制藥工程學(xué)第09章

1、第九章 管路設(shè)計(jì),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(jì)在制藥工程設(shè)計(jì)中占有重要的地位。,管道設(shè)計(jì)的內(nèi)容,管道設(shè)計(jì)基本資料,,9.1 概述,管道設(shè)計(jì)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(jì)簡圖和安裝圖物料衡算和能量衡

2、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(jì)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。,,9.1.1 管道設(shè)計(jì)的基本資料,管道設(shè)計(jì)一般包括以下內(nèi)容： 選擇管材 管路計(jì)算 管道布置設(shè)計(jì) 管道絕熱設(shè)計(jì) 管道支架設(shè)計(jì) 編寫設(shè)計(jì)說明書,,9.1.2 管道設(shè)計(jì)的內(nèi)容,9.2.1 工稱壓力和工稱直徑,9.2.2 管線,9.2.3 閥門,9.2.4 管件,,9.2 管道、閥

3、門和管件,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(gè)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(hào)Pg表示，可分為12級(jí)。表9-1 公稱壓力等級(jí),,9.2.1 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(hào)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

4、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(gè)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9-2 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。,,返回,1. 常用管子,2. 管道連接,3.

5、 管道的熱補(bǔ)償,4. 管道的油漆和顏色,5. 管道的驗(yàn)收,,9.2.2 管線,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、合金鋼等的管抷熱軋或冷軋(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

6、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15~65%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。,,1. 常用管子,,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,

7、玻璃管、搪玻璃管、玻璃鋼管、陶瓷管等,1. 常用管子,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. 管子連接,焊接 藥品生產(chǎn)

8、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。,,承插連接 常用于埋地或沿墻敷設(shè)的給排水管,如鑄鐵管、陶瓷管、石棉水泥管等與管或管件、

9、閥門之間的連接。連接處可用石棉水泥、水泥砂漿等封口,用于工作壓力不高于0.3MPa、介質(zhì)溫度不高于60C0的場合。 卡箍(gu)連接 該法是將金屬管插入非金屬軟管，并在插入口外，用金屬箍箍緊，以防介質(zhì)外漏?？ü窟B接具有拆裝靈活、經(jīng)濟(jì)耐用等優(yōu)點(diǎn)，常用于臨時(shí)裝置或潔凈物料管道的連接。,,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(shí)，管道會(huì)因溫度變化而產(chǎn)生熱脹冷縮。當(dāng)管道不能自由伸縮時(shí)，其內(nèi)部將產(chǎn)生很

10、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(shí)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(shí)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

11、,,,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9-3 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(shí)，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9-2 常用補(bǔ)償器,,,4. 管道的油漆及顏色,1、徹底除銹后的管道表層應(yīng)涂

12、紅丹底漆兩道，油漆一道。,2、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。,3、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。,4、不銹鋼或塑料管道不需涂漆。,表9-4 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. 管道的驗(yàn)收,水壓試驗(yàn)氣密性試驗(yàn),,水壓試驗(yàn)壓力可根據(jù)管子和管路附件的公稱壓力按表9-5中的數(shù)據(jù)選取。表9-5 管子的公稱壓力Pg和試驗(yàn)壓力Ps 單

13、位：MPa,操作溫度高于200oC的鋼制中、低壓管路，試驗(yàn)壓力可按下式計(jì)算 (9-1)式中 Ps—水壓試驗(yàn)壓力，MPa； P —設(shè)計(jì)壓力，MPa； [?]—試驗(yàn)溫度下材料的許用應(yīng)力，MPa； [?]t—設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力，MPa。,,操作溫度高于200oC的鋼制高壓管路，試驗(yàn)壓力可按下式計(jì)算

14、 (9-2) 真空管路及管件，水壓試驗(yàn)壓力可取0.2MPa進(jìn)行試驗(yàn)。,,水壓試驗(yàn)合格后，方可進(jìn)行氣密性試驗(yàn)。試驗(yàn)時(shí)，首先將空氣壓力緩慢升高至設(shè)計(jì)壓力并保持10分鐘，然后在可能泄漏處涂上肥皂水檢漏，符合要求后再將空氣壓力升高至試驗(yàn)壓力進(jìn)行試驗(yàn)。,,返回,常用閥門,閥門的選擇,,9.2.3 閥門,(1) 旋塞閥 具有結(jié)構(gòu)簡單、啟閉方便快捷、流動(dòng)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

