工业管线设计讲义.docx
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工业管线设计讲义
工业管线设计讲义
设计部职前教育
2007.6
目录
——————————————————————
第一章材料……………………………3
第二章管………………………………11
第三章管线配件………………………16
第四章法兰……………………………
第五章垫片及螺栓……………………
第六章阀………………………………
第七章其他常用之配管零件…………
第八章仪表……………………………
第九章绝缘……………………………
第十章支管补强板……………………
第十一章立体单管………………………
第十二章设备……………………………
第十三章配管支撑………………………
第十四章热膨胀…………………………
第十五章流程图…………………………
第十六章配管图制作之程序……………
第十七章配管图设计要领………………
第二章管(PIPE)
用于输送流体或传送压力中空圆柱体称为管。
通常可区分为水道用、构造用、配管用和热交换用四大类。
以下就配管(PIPING)用者概略讨论。
1.配管用的管材主要有碳钢、低碳钢、合金钢和不锈钢等。
2.按使用情况不同可分为【JIS标准】配管用一般钢管(SGP),压力配管用钢管(STPG),高压配管用钢管(STS),高温配管用钢管(STPT),低温配管用钢管(STPL),配管用电弧焊接钢管(STPY),配管用合金钢管(STPA),配管用不锈钢管(SUS等级号码TP)等。
3.管的等级以管子材料的抗张力,降伏点和应变的多寡来区分。
4.按制造过程分有无缝钢管(SEAMLESSSTEELPIPE)通常为小口径,及焊缝钢管(WELDEDSEAMPIPE)。
焊接钢管按工艺区分主要有电阻焊接(ERW)、螺旋埋弧焊接(SSAW)和直缝埋弧焊接(LSAW)三种工艺,后两种工艺属于电熔焊接(EFW)。
5.口径以公称直径(NOMINALDIAMETER)表示。
分公制与英制两种。
在JIS标准中,例如8"管可写成200A或8B,A者表示公制,B者表示英制。
管径在14"以上者公称直径与外径相同,14"以下者则不相似。
在配管中,管径为1¼",2½",3½",5"者不常使用。
6.管厚通常以SCHEDULE号码表示,号数高者则管壁较厚。
使用号码的高低可以下式决定。
SCH.NO.=1000×管内最高压力/材料在该情况下的工作许用应力
标准级中有10,20,30,40,60,80,100,120,140,160共十级。
另外有加强级(XS),和倍加强级(XXS)。
7.重量:
管子重量以比重乘体积计算,简便的方法可按SCH号码在手册(HANDBOOK)中查出单位长度的重量,SCH号码越高者,截面积越大,因此也比较重。
8.管子长度以厂家目录为准则。
特别长度则需订购,价钱较贵。
9.管端形式分为三种,螺纹端(TE),平面端(PE),斜角面端(BE)。
Ends:
SteelpipeisgenerallyspecifiedTE(ThreadedEnd),PE(PlainEnd),BE(BeveledEnd).
平面布置图(PipingArrangementDrawing)画法
管线立体图(IsometricDrawing)画法
第三章管线配件(FITTING)
管线配件是用来改变配管系统之方向或增加支管时用的零件。
普通可分为三大类:
(1)对焊配件(BUTTWELDEDFITTING)
(2)套焊配件(SOCKETWELDEDFITTING),又称承插焊配件
(3)螺纹配件(SCREWEDFITTING)
1.对焊配件:
普通应用于2"或3"以上的管路上,最常用者如:
90°弯头(90°ELBOW):
,用于转90°方向的场合,其可分为三类:
(A)长半径弯头(LONGRADIUSELBOW)
(B)短半径弯头(SHORTRADIUSELBOW)
(C)异径弯头(REDUCINGELBOW)
其中长半径乃最常用之形式。
短半径乃应用于紧凑,空间较小之场合。
异径弯头多用于支管(MANIFOLD),其作用使弯头与异径管(REDUCER)集于一体。
其用途不甚广泛。
长半径弯头与异径弯头中心至端之距离均为公称直径的1.5倍。
长半径弯头与短半径弯头画法相同,短半径弯头处需附注缩写S.R.以予区别。
45°弯头(45°ELBOW):
用于转45°方向之场合。
可缩短相接点之间的距离。
