工业管道的设计1资料.docx
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工业管道的设计1资料
工业管道的设计
第一节设计程序:
压力管道设计是否合理是压力管道安全运行的基本保证,是“优生”的基础。
工程设计一般分两步进行,首先根据已批准的项目建议书和可行性研究报告(设计前期工作)进行初步设计。
初步设计经上级主管部门组织审查,批准后再进行施工图设计。
在初步设计阶段,压力管道的设计人员主要根据生产规模,进行物料衡算,热量衡算和水力计算等,按照物料的流量及该物料允许的流速确定管径,按照不同介质的物理化学性质,压力等级,工作温度等因素确定管子的材料和阀门、法兰等管道附件,初估材料数量,绘制流程图(系统图)、布置图,绘制主要管道走向草图,并对主要管道进行应力计算等。
施工图设计阶段,先绘制详细的管道流程图和设备布置图再设计管道平立面布置图,对温度较高的重要管道进行应力计算,绘制单管图,管口方位图,蒸汽伴热管系图等。
在些基础上编制管道安装一览表,综合材料表,油漆保温一览表等。
所有设计文件必须进行校对、审核,部分图纸还要进行各有关专业参加的综合会签,确保设计质量。
第二节压力管道总体设计的基本原则
压力管道都与设备,机器相连接,是整个装置的重要组成部分,除长输管道是工程的主体外,各种压力管道必须与设备、机器一起综合考虑。
压力管道部分设计中应考虑到以下几个方面:
(1)满足工艺要求,材料、结构形式、柔性、抗振能力,各种组件,附件等适当组合,全面达到生产要求;
(2)管道设计要为安装施工,操作管理,维护检修提供方便,保证足够的空间;
(3)满足防火、防爆等安全规范的要求,创造安全运行环境;
(4)管道走向合理,避免不必要的往返和转折,使总体设计经济合理;
(5)管道排列规范,美观、框架、管廊立柱对齐,纵横成行,管道横平竖直,队特殊需要外,不用歪斜管道布置方式。
第三节标准规范:
《教材》P238(增加以下几个标准)
HG20660-1991《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类》
SBJ12-2000《氨制冷系统安装工程施工及验收规范》
GB50274-98《制冷设备、空气分离设备安装工程施工及验收规范》
DL5031-94《电力建设施工及验收技术规范》(管道篇)
GB50275-98《压缩机、风机、泵安装工程施工及验收规范》
CJJ33-89《城镇燃气输配工程施工及验收规范》
CJJ63-95《聚乙烯燃气管道工程技术规程》
CJJ94-2003《城镇燃气室内工程施工及验收规范》
GB15558.1-1995《燃气用埋地聚乙烯管材》
JB4708-2000《钢制压力容器焊接工艺评定》
JB/T4709-2000《钢制压力容器焊接规程》
JB4744-2000《钢制压力容器产品焊接试板的力学性能检验》
在进行某个特殊介质的压力管道设计时,除了按一般通用的标准、规范进行设计外,还要参照该产品的设计规范,不按标准、规范进行压力管道设计,将会给管道工程留下事故的隐患。
如乙炔气管道的流速,如果流速过大,特别是在压力较高的情况下,乙炔与管内壁或管件磨擦加剧,产生局部高温,造成燃烧爆炸事故。
另外,乙炔是一种弱酸性的气体,它与铜盐、银盐、水银等作用后产生爆炸性的乙炔化合物,如乙炔与紫铜作用后生成了具有强烈而易爆的乙炔铜,而干燥的乙炔铜只要轻轻地磨擦就能引起爆炸。
GB50031-91《乙炔站设计规范》将乙炔压力分为:
低压乙炔:
P≤0.02Mpa
中压乙炔:
0.02Mpa
高压乙炔:
0.15Mpa
第9.01条:
对流速做出规定
乙炔在管子中的最大流速,宜符合下列规定:
一、厂区和车间乙炔管道,乙炔的工作压力为0.02-0.15MPa时,其最大流速为8m/s;
