第九課管道設(shè)計與布置2第一節(jié)概述3一、管道布置設(shè)計的意義管道是生產(chǎn)過程不可缺少的部分，其重要性：-物料、水、汽、氣、冷、都用管道輸送；-設(shè)備間的相互連接要靠管道；-與操作有直接的關(guān)系；-影響廠房車間設(shè)計的美觀、通風(fēng)和采光。在發(fā)酵工廠的工藝設(shè)計中，管道的布置設(shè)計是施工圖階段中工作量最大、費時最長的一項工作。4德國KASPARSCHULZ微型啤酒設(shè)備5捷克的微型啤酒設(shè)備6包裝車間管道系統(tǒng)7啤酒過濾機(jī)管道系統(tǒng)硅藻土過濾機(jī)8發(fā)酵區(qū)管道系統(tǒng)9組成：由管、管件、閥門以及輸送機(jī)械等組成的。作用：將生產(chǎn)設(shè)備連接起來，擔(dān)負(fù)輸送任務(wù)。管路系統(tǒng)

當(dāng)流體流經(jīng)管和管件、閥門時，為克服流動阻力而消耗能量。因此，在討論流體在管內(nèi)的流動阻力時，必需對管、管件以及閥門有所了解。一、管路系統(tǒng)10分類：按材料：鑄鐵管、鋼管、特殊鋼管、有色金屬、塑料管及橡膠管等；按加工方法：鋼管又有有縫與無縫之分；按顏色：有色金屬管又可分為紫鋼管、黃銅管、鉛管及鋁管等。表示方法：φA×B×C，其中A指管外徑，B指管壁厚度，C指管子長度，如φ108×4×6000即管外徑為108mm，管壁厚為4mm，管長為6000mm。1管子(pipe)11作用：改變管道方向(彎頭);

連接支管(三通);改變管徑(變形管);堵塞管道(管堵)。螺旋接頭卡箍接頭彎頭三通變形管管件：管與管的連接部件。2管件(pipefitting)1213截止閥

(globevalve)閘閥(gatevalve)止逆閥(checkvalve):單向閥裝于管道中用以開關(guān)管路或調(diào)節(jié)流量。3閥門

(Valve)14閥門按用途和作用分類調(diào)節(jié)閥類——主要用于調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量、壓力等。包括調(diào)節(jié)閥、節(jié)流閥、減壓閥等。止回閥類——用于阻止介質(zhì)倒流。包括各種結(jié)構(gòu)的止回閥。分流閥類——用于分離、分配或混合介質(zhì)。包括各種結(jié)構(gòu)的分配閥和疏水閥等。安全閥類——用于介質(zhì)超壓時的安全保護(hù)。包括各種類型的安全閥。截斷閥類——主要用于截斷或接通介質(zhì)流。包括閘閥、截止閥、隔膜閥、球閥、旋塞閥、碟閥、柱塞閥、球塞閥、針型儀表閥等。15Installationmaterial?Tubes?Fittings?PipeconnectionsValves?Butterflyvalves?Double/single-seatvalves?Diaphragmvalves?SamplingdevicesFilters,sightglasses?Passage/angularfilters?Crosssightglasses1617LKBAutomaticorManualButterflyValve1819202122TheKIESELMANNDoubleSeatValve232425MixproofValvesUniqueUltraCleanTopofthelineinourUniquerange,meetingthehighestdemandsforhygienicprocessing.2627Tubesandfittings28人孔29閥陣30Leakagebutterflyvalves31截止閥(globevalve)