三通(TEE):
是三路形状如T字的配件,使管路形成垂直之支线。
需注意的是它具有三处焊线,普通用之三通有:
等径三通(STRAIGHTTEE)和异径三通(REDUCINGTEE),等径三通之管口尺寸相同,异径三通之垂直支管口尺寸较其他二管口为小。
异径管(REDUCER):
或称大小头,用于在管线中减小口径,有两种形式:
(A)同心异径管(CONCENTRICREDECER)
(B)偏心异径管(ECCENTRICREDUCER)
同心异径管两端有共同之中心线,偏心异径管两端之中心线有偏差而且有一平边。
偏心异径管常用泵之进口管线、控制阀(CONTROLVALVE)前后端及管架管路(PIPERACK,PIPEWAY)上。
管帽(CAP):
管帽用于关闭配管开口端,管帽封闭端是半椭圆形,尺寸可在制造厂商目录查知。
插管(STUB-IN):
此非配管附件,但为另一种接支管方法,插管可与主管口径相同或较主管口径小。
这种方法经常使用,唯其应力均集中在连接口,故不适于高温或高压场合。
插管比三通便宜,也比三通少两个焊缝。
在歧管的相邻二插管,距离可由歧管距离表(DISTANCEOFPIPEINMANIFOLD)查得。
一般说来,最好不要少于3"。
焊接加强管接头(WELDOLET):
可代替插管,其强度较插管强很多,不需加强板,且比有加强板的插管便宜,尺寸可在厂商制造目录中查得。
斜接管(MITRE):
通常用于接45°转角。
用2个或3个斜接管可做90°转角。
斜接管是用普通钢管切成。
用于大直径的管线比弯头便宜。
用语小直径管线则较贵,并且有其他缺点,但在斜接管中压力降低比弯头大,故斜接管一般用于低压大口径管线。
翻边(STUBEND):
和松套法兰搭配使用,与管子连接,另一端作为法兰密封面。
2、套焊配件及螺纹配件:
其配件种类与对接配件相同,作用也同,但连接法不同,通常它们被应用于2"以下的管线。
(A)套焊配件主要有二级:
3000#锻钢
6000#锻钢
套焊配件均具有管插座,先将管插入,然后将管与配件焊接起来,长型缩管无内座,它或适合于插座中,或可与管对接。
90°弯头、45°弯头及三通配件尺寸可在厂家目录查知。
管接头(COUPLING,BOSS):
COUPLING或称管箍,此类接头用于普通2"以上大管线上与小管线或仪器连接用,可自尺寸表中查出。
变径短接管(SWAGE)与大小头(REDUCER)相同,用以减小管线口径。
活接头(UNION)大多应用为拆卸配件,而有时则用于装配配件。
但有时也用法兰代替它。
管帽(CAP):
用以封闭管尾端。
螺纹加强管接头(THREADOLET)及承口加强管接头(SOCKOLET):
与焊接短支管(WELDOLET)相似,只是管端为螺纹或承插座。
管衬套(INSERT):
用于改变管径大小,小管径端为螺纹或承插座。
短节(NIPPLE):
或称短管,短管长度虽可达25mm,但常用之长度为100mm或150mm。
以端口分,有三种:
TOE:
(单端螺纹)
TBE:
(双端螺纹)
PBE:
(双平面端)
(B)螺纹配件:
125#铸铁(CASTIRON)
250#铸铁(CASTIRON)
150#展性铸铁(MALLEABLEIRON)
300#展性铸铁(MALLEABLEIRON)
2000#锻钢(FORGEDSTEEL)
3000#锻钢(FORGEDSTEEL)
6000#锻钢(FORGEDSTEEL)
铸铁及展性铸铁配件最常用于输送空气及水之管线(低温低压),段钢通常应用于高压及高温。
螺纹配件主要的是内螺纹(NPT:
NATIONALPIPETHREAD)。
但变径短接管(SWAGE)及管塞(PLUG)则具有外螺纹。
管堵〔丝堵〕(PLUG):
或称管塞,具有外螺纹,用于封闭管接头的开口或封闭排泄口(DRAIN)及气孔(VENT)。
管衬套(BUSHING):
具有外螺纹及内螺纹,用于改变管径大小。
3、附法兰配件(FLANGEDFITTING)
种类繁多,多用于腐蚀性大且摩擦力大的流体。
也有内部加衬者(INNERLINING)有时水线管路也用这类配件。
因这类配件特殊,故尺寸仅用厂家制造目录中查得。
第四章法兰(FLANGE)
一组法兰相接点包括有两个法兰,一个垫片(GASKET)以及一组机械螺栓(MACHINEBOLT)或一组螺椿(STUDBOLT)。
其材料最常用者为鍜钢或铸铁,压力等级(RATING)有150#、300#、400#、600#、900#、1500#、2500#,压力等级是根据压力与温度之关系而定的。
