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管道布置設(shè)計(jì)原則、基本要求與補(bǔ)償器的選擇

小編整理了管道布置設(shè)計(jì)原則、基本要求，以及燃?xì)夤艿涝O(shè)計(jì)時(shí)管道的走向和支撐體系的設(shè)計(jì)，供大家參考學(xué)習(xí)。

管道布置設(shè)計(jì)原則、基本要求

管道布置設(shè)計(jì)必須具備的條件


應(yīng)遵守的國(guó)家和行業(yè)法律法規(guī)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及規(guī)程規(guī)范
工程設(shè)計(jì)統(tǒng)一規(guī)定
工藝流程（系統(tǒng)）圖
設(shè)備布置圖
設(shè)備表、設(shè)備圖
相關(guān)專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)條件（總平面地形圖、廠(chǎng)房建筑圖、電氣電纜、給排水專(zhuān)業(yè)管道布置圖等）

管道布置設(shè)計(jì)常用標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程和規(guī)范


《工業(yè)金屬管道設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50316-2000）
《工業(yè)設(shè)備及管道絕熱工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50264-2013）
《石油化工企業(yè)設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50160-2008）
《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GB50016-2014）
《職業(yè)性接觸毒物危害程度分級(jí)》（GBZ230-2010）
《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50028-2006）
《城市熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ34-2002）
《城鎮(zhèn)直埋供熱管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（CJJ/T81-98）
《小型火力發(fā)電廠(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50049-2011）
《火力發(fā)電廠(chǎng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL5000-2000）
《火力發(fā)電廠(chǎng)汽水管道設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》（DL/T5054-96）
《火力發(fā)電廠(chǎng)保溫油漆設(shè)計(jì)規(guī)程》（DL/T5072-2007）
《火力發(fā)電廠(chǎng)化學(xué)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》（DL/T5068-2006）
《燃?xì)狻羝?lián)合循環(huán)電廠(chǎng)設(shè)計(jì)規(guī)定》（DL/T5174-2003）
《鍋爐房設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50041-2008）
《發(fā)生爐煤氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50195-2013）
《壓縮空氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ29-2014）
《氧氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ50030-2013）
《氫氧站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50177-2005）
《乙炔站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50031-91）2007版
《石油化工金屬管道布置設(shè)計(jì)規(guī)范》（SH3012-2011）
《輸氣管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50251-2003）
《輸油管道工程設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50253-2014）
《化工企業(yè)靜電接地設(shè)計(jì)規(guī)程》（HGJ28-90）

室內(nèi)管道布置原則


1.盡量避免管道對(duì)室內(nèi)采光的影響，不應(yīng)妨礙窗戶(hù)的啟閉；
2.不應(yīng)影響設(shè)備的操作和維護(hù)（如抽管檢修和設(shè)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(biāo)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(dāng)需布置在油管道下面時(shí)，在油管道的閥門(mén)、法蘭或可能漏油部位下方的熱力管道，應(yīng)采取可靠的隔離措施；
5.地溝內(nèi)管道應(yīng)盡量采用單層布置，當(dāng)采用多層布置時(shí)，一般將小管或壓力高的，閥門(mén)多的管道布置在上面；
6.腐蝕性介質(zhì)管道不應(yīng)布置在人行通道和轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備上方；
7.B類(lèi)流體介質(zhì)的管道，不得安裝在通風(fēng)不良的廠(chǎng)房?jī)?nèi)、室內(nèi)的吊頂內(nèi)或夾層內(nèi)；
8.B類(lèi)流體介質(zhì)的管道，不應(yīng)布置在高溫管道旁或上方；



室外管道管網(wǎng)布置原則


1.廠(chǎng)區(qū)內(nèi)管道的敷設(shè)，應(yīng)與廠(chǎng)區(qū)內(nèi)的道路、建筑物、構(gòu)筑物等協(xié)調(diào)，減少管道與鐵路、道路的交叉；
2.大直徑管道應(yīng)靠近管架柱子布置；
3.需設(shè)置“π”型補(bǔ)償器的高溫管道，應(yīng)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(zhì)管宜布置在下層；
5.管架上的管道設(shè)計(jì)，應(yīng)預(yù)留10～20％余量；
6.B類(lèi)流體介質(zhì)管道與電纜和氧氣管道并行或交叉敷設(shè)時(shí)，其凈距應(yīng)符合規(guī)范要求；
7.B類(lèi)流體介質(zhì)不得穿過(guò)與其無(wú)關(guān)的建筑物；
8.密度比環(huán)境空氣大的B類(lèi)氣體管道，當(dāng)有法蘭、螺紋連接或填料結(jié)構(gòu)時(shí)，不應(yīng)緊靠建筑物門(mén)窗敷設(shè)；
9.道路、鐵路上方的管道上不應(yīng)有閥門(mén)、法蘭、螺紋接頭及帶填料的補(bǔ)償器等可能泄露的組件；
10.管廊層間距及管道凈距應(yīng)滿(mǎn)足安裝及運(yùn)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。

