第八章 管道设计与布置
8采暖系统及其分类
（一）建筑物内共用采暖系统 ❖ 1、建筑物热入口：P160图8－12。 ❖ 户内采暖系统为单管跨越式定流量系统时，
一、自然循环热水采暖系统
❖ 自然循环系统依靠水的密度差进行循环 ❖ 机械循环系统依靠水泵压力进行循环
膨胀 水箱
散热 器
排气阀
锅
炉
水
泵
除污器
自然循环系统工作原理及其作用压力
❖ 1、工作原理：水在锅炉内加热后，密度 减小；在散热器内被冷却后，密度增加。 整个系统因供回水密度差的不同而维持 循环流动。
膨胀 水箱
散热 器
排气阀
锅
炉
水
泵
除污器
按供、回水方式分类
i=0.5%～ 1%
8
2
❖ 单管系统热水经立管或 水平供水管顺序流过多 组散热器，并顺序地在 各散热器中冷却。
4
5
1
3
❖ 双管系统热水经供水立
6
管或水平供水管平行地
分配给多组散热器，冷 i=0.5%～ 1%
7
i=0.5%～ 1%
却后的回水自每个散热 器直接沿回水立管或水
❖ 为使系统顺利排除空气和在系统停止运行或抢修时能通过回水干管顺 利地排水，回水干管应有向锅炉方向的向下坡度。
1-锅炉 2-供水立管 3-供水干管 4-供水立管 5-散热器 6-回水立管 7-回水干管 8-循环泵 9-膨胀水箱 10-集气罐
❖ 双管上供下回系统中除水泵造成的机械循环压头外，同时还 存在着自然压头（供、回水温度不同）；故易造成上层房间 温度偏高，下层房间温度偏低，楼层越高，这种垂直失调的 现象越严重，故双管系统不宜在4层以上的建筑物中采用。
压力管道技术-8
第八章管道支撑管道的支撑设计是管道设计的一个重要组成部分，它与管道力学分析一样直接影响到管系强度的安全可靠性。
第六和第七章介绍的管道力学分析都与管道的支撑有着密切的关系。
换句话说，管道的力学分析是在管道布臵和管道支撑设计的基础上进行的，而管道力学分析的结果反过来又影响着管道布臵和管道支撑设计。
另一方面，由于管道的支撑设计本身又涉及到许多力学计算，因此，本书将管道的支撑设计归入管道力学研究的范畴。
一般来说，管道的支撑设计是伴随着管道布臵进行的，它是由富有经验的配管工程师根据管道的走向和生根条件，初步确定管道的支撑点和支撑型式，待管系的力学分析完成之后再对其进行调整，或根据力学分析的结果进行某些支撑件的强度设计。
由此也可以说，管道的支撑设计是管道布臵专业和管道机械专业的交叉点。
通过多年来的设计应用，目前管道的支撑件已形成系列化，并称之为管道支吊架系列，因此本章在对管道支撑的概念和支撑位臵的选用进行介绍之后，重点介绍一下管道支吊架的型式选用。
至于管道支吊架本身的强度设计，在某些专著或手册中已有详细的介绍，在此仅介绍一般的原则而不再展开讨论。
第一节概述就管道支吊架的作用而言，可以概括为以下三个方面：其一，承受管道的重量荷载(包括自重、介质重和隔热材料重等)；其二，限制管道的位移，阻止管道发生非预期方向的位移；第三，用来控制管道的振动、摆动或冲击。
因此，管道支撑的位臵确定、支撑型式的确定以及管道支吊架本身的强度设计也主要是围绕着上述支吊架的三个功能展开的。
一、管道支吊架的分类根据管道支吊架的用途来分，可以分为如表8－1所示的三大类：（一）承重支吊架以支撑管道自重及其它持续载荷为目的的支吊架统称为承重支吊架，它主要用于防止管道因自重及其它持续载荷（如介质重、隔热材料重、雪载荷等）而导致的管道强度或刚度超出标准要求。
根据管道相对于支撑结构的空间位臵不同，承重支吊架可分为支架和吊架两大类。
支撑件将管道支撑在它的上方时，这类支撑件叫做支架。
第九课 发酵工厂管道设计与布置
