管道设计的基本原则.docx
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管道设计的基本原则
Piping_Designphilosophy,principlesandassumptions
管道设计的基本原则
MEC05-012－001
0
2012.07
FIRSTISSUE
REV.
DATE
SUBJECTOFREVISION
管道设计的基本要求：
§严格执行现行的设计、施工及验收规范及标准；
§设计文件内容深度应符合国家及行业有关规定；
§计算依据可靠、计算结果准确；
§设计成果安全、适用、技术先进、经济合理。
1、管道设计基本程序
2.1根据介质种类、压力、温度选择管道材料；
2.2进行管径、管壁厚度计算，编制或确定管道等级表；
2.3进行管道布置方案、确定管道走向、敷设方式；
2.4绘制管道布置图、轴侧图；
2.5编制管道特性表；
2.6进行应力、热补偿、支架推力计算；
2.7向有关专业提供土建资料；
2.8完成设计图纸、图纸会签；
2、压力管道的材料与管部件
3.1管道等级表的内涵
根据生产流程和管道输送介质的物性、压力、温度等编制的管道等级表是管道设计的基本依据；管道等级表的内容包含针对输送介质的管道、管件、阀门、法兰、垫片、紧固件、安全设施等在内的标准、型号、规格和技术参数。
3.2管道特性表的内涵
管道特性表是生产装置全部管道的索引，它标明了每根管道的主要技术参数：
Ø管道编号：
按车间、工段、以及工艺和公用管道编排；
Ø介质：
物料名称和代号
Ø管道起点和止点：
设备至设备、管道至管道、管道至设备
Ø管道规格：
公称直径
Ø管道等级：
Ø工作和设计参数：
工作压力、工作温度、设计压力、设计温度
Ø试验要求：
包括试压和无损检测
Ø其他要求：
包括保温和油漆要求
3.3设计压力和设计温度的确定
工作压力Pw（MPa）
设计压力P（MPa）
Pw≤1.8
P=Pw+0.18
1.8＜Pw≤4.0
P=1.1Pw
4.0＜Pw≤8.0
P=Pw+0.4
Pw＞8.0
P=1.05Pw
最高工作温度Tw（℃）
设计温度T（℃）
－20＜Tw≤15
T=Tw－5（最低取－20）
15＜Tw≤350
T=Tw＋20
Tw＞350
T=Tw＋（5~15）
3.4材料的选择
3.4.1管道材料的分类：
Ø铸铁
Ø碳钢
ØCr-Mo合金钢
Ø奥氏体不锈钢
Ø有色金属及合金钢（铜、铝、钛以及镍、铝、钛合金）
Ø非金属材料（各类塑料管和玻璃钢）
Ø复合材料（非金属与非金属、金属与非金属）
3.4.2管道设计中常用钢材牌号的适用温度范围：
牌号
适用温度范围
10、20
－20～350℃
16Mn
－40～450℃
09Mn2V
－70～100℃
12CrMo
≤525℃
15CrMo
≤550℃
12Cr1MoV
≤575℃
1Cr5Mo
≤600℃
0Cr18Ni9（304）
－196～700℃
0Cr17Ni12Mo2（316）
－196～700℃
00Cr19Ni10（304L）
≤400℃
00Cr17Ni14Mo2（316L）
≤450℃
3.5管道等级的确定
Ø根据设计压力和管道材料，确定等级号；
Ø标注适宜该等级输送的流体介质代号；
Ø列出温度－压力额定值：
各种温度范围该等级法兰的最高使用压力值.
