應(yīng)接至室外，彎頭向下。,4.管道布置技術(shù),常見設(shè)備的管道布置1.容器2.泵3.換熱器,1.容器,(1)釜式反應(yīng)器等立式容器周圍原則上可分成配管區(qū)和操作區(qū)，其中操作區(qū)主要用來布置需經(jīng)常操作或觀察的加料口、視鏡、壓力表和溫度計等，配管區(qū)主要用來布置各種管道和閥門等。(2)立式容器底部的排出管路若沿墻敷設(shè)，距墻的距離可適當(dāng)減少，以節(jié)省占地面積。但設(shè)備的間距應(yīng)適當(dāng)增大，以滿足操作人員進(jìn)入和切換閥門所需的面積和空間，如圖9(a)所示。,1.容器,圖9（a）沿墻敷設(shè),1.容器,(3)若排出管從立式容器前部引出，則容器與設(shè)備或墻的距離均可適當(dāng)減小。一般情況下，閥門后的排出管路應(yīng)立即敷設(shè)于地面或樓面以下，如圖9(b)所示。,圖9（b）從設(shè)備前部引出,1.容器,(4)若立式容器底部距地面或樓面的距離能夠滿足安裝和操作閥門的需要，則可將排出管從容器底部中心引出，如圖9(c)所示。從設(shè)備底部中心直接引出排出管既可減少敷設(shè)高度，又可節(jié)約占地面積，但設(shè)備的直徑不宜過大，否則會影響閥門的操作。(5)需設(shè)置操作平臺的立式容器，其進(jìn)入管道宜對稱布置，如圖10(a)所示。,1.容器,圖9(c)從設(shè)備底部中心引出,1.容器,圖10（a）對稱布置,1.容器,(6)對可站在地面或樓面上操作閥門的立式容器，其進(jìn)入管道宜敷設(shè)在設(shè)備前部，如圖10(b)所示。(7)若容器較高，且需站在地面或樓面上操作閥門，則其進(jìn)入管路可參考圖10(c)中的方法布置。(8)臥式容器的進(jìn)出料口宜分別設(shè)置在兩端，一般可將進(jìn)料口設(shè)在頂部，出料口設(shè)在底部。,1.容器,圖10(b)布置在設(shè)備前,1.容器,圖10(c)較高設(shè)備進(jìn)入管的布置,2.泵,(1)泵的進(jìn)、出口管路均應(yīng)設(shè)置支架，以避免進(jìn)、出口管路及閥門的重量直接支承于泵體上。(2)應(yīng)盡量縮短吸入管路長度，并避免不必要的管件和閥門，以減少吸入管路阻力。(3)吸入管路的內(nèi)徑不應(yīng)小于泵吸入口的內(nèi)徑。若泵的吸入口為水平方向，則可在吸入管路上配置偏心異徑管，管頂取平，如圖11(a)所示。若吸入口為垂直方向，則可配置同心異徑管，如圖11(b)所示。,2.泵,圖11,2.泵,(4)為防止停泵時發(fā)生物料“倒沖”現(xiàn)象，在泵的出口管路上應(yīng)設(shè)止回閥。止回閥應(yīng)布置在泵與切斷閥之間，停泵后應(yīng)關(guān)閉切斷閥，以免止回閥板因長期受壓而損壞。(5)在布置懸臂式離心泵的吸入管路時應(yīng)考慮拆修葉輪的方便。(6)往復(fù)泵、齒輪泵、螺桿泵、旋渦泵等容積式泵的出口不能堵死，其排出管路上一般應(yīng)設(shè)安全閥，以防泵體、管路和電機(jī)因超壓而損壞。(7)計量泵、蒸汽往復(fù)泵以及非金屬泵的吸入口處均應(yīng)設(shè)置過濾器，以免雜物進(jìn)入泵體。,3.換熱器,換熱器的種類很多，其管道布置原則和方法基本相似?，F(xiàn)以常見的管殼式換熱器為例介紹換熱器的管道布置。(1)管殼式換熱器已實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，其基本結(jié)構(gòu)已經(jīng)確定。但接管直徑、管口方位和安裝結(jié)構(gòu)應(yīng)根據(jù)管路計算和布置要求確定。(2)換熱器的管道布置應(yīng)考慮冷熱流體的流向。一般熱流體應(yīng)自上而下流動，冷流體應(yīng)自下而上流動。,3.換熱器,(3)換熱器左側(cè)的管道應(yīng)盡可能拐向左側(cè)，右側(cè)的管道應(yīng)盡可能拐向右側(cè)。(4)換熱器的管道布置不應(yīng)妨礙換熱管(束)的抽取，以及閥門、法蘭等的安裝、檢修或拆卸。(5)閥門、壓力表、溫度計等都要安裝在管道上，而不能安裝在換熱器上。(6)進(jìn)、出口管道的低點(diǎn)處應(yīng)設(shè)排液閥，出口管道靠近換熱器處應(yīng)設(shè)排氣閥。(7)換熱器的進(jìn)、出口管路應(yīng)設(shè)置必要的支吊架，以免進(jìn)、出口管路及閥門的重量全部支承在換熱器上。,第五節(jié)管道布置圖的表示方法,1.單根管道,第五節(jié)管道布置圖的表示方法,2.多根管道,第五節(jié)管道布置圖的表示方法,3.交叉管道,第五節(jié)管道布置圖的表示方法,4.彎管,第五節(jié)管道布置圖的表示方法,5.三通,