特點：構(gòu)造較復(fù)雜。在閥體部分液體流動方向經(jīng)數(shù)次改變，流動阻力較大。但這種閥門嚴(yán)密可靠，而且可較精確地調(diào)節(jié)流量。應(yīng)用：常用于蒸汽、壓縮空氣及液體輸送管道。若流體中含有懸浮顆粒時應(yīng)避免使用。結(jié)構(gòu)：依靠閥盤的上升或下降，改變閥盤與閥座的距離，以達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。32閘閥(gatevalve)：閘板閥特點：構(gòu)造簡單，液體阻力小，且不易為懸浮物所堵塞，故常用于大直徑管道。其缺點是閘閥閥體高；制造、檢修比較困難。應(yīng)用：較大直徑管道的開關(guān)。結(jié)構(gòu)：閘閥是利用閘板的上升或下降，以調(diào)節(jié)管路中流體的流量。33止逆閥(checkvalve):單向閥特點：只允許流體單方向流動。應(yīng)用：只能在單向開關(guān)的特殊情況下使用。結(jié)構(gòu)：如圖所示。當(dāng)流體自左向右流動時，閥自動開啟；如遇到有反向流動時，閥自動關(guān)閉。3435離心泵離心風(fēng)機(jī)高壓風(fēng)機(jī)

4輸送機(jī)械(泵、風(fēng)機(jī))361結(jié)構(gòu)2工作原理

葉輪軸

6~12片葉片機(jī)殼等。蝸牛形通道；葉輪偏心放；可減少能耗，有利于動能轉(zhuǎn)化為靜壓能。葉輪機(jī)殼底閥(防止“氣縛”)濾網(wǎng)(阻攔固體雜質(zhì))

由于離心力的作用，泵的進(jìn)出口出產(chǎn)生壓力差，從而使流體流動。離心泵的工作原理373工作過程啟動后，葉輪旋轉(zhuǎn)，并帶動液體旋轉(zhuǎn)。液體在離心力的作用下，沿葉片向邊緣拋出，獲得能量，液體以較高的靜壓能及流速流入機(jī)殼(沿葉片方向，u,P靜

)。由于渦流通道的截面逐漸增大，P動

P靜。液體以較高的壓力排出泵體，流到所需的場地。葉片不斷轉(zhuǎn)動，液體不斷被吸入、排出，形成連續(xù)流動。

由于液體被拋出，在泵的吸扣處形成一定的真空度，泵外流體的壓力較高，在壓力差的作用下被吸入泵口，填補拋出液體的空間。啟動前，前段機(jī)殼須灌滿被輸送的液體，以防止氣縛。38離心泵實際安裝示意圖39

離心泵若在啟動前未充滿液體，則泵殼內(nèi)存在空氣。由于空氣密度很小，所產(chǎn)生的離心力也很小。此時，在吸入口處所形成的真空不足以將液體吸入泵內(nèi)。雖啟動離心泵，但不能輸送液體。此現(xiàn)象稱為“氣縛”。

“氣縛”（airbinding）

為便于使泵內(nèi)充滿液體，在吸入管底部安裝帶吸濾網(wǎng)的底閥，底閥為止逆閥，濾網(wǎng)是為了防止固體物質(zhì)進(jìn)入泵內(nèi)，損壞葉輪的葉片或妨礙泵的正常操作。40氣蝕現(xiàn)象

當(dāng)離心泵的進(jìn)口壓力小于環(huán)境溫度下的液體的飽和蒸汽壓時，將有大量的蒸汽液體中逸出，并與氣體混合形成許多小氣泡。當(dāng)氣泡到達(dá)高壓區(qū)時，蒸汽凝結(jié)，氣泡破裂，液體質(zhì)點快速沖向氣泡中心，質(zhì)點相互碰撞，產(chǎn)生很高的局部壓力。如果氣泡在金屬表面破裂凝結(jié)，則會以較大的力打擊金屬表面，時其遭到破壞，并產(chǎn)生震動，這種現(xiàn)象稱為“氣蝕現(xiàn)象”。氣蝕現(xiàn)象一旦發(fā)生，會造成很大的破壞作用，應(yīng)盡量避免。41敞開式半開式封閉式泵殼：蝸牛殼形通道。有利于將葉輪拋出液體的動能轉(zhuǎn)變成靜壓能；有利于減少能耗。