第八管道设计与布置第一节概述一、管道布置设计的意义管道是生产过程中不可缺少的部分，它的重要性：-各种物料、蒸汽、水、冷、气体都要用管道输送；-设备间的相互连接要靠管道；-与操作有直接的关系；-影响厂房车间设计的美观、通风和采光。
因此，在发酵工厂的工艺设计中，管道的布置设计是施工图阶段中工作量最大、费时最长的一项工作。
二、管道设计与布置的内容和步骤（一）内容管道的设计计算管道的布置（二）步骤1．选材（根据介质的化学性质、流动状态、温度和压力，进行经济合理地选择）2．流速（根据介质的性质、输送状态、粘度、成分和流量，参照有关表格数据选择合理经济的介质流速）3．确定管径（根据介质的流量和流速，通过计算、查图或查表）4．确定壁厚（满足压力的要求，按公称压力计算的壁厚可以满足强度的要求）5．连接方式（等径连接，不等径连接；可根据管材、管径、介质的压力、性质、用途、设备或管道的使用状态，确定连接方式）6．选阀门7．热补偿器8．绝热形式9．布置10．阻力损失11．管架和固定方式12．确定管架跨度13．管道固定用具14．绘制管道图15．编制管材、管件、阀门、管架、绝热材料综合汇总表16．选择管道防腐措施第二节工艺管道的设计计算一、管子、管件和阀门的选择（一）公称直径、公称压力1．公称直径为了使管子、法兰和阀门等部件连接尺寸统一，将管子和管道用的零部件的直径加以标准化后的标准直径，称公称直径。
用DN表示。
例如DN100。
公称直径是管子的名义直径，既不是内径，也不是外径。
它是一个相近于外径又小于外径的一个数值。
只要管子的公称直径一定，管子的外径就确定了。
管子的内径则因壁厚不同而不同。
例：DN150 外径=159 常用壁厚4.5和6.0，则内径分别为150和147。
2．公称压力公称压力就是通称压力，一般应大于或等于实际工作的最大压力。
管道、法兰和阀门等零部件所承受的压力，分成若干个规定的压力等级，这种规定的标准压力等级就是公称压力。
水电站压力管道
⽔电站压⼒管道第⼋章⽔电站压⼒管道第⼀节压⼒管道的功⽤、类型⼀、功⽤和特点压⼒管道是从⽔库、压⼒前池或调压室向⽔轮机输送⽔量的⽔管，⼀般为有压状态。
其特点是集中了⽔电站⼤部分或全部的⽔头，另外坡度较陡，内⽔压⼒⼤，还承受动⽔压⼒的冲击(⽔锤压⼒)，且靠近⼚房，⼀旦破坏会严重威胁⼚房的安全。
所以压⼒管道具有特殊的重要性，对其材料、设计⽅法和加⼯⼯艺等都有特殊要求。
压⼒管道的主要荷载为内⽔压⼒，管道的内直径D(m)和其承受的⽔头H(m)及其乘积HD值是标志压⼒管道规模及技术难度的重要参数值。
⽬前最⼤直径的钢管是巴基斯坦的塔贝拉⽔电站第三期扩建⼯程的隧洞内明钢管，直径为13.26m。
HD值最⾼的常见于抽⽔蓄能电站，已超过5 000m2。
⼆、分类压⼒管道可按照布置型式和所⽤的材料分类，见表8-1。
其中，明管适⽤于引⽔式地⾯⼚房，地下埋管多为引⽔式地⾯或地下⼚房采⽤，混凝⼟坝⾝管道则只能在混凝⼟坝式⼚房中使⽤。
由于钢材强度⾼，防渗性能好，故钢管或钢衬混凝⼟衬砌管道主要⽤于中、⾼⽔头电站；⽽钢筋混凝⼟管适⽤于中⼩型电站。
(⼀) 钢管钢管按其⾃⾝的结构⼜可分为：(1) ⽆缝钢管。
其直径较⼩，适⽤于⾼⽔头⼩流量的情况。
(2) 焊接钢管。
适⽤于较⼤直径的情况。
焊接钢管由弯成圆弧形的钢板焊接⽽成，焊图8-1 焊缝布置图缝结构如图8-1所⽰，⼀般相邻两节管道的纵缝应错开⼀定⾓度，以避免焊缝薄弱点在同⼀直线上。
(3) 箍管。
当HD>1 000m2时，钢板厚度⼀般会超过40mm，其加⼯⽐较困难，因⽽在这种情况下常采⽤箍管。