3.6管道标准和壁厚的确定
3.6.1确定管道的标准和外径
金属管道外径系列
公称直径
外径mm
寸
DN
HG20553
ISO4200
GB/T17395
Ⅰ系列
SH3405
JIS
ASME
B36.10
A系列
B系列
3/8
10
17.1
14
17.2
17.2
17
17.3
17.1
1/2
15
21.3
18
21.3
21.3
22
21.7
21.3
3/4
20
26.7
25
26.9
26.9
27
27.2
26.7
1
25
33.4
32
33.7
33.7
34
34
33.4
11/4
32
42.2
38
42.4
42.4
42
42.7
42.2
11/2
40
48.3
45
48.3
48.3
48
48.6
48.3
2
50
60.3
57
60.3
60.3
60
60.5
60.3
21/2
65
73
76
76.1
76.1
76
76.3
73
3
80
88.9
89
88.9
88.9
89
89.1
88.9
4
100
114.3
108
114.3
114.3
114
114.3
114.3
5
125
141.3
133
139.7
139.7
140
139.8
141.3
6
150
168.3
159
168.3
168.3
168
165.2
168.3
8
200
219.1
219
219.1
219.1
219
216.3
219.1
10
250
273
273
273
273
273
267.4
273
12
300
323.8
325
323.9
323.9
325
318.5
323.8
3.6.2确定管道的壁厚：
考虑因素：
材料的许用应力、焊缝系数、腐蚀余量、
管道的制造壁厚偏差、铸造质量系数、设计寿命。
3.7法兰、垫片和紧固件的选择
3.7.1法兰：
法兰分类：
欧洲体系、美洲体系、日本体系
法兰类型：
板式平焊（PL）、带颈平焊（SO）、带颈对焊（WN）、
整体法兰（IF）、承插焊（SW）、螺纹法兰（Th）、对焊
环松套（PJ/SE）、平焊环松套（PJ/PR）、法兰盖（BL）
法兰连接形式的可靠度：
整体法兰＞带径对焊、平焊法兰＞板式平焊法兰
法兰密封面：
全平面（FF）、突面（RF）、凹凸面（MF/M）、
榫槽面（TG）、环连接面（ＲＪ）
法兰密封面的基本选用原则:
法兰密封面的基本选用原则
法兰类型
使用工况
一般
易燃易爆、高度和极度危害
PN≥10MPa高压
铸铁法兰
整体法兰（IF）
带颈对焊法兰（WN）
突面（RF）
突面（RF）
凹凸面（MFM）
榫槽面（TG）
突面（RF）
连环接面（RJ）
全平面（FF）
螺纹法兰（Th）
板式平焊法兰（PL）
突面（RF）
（注）
/
全平面（FF）
对焊环松套法兰
（PJ/SE）
突面（RF）
突面（RF）
/
/
平焊环松套法兰
（PJ/PR）
突面（RF）
突面（RF）
凹凸面（MFM）
榫槽面（TG）
/
/
突面（RF）
突面（RF）
突面（RF）
承插焊法兰（SW）
凹凸面（MFM）
榫槽面（TG）
/
带颈平焊法兰（SO）
突面（RF）
突面（RF）
凹凸面（MFM）
榫槽面（TG）
/
全平面（FF）
法兰盖（BL）
突面（RF）
突面（RF）
凹凸面（MFM）
榫槽面（TG）
突面（RF）
连环接面（RJ）
全平面（FF）
衬里法兰盖（BL（S）
突面（RF）
突面（RF）
凸面（M）
榫槽面（TG）
/
/
3.7.2垫片
Ø常用的垫片类型:
非金属垫片（橡胶、石棉橡胶、合成纤维橡胶、聚四氟乙烯垫片）、聚四氟乙烯包覆垫片、柔性石墨复合垫片、金属包覆垫片、缠绕式垫片、齿形组合垫、金属环垫；
Ø垫片的选择：
温度和压力是垫片选择的主要因素，但也要考虑与之相适应的法兰密封面形式和物料的特性。
Ø垫片的使用压力和温度以及与法兰适配一览表：
垫片的使用压力和温度以及与法兰适配一览表
垫片型式
