|
管道布置設計原則、基本要求管道布置設計必須具備的條件 應遵守的國家和行業(yè)法律法規(guī)、設計標準以及規(guī)程規(guī)范 工程設計統(tǒng)一規(guī)定 工藝流程（系統(tǒng)）圖 設備布置圖 設備表、設備圖 相關專業(yè)的設計條件（總平面地形圖、廠房建筑圖、電氣電纜、給排水專業(yè)管道布置圖等） 管道布置設計常用標準、規(guī)程和規(guī)范 《工業(yè)金屬管道設計規(guī)范》GB50316-2000） 《工業(yè)設備及管道絕熱工程設計規(guī)范》(GB50264-2013） 《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》（GB50160-2008） 《建筑設計防火規(guī)范》（GB50016-2014） 《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級》（GBZ230-2010） 《城鎮(zhèn)燃氣設計規(guī)范》（GB50028-2006） 《城市熱力網設計規(guī)范》（CJJ34-2002） 《城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程設計規(guī)范》（CJJ/T81-98） 《小型火力發(fā)電廠設計規(guī)范》（GB50049-2011） 《火力發(fā)電廠設計技術規(guī)程》（DL5000-2000） 《火力發(fā)電廠汽水管道設計技術規(guī)定》（DL/T5054-96） 《火力發(fā)電廠保溫油漆設計規(guī)程》（DL/T5072-2007） 《火力發(fā)電廠化學設計技術規(guī)程》（DL/T5068-2006） 《燃氣—蒸汽聯合循環(huán)電廠設計規(guī)定》（DL/T5174-2003） 《鍋爐房設計規(guī)范》（GB50041-2008） 《發(fā)生爐煤氣站設計規(guī)范》（GB50195-2013） 《壓縮空氣站設計規(guī)范》（GBJ29-2014） 《氧氣站設計規(guī)范》（GBJ50030-2013） 《氫氧站設計規(guī)范》（GB50177-2005） 《乙炔站設計規(guī)范》（GB50031-91）2007版 《石油化工金屬管道布置設計規(guī)范》（SH3012-2011） 《輸氣管道工程設計規(guī)范》（GB50251-2003） 《輸油管道工程設計規(guī)范》（GB50253-2014） 《化工企業(yè)靜電接地設計規(guī)程》（HGJ28-90） 室內管道布置原則 1.盡量避免管道對室內采光的影響，不應妨礙窗戶的啟閉； 2.不應影響設備的操作和維護（如抽管檢修和設備起吊）； 3.在水平管道交叉較多的地區(qū)，一般按管道的走向，劃定縱橫走向的標高范圍，將管道分層布置； 4.熱力管道一般布置在油管道的上方，當需布置在油管道下面時，在油管道的閥門、法蘭或可能漏油部位下方的熱力管道，應采取可靠的隔離措施； 5.地溝內管道應盡量采用單層布置，當采用多層布置時，一般將小管或壓力高的，閥門多的管道布置在上面； 6.腐蝕性介質管道不應布置在人行通道和轉動設備上方； 7.B類流體介質的管道，不得安裝在通風不良的廠房內、室內的吊頂內或夾層內； 8.B類流體介質的管道，不應布置在高溫管道旁或上方； 室外管道管網布置原則 1.廠區(qū)內管道的敷設，應與廠區(qū)內的道路、建筑物、構筑物等協調，減少管道與鐵路、道路的交叉； 2.大直徑管道應靠近管架柱子布置； 3.需設置“π”型補償器的高溫管道，應布置在靠近柱子處； 4.熱力管道，儀表和電氣電纜槽架等宜布置在管架上層，工藝管道，腐蝕性介質管宜布置在下層； 5.管架上的管道設計，應預留10～20％余量； 6.B類流體介質管道與電纜和氧氣管道并行或交叉敷設時，其凈距應符合規(guī)范要求； 7.B類流體介質不得穿過與其無關的建筑物； 8.