例如150#鍜钢法兰,于500°F时可承受170psi压力
于100°F时可承受290psi压力
于750°F时可承受95psi压力
压力大,耐温低;反之温度高,则耐压小。
法兰之形式有
WN(WELDINGNECK):
对焊法兰,又称焊颈法兰。
SW(SOCKET-WELDING):
承插焊法兰,又称套焊法兰。
SO(SLIPON):
平焊法兰,又称滑套焊法兰。
SCR’D(SCREWEDORTHREADED):
螺纹法兰。
LJ(LAPJOINT):
松套法兰,又称翻边法兰。
BLIND:
法兰盖,又称盲法兰。
A.WN对焊法兰:
此与其他法兰不同,它具有一渐减之颈部,使厚度渐减至与管壁厚度相同在强度之观点看,此种构造甚佳,一般应用于压力大之场合。
各等级均有焊颈法兰,唯最常用者为150#及300#者。
1/2"到24"法兰一般依据ASME∕ANSIB16.5标准制作。
26"及以上之大法兰则需查厂家之制造目录。
B.SW承插焊法兰:
主要应用于小的高压管线,一般被应用于2"以下的管线。
法兰成本比SO法兰高10%,等级有150#、300#、600#与1500#。
C.SO平焊法兰:
因其法兰成本低故应用甚广,且管之切割长度不需太准确并易于安装,但需二道焊线与管相连,其寿命约为WN法兰之三分之一。
等级从150#到1500#,一般使用于较低压力等级上。
D.SCR’D螺纹法兰:
压力等级可高至2500#,主要之不同点是使用螺纹连接不需焊接。
但不适于高温及有BENDINGSTRESS之场合,因在其温度反复波动下易造成泄漏之故。
E.LJ松套法兰:
需与STUB-END联合使用。
二者价格之和约高于WN法兰之价格1/3。
寿命约为WN法兰的1/10。
材料有用碳钢或低合金钢。
常用于腐蚀性流体合金管或需常拆卸检查、清洗之管线。
F.BLIND法兰盖:
用以封闭管端,阀及压力容器(PRESSUREVESSEL)之管嘴。
从应力之观点看,中间所受负荷最大,故其比普通法兰厚。
G.REDUCING异径法兰:
最好使用于流体自小管流至粗管上,若相反,则需增加压力差设计。
一般此种法兰有大一号或二号之法兰外径以配合另一边﹝大管径﹞之正常法兰,普通在空间受限制之情况下方使用。
若使用在其与机器或装置相连接时,尚需征得机器制造厂家之同意方可使用,在配管图上其画法与一般法兰相同,但需注明。
异径法兰有WN、SO、SCR’D及LJ型式。
铸铁法兰
普通有125#及250#二种,此等法兰大多出现于装置如PUMPORTURBING的管嘴上。
150#之法兰可与125#铸铁法兰相接。
300#之法兰可与250#铸铁法兰相接。
法兰面(FACING):
法兰面种类有FLATFACE(FF)、RAISEDFACE(RF)、RINGJOINTFACE(RJ)、MALEANDFEMALEFACE(MF)、TONGUEANDGROOVEFACE(TG)。
FF全平面法兰﹝宽面法兰﹞:
全平面法兰多为150#及300#者,其基本用途可与125#及250#之铸铁法兰配合,用全面接触,减低了铸铁法兰之压损。
同规格的FF法兰与RF法兰之尺寸相同,可以配对使用。
RF凸台面法兰﹝光面法兰﹞:
常用于钢法兰,150#及300#法兰中密封面高出法兰面1/16",400#以上压力等级则高出1/4"。
RJ环连接面法兰﹝环槽面法兰﹞:
或称梯形槽面法兰,以钢圈密封之,环槽位于法兰面下,此种法兰接合之缺点为不易拆卸。
MF凹凸面法兰﹝公母法兰﹞:
以凹面法兰及凸面法兰配搭下成为一组法兰。
垫片置于凹面法兰凹槽内,不易位移。
TG榫槽面法兰:
类似凹凸面法兰。
垫片置于槽面法兰凹槽内,两側由法兰本体固定住,不会挤压进入管线内。
环连接面法兰、凹凸面法兰及榫槽面法兰在拆卸时,必须从轴向将法兰分开,因此在设计时要考虑此因素。
第五章垫片(GASKET)及螺栓(BOLT)
垫片
垫片作为法兰连接时密封之用,普通亦按法兰压力等级及法兰面种类分有150#、300#、RF、FF等。
依外形分类,一般可分为三类:
FULLFACE垫片:
其尺寸与法兰外径相同,并与法兰有相同之螺孔。
材料有CARDBOARDSASBESTOS、RUBBER,此类垫片用于FF法兰。
FLATRING垫片:
多用于RF法兰其外径与凸面(RF)之外径相等。
材料分金属、半金属与非金属。
金属:
CORRUGATED、EMBOSSED
半金属:
SPIRALWOUND、JACKETED,其填充料有ASBESTOS、GRAPHITE、PTFE、CERAMIC
非金属:
CARDBOARDSASBESTOS及RUBBER
METALRING垫片
材料为金属,断面有椭圆(OVAL)或八角形(OCTAGONAL),用于RJ法兰。
螺栓
MACHINGBOLT机械螺栓:
多用碳钢ASTM-A307Gr.A温度可自20°F至500°F
STUDBOLT螺柱螺栓:
多为合金钢ASTM-A193Gr.B7温度可自-50°F至1000°F;ASTM-A193GrB16温度可自-20°F至1100°F。
于机器如TURBINE及COMPRESSOR上法兰之连接部分多用CAP-SCREW。
第六章阀(VALVE)
阀之基本形式:
闸阀(GATEVALVE)
截止阀(GLOBEVALVE)
角阀(ANGLEVALVE)
止回阀(CHECKVALVE)
旋塞阀(PLUGVALVE)
球阀(BALLVALVE)
蝶阀(BUTTERFLYVALVE)
泄放阀(RELIEFVALVE)
控制阀(CONTROLVALVE)
1、闸阀(GATEVALVE)
不需经常操作之用,阀座保持全开或全闭。
不适于节流之用,流体呈直线流过闸阀,此结构使流动之阻力小,而将压力差减至最小值。
阀形阀座由螺旋杆(STEMSCREW)及手轮(HANDWHEEL)操作带动,阀上下移动,即移动方向与流体方向垂直。
闸阀有三个主要部:
(A)阀体(BODY)
(B)阀帽(BONNET)
(C)调动体(TRIM):
其中包括阀杆(STEM)、阀闸(WEDGE)及阀座(SEATRING)。
闸阀之另一特性乃其手轮操作时不上升,而阀杆上升。
普通闸阀之构造为BB(BOLTEDBONNET螺接阀帽)及OS&Y(OUTSIDESCREWANDYOKE外螺纹及轭)。
其意义为螺旋杆位于阀之封体,故不受流体温度影响。
其他闸阀构造尚有:
(a)INSIDESCREWSTEM,BOLTEDBONNET
(b)OS&Y,UNIONBONNET
闸阀之主要尺寸可由表中得知。
闸阀开闭阀杆位之差约等于阀体之呼径(NOMINALDIAMETER)。
2、截止阀(GLOBEVALVE)
球阀中流体方向改变,故阻力增加,压力降大,但其阀座之构造适合于调节液流,它最大之用途乃在小管线中用以节流及控制之用,操作时手轮与阀杆同时上升或下降。
其主要尺寸均可表中得知。
其接头有法兰,螺旋及插座焊接数种。
小型之尺寸可由CATALOG查出,球阀有一定之流向,即自阀座底之方向向上流再转方向自另一端流出,故画PIPING图时,应以箭头示出球阀之安装方向。
3、角阀(ANGLEVALVE)
角阀与球阀有同一操作特性,唯一不同之点乃其流体进出口非180度而为90度。
4、止回阀(CHECKVALVE)
其作用乃在防止流向之倒转,有二种基本形式:
(A)摆门型(SWINGTYPE)多为2"以上。
(B)升阀型(LIFTTYPE)多为1.5"以下。
5、旋塞阀(PLUGVALVE)
旋塞阀较其他常用之阀有其固有之优点。
特别是适用于腐蚀性及冲蚀性之流体,其优点有:
(A)当阀全部开启时,阀体机构部分不与腐蚀及冲蚀之流体接触。
(B)阀塞仅需转1/4圈,即可自全开至全关或自全关至全开。
(C)在开关之位置仅一小部分阀塞与流体接触。
(D)经阀塞之通路为直路,故不可能沉淀或液垢。
此种阀过大时,手动即不可能,但可以齿轮操作,
150#10"以上之阀门,以及
300#8"以上之阀门,需借由齿轮(GEAR)操作。
其操作结构可分正齿轮组(SPURGEAROPERATOR),角齿轮组(BEVELGEAROPERATOR)及蜗轮组(WORMGEAROPERATOR),其他尚有电,空气,液压,链条等操作法。
但有时需增长阀之手轮以易于操作。
6、球阀(BALLVALVE)
基本上就是旋塞阀的修改,不过是把旋塞换成球,其作用与旋塞阀一样。
7、蝶阀(BUTTERFLYVALVE)
构造简单;重量较轻;占据空间小;操作容易、快速。
8、放泄阀(RELIEFVALVE)
其作用乃在防止管线或装置超过一定压力。
最常用为预加弹簧负荷,当流体压力超过弹簧之预加负荷,阀自动开始泄压,当压力低于预加压力时,阀复自动关闭。
9、控制阀(CONTROLVALVE)
控制阀乃可代替球阀及角阀,然多非手动,而以液压或空气操作,普通操作于部分开启之部位。
常用于控制压力及流量。