二、乙炔站内的乙炔管道,乙炔的工作压力为2.5Mpa及以下时,其最大流速为4m/s。
第9.02、9.03、9.04条对管材、管径、管壁厚度做出规定。
(乙炔,氧气管道应使用无缝管)
9.0.2乙炔管道的管材、管径和管壁厚度,应符合下列要求:
表9.0.2-1中压乙炔管道无缝钢管管壁的最小厚度
管外径(mm)
≤φ22
φ28-32
φ38-45
φ57
φ73-76
φ89
最小壁厚(mm)
2
2.5
3
3.5
4
4.5
注:
乙炔管道直接埋地敷设时,应考虑土壤对管壁的腐蚀影响,其管壁厚度应增加不小于0.5mm的腐蚀裕度。
表9.0.2-2高压乙炔管道无缝钢管管壁的最小厚度
管外径(mm)
≤φ10
φ12-16
φ18-20
φ22
φ25-28
φ32
最小壁厚(mm)
2
3
4
4.5
5
6
9.0.3在管内径大于50mm的中压乙炔管道上,不应有盲板或死端头,并不应选用闸阀。
9.0.4乙炔管道的阀门,附件的选用和管道的连接,应符合下列要求:
一、阀门和附件应采用钢、可锻铸铁或球墨铸铁材料制造的,或采用含铜量不超过70%的铜合金材料的产品。
二、阀门和附件的公称压力,应符合下列规定:
1、乙炔的工作压力为0.02Mpa及以下时,宜采用0.6Mpa;
2、乙炔的工作压力为0.02Mpa0以上至0.15Mpa,管内径不大于50mm时,宜采用1.6Mpa;管内径为65-80mm时,宜采用2.5Mpa;
3、乙炔的工作压力为0.15Mpa以上至2.5Mpa时,不应小于25Mpa;
三、管道的连接,宜采用焊接和高压卡套接头,但与设备、阀门和附件的连接处,可采用法兰或螺纹连接。
第四节压力管道总体布置及安全规定
4.1一般要求:
管道设计要与装置整体设计统一考虑,必须符合管道流程图,要有适当的支撑,保证足够的强度,对工作温度较高的管道要作柔性分析,有激振源的管道要作动力分析,使管道既有足够的强度,又能吸收热膨胀位移,有良好的抗振性,在经常出现飓风或地震分区级别高的地区还要考虑抵御风载和地震载荷的能力。
管道的敷设主要有架空和埋地两种类型,在选择何种敷设时可根据具体情况确定,工业管道大都采用架空敷设,便于施工、操作、检查、维修、也较为经济,大中型装置的架空管道都用管廊,管架和管墩成排敷设。
对于分散的管道可用支吊架,工业管道地下敷设的较少,就是地下敷设也都用管沟,而不是直接敷设在地下。
4.2防火安全设计
装置中的物质火灾危险性如何?
防火要求如何?
与其设备的防火间距应多大?
材料的耐火等级与耐火保护如何?
这些问题在GB5001-91《石油化工企业设计规范》中都有规定.
4.3防爆安全设计
一般产生爆炸必须具备三个条件:
①存在可燃气体、易燃液体的蒸汽或薄雾;②上述物质与空气混合,其浓度达到爆炸极限;③存在足以点燃爆炸性混合物的火花或高温,只要设法使这三个条件不同时出现,就基本可以防止出现爆炸。
可通过设法防止设备和管道泄漏,用惰性气体将易燃物质与空气隔离,联锁保护等措施来达到。
在总体设计中还要设法限制和缩小危险区的范围,将不同等级和爆炸危险区与非爆炸危险区隔开,采用露天布置和加强室内通风使爆炸危险物质浓度低于爆炸极限,用测量报警装置监测爆炸危险物浓度。
GB50058-92《爆炸和火灾危险环境电力装置设计规范》中对爆炸性气体环境和爆炸性粉尘作了十分详细的规定,并提供了18种示例,应用时可参照这些例子确定危险区域范围。
4.4其他安全设计
GB50316-2000《工业金属管道设计规范》对管道的净空高度及净距做出了规定。
(1)架空管道穿过道路、铁路及人行道等净空高度系指管道隔热层或支承构件最低点的高度,净空高度应符合下列规定:
①电力机车的铁路,轨顶以上≥6.6m
②铁路轨顶以上≥5.5m
③道路,堆荐值≥5.0m最小值4.5m
④装置内管廊横梁的底面≥4.0m
⑤装置内管廊下面的管道,在通道上方≥3.2m