密度比環(huán)境空氣大的B類氣體管道，當有法蘭、螺紋連接或填料結構時，不應緊靠建筑物門窗敷設； 9.道路、鐵路上方的管道上不應有閥門、法蘭、螺紋接頭及帶填料的補償器等可能泄露的組件； 10.管廊層間距及管道凈距應滿足安裝及運行要求； 11.蒸汽管道或可凝氣體管道，支管宜從主管的上方接出，蒸汽冷凝液管宜接至回收總管上方。  管道的熱補償 某些壓力管道輸送的介質常常具有高溫高壓特征或由于工作環(huán)境溫度的變化，造成金屬材料的熱脹冷縮，管道布置設計應充分考慮吸收熱位移。一旦布置不當，將造成管道某些部位產生過大的熱應力而破壞或對支架產生過大的推力而影響管道支架的安全，從而影響管道系統(tǒng)的正常運行。 例題：圖示為某廠一條聯接兩臺換熱器間的管道，工作壓力P=4.0MPa、工作溫度t=316，管道外徑φ219，換熱器中心距2.1m，中間聯接管道水平管中心距2m，A處設有一異徑管DN200/DN150，管道設計安裝尺寸見圖。  運行狀況：異徑管與法蘭連接處焊縫多次出現裂紋。 原因分析：由于設備布置太近，中間接管短、管徑大，柔性差，吸收熱膨脹變形的能力較小，經對管系進行柔性分析，A處受到很大的橫向推力和推力矩 措施：由于場地所限，不可能改變管子長度，只好改變管子直徑，并將異徑管接頭由A處移到B處，管子AB的外徑由219mm降到159mm，使管道柔性得到改善，同時異徑管與管子連接處由于形狀突變引起的應力集中的位置也由較高應力區(qū)域移到了較低應力區(qū)域。這樣，管道的最大應力值下降了，經幾年的生產考驗，獲得了滿意的結果。 管道振動： 危害：管道振動是一種常見現象，嚴重的振動會加速裂紋擴展，威脅系統(tǒng)的安全。與設備連接的管道，尤其與往復機械相聯的管道，振動是不可避免的，但必須控制在一定的范圍內。 產生原因：設備的往復運動及振動，導致與設備連接的管道振動（如壓縮機、汽輪機、泵、風機等）；伴隨介質脈動或壓力波動易產生共振（如活塞式壓縮機、介質流向改變或工況發(fā)生變化情況等）；不穩(wěn)定的兩相流（如蒸汽管疏水不暢）、液擊（閥門急開急關）、地震、風等都會加劇管道的振動。 防止措施： 防止設備振動的傳遞，如聯接處設軟接頭 增加緩沖罐，確保介質穩(wěn)定；如：與壓縮機連接的管道減少管道彎頭，適當增設管道支架，增加穩(wěn)定性； 確保安裝坡度，增加疏水，避免兩相流，防止水沖擊。 管道支架、組件布置安全 支架（座）安全 支架（座）主要是起支撐重量、穩(wěn)定管系、限制管道位移（自由度）和防震減震作用。因此，管道布置設計應根據所輸送介質的種類、特性及安全要求合理布置和正確選擇結構合適的支吊架，以改善管道的應力分布，確保管道安全運行。支吊架設計可按管道設計、結構強度設計軟件計算確定或按有關設計手冊選取。 管道組件質量及布置安全 管道組件包括管子、三通、彎頭、異徑管、閥門、法蘭、墊片、過濾器、補償器等，其選擇和設計要求由管道材料章節(jié)介紹。這里只介紹從管件的布置方面應作哪些考慮。 管道組件布置原則：應盡可能布置在變形位移小，應力較低的部位。 閥門布置：左圖布置較右圖布置好。  補償器布置 對Π 型補償器，一般要求布置在兩固定點之間管段的中央，并在適當位置設導向支架，以利于熱位移的吸收；對通用型波紋補償器，要求布置在固定支架旁，并按生產廠家要求設置一定的導向支架，確保補償器的穩(wěn)定性。支架設置要求見下圖：  對連接設備的影響： 管道對所聯設備的作用力和力矩應符合設備廠家允許的規(guī)定，如超過規(guī)定，將影響設備的安全和造成聯接法蘭處的泄漏。 措施： 設備連接處設支吊架，以承擔管道重量及管端推力，如下圖。 提高連接處管道的柔性，如設柔性接頭或柔性彎管。若設通用型波紋補償器（或軟接頭），一定要注意盲板力的影響。如圖：  管道安全距離與敷設方式 熱力、電力、易燃易爆流體介質等各種管道交叉關系及安全距離應嚴格按規(guī)程規(guī)范的要求布置，實在無法滿足時，應采取有效措施。