葉輪：離心泵的主要工作部件42單螺桿泵是一種內(nèi)嚙合回轉(zhuǎn)式容積泵，當(dāng)單線螺旋的轉(zhuǎn)子在雙線螺旋的定子孔內(nèi)繞定子軸線作行星回轉(zhuǎn)時，轉(zhuǎn)子一定子付之間形成的密閉腔就連續(xù)的、勻速的、容積不變的將介質(zhì)從吸入端輸送到壓出端。43離心式通風(fēng)機(jī)離心式通風(fēng)機(jī)工作原理與離心泵相同，結(jié)構(gòu)也大同小異。

離心通風(fēng)機(jī)及葉輪1—機(jī)殼;2—葉輪;3—吸入口;4—排出口244羅茨鼓風(fēng)機(jī)羅茨鼓風(fēng)機(jī)的工作原理與齒輪泵類似。如圖所示，機(jī)殼內(nèi)有兩個漸開擺線形的轉(zhuǎn)子，兩轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向相反，可使氣體從機(jī)殼一側(cè)吸，從另一側(cè)排出。轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)子與機(jī)殼之間的縫隙很小，使轉(zhuǎn)子能自由運動而無過多泄漏。45真空泵真空泵的一般特點

真空泵就是從真空容器中抽氣、一般在大氣壓下排氣的輸送機(jī)械。若將前述任何一種氣體輸送機(jī)械的進(jìn)口與設(shè)備接通，即成為從設(shè)備抽氣的真空泵。然而，專門為產(chǎn)生真空用的設(shè)備卻有其獲得之處。（1）由于吸入氣體的密度很低，要求真空泵的體積必須足夠大；（2）壓縮比很高，所以余隙的影響很大。46水環(huán)式真空泵工作原理47水環(huán)真空泵的外殼呈圓形，其中的葉輪偏心安裝。啟動前，泵內(nèi)注入一定量的水，當(dāng)葉輪旋轉(zhuǎn)時，由于離心力的作用，水被甩至殼壁形成水環(huán)。此水環(huán)具有密封作用，使葉片間的空隙形成許多大小不同的密封室。由于葉輪的旋轉(zhuǎn)運動，密封室外由小變大形成真空，將氣體從吸入口吸入；繼而密封室由大變小，氣體由壓出口排出。水環(huán)真空泵結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，最高真空度可達(dá)85%。48改變離心泵的轉(zhuǎn)速或改變?nèi)~輪外徑，以改變泵的特性曲線。

調(diào)節(jié)流量實質(zhì)上就是改變離心泵的特性曲線或管路特性曲線，從而改變泵的工作點。離心泵的流量調(diào)節(jié)，通常從兩方面考慮：兩者均可以改變泵的工作點，以調(diào)節(jié)流量。在排出管線上裝適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)閥，以改變管路特性曲線；二、管路的流量調(diào)節(jié)49當(dāng)閥門關(guān)小時，管路局部阻力加大，管路特性曲線變陡，泵的工作點由M移到M1。流量由QM減小到QM1。

改變閥門開度以調(diào)節(jié)流量，實質(zhì)是用開大或關(guān)小閥門的方法來改變管路特性曲線。M1MM2QM1QMQM2Q或QeH或HeH-Q12當(dāng)閥門開大時，管路局部阻力減小，管路特性曲線變得平坦一些，工作點移到M2，流量加大到QM2。1改變閥門的開度50要把泵的轉(zhuǎn)數(shù)提高到n1，泵的特性曲線就上移到nM1位置，工作點由M移到M1，流量和壓頭都相應(yīng)加大;

改變離心泵的轉(zhuǎn)數(shù)以調(diào)節(jié)流量，實質(zhì)上是維持管路特性曲線不變，而改變泵的特性曲線。M1MM2Q或QeH或HeH-QHe-Qen1nn2若把泵的轉(zhuǎn)數(shù)降到n2，泵的特性曲線就移到nM2位置，工作點移到M2，流量和壓頭都相應(yīng)地減小。2改變泵的轉(zhuǎn)數(shù)51