⑥人行过道,在道路旁≥2.2m
⑦人行过道,在装置小区内≥2.0m
⑧管道与高压电力线路间交叉净距符合架空电力线路现行国家标准的规定。
(2)在外管架(廊)上敷设管道时,管架边缘至建筑物或其他设施的水平距离除按以下要求外,还应符合现行国家标准GB50160《石油化工企业设计防火规范》GB50187《工业企业总平面设计规范》及GBJ16《建筑设计防火规范》的规定。
管架边缘与以下设施的水平距离
①至铁路轨外侧≥3.0m
②至道路边缘≥1.0m
③至人行道边缘≥0.5m
④至厂区围墙中心≥1.0m
⑤至有门窗的建筑物外墙≥3.0m
⑥至无门窗的建筑物外墙≥1.5m
(3)两根平行布置的管道,任何突出部位至另一管子或突出部位隔热层外壁的净距,不宜小于25mm,裸管的管壁与管壁间净不宜小于50mm,在热(冷)位移后隔热层外壁不应相碰。
(4)多层管廊的层间距离应满足管道安装要求。
腐蚀性的液体管道应布置在管廊下层。
高温管道不应布置在对电缆有热影响的下方位置。
(5)沿地面敷设的管道,不可避免穿越人行通道时,应备有跨越桥。
(6)在道路、铁路上方的管道不应安装阀门,法兰,螺纹接头及带有填料的补偿器等可能泄漏的组成件。
(7)沿墙布置的管道,不应影响门窗的开闭。
(8)腐蚀性液体的管道,不宜布置在转动设备上方。
(9)管道的结构应符合下列规定:
a.两条对接焊缝间的距离,不应小于3倍焊件的厚度,需焊后热处理时,不宜小于6倍焊件的厚度。
且应符合下列要求:
公称直径小于50mm的管道,焊缝间距不宜小于50mm;公称直径大于或等于50mm的管道,焊缝间距不宜小于100mm。
b.管道的环焊缝不宜在管托的范围内。
需热处理的焊缝从外侧距支架边缘的净距宜大于焊缝宽度的5倍,且不应小于100mm。
c.不宜在管道焊缝及边缘上开孔与接管。
当不可避免时,应经强度校核。
d.管道在现场弯管的弯曲半径不宜小于3.5倍管外径;焊缝距弯管的起点不宜小于100mm,且不应小于管外径。
4.5便于检修,运行操作
(1)布置管道时应合理规划操作人行通道及维修通道。
操作人行通道的宽度不宜小于0.8m。
(2)布置管道应能有转动设备维修,操作和设备内填充物装缷及消防车道等所需空间。
(3)吊装孔范围内不应布置管道。
在设备内件抽出区域及设备法兰拆缷区内不应布置管道。
第五节工业管道的分级(类)
在石油化工等工业生产装置中安装有大量各种用途的管道,不同用途管道的操作参数和输送介质的性质差别很大,因此其重要程度和危险性也不同。
为了保证各种管道在设计条件下均能安全可靠地运行,对重要程度不同的管道应当提出不同的设计,制造和施工要求。
目前在工程上主要采用对管道分级(类)的方法来解决这一问题。
目前国内对工业管道有三种分级(类)办法。
①按管道设计压力分级(类)
②按管道材料、工作温度及工作压力分类
③按管道设计压力及输送介质的性质分级
GB50316-2000《工业金属管道设计规范》是将管道划分为输送不同种流体的管道。
A1类流体:
指剧毒流体,在输送过程中如有极少量的流体泄漏到环境中,被人吸入或与人体接触时能造成严重中毒,脱离接触后不能治愈。
相当于现行国家标准GB5044《职业性接触毒物危害程度分级》中I级(极度危害)的毒物。
A2类流体:
指有毒流体,接触此类流体后,会有不同程度的中毒,脱离接触后可治愈。
相当于GB5044中II级及以下(高度、中度、轻度危害)的毒物。
B类流体:
指这些流体在环境或操作条件下是一种气体或可闪蒸产生气体的液体,这些流体能点燃并在空气中连续燃烧。
D类流体:
指不可燃、无毒、设计压力小于或等于1.0Mpa和设计温度高于-20~186℃之间的流体。
C类流体:
指不包括D类流体的不可燃,无毒物流体。
第六节管道压力等级及管径系列:
为了简化管道器材规格,有利于管道组成件的标准化,在管道设计中将各种管道组成件按压力和直径两个参数进行适当的分级。