15、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)。 此外，旋塞閥配上電動(dòng)、氣動(dòng)或液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)后，可實(shí)現(xiàn)遙控或自控。,圖9-3 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)的球形閥芯,閥芯內(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9-4 球閥,圖9-5 閘閥,,閘閥 內(nèi)有一與介質(zhì)的流

16、動(dòng)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(dòng)方向，因而流動(dòng)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9-6 截止閥,截止閥 其閥座與流體的流動(dòng)方向垂直，流體向上流經(jīng)閥座時(shí)要改變流動(dòng)方向，因而流動(dòng)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)。

17、 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(shí)，閥盤或搖板即升起打開；當(dāng)介質(zhì)倒流時(shí)，閥盤或搖板即自動(dòng)關(guān)閉。 止回閥是一種自動(dòng)啟閉的單向閥門，用于防止流體逆向流動(dòng)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)。,(6) 疏水閥 疏水閥的作用是自

18、動(dòng)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(shí)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。,,生產(chǎn)中常用的圓盤式疏水閥如圖所示。 (a) 關(guān)閉 (b) 開啟圖9-8 圓盤式疏水閥,,浮球式疏水閥,除冷凝水直接排入環(huán)境外,疏水閥前后都應(yīng)設(shè)置切斷閥。切斷閥首先應(yīng)選用閘閥,其次是選用截止閥。疏水閥與前切斷閥之

19、間應(yīng)設(shè)過濾器,以防水垢等臟物堵塞疏水閥。疏水閥常成組布置,如圖所示。 (a) 回收冷凝水 (b) 不回收冷凝水圖9-9 疏水閥的成組布置,,(7) 減壓閥 內(nèi)設(shè)膜片、彈簧、活塞等敏感元件，利用敏感元件的動(dòng)作可改變閥瓣與閥座的間隙，從而達(dá)到自動(dòng)減壓的目的。 減壓閥僅適用于蒸汽、空氣、氮?dú)?、氧氣等清凈介質(zhì)的減壓,但不能用于液體的減壓。此外,在選用減壓閥時(shí)還應(yīng)注意其

20、減壓范圍，不能超范圍使用。,,減壓閥一般都成組布置，圖9-10為蒸汽減壓閥的成組布置圖。圖9-10 蒸汽減壓閥的成組布置1-疏水閥;2-閘閥;3- Y形過濾器;4-異徑管;5-減壓閥;6-彈簧式安全閥,,(8) 安全閥 安全閥內(nèi)設(shè)有自動(dòng)啟閉裝置。當(dāng)設(shè)備或管道內(nèi)的壓力超過規(guī)定值時(shí)閥即自動(dòng)開啟以泄出流體,待壓力回復(fù)后閥又自動(dòng)關(guān)閉,從而達(dá)到保護(hù)設(shè)備或管道的目的。,,安全閥的種類很多，以彈簧式安全閥最為常用。當(dāng)流體可

21、直接排放到大氣中時(shí)，可選用全啟式安全閥；若流體不允許直接排放，則應(yīng)選用封閉式安全閥，將流體排放到總管中。,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(hào)。,,2. 閥門的選擇,返

22、回,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(大小頭)或內(nèi)外牙(管襯)可改變管徑，利用管帽或管堵可堵塞管道等。,,9.2.4 管件,450彎頭 (b) 900彎頭 (c) 回彎頭   (d) 三通

23、  (e) 四通 (f) 異徑管,,(g) 管帽 (h) 管塞 (i)法蘭 (j) 內(nèi)牙管 (k) 內(nèi)外牙 (l) 活接頭圖9-11 常用管件,,9.3 管道布置中應(yīng)考慮的問題,9.3.1 管道敷設(shè),1.管道既可以明敷，也可以暗敷。,2.應(yīng)盡量縮短管路的長度，并

24、注意減少拐彎和交叉。,3.陶瓷管的脆性較大，敷設(shè)于地下時(shí)，距地面的距離 不能小于0.5m。,4.架空敷設(shè)的管道在靠近墻的轉(zhuǎn)彎處應(yīng)設(shè)置管架。,5.塑料管等熱膨脹系數(shù)較大的管道不能堅(jiān)固于支架上。,9.3.2 管道排列,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。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