使用压力（MPa）
最高使用温度℃
法兰型式
密封面型式
密封面表面粗糙度
橡胶垫片
≤1.6（2.0）
200
各种型式
RF,MFM,TG,FF
密纹水线
或Ra6.3~12.5
石棉橡胶板垫片
≤2.5（2.0）
300
各种型式
RF,MFM,TG,FF
合成纤维橡胶
≤4.02.0～5.0
290
各种型式
RF,MFM,TG,FF
聚四氟乙烯
≤4.02.0～5.0
260
各种型式
RF,MFM,TG,FF
柔性石墨复合垫
1.0~6.32.0～11.0
650（450）
各种型式
RF,MFM,TG
聚四氟乙烯包覆垫
0.6~4.02.0~5.0
150
各种型式
RF
缠绕垫
1.6~16.02.0~26.0
650
SO,WN,IF,SW,PJ/SE,BL
RF,MFM,TG
Ra3.2~6.3
金属包覆垫
2.0~10.05.0~15.0
500
WN,IF,BL
RF
Ra1.6~3.2（碳钢）Ra0.8～1.6（不锈钢）
齿形组合垫
1.6~25.05.0~42.0
650
WN,IF,BL
RF,MFM
Ra3.2~6.3
金属环垫
6.3~25.011.0~42.0
600
WN,IF,BL
RJ
Ra0.8~1.6（碳钢）Ra0.4～0.8（不锈钢）
3.7.3紧固件使用条件：
Ø商品级六角螺栓：
PN≤1.6MPa；非剧烈循环场合；配用非金属软垫片；
Ø商品级双头螺柱：
PN≤4.0MPa；非剧烈循环场合；配用非金属软垫片；
Ø其它应选用专用级的螺柱（双头或全螺纹螺柱）和螺母；
Ø半金属或金属垫片应使用高强度螺柱（双头或全螺纹螺柱）；
Ø高温、剧烈循环场合或PN≥16.0MPa的高压条件下应选用全螺纹螺柱。
3.8阀门与管件
3.8.1一般阀门
（1）闸阀：
适于制成大口径的阀门,除适用于蒸汽、油品等介质外，还适用于含有粒状固体及黏度较大的介质；并适用于作放空阀和低真空系统阀门。
（2）截止阀：
适用于蒸汽等介质，不宜用于黏度大含有颗粒易沉淀的介质、也不宜作放空阀及低真空系统的阀门。
（3）节流阀：
适用于温度较低、压力较高的介质，以及需要调节流量和压力的部位，不适用于黏度大和含有颗粒的介质。
不宜作隔断阀。
（4）止回阀：
一般适用于清净介质，不宜用于含固体颗粒和黏度较大的介质。
（5）球阀：
适用于低温、高压及黏度大的介质，不能作调节流量用。
（6）柱塞阀：
柱塞阀是国际上近代发展的新颖结构阀门，具有结构紧凑闭灵活、寿命长、维修方便等特点。
（7）旋塞阀：
适用于温度较低、黏度较大的介质和要求开关迅速的部位，一般不适用于蒸汽和温度较高的介质。
（8）蝶阀：
适合制成较大口径阀门用于温度小于80℃、压力小于1.0MPa的原油、油品及水等介质。
（9）隔膜阀：
适用于200℃、压力小于1.0MPa的油品、水、酸性介质和含悬浮物的介质，不适用于有机溶剂和强氧化剂的介质。
3.8.2管件：
弯头、三通、异径管
分类：
●按结构形式或功能：
直通、转向、封闭、分支/斜接,、变径、同心/偏心等；
●按连接形式分：
对接焊、承插焊（承口/插口）、螺纹,卡套等；
●按材料类别和制造形式分：
无缝、焊接、锻制、铸造
等级表填写要求：
填写所采用管件的标准号
4、管道设计的基本原则
4.1管道布置必须符合工艺管道及仪表流程图（PID）的设计要求，应做到安全可靠、经济合理；
4.2管道布置必须遵守安全与环境保护的法规，以便使管道布置满足安全生产的要求；
4.3管道布置应满足热胀冷缩所需的柔性；
4.4对于动设备的管道，应注意控制管道的固有频率，避免产生共振；
4.5管道布置应按照管道等级表和特殊管件表选用管道组成件；
4.6全厂性管道的布置整体布局协调；
4.7管道布置应符合现行的国家、地方或行业标准、规范和规程的规定。
5、管道的布置要求
5.1管道布置设计应根据具体的生产特点，接合设备布置、建筑物与构筑物情况等进行综合考虑，对装置所有管道全盘规划，各按其位。