6.1公称压力:
GB1048-90《管道元件公称压力》
公称压力是指与管道元件的机械强度有关的设计给定压力。
公称压力系列按下表的规定Mpa(bar)
0.05(0.5)
2.0(20.0)
20.0(200.0)
100.0(1000.0)
0.1(1.0)
2.5(25.0)
25.0(250.0)
125.0(1250.0)
0.25(2.5)
4.0(40.0)
28.0(280.0)
160.0(1600.0)
0.4(4.0)
5.0(50.0)
32.0(320.0)
200.0(2000.0)
0.6(6.0)
6.3(63.3)
42.0(420.0)
250.0(2500.0)
0.8(8.0)
10.0(100.0)
50.0(500.0)
335.0(3350.0)
1.0(10.0)
15.0(150.0)
63.0(630.0)
-----------------
1.6(16.0)
16.0(160.0)
80.0(800.0)
------------------
6.2公称通径:
GB/T1047-1995《管道元件的公称通径》
公称通径是仅与制造尺寸有关且引用方便的一个圆整数值,不适用于计算,它是管道系统中除了用外径或螺纹尺寸代号标记的元件的所有其它元件通用的一种规格标记。
(注:
不是所有的管道元件均须用公称通经标记,例如钢管就可用外径和壁厚进行标记。
)
公称通径的系列按下表的规定。
(mm)
3
50
225
450
750
1200
2000
3800
6
65
250
475
800
1250
2200
4000
8
80
275
500
850
1300
2400
10
90
300
525
900
1350
2600
15
100
325
550
950
1400
2800
20
125
350
575
1000
1450
3000
25
150
375
600
1050
1500
3200
32
175
400
650
1100
1600
3400
40
200
425
700
1150
1800
3600
(注:
表中黑体字为常用的公称通径)
第七节管道设计条件
管道操作条件复杂,在正常情况下,管道除了要在一定的温度、压力下工作外,还要受风荷载,地震荷载等一些环境因素以及其他一些附加因素的影响。
因此,在设计时首先要全面考虑管道的荷载条件,正确确定管道的设计参数。
7.1设计压力GB50316-20003.1.2条
设计压力的确定应符合下列规定:
①一条管道及其每个组成件的设计压力,不应小于运行中遇到的内压或外压与温度相偶合时最严重条件下的压力。
最严重条件应为强度计算中管道组成件需要最大厚度及最高公称压力时的参数。
但上述设计压力不应包括本章中允许的非经常性压力变动值。
②下列特殊条件的管道,其设计压力应与①款比较,并应取两者的较大值。
A、输送制冷剂、液化烃类等气化温度低的流体的管道,设计压力不应小于阀被关闭或流体不流动时在最高环境温度下气化所能达到的最高压力。
B、离心泵出口管道的设计压力不应小于吸入压力与扬程相应压力之和。
C、没有压力泄放装置保护或与压力泄放装置隔离的管道,设计压力不应低于流体可达到的最大压力。
③真空管道应按受外压设计,当装有安全控制装置时,设计压力应取1.25倍最大内外压力差或0.1MPa两者中的低值;无安全控制装置时,设计压力应取0.1Mpa(同GB150)
④装有泄压装置的管道的设计压力不应小于泄压装置开启的压力。
7.2设计温度GB50316-20003.1.3条
设计温度的确定应符合下列规定:
①管道的设计温度应为管道在运行时,压力和温度相偶合的最严重条件下的温度。
对于0℃以下的管道,应考虑流体及环境温度影响,设计温度应取低于或等于管道材料可达到的最低温度。