其他之控制阀尚有电动之电磁阀(SOLENOIDVALVE),此种阀于炼油厂中较少用。
其他阀之形式亦在日新月异的改进之中,其中有:
罐底阀(BOTTOMVALVE)
底阀(FOOTVALVE)
隔膜阀(DIAPHRAGMVALVE)
安全阀(SAFETYVALVE)
第七章其他常用之配管零件
(a)Y-TYPESTRAINER:
其外形如Y,用途乃使液体中或许带有之固体部分虑过,以免进入泵等机器而损害到机件。
Y-TYPESTRAINER中滤网或有孔金属板等制成之圆桶,经过一段时间需要清洁之。
(b)T-TYPESTRAINER:
其外形如T,用途与Y-TYPESTRAINER相同。
(c)TEMPORARYSTRAINER:
亦为STRAINER之一种,后页图中“D”与FLANGE之外径相等。
下接20MESH之节网。
(d)BUCKETTYPESTRAINER:
为STRAINER之另一种形态如图87页。
(e)OVALFLOWMETER:
测流量之一种仪器,见87页图。
(f)SPACTACLEBLIND
(a)SPACTACLEFLANGE:
一边通路,一边BLIND。
(b)SINGLEBLIND:
单边仅有BLIND。
(c)RINGSPACE:
单边仅有通路。
(g)、SAMPLECOOLER:
使用于高温的油气管路,使样品经冷凝后再行取出。
其形状如次页图中所示。
(h)ORIFICEPLATE:
用于测量管中流量或变换管中之压力。
(i)DRIPRING:
常装置于安全阀前后,以便连接BLIND之用,可使配管工作简化。
(j)STEAMTRAP:
其功用是放走管中之空气与凝结水,而同时能截住蒸汽,使它不至泄出的器具。
其种类因操作的方法不同,而有各式各样的形式。
现仅将具有代表性的TRAP列举四种以资参考。
上图的TRAP是利用浮筒来操作的型式。
平时冷凝水流入浮筒外围,而浮筒浮起,将出口关闭。
当冷凝水充满浮桶外围时,开始向筒中溢入,直到筒中液体和浮筒重量超过浮力时,浮筒下沉而将通路打开,由于压力差的作用,凝结水便自动排出,直到浮筒与水的重量少于浮力时,便重行关闭,使蒸气不至泄出。
八章仪表
一、定义:
化学工业界所谓之仪表系指能用来感察(Sensing),测量(Measuring),传送(Transmitting),控制(Controlling)的设计(Device)。
藉仪表的指示以控制操作系统的品质,并提高工作效率。
二、于炼油厂或化学工厂中之基本变量为:
压力(Pressure)一般用P代表
温度(Temperature)“T”
液面(Level)“L”
流量(Flour)“F”
用作控制及警告此等变量之仪器有:
指示仪(Indicator)一般用I代表
控制仪(Controller)“C”
记录仪(Recorder)“R”
警报仪(Alarmer)“A”
三、仪表的字母代表及记号
(a)记号:
(b)INSTRUMENTLETTER
FIFLOWINDICATORLILEVELINDICATOR
FICFLOWINDICATORCONTROLLERLICLEVELINDICATORCONTROLLER
FISFLOWINDICATORINTEGRATOR
LICALEVELINDICATINGCONTROLLER
WITHALARMER
FRFLOWRECORDERLCLEVELCONTROLLER
LRLEVELRECORDER
FRCFLOWRECORDERCONTROLLERLALEVELALARMER
FRCAFLOWRECORDINGCONTROLLER
WITHALARMERLGLEVELGAGE
FRAFLOWRECORDERWITHALARMERLSDLEVELSHUTDOWN
FRSFLOWRECORDERINTEGRATORLSLEVELSWITCH
HHIGHTLEVELLLOWLEVEL
FEFLOWELEMENTSDSHUTDOWN
FSFLOWINTEGRATORARALARMRECORDER
HCHANDCONTROLLER
HICHANDINDICATINGCONTROLLER
TITEMPERATUREINDICATORPIPRESSUREINDICATOR
TICTEMPERATUREINDICATINGCONTROLLER
PICPRESSUREINDICATINGCONTROLLER
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