5.2为了便于施工安装、生产操作、检查维修，管道应尽可能架空敷设，必要时也可埋地或管沟敷设。
5.3管道布置应考虑支吊架的设计，使管道尽量靠近已有建筑物或构筑物，但应避免使柔性大的构件承受较大的荷载。
5.4在建筑物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卸区内不应布置管道。
5.5架空管道穿越道路、铁路、及人行道等的净空高度是指管道隔热层或支撑构件最低点的高度：
♦电力机车铁路，轨顶以上≥6.6m
♦道路推荐值≥5.0m；最小值≥4.5m
♦装置内管廊横梁底面≥4.0m
♦装置内管廊下、通道上方≥3.2m
♦人行道，在道路旁≥2.2m
♦人行道，在装置小区内≥2.0m
♦管道与高压线路间交叉距离应符合架空电力线路现行国家标准的规定。
5.6管道布置应成列平行敷设，尽量走直线少拐弯，少交叉以减少管架数量，节省管架材料，达到整齐美观便于施工安装。
5.7只要条件允许，管道应集中成排布置。
裸管的管底与管托底面取齐，以便设计支架。
5.8当管道改变标高或走向时，应避免管道形成积聚气体的“气袋”或液体的“口袋”U和“盲肠”，如不可避免时应于高点设排气阀，低点设排液阀。
5.9管道平面敷设应有坡度，坡度方向一般均沿着物料流动方向，但也有与物料流动方向相反的（根据工艺要求确定）。
5.10道路、铁路上方的管道不应安装装阀、法兰、螺纹接头及带有填料的补偿器等可能泄漏的组成件。
腐蚀性液体的管道不宜布置在转动设备的上方。
5.11当管道穿越屋面、楼板、平台及墙壁时，一般应加套管保护。
5.12、埋地管道应考虑车辆荷载的影响，穿越道路时应加套管，管顶与路面的距离不应小于0.6m，并应在冻土深度以下。
5.13从水平的气体主管上引接支管时，应从主管的顶部接出。
5.14多层共架管道的布置：
气体管道、热管道、公用工程管道以及电气仪表槽架宜在上层；一般工艺管道、腐蚀性介质管道、低温管道宜在下层。
5.15易燃、易爆、有毒和有腐蚀性物料的管道不应敷设在生活间、楼梯和走廊处；放空管应引至室外指定地点或高出屋面2m以上。
5.16无绝热层的管道不用管托或支座。
大口径薄壁裸管及有绝热层的管道应采用管托或支座支承。
5.17管道直接埋地布置的条件：
Ø输送介质无腐蚀性，无毒和无爆炸危险的液体、气体管道，由于某种原因无法在地上敷设的；
Ø与地下储槽或地下泵房有关的工艺介质管道；
Ø冷却水及消防水或泡沫消防管道；
Ø操作温度小于150℃的热力管道。
6、阀门的布置要求
Ø阀门应设在容易操作、便于安装、维修的地方。
成排管道上的阀门应集中布置，有利于设置操作平台及梯子。
Ø阀门应设在热位移小的地方。
阀门上有旁路线或偏置的传动部件时，应为旁路或偏布置部件留有足够的安装和操作空间。
Ø立管上的阀门的阀杆中心线的安装高度宜在地面或平面以上0.7－1.6的范围，DN40及以下阀门可布置在2m高度以下。
Ø埋地管道的阀门要设在阀门井内，并留有维修得空间。
7、管件的布置要求
Ø弯头宜选用曲率半径等于1.5倍公称直径的长半径弯头；输送气固、液固两相流物料的管道应选用大曲率半径弯管；
Ø管廊上水平管道变径连接，如无特殊要求，应选用底平偏心异径管；垂直管上宜选用同心异径管；
Ø对于水平吸入的离心泵，当入口管变径时，应在靠近泵的入口处设置偏心异径管。
当管道从下向上进泵时，应采用顶平安装，当管道从上向下进泵时，宜采用底平安装；
Ø平焊法兰不应与无直接管段的弯头直接连接；
Ø阀门和其他静密封接头宜安装在管道支撑点的附近；
Ø除工艺有特殊要求外，塔、反应器，立式容器等设备裙座内的管道上不得布置法兰和螺纹接头；
Ø输送有固体沉积及结焦介质的管道等应分段设置法兰。
Ø调节阀两侧管道上的异径管应紧靠调节阀；
Ø
Ø
Ø
Ø（注：
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