管道的敷設方式得當與否也將影響管道的安全，如B類流體介質管道在無安全措施時不應布置在地溝內（尤其象比空氣重的液化氣管道）。 燃氣管道設計中補償器的選擇補償器又稱為伸縮器、伸縮節(jié)或膨脹節(jié)，主要用于補償管道受溫度變化而產生的變形。如果溫度變化時管道不能完全自由地膨脹或收縮，管道中將產生溫度應力。在管道設計中必須考慮這種應力，否則它可能導致管道的破裂，影響生產的正常運行。燃氣管道中有各種形式的補償器，設計人員有必要了解各種補償器的特點，并能夠正確選擇合適的補償器。 定義與公式 為了更好的理解后面內容，首先介紹三個定義和兩個計算公式 ?。?）定義 a、滑動支架： 管道軸向、橫向均不受限制，即允許管道前后、左右有位移； b、導向支架： 是滑動支架的一種，一般只允許管道有軸向位移，而不允許有橫向位移。 對直管式導向支架進行定位，一般推薦：使補償器靠近一個固定支架，使第一個導向支架與補償器端面的間距不超過管徑的4倍（L1≤4DN）。這種布設方式既可以使位移得到正確的導向，又可以使補償器的兩端得到適當的支承。第二個導向支架與第一個導向支架的間距不得超過管徑的14倍（L2≤14DN）。其它導向支架的最大間距可按公式計算，也可按燃規(guī)上的規(guī)定執(zhí)行。如下圖所示：  c、固定支架： 管道軸向、橫向均受限制，不允許管道有位移。 固定支架分主固定支架和次固定支架，主固定支架一般設置在管道的盲端、彎頭、閥門及側支管線連接處等位置， 次固定支架一般設在直管段上兩個軸向型補償器之間。 （2）管道伸長量的計算 由于溫差引起的管道長度變化，由下式計算： △L＝ αL△t 式中：△L—管道的伸長量（m）； α—管道的線膨脹系數（m/m℃），其數值見表1 L—管道長度（m）； △t－溫差（℃ ），架空管道在太陽直曬的情況下計算溫差可取80℃； 表1各種管材的線膨脹系數（m/m℃ ） 管道材料 α 管道材料 α 普通鋼 碳素鋼 鎳鋼 鎳鉻鋼 不銹鋼 12.0×10-6 11.7×10-6 13.1×10-6 11.7×10-6 10.3×10-6 黃銅 紫銅 鑄鐵 聚氯乙烯 13.4×10-6 16.4×10-6 10.4×10-6 70.0×10-6 （2）溫度應力 當管道兩端固定時，溫度應力為： σ=Eδ 式中：σ－溫度應力（MPa）； E－彈性模數（MPa），鋼材取2.1×105MPa； δ－管道的相對變形，δ＝△L/L 自然補償器 自然補償器是利用管道自身進行補償，常用的有兩種形式，L型和Z型，如下圖：  自然補償器短臂的計算方法如下： ?。?） L型補償器短臂長度計算：  式中l(wèi)－L型補償器的短臂長度(m）； △L－L型補償器長臂的熱伸縮量（mm）； D－管道外徑（mm） ?。?）Z型補償器的短臂長度計算：  式中：l－Z型補償器的短臂長度(m）； △t－計算溫差（ ℃ ）； E－彈性模數（MPa）； D－管道外徑（mm）； σ－允許彎曲應力（MPa）； k= L1/ L2。 小結：自然補償的管道的長臂臂長一般不超過25m，彎曲應力不應超過80MPa。 L形與Z形補償器可以利用管道中的彎頭構成，且便于安裝。在管道設計中，應充分利用這兩種補償器做補償，然后再考慮采用其它種類的補償器。自然補償的優(yōu)點是可以節(jié)省補償器，缺點是管道變形時產生橫向位移。架空管道中自然補償不能滿足要求時才考慮裝設其它類型的補償器。 方型補償器 方型補償器又稱∪型補償器，它一般用優(yōu)質無縫鋼管煨彎而成，當管徑較大時常用焊接彎管制成。曲率半徑通常為3DN-4DN。方型補償器分為4種型號，補償能力為30mm一250mm。  表2 補償能力為50mm、100mm的方型補償器相關參數  補償能力為30mm、75mm、150mm、200mm、250mm的方型補償器均有相關的參數列表。 小結：方形補償器的優(yōu)點是制造方便，軸向推力較小，補償量大，運行可靠，嚴密性好，不需要經常維修。其缺點是介質流動阻力大、單面外伸臂較長，占空間較大，當管徑較大時不宜采用。 波紋補償器 波紋補償器是采用先進的、對波紋管無損傷的利用薄不銹鋼板整體一次液壓成型制作的。