箍管是在焊接管或⽆缝钢管外套以⽆缝的钢环(钢箍，称为加劲环)，从⽽使管壁和钢箍共同承受内⽔压⼒，以减⼩管壁钢板的厚度。
钢管所使⽤的钢材应根据钢管结构型式、钢管规模、使⽤温度、钢材性能、制作安装⼯艺要求以及经济合理等因素参照设计规范选定。
(⼆) 钢筋混凝⼟管钢筋混凝⼟管具有造价低、刚度较⼤、经久耐⽤等优点，通常⽤于内压不⾼的中⼩型⽔电站。
第八章污水管道系统的设计计算
第⼋章污⽔管道系统的设计计算第⼋章污⽔管道系统的设计计算（⼀）教学要求熟练掌握污⽔管道的设计计算过程（⼆）教学内容1、污⽔设计流量2、污⽔管道的设计参数3、污⽔管道的⽔⼒计算（三）重点污⽔管道的⽔⼒计算第⼀节污⽔设计流量的计算污⽔管道系统的设计流量是污⽔管道及其附属构筑物能保证通过的最⼤流量。
通常以最⼤⽇最⼤时流量作为污⽔管道系统的设计流量，其单位为L/s 。
它包括⽣活污⽔设计流量和⼯业废⽔设计流量两⼤部分。
就⽣活污⽔⽽⾔⼜可分为居民⽣活污⽔、公共设施排⽔和⼯业企业内⽣活污⽔和淋浴污⽔三部分。
⼀、⽣活污⽔设计流量 1.居民⽣活污⽔设计流量居民⽣活污⽔主要来⾃居住区，它通常按下式计算：1Q =360024zK N n (8-1)式中： Q 1—— 居民⽣活污⽔设计流量，L ／s ；n ——居民⽣活污⽔量定额，L ／(cap ·d)； N ——设计⼈⼝数，cap ；K Z ——⽣活污⽔量总变化系数。
（1）居民⽣活污⽔量定额居民⽣活污⽔量定额，是指在污⽔管道系统设计时所采⽤的每⼈每天所排出的平均污⽔量。
在确定居民⽣活污⽔量定额时，应调查收集当地居住区实际排⽔量的资料，然后根据该地区给⽔设计所采⽤的⽤⽔量定额，确定居民⽣活污⽔量定额。
在没有实测的居住区排⽔量资料时，可按相似地区的排⽔量资料确定。
若这些资料都不易取得，则根据《室外排⽔设计规范》(GBJl4-87)的规定，按居民⽣活⽤⽔定额确定污⽔定额。
对给⽔排⽔系统完善的地区可按⽤⽔定额的90%计，⼀般地区可按⽤⽔定额的80%计。
（2）设计⼈⼝数设计⼈⼝数是指污⽔排⽔系统设计期限终期的规划⼈⼝数，是计算污⽔设计流量的基本数据。
它是根据城市总体规划确定的，在数值上等于⼈⼝密度与居住区⾯积的乘积。
即：F N ?=ρ (8-2) 式中：N ——设计⼈⼝数，cap ；ρ——⼈⼝密度，cap/hm 2；F ——居住区⾯积，hm 2； cap ——“⼈”的计量单位。
水电站压力管道
第八章水电站压力管道第一节压力管道的功用、类型一、功用和特点压力管道是从水库、压力前池或调压室向水轮机输送水量的水管，一般为有压状态。
其特点是集中了水电站大部分或全部的水头，另外坡度较陡，内水压力大，还承受动水压力的冲击(水锤压力)，且靠近厂房，一旦破坏会严重威胁厂房的安全。
所以压力管道具有特殊的重要性，对其材料、设计方法和加工工艺等都有特殊要求。
压力管道的主要荷载为内水压力，管道的内直径D(m)和其承受的水头H(m)及其乘积HD值是标志压力管道规模及技术难度的重要参数值。
目前最大直径的钢管是巴基斯坦的塔贝拉水电站第三期扩建工程的隧洞内明钢管，直径为13.26m。
HD值最高的常见于抽水蓄能电站，已超过5 000m2。
二、分类压力管道可按照布置型式和所用的材料分类，见表8-1。
其中，明管适用于引水式地面厂房，地下埋管多为引水式地面或地下厂房采用，混凝土坝身管道则只能在混凝土坝式厂房中使用。
由于钢材强度高，防渗性能好，故钢管或钢衬混凝土衬砌管道主要用于中、高水头电站；而钢筋混凝土管适用于中小型电站。
(一) 钢管钢管按其自身的结构又可分为：(1) 无缝钢管。
其直径较小，适用于高水头小流量的情况。