25、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)。,9.3.3 管路坡度,9.3.4 管路高度,a、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。 b、當(dāng)管路下面有人行通道

26、時(shí)，其最低點(diǎn)距地面或樓面的高度不得小于2m。 c、當(dāng)管路下布置機(jī)泵時(shí)，應(yīng)不小于4m； d、穿越公路時(shí)不得小于4.5m； e、穿越鐵路時(shí)不得小于6m。 f、上下兩層管路間的高度差可取1000、1200、1400mm。,9.3.5 安裝、操作和檢修,1.管道的布置應(yīng)不擋門窗、不防礙操作。2. 穿過墻壁或樓板的一段管道不得有焊縫。3. 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

27、均不應(yīng)小于100mm。4.在管路的適當(dāng)位置應(yīng)配置法蘭或活接頭。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(jì)可取1.5m，壓力計(jì)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(shí)排出冷凝水。,9.3.6 管路安全,1.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。2.凡屬易燃、易爆介質(zhì)，其貯罐的排空管應(yīng)設(shè)阻火器。,3.室內(nèi)易燃、易爆、有毒介質(zhì)的排空管應(yīng)接

28、至室外，彎頭向下。,原理,9.4 管道布置技術(shù),9.4.1 常見設(shè)備管道的布置,1.容器,(1) 需設(shè)置操作平臺(tái)的立式容器，其進(jìn)入管道宜對稱布置。,(2) 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，,(3) 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C中的方法布置。,A,C,A,B,2.泵,(1) 泵的進(jìn)、出口管路均應(yīng)設(shè)置支架,(2) 吸入管路的內(nèi)徑不應(yīng)小于泵吸入口的內(nèi)徑，同時(shí)避

29、免氣袋。,（3）某些情況下考慮止回閥，安全閥和過濾器的設(shè)置。,水平偏心異徑管,垂直同心異徑管,(1) 塔周圍原則上可分成配管區(qū)和操作區(qū)，其中配管區(qū)專門布置各種管道、閥門和儀表，一般不設(shè)平臺(tái)。而操作區(qū)一般設(shè)有平臺(tái)，用于操作閥門、液位計(jì)和人孔等。,3. 塔器,單塔,雙塔,(2) 為避免塔側(cè)面接管在閥門關(guān)閉后產(chǎn)生積液，閥門宜直接與塔體接管相連。,(3) 塔體在同一角度有多股進(jìn)料管或出料管并聯(lián)時(shí)，不應(yīng)采用剛性連接，而應(yīng)采用柔性連接。,無積液,

30、有積液,剛性連接,柔性連接,9.4.2 常見管道的布置,1.上下水管路的布置,開放式回水系統(tǒng),密閉式回水系統(tǒng),1-止回閥; 2-閘閥; 3-異徑管; 4-水表,2.蒸氣管路的布置,(1) 蒸汽管路應(yīng)采取相應(yīng)的熱補(bǔ)償措施。,(2) 將高壓蒸汽引入低壓系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)安裝減壓閥，且低壓系統(tǒng)中應(yīng)設(shè)安全閥,(3) 蒸汽噴射器等減壓用蒸汽應(yīng)從總管單獨(dú)引出，以使蒸汽壓力穩(wěn)定，進(jìn)而使減壓設(shè)備的真空度保持穩(wěn)定。,(4) 蒸汽管路的適當(dāng)位置應(yīng)設(shè)置疏水裝置。,(

31、5) 冷凝水，應(yīng)盡可能回收利用;冷凝水支管應(yīng)從主管的上側(cè)或旁側(cè)傾斜接入.,3.排放管的的布置,(1)管道或設(shè)備的最高點(diǎn)處應(yīng)設(shè)放氣閥，最低點(diǎn)處應(yīng)設(shè)排液閥。,(2)管道排放管的直徑可根據(jù)主管或設(shè)備的尺寸確定。一般Dg20mm； Dg40mm； Dg50mm；,(4)易燃、易爆氣體管道或設(shè)備上的排放管應(yīng)設(shè)阻火器。,(3)除常溫下的空氣和惰性氣體外，蒸汽以及易燃、易爆、有毒氣體不能直接排入大氣，而應(yīng)根據(jù)排放量的大小確定向火炬排放，或高空排放