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管道的熱補(bǔ)償


某些壓力管道輸送的介質(zhì)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(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮吸收熱位移。一旦布置不當(dāng)，將造成管道某些部位產(chǎn)生過(guò)大的熱應(yīng)力而破壞或?qū)χЪ墚a(chǎn)生過(guò)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(yùn)行。
例題：圖示為某廠(chǎng)一條聯(lián)接兩臺(tái)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(lián)接管道水平管中心距2m，A處設(shè)有一異徑管DN200/DN150，管道設(shè)計(jì)安裝尺寸見(jiàn)圖。

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運(yùn)行狀況：異徑管與法蘭連接處焊縫多次出現(xiàn)裂紋。

原因分析：由于設(shè)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(jīng)對(duì)管系進(jìn)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(chǎng)地所限，不可能改變管子長(zhǎng)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(shí)異徑管與管子連接處由于形狀突變引起的應(yīng)力集中的位置也由較高應(yīng)力區(qū)域移到了較低應(yīng)力區(qū)域。這樣，管道的最大應(yīng)力值下降了，經(jīng)幾年的生產(chǎn)考驗(yàn)，獲得了滿(mǎn)意的結(jié)果。

管道振動(dòng)：
危害：管道振動(dòng)是一種常見(jiàn)現(xiàn)象，嚴(yán)重的振動(dòng)會(huì)加速裂紋擴(kuò)展，威脅系統(tǒng)的安全。與設(shè)備連接的管道，尤其與往復(fù)機(jī)械相聯(lián)的管道，振動(dòng)是不可避免的，但必須控制在一定的范圍內(nèi)。
產(chǎn)生原因：設(shè)備的往復(fù)運(yùn)動(dòng)及振動(dòng)，導(dǎo)致與設(shè)備連接的管道振動(dòng)（如壓縮機(jī)、汽輪機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)等）；伴隨介質(zhì)脈動(dòng)或壓力波動(dòng)易產(chǎn)生共振（如活塞式壓縮機(jī)、介質(zhì)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(mén)急開(kāi)急關(guān)）、地震、風(fēng)等都會(huì)加劇管道的振動(dòng)。

防止措施：
防止設(shè)備振動(dòng)的傳遞，如聯(lián)接處設(shè)軟接頭
增加緩沖罐，確保介質(zhì)穩(wěn)定；如：與壓縮機(jī)連接的管道減少管道彎頭，適當(dāng)增設(shè)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(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)所輸送介質(zhì)的種類(lèi)、特性及安全要求合理布置和正確選擇結(jié)構(gòu)合適的支吊架，以改善管道的應(yīng)力分布，確保管道安全運(yùn)行。支吊架設(shè)計(jì)可按管道設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)軟件計(jì)算確定或按有關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)選取。

管道組件質(zhì)量及布置安全
管道組件包括管子、三通、彎頭、異徑管、閥門(mén)、法蘭、墊片、過(guò)濾器、補(bǔ)償器等，其選擇和設(shè)計(jì)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(yīng)作哪些考慮。
管道組件布置原則：應(yīng)盡可能布置在變形位移小，應(yīng)力較低的部位。
閥門(mén)布置：左圖布置較右圖布置好。

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補(bǔ)償器布置


對(duì)Π 型補(bǔ)償器，一般要求布置在兩固定點(diǎn)之間管段的中央，并在適當(dāng)位置設(shè)導(dǎo)向支架，以利于熱位移的吸收；對(duì)通用型波紋補(bǔ)償器，要求布置在固定支架旁，并按生產(chǎn)廠(chǎng)家要求設(shè)置一定的導(dǎo)向支架，確保補(bǔ)償器的穩(wěn)定性。支架設(shè)置要求見(jiàn)下圖：