②管道采用伴管或夹套加热时,应以外加热和管内流体温度中较高的温度为设计温度。
③无隔热层的管道中,不同的管道组成件可具有不同的设计温度,管道组成件的设计温度应符合以下规定:
A、流体温度低于65℃时,管道组成件的设计温度可与流体温度相同;
B、流体温度等于或大于65℃时,除非按传热计算或试验确定有较低的平均壁温,管道组成件的设计温度不应低于以下的值:
阀门、管子、突缘短节、焊接管件和厚度与管子相似的其他管道组成件:
为流体温度的95%;
法兰(除松套法兰外),包括在管件和阀门上的法兰:
为流体温度的90%;
松套法兰:
为流体温度的85%;
法兰的紧固件:
为流体温度的80%。
④外保温管道的设计温度应按第①款和第②款确定。
当另有计算、试验或测定的结果时,可取其他温度。
⑤内保温管道的设计温度,应根据传热计算或试验确定。
⑥对于非金属材料衬里的管道,设计温度应取流体的最高工作温度。
当无外隔热层时,外层金属的设计温度可通过传热计算、试验决定,或按③款确定。
7.3其他与设计有关的因素
(1)环境因素:
①管道中的气体或蒸汽由于环境降低可能造成压力下降以致产生真空时,应使管道具有耐真空的能力或者采取防止产生真空的措施。
②管道中的介质由于环境温度升高可能膨胀或汽化造成内压升高时,应使管道承受升高后的压力或采取消除升压的措施。
③管道温度低于0℃时,应考虑防止阀门,泄压排放装置或其他组成件中的活动元件因霜冻而影响其正常动作的问题。
(2)动载荷影响:
①对可能承受外压或内部冲击作用(包括水击或固体物料的撞击)的管道,在设计时应考虑到荷载作用的影响。
②对于地震设防烈度为6至9度的石油化工非埋地管道应按抗震管道进行设计,并按规定采取相应的抗震措施。
③承受机械振动或压力脉动的管道,应从管道布置和支架设置方面采取措施,以防止发生共振,避免因过度振动带来的有害影响,必要时应对管道进行动力分析。
④管道的布置和支承应考虑能承受由于介质减压或排放时产生的反作用力。
(3)质量载荷:
①管道及其组成件,包括隔热层和衬里的质量以及附加在管道上由管道支承的其他载荷,在设计时,应按持续载荷考虑。
②试验介质的质量以及可能出现的冰雪等载荷,在设计时按临时载荷考虑。
(4)管架、固定点和管子端部位移的影响,管道支架、固定架和与之相连的设备在受热膨胀,基础沉降或其他外部因素的影响会产生位移,在管道和设备中产生很大的应力,影响管道和设备的正常操作,或引起管道连接点的泄漏,对此问题应予足够的重视。
(5)热应力的影响。
管道由于受到各种支承的约束,温度及不同材料热膨胀性能差异等因素的影响,在管道中会产生一定的热应力,此类管道应按管道柔性设计规范进行必要的应力解析,以防止因过度应力引起管道或支架的破坏。
第八节压力管道的设计寿命
管道设计寿命应从管道建设的一次投资,维修费用及投资利率等综合考虑决定,并应适当考虑技术进步的更新要求。
一般可按10-15年考虑。
第九节压力管道设计文件
9.1管道设计说明
9.1.1一般资料
一般资料主要涉及的内容有项目名称,编号,设计的基本原则,遵循的规范,规程和标准等。
9.1.2设计说明
对某些重要设计内容作特殊的说明,对管道制造,安装施工中一些对质量影响特别重要的项目予以说明,尤其在一般标准,规范中没有具体说明,或者因使用面不广找不到现存条款,或者现有条款不能充分体现设计要求等情况下,更有必要作较为祥细的说明。
9.2图纸目录
设计结束后,需编制一套图纸目录,包括图纸编号,所在图图号,图纸幅面,图纸类型,图纸明称,数量等。
9.3材料汇总表
设计范围内所用材料全部按一定的规定汇总,编制成册。
(特别要说明材料的标准)
9.4管道涂漆,绝热材料汇总表
9.5采购说明书(主要说明技术参数,制造技术要求,所遵循的标准等)
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