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管道布置設計原則、基本要求與補償器的選擇

小編整理了管道布置設計原則、基本要求，以及燃氣管道設計時(shí)管道的走向和支撐體系的設計，供大家參考學(xué)習。

管道布置設計原則、基本要求

管道布置設計必須具備的條件


應遵守的國家和行業(yè)法律法規、設計標準以及規程規范
工程設計統一規定
工藝流程（系統）圖
設備布置圖
設備表、設備圖
相關(guān)專(zhuān)業(yè)的設計條件（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）

管道布置設計常用標準、規程和規范


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

室內管道布置原則


1.盡量避免管道對室內采光的影響，不應妨礙窗戶(hù)的啟閉；
2.不應影響設備的操作和維護（如抽管檢修和設備起吊）；
3.在水平管道交叉較多的地區，一般按管道的走向，劃定縱橫走向的標高范圍，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，應采取可靠的隔離措施；
5.地溝內管道應盡量采用單層布置，當采用多層布置時(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)管道不應布置在人行通道和轉動(dòng)設備上方；
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?jì)?、室內的吊頂內或夾層內；
8.B類(lèi)流體介質(zhì)的管道，不應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)區內管道的敷設，應與廠(chǎng)區內的道路、建筑物、構筑物等協(xié)調，減少管道與鐵路、道路的交叉；
2.大直徑管道應靠近管架柱子布置；
3.需設置“π”型補償器的高溫管道，應布置在靠近柱子處；
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.管架上的管道設計，應預留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時(shí)，其凈距應符合規范要求；
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，當有法蘭、螺紋連接或填料結構時(shí)，不應緊靠建筑物門(mén)窗敷設；
9.道路、鐵路上方的管道上不應有閥門(mén)、法蘭、螺紋接頭及帶填料的補償器等可能泄露的組件；
10.管廊層間距及管道凈距應滿(mǎn)足安裝及運行要求；
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，管道布置設計應充分考慮吸收熱位移。一旦布置不當，將造成管道某些部位產(chǎn)生過(guò)大的熱應力而破壞或對支架產(chǎn)生過(guò)大的推力而影響管道支架的安全，從而影響管道系統的正常運行。
例題：圖示為某廠(chǎng)一條聯(lián)接兩臺換熱器間的管道，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處設有一異徑管DN200/DN150，管道設計安裝尺寸見(jiàn)圖。

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運行狀況：異徑管與法蘭連接處焊縫多次出現裂紋。

原因分析：由于設備布置太近，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(cháng)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力集中的位置也由較高應力區域移到了較低應力區域。這樣，管道的最大應力值下降了，經(jīng)幾年的生產(chǎn)考驗，獲得了滿(mǎn)意的結果。

管道振動(dòng)：
危害：管道振動(dòng)是一種常見(jiàn)現象，嚴重的振動(dòng)會(huì )加速裂紋擴展，威脅系統的安全。與設備連接的管道，尤其與往復機械相聯(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。
產(chǎn)生原因：設備的往復運動(dòng)及振動(dòng)，導致與設備連接的管道振動(dòng)（如壓縮機、汽輪機、泵、風(fēng)機等）；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、介質(zhì)流向改變或工況發(fā)生變化情況等）；不穩定的兩相流（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：
防止設備振動(dòng)的傳遞，如聯(lián)接處設軟接頭
增加緩沖罐，確保介質(zhì)穩定；如：與壓縮機連接的管道減少管道彎頭，適當增設管道支架，增加穩定性；
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，管道布置設計應根據所輸送介質(zhì)的種類(lèi)、特性及安全要求合理布置和正確選擇結構合適的支吊架，以改善管道的應力分布，確保管道安全運行。支吊架設計可按管道設計、結構強度設計軟件計算確定或按有關(guān)設計手冊選取。

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、補償器等，其選擇和設計要求由管道材料章節介紹。這里只介紹從管件的布置方面應作哪些考慮。
管道組件布置原則：應盡可能布置在變形位移小，應力較低的部位。
閥門(mén)布置：左圖布置較右圖布置好。

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補償器布置


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

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對連接設備的影響：

管道對所聯(lián)設備的作用力和力矩應符合設備廠(chǎng)家允許的規定，如超過(guò)規定，將影響設備的安全和造成聯(lián)接法蘭處的泄漏。
措施：
設備連接處設支吊架，以承擔管道重量及管端推力，如下圖。
提高連接處管道的柔性，如設柔性接頭或柔性彎管。若設通用型波紋補償器（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)系及安全距離應嚴格按規程規范的要求布置，實(shí)在無(wú)法滿(mǎn)足時(shí)，應采取有效措施。管道的敷設方式得當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)不應布置在地溝內（尤其象比空氣重的液化氣管道）。

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式中：l－Z型補償器的短臂長(cháng)度(m）；

△t－計算溫差（ ℃ ）；
E－彈性模數（MPa）；
D－管道外徑（mm）；
σ－允許彎曲應力（MPa）；
k= L1/ L2。
小結：自然補償的管道的長(cháng)臂臂長(cháng)一般不超過(guò)25m，彎曲應力不應超過(guò)80MPa。
L形與Z形補償器可以利用管道中的彎頭構成，且便于安裝。在管道設計中，應充分利用這兩種補償器做補償，然后再考慮采用其它種類(lèi)的補償器。自然補償的優(yōu)點(diǎn)是可以節省補償器，缺點(diǎn)是管道變形時(shí)產(chǎn)生橫向位移。架空管道中自然補償不能滿(mǎn)足要求時(shí)才考慮裝設其它類(lèi)型的補償器。

方型補償器


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

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式中：E－補償器鋼材的彈性模量（MPa）；

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

表3 波形補償器計算系數

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

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

小結：波紋補償器具有工作可靠、結構緊湊、重量輕、位移補償量大、變形應力小等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應用于燃氣管道的補償中，但由于其管壁較薄、強度低，不能承受扭力、振動(dòng)，安全性差，施工時(shí)應注意保護。


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