(2) 焊接钢管。
适用于较大直径的情况。
焊接钢管由弯成圆弧形的钢板焊接而成，焊缝结构如图8-1所示，一般相邻两节管道的纵缝应错开一定角度，以避免焊缝薄弱点在同一直线上。
(3) 箍管。
当HD>1 000m2时，钢板厚度一般会超过40mm，其加工比较困难，因而在这种情况下常采用箍管。
箍管是在焊接管或无缝钢管外套以无缝的钢环(钢箍，称为加劲环)，从而使管壁和钢箍共同承受内水压力，以减小管壁钢板的厚度。
钢管所使用的钢材应根据钢管结构型式、钢管规模、使用温度、钢材性能、制作安装工艺要求以及经济合理等因素参照设计规范选定。
(二) 钢筋混凝土管钢筋混凝土管具有造价低、刚度较大、经久耐用等优点，通常用于内压不高的中小型水电站。
建筑给排水-第八章—建筑内部排水管段计算
▪ 在决定室内排水管的管径及坡度之前，首先必须 确定各管段中的排水设计流量。
▪ 以洗涤盆排水量0.33L/s为一个排水当量(1排水当 量=0.33L/s)。将其他卫生器具的排水量与 0.33 L/s的比作为该卫生器具的排水当量 。
▪ 选择排水当量时用下用表8.1。
（二）设计秒流量
概念 排水设计流量应是建筑内部的最大排水瞬时流 量，即设计秒流量，。
(3) 器具通气管
对卫生、安静要求高的建筑物内，生活污水管道宜 设器具通气管。
器具通气管和环形通气管与通气管连接处应高于卫 生器具上边缘0.15m，按不小于0.01的上升坡度与通 气立管连接。
伸顶通气管 与排水立管管径相同或放大一级。
专用通气管、主通气管、器具通气管管径
通气管最小管径
共用通气管管径按下式计算：
（4）最小管径
最小管径 d≥50mm 接大便器 d≥100mm 大便槽排水管 d≥150mm 公共食堂排水支管 d≥75mm, 干管 d≥100mm 多层住宅厨房间的立管d≥75mm 医院污物洗涤盆或污水盆的排水管d≥75mm
2、 横管水力计算方法
qu w v
v
1
2
R3
I
1 2
n
式中：qu——排水设计秒流量，m3/s； w——水流断面积，m2； v——流速，m/s； R——水力半径，m； I——水力坡度，即管道坡度； n——管道粗糙系数。
管径（mm）
75
100
125Leabharlann 2.54.57.0
5.0
9.0 14.0
—
6.0
9.0
1.70 3.80
1.38 2.40
0.92 1.76
0.70 1.36
第八章(3)管道布置图讲解
8.3 管道布置图的标注
8.3.2.4 管件
一般不标注定位尺寸。 对某些有特殊要求的管件，应标注出某些要求与说明。
8.3.2.5 阀门
一般不注定位尺寸，只要在立面剖视图上注出安装标高。 当管道中阀门类型较多时，应在阀门符号旁注明其编号及公称尺寸。
8.3.2.6 仪表控制点
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8.2 管道布置图的视图
8.2.2.3 管道重叠
将上面管道 的投影断开
多条管道投影重叠时，可将最上的 一条用“双重断开”符号表示
管道转折后投影重叠，将下面的管 道画至重影处，稍留间隙断开
也可在投影断开处 注上小写字母
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8.2 管道布置图的视图
8.2.2.4 管道转折
(a) 向下弯折90°
60
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8.2 管道布置图的视图
8.2.2.8 支吊架