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對(duì)連接設(shè)備的影響：

管道對(duì)所聯(lián)設(shè)備的作用力和力矩應(yīng)符合設(shè)備廠(chǎng)家允許的規(guī)定，如超過(guò)規(guī)定，將影響設(shè)備的安全和造成聯(lián)接法蘭處的泄漏。
措施：
設(shè)備連接處設(shè)支吊架，以承擔(dān)管道重量及管端推力，如下圖。
提高連接處管道的柔性，如設(shè)柔性接頭或柔性彎管。若設(shè)通用型波紋補(bǔ)償器（或軟接頭），一定要注意盲板力的影響。如圖：

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管道安全距離與敷設(shè)方式


熱力、電力、易燃易爆流體介質(zhì)等各種管道交叉關(guān)系及安全距離應(yīng)嚴(yán)格按規(guī)程規(guī)范的要求布置，實(shí)在無(wú)法滿(mǎn)足時(shí)，應(yīng)采取有效措施。管道的敷設(shè)方式得當(dāng)與否也將影響管道的安全，如B類(lèi)流體介質(zhì)管道在無(wú)安全措施時(shí)不應(yīng)布置在地溝內(nèi)（尤其象比空氣重的液化氣管道）。

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式中：l－Z型補(bǔ)償器的短臂長(zhǎng)度(m）；

△t－計(jì)算溫差（ ℃ ）；
E－彈性模數(shù)（MPa）；
D－管道外徑（mm）；
σ－允許彎曲應(yīng)力（MPa）；
k= L1/ L2。
小結(jié)：自然補(bǔ)償?shù)墓艿赖拈L(zhǎng)臂臂長(zhǎng)一般不超過(guò)25m，彎曲應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)80MPa。
L形與Z形補(bǔ)償器可以利用管道中的彎頭構(gòu)成，且便于安裝。在管道設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分利用這兩種補(bǔ)償器做補(bǔ)償，然后再考慮采用其它種類(lèi)的補(bǔ)償器。自然補(bǔ)償?shù)膬?yōu)點(diǎn)是可以節(jié)省補(bǔ)償器，缺點(diǎn)是管道變形時(shí)產(chǎn)生橫向位移。架空管道中自然補(bǔ)償不能滿(mǎn)足要求時(shí)才考慮裝設(shè)其它類(lèi)型的補(bǔ)償器。

方型補(bǔ)償器


方型補(bǔ)償器又稱(chēng)∪型補(bǔ)償器，它一般用優(yōu)質(zhì)無(wú)縫鋼管煨彎而成，當(dāng)管徑較大時(shí)常用焊接彎管制成。曲率半徑通常為3DN-4DN。方型補(bǔ)償器分為4種型號(hào)，補(bǔ)償能力為30mm一250mm。

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式中：E－補(bǔ)償器鋼材的彈性模量（MPa）；

σs－補(bǔ)償器鋼材屈服極限（MPa）；
d－管道內(nèi)徑（cm）；
δ－補(bǔ)償器壁厚（cm）；
k－安全系數(shù)。當(dāng)P≤0.25MPa時(shí)，k=1.2；當(dāng)0.25MPa≤ P≤0.6MPa時(shí)，k=1.3；
α－波形補(bǔ)償器計(jì)算系數(shù)，據(jù)β＝d/D值查表3
D－波形補(bǔ)償器的外徑（cm）。

表3 波形補(bǔ)償器計(jì)算系數(shù)

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為了使補(bǔ)償器處于一個(gè)良好的工作位置和改善管道的受力狀態(tài)，在安裝前對(duì)補(bǔ)償器進(jìn)行“預(yù)變形”

軸向型補(bǔ)償器的軸向預(yù)變形量△X由下式確定：
△X=X{1/2-（T0-Tmin）/（Tmax-Tmin）}
式中：X—軸向補(bǔ)償量  Tmax—最高使用溫度
T0—安裝溫度℃   Tmin—最低使用溫度

小結(jié)：波紋補(bǔ)償器具有工作可靠、結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、位移補(bǔ)償量大、變形應(yīng)力小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于燃?xì)夤艿赖难a(bǔ)償中，但由于其管壁較薄、強(qiáng)度低，不能承受扭力、振動(dòng)，安全性差，施工時(shí)應(yīng)注意保護(hù)。


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