車削葉輪的外徑是離心泵調(diào)節(jié)流量的一種獨特方法。在車床上將泵葉輪的外徑車小，這時葉輪直徑、流量、壓頭和功率之間關(guān)系，可按經(jīng)驗公式進(jìn)行計算。3車削葉輪的外徑52采用什么方法來調(diào)節(jié)流量，關(guān)系到能耗問題。改變閥門開度調(diào)節(jié)流量方法簡便，應(yīng)用廣泛。但關(guān)小閥門會使阻力加大，因而需要多消耗一部分能量以克服附加的阻力，該法不經(jīng)濟(jì)的。改變轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)流量可保持管路特性曲線不變，流量隨轉(zhuǎn)速下降而減小，動力消耗也相應(yīng)降低，因節(jié)能效果顯著，但需要變速裝置，難以做到流量連續(xù)調(diào)節(jié)。4幾種流量調(diào)節(jié)方法的比較53改變?nèi)~輪直徑可改變泵的特性曲線，但可調(diào)節(jié)流量范圍不大，且直徑減小不當(dāng)還會降低泵的效率。

在輸送流體量不大的管路中，一般都用閥門來調(diào)節(jié)流量，只有在輸液量很大的管路才考慮使用調(diào)速的方法。54并聯(lián)和分支管路稱為復(fù)雜管路。ABABC并聯(lián)管路分支管路三、復(fù)雜管路551、測速管（畢托管）2、孔板流量計3、轉(zhuǎn)子流量計四、流量的測定56Ru1,p1U2=0p2u3外測壓孔管口1測速管5721RA1A0A2縮脈：流體截面的最小處。2孔板流量計58組成：錐形玻璃管和轉(zhuǎn)子原理：轉(zhuǎn)子上下的壓差與轉(zhuǎn)子的凈重力（重力與浮力之差）相等。注：流體的流動方向。3轉(zhuǎn)子流量計5960閥門管子管件(彎頭)輸送機(jī)械(泵)返回麥汁一級發(fā)酵罐柱式供養(yǎng)器泵板式滅菌器二級發(fā)酵罐酵母分離器攪拌式多罐型啤酒連續(xù)發(fā)酵流程圖菌種啤酒酵母泥61

二、管道設(shè)計與布置的內(nèi)容

-管道的設(shè)計計算-管道的布置62三、管道設(shè)計與布置的步驟

1．選材（根據(jù)介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)、流動狀態(tài)、溫度和壓力，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)合理地選擇）2．流速（根據(jù)介質(zhì)的性質(zhì)、輸送狀態(tài)、粘度、成分和流量，參照有關(guān)表格數(shù)據(jù)選擇合理經(jīng)濟(jì)的介質(zhì)流速）3．確定管徑（根據(jù)介質(zhì)的流量和流速，通過計算、查圖或查表）4．確定壁厚（滿足壓力的要求，按公稱壓力計算的壁厚可以滿足強(qiáng)度的要求）635．連接方式（等徑連接，不等徑連接；可根據(jù)管材、管徑、介質(zhì)的壓力、性質(zhì)、用途、設(shè)備或管道的使用狀態(tài)，確定連接方式）6．選閥門7．熱補償器8．絕熱形式9．布置三、管道設(shè)計與布置的步驟6410．阻力損失11．管架和固定方式12．確定管架跨度13．管道固定用具14．繪制管道圖15．編制管材、管件、閥門、管架、絕熱材料綜合匯總表16．選擇管道防腐措施三、管道設(shè)計與布置的步驟65不銹鋼化學(xué)成分66軸向/軸向密封的雙座防混閥在開關(guān)過程中閥盤的位置閥開啟時，下部的閥盤提升，下部閥盤和閥座間的腔體使閥開啟時的泄漏量降到最少。當(dāng)下閥盤接觸到上閥盤，隔離腔關(guān)閉。下閥盤推動上閥盤到閥門完全開啟時，閥門完全打開。6768過濾機(jī)管道系統(tǒng)69第二節(jié)工藝管道的設(shè)計計算70