用来支承和固定管道，其位置一般用符号表示。
固定管架 滑动管架 导向管架 弹簧支吊架 轴向止推架
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8.2 管道布置图的视图
8.2.3 设备的图示内容及图示方法
在管道平面布置图中，应以设备布置图所确定的位置按比 例用细实线画出所有设备的简略外形和基础、平台、梯子。
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8.3 管道布置图的标注
8.3.1.3 管道的标注
介质 代号
管道 编号
公称直径 （HGJ 35
－1990标准
中Ⅱ系列）
公称直径 （HGJ 35
－1990标准
中Ⅰ系列）
管道 等级
隔热 型式
SL1305－80 EL×××.×××
SL1305－80B1A（H） BOP EL×××.×××
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1.1.1 公称直径 所谓管子，法兰和阀门等的公称直径，就是为 了使管子，法兰和阀门等的连接尺寸统一。 1.1.2 公称压力 公称压力，就是通称压力，一般应大于或等于 实际工作的最大压力 1.2 管材选择 根据输送介质的温度，压力以及腐蚀情况等选 择所用管子材料
1.3 管件与阀门 管道中除管子以为，为了满足工艺生产和 安装检修等需要，还有许多其他构件，如短 管，弯头，三通，异径管，法兰，盲板，阀 门等，我们通常称这些构件为管路附件，简 称管件。管件是组成管道不可缺少的部分。
第一节 概述 二、管道设计与容主要包括管 道的设计计算和管道的布置两部分内容。
2.2 管道设计与布置的步骤 （1）选择管道材料 （2）选择介质的流速 （3）确定管径 （4）确定管壁厚度 （5）确定管道连接方式 （6）选阀门和管件 （7）选管道的热补偿器 （8）绝热形式，绝热层厚度及保温材料的选择
3.2.1合理布置管道
发酵车间的管道布置，除满足生产工艺流程 要求外，还要考虑满足清洗和灭菌彻底的要求。因 此，除了管道和阀门本身不漏外，还要考虑以下各 点: 1) 尽量减少管道 2) 要保证发酵罐罐体和有关管道都可用蒸汽进 行灭菌，即保证蒸汽能够达成所有需要灭菌的地方。
3) 各发酵罐（种子罐）的排气管不能因要节约管 材，而相互连接在一条总管道上。 4) 要避免冷凝水排入已灭菌的发酵罐和空气过滤 器中 5) 在空气过滤器和发酵罐之间应装有单向阀（止 逆阀），以免在压缩空气系统突然停气或发酵罐的 压力高于过滤器时，将发酵液倒压至过滤器，引起 生产事故。 6) 蒸汽总管道应安装分水罐，减压阀和安全阀， 以保证蒸汽干燥及避免过高压力的蒸汽在灭菌时造 成设备压损或爆炸事故。
第二节 工艺管道的设计计算
一、管子 管件和阀门的选择 在管道设计中，根据使用要求需要正确选择管子， 管件和阀门的类型，规格和材料等，这是管道设计中 一项细致而重要的工作。现将管子，管件和阀门选择 的有关知识介绍如下。 1.1 公称直径，公称压力 为了便于设计选用，有利于成批生产，降低生产 成本和便于互换，国家有关部门制定了管子，法兰和 阀门等管道用零部件标准。对于管子，法兰和阀门等 标准化的最基本参数就是公称直径和公称压力。
3.2.2 消灭管道死角 1) 管道连接的死角 2) 种子罐放料管的死角 3) 排气管的死角 四、车间管道布置设计的有关参数