波紋補償器在管線上可作軸向、橫向和角向三個方向的補償。 波紋補償器的種類很多，包括軸向型波紋補償器 、自由復式型波紋補償器 、拉桿型波紋補償器等。后兩種結構較為復雜，且在燃氣管道中用的較少，主要介紹軸向型波紋補償器。 軸向型波紋補償器由一個波紋管和兩個接管構成。它通過波紋管的柔性變形來吸收管線軸向位移（也有少量橫向、角向位移），一般通過法蘭與管道連接。補償器上的小拉桿主要是運輸過程中的剛性支承或作為產品預變形調整用，它不是承力件。如下圖所示： 軸向型波紋補償器為了減少介質的流動阻力，在內部設有內套管，在很大程度上限制了橫向補償能力，故一般僅用以吸收或補償管道的軸向位移； 波紋補償器補償能力為： △L= △s×N 式中△L－補償器的補償能力（mm）； N－波節(jié)數； △s－單節(jié)波紋的補償能力（mm）；一般為15-20mm，產品說明書中有相關參數。 波紋補償器允許的補償能力一般按最大補償能力的1／2－2／3計算。 單節(jié)波紋的補償能力△s 可按下式計算： 式中：E－補償器鋼材的彈性模量（MPa）； σs－補償器鋼材屈服極限（MPa）； d－管道內徑（cm）； δ－補償器壁厚（cm）； k－安全系數。當P≤0.25MPa時，k=1.2；當0.25MPa≤ P≤0.6MPa時，k=1.3； α－波形補償器計算系數，據β＝d/D值查表3 D－波形補償器的外徑（cm）。 表3 波形補償器計算系數 β＝d/D α β＝d/D α 0.40 0.46 0.50 0.54 0.58 0.60 0.64 14.36 8.510 6.033 4.280 3.016 2.524 1.762 0.68 0.70 0.72 0.76 0.80 0.84 0.90 1.203 0.987 0.8065 0.512 0.311 0.1725 0.0476 為了使補償器處于一個良好的工作位置和改善管道的受力狀態(tài)，在安裝前對補償器進行“預變形” 軸向型補償器的軸向預變形量△X由下式確定： △X=X{1/2-（T0-Tmin）/（Tmax-Tmin）} 式中：X—軸向補償量 Tmax—最高使用溫度 T0—安裝溫度℃ Tmin—最低使用溫度 小結：波紋補償器具有工作可靠、結構緊湊、重量輕、位移補償量大、變形應力小等優(yōu)點，廣泛應用于燃氣管道的補償中，但由于其管壁較薄、強度低，不能承受扭力、振動，安全性差，施工時應注意保護。 金屬軟管 金屬軟管由不銹鋼波紋管、不銹鋼網套、金屬軟管接頭組成。如右圖所示： 不銹鋼波紋管是由極薄壁的無縫不銹鋼管經過高精度塑性加工而成。有兩種形式:一種是環(huán)形金屬軟管、一種是螺旋型金屬軟管。如下圖： 不銹鋼網套是金屬軟管安裝在壓力管路中的主要承壓件，同時對金屬軟管起保護作用，根據管道中的壓力大小及應用場所，可選擇一層或多層的不銹鋼絲或鋼帶按一定的參數進行編織。壓力范圍一般為 PN0.6—32.0Mpa，最高達42.0MPa。 金屬軟管接頭主要包括螺紋連接、法蘭連接、快速接頭連接。 金屬軟管的主要外形尺寸： 金屬軟管的主要技術特性： 公稱直徑mm 內徑mm 外徑mm 最小彎曲半徑mm 40 39.80 53.9 400 50 49.80 63.9 500 65 74.80 100.0 650 80 79.80 108 800 100 99.80 130 1000 125 124.80 171 1250 150 149.80 196 1500 小結：金屬軟管具備良好的柔軟性、抗疲勞性、耐高壓、耐高低溫、耐蝕性等諸多特性，可廣泛應用于燃氣管道中進行橫向位移的補償，也可用于燃氣管道與用氣設備的連接，吸收設備的振動，降低振動對燃氣管道的影響。 總結 架空管道中補償器的選擇應首先應考慮自然補償，當自然補償不能滿足要求時才考慮裝設方型補償器、波紋補償器或金屬軟管。 在進行燃氣管道設計時應充分地考慮到管道的走向和支撐體系的設計，綜合考慮補償器的選型和配置，以求達到安全、合理、適用、經濟的最佳組合。 |
|
|