一、管子、管件和閥門的選擇

1．公稱直徑為了使管子、法蘭和閥門等部件連接尺寸統(tǒng)一，將管子和管道用的零部件的直徑加以標(biāo)準(zhǔn)化后的標(biāo)準(zhǔn)直徑，稱公稱直徑。用DN表示。例如DN100。公稱直徑是管子的名義直徑，既不是內(nèi)徑，也不是外徑。它是一個相近于外徑又小于外徑的一個數(shù)值。只要管子的公稱直徑一定，管子的外徑就確定了。管子的內(nèi)徑則因壁厚不同而不同。例：DN150外徑=159常用壁厚4.5和6.0，則內(nèi)徑分別為150和147712．公稱壓力

公稱壓力就是通稱壓力，一般應(yīng)大于或等于實際工作的最大壓力。管道、法蘭和閥門等零部件所承受的壓力，分成若干個規(guī)定的壓力等級，這種規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)壓力等級就是公稱壓力。公稱壓力的數(shù)值，一般是指在工作介質(zhì)溫度在0～120℃范圍內(nèi)的最高允許的工作壓力。公稱壓力25×105Pa,用ＰＮ２５表示。723.管材選擇（１）無縫鋼管材料：碳鋼用途：壓力物料、蒸汽、壓縮空氣管路。溫度：超過４３５℃，則須用合金鋼管。熱軋：外徑３２～６００；壁厚２５～５０；冷拉：外徑４～１５０；壁厚１～１２；例：Φ４５×３.５73（２）電焊鋼管螺旋電焊鋼管：碳鋼板條卷制，連續(xù)螺旋焊接，壁厚６～８；用于：大口徑（Φ２００）低溫、低壓管道，鋼板卷管：碳鋼板條卷制，直縫焊接，壁厚８～１２；用于：大口徑（Φ６００）低溫、低壓管道，一般為安裝單位在現(xiàn)場制作。74（３）水煤汽管材料：碳鋼，壁厚２.７５～４.５；加厚３.２５～５.５用于：低溫、低壓的水管種類：鍍鋅管（白管）；不鍍鋅管（黑管）75（4）不銹鋼管1Cr18Ni9Ti0Cr18Ni12Mo2Ti0Cr18Ni9Ti1Cr14Mn14Ni不銹鋼耐酸不銹鋼76二、管徑計算（一）管徑的計算與選擇

Q

D=１８.８ω

D-管道內(nèi)徑（mm）Q-液體流量(m3/h)ω-液體的流速(m/s)77（二）管道介質(zhì)流速選擇

（查表８－１Ｐ１７３）78三、管子壁厚計算根據(jù)公稱壓力ＰＮ和公稱直徑ＤＮ，查表選擇管道壁厚。一般情況下很少計算管壁厚度。79四、管道壓力降計算（一）直管阻力Ｈ１計算

ιγω2

ΔＰ＝λd2gιω2

H1＝λd2gΔＰ-直管壓力降（kPa）H1-直管阻力（m液體柱）ι-管道總長度（m）

d-管道內(nèi)徑(m)ω-流體流速(m/s)

γ-流體重度(kg/m3)g-重力加速度λ-摩擦系數(shù)。是雷諾數(shù)Re與管道粗糙度的函數(shù)，查《化工原理》。80(二)局部阻力Ｈ２計算(當(dāng)量長度法)

當(dāng)量長度概念：流體通過某一管件或閥門時，局部阻力造成的壓力損失，相當(dāng)于流體通過與其具有相同管徑的若干米長度的直管的壓力損失，此直管長度稱為當(dāng)量長度，用符號le表示。意義：將局部阻力轉(zhuǎn)化為計算直管阻力。應(yīng)用：將管路中直管長度和管件、閥門、三通、各種彎頭等的當(dāng)量長度合并在一起計算，十分方便。81例：一個截止閥全開時的Le/d數(shù)值由表查得為300，若此截止閥是裝在管徑為114×4mm的管路中，求它的當(dāng)量長度（單位為m）。