6）分层布置时，大管径通道，热介质管道， 气体管道，保温管道和无腐蚀性管道在上；小管 径，液体，不保温，冷介质和有腐蚀性介质管道在 下。引支管时，气体管从上方引出，液体管从下方 引出。 7）管径大的，常温的，支管少的，不常检修 的和无腐蚀性介质的管道靠墙；管径小的，热力管 道，常检修的支管多的和有腐蚀性介质管道靠外。 8）管道穿过楼板，墙壁时，应预先留孔。
二、车间管道布置设计的内容 车间管道布置设计主要通过管道布置图的设计 来 体现设计思想，设计原则。 2.1 管道布置图 根据生产流程，设备布置，厂房 建筑和设备制造图纸，先在图纸上绘出工业厂房， 设备和构件物，用细实线画出它们的外形和接口于 正确的定位尺寸上，然后用实线画出管道和阀门。 2.2 特殊管件制造图 2.3 施工说明图，管道材料表，包括管道的保温 图，保温情况，油漆颜色及保温材料等。
第八章 管道设计与布置 一、 概述 二、 工艺管道的设计计算 三、 管道布置设计
第一节 概述 一、管道布置设计的意义 管道布置设计是发酵工厂设计中的一个 组成部分和一项重要内容。管道布置设计是 否合理，不仅直接关系到建设指标是否先进 合理，而且也关系到生产操作能否正常进行 以及厂房各车间布置的整齐美观和通风采光 良好等问题。因此，搞好管道布置设计具有 十分重要的意义。
9）易堵塞管道在阀门前接上水管或压缩空气管； 10）管道应避免经过电动机或配电板的上空，以 及两者的邻近； 11）输送腐蚀性介质管道的法兰不得位于通道上 空；与其他介质管道并列时，应保持一定距离，且略 低； 12）阀门和就地仪表的安装高度应满足操作和检 查的方便；
13）室外架空管道的走向宜平行于厂区 干道和建筑物； 14）不锈钢管道不得与碳钢支架过管托 架长期直接接触，以免形成腐蚀核心； 15）一般的上下水管及废水管适用于埋 地敷设，埋地管的安装深度应在冰冻线以下。
1.2 车间管道布置设计的原则 1）管道布置设计不仅影响工厂整体美观，而 且直接影响工艺操作，产品质量，甚至导致杂菌 或噬菌体污染，也影响安装检修和经济合理性。 2）尽可能使管线最短，阀件最少。必须避免 管道在平面上迂回折返，立面上弯转扭曲等不合 理布置。 3）车间内管道一般采用明线敷设，安装费用 低，检修安装方便，操作人员容易掌握管道的排 列和操作。
4）车间内工艺管道布置普遍采用沿墙，楼板底或 柱子的成排安装法，使管线成排成行平行直走，并协 调各条管道的标高和平面坐标位置，力争共架敷设， 使其占空间小。 5）管架标高应不影响车辆和人行交通，管线或管 架梁底距行车道路面高度要大于4.5m,人行道要大于 2.2m,车间次要通道最小净高高度为2m，管廊下通道的 净空要大于3.2m，有泵时要大于4m。
三、 发酵工厂车间管道布置的特点
发酵工厂车间管道布置，除了必须遵守 上述的设计原则外，还必须考虑到发酵工厂 对 无菌要求的特殊性。
下面主要介绍发酵车间管道布置的特点：
3.1 选择恰当的管材和阀门 由于发酵液具有一定的酸度和含有某些腐蚀 性强的物质，管道和阀门容易受到腐蚀引起渗 漏，造成染菌，因此，选择恰当的管材和阀门是 防止污染，保证正常生产的重要环节。 3.2 选择正确的管道连接 除上下水管可以用螺纹连接外，其余管道 以焊接和法兰连接为宜。
第三节 管道布置设计 管道布置设计又称配管设计，是 施工图设计阶段的主要内容之一。
一、 车间管道布置设计的任务和原则
第三节 管道布置设计
1.1车间管道布置设计的任务 车间管道布置设计的任务是用管道把由车 间布置固定下来的设备连接起来，使之形成一 条完整连贯的生产工艺流程。 车间管道布置合理，正确，管道运转就顺 利通畅，设备运转也就顺畅，就能使整个车间 或工段，甚至整个工厂的生产操作卓有成效 。