管道及配件基础知识

第四章管道及配件化工厂的各种管路通称为化工管道。

无论数量、尺寸与型式如何，一般管路都由管子、管件、阀门、支吊架、仪表装置以及其它附件所组成。

其作用是按生产工艺要求把有关的化工机器和设备以及仪表装置等连接起来，以输送各种介质。

化工管道的种类繁多，其建设投资往往占化工厂全部建设投资的30％以上，但目前还没有统一的分类方法，习惯上按如下方法分类。

1.按管道在生产中的功能分类（1）物料管道用来输送原料、半成品、成品或废料的管道。

这是生产中的主要管道。

（2）辅助管道即用来输送辅助介质的管道。

如加热用的蒸汽管路，冷却用的冷水管道，清洗物料用的清水管路和吹除用的压缩空气管路等等。

2.按管道的设计压力P（MPa）分类（1）真空管道一般指P＜0的管道；（2）低压管道一般指0≤P≤的管道；（3）中压管道一般指＜P≤10的管道；（4）高压管道一般指10＜P≤100的管道；（5）超高压管道一般指P>100的管道。

3.按管道的工作温度分类（1）低温管道一般指工作温度低于–20℃的管路；（2）常温管道一般指工作温度为–20—200℃的管路；（3）高温管道一般指工作温度高于200℃的管路。

4.按管道的材质分类（1）金属管道金属管道的种类很多，主要有碳钢管道、铸铁管道、不锈钢管道和有色金属管道等；（2）非金属管道常用的非金属管道有塑料管道、陶瓷管道、玻璃管道、石墨管道等；（3）衬里管道常用的衬里管道有衬橡胶管道、衬铅管道和衬玻璃管道等。

第一节化工管路的标准化1.公称直径管子和管路附件的公称直径是为了设计、制造、安装和修理的方便而规定的一种标准直径。

一般情况下，公称直径的数值既不是管子的内径，又不是管子的外径，而是与管子的内径相接近的整数。

表示，其后附加公称直径的数值。

例如：公称直径为100毫米，公称直径用符号DN用D100表示。

N2.公称压力表示，其后公称压力是为了设计、制造和使用的方便而规定的一种标准压力，用PN附加压力数值。

例如：公称压力用表示。

第二节常用管材化工生产中，常用管材的种类很多，按材料可分为金属管、非金属管和衬里管三大类。

管子的外径用字母D标志，其后附加外径数值，例如外径为108毫米的管子用D108表示。

管子的内径用字母d标志，其后附加内径数值，例如内径为100毫米的管子用d100表示。

管子的规格一般用外径×壁厚表示。

例如外径为108毫米，壁厚为4毫米的无缝钢管表示为：无缝钢管Φ108×4。

1.金属管金属管在管路系统中应用极为广泛。

现将几种常用的金属管简单介绍如下。

（1）钢管钢管可分为有缝钢管和无缝钢管两大类。

①有缝钢管有缝钢管又称为焊接钢管。

分水?煤气钢管和电焊钢管两类。

水?煤气钢管是由扁钢管坯卷成管形并沿对焊缝接而成的，因为它常用来输送水和煤气，故称为水?煤气管。

水?煤气钢管广泛应用在小直径的低压管路上，如给水、煤气、暖气、压缩空气、蒸汽凝液、废气、真空及某些物料管路。

正常工作压力，普通钢管不大于，加厚钢管不大于。

正常工作温度不宜超过175℃。

电焊钢管是由软钢板条卷成管形后点焊而成的钢管。

有直焊缝和螺旋焊缝两种类型。

电焊钢管可用于压力不高或无严格要求的管路上。

大直径的电焊钢管和螺旋缝电焊钢管用于低压大直径的管路。

电焊钢管的正常工作温度不宜超过200℃。

②无缝钢管无缝钢管是由圆钢坯加热后，经穿管机穿孔轧制而成的，或者再经过冷拔而成为外径较小的管子，因为它没有焊缝，故称为无缝钢管。

无缝钢管按制造方法的不同，又可分为热轧无缝钢管和冷拔无缝钢管两类。

无缝钢管强度高，可用在重要的管路上，如高压蒸汽和过热蒸汽的管路，高压水和过热水的管路，高压气体和液体的管路，以及输送燃烧性、爆炸性和有毒害性的物料管路等。

各种热交换器的管子大都采用无缝钢管。

中、低压管路无缝钢管的最大工作温度：碳钢为250℃；优质碳钢（如10号钢）为450℃。

高压管路均用优质碳钢（如20号钢）制的无缝钢管。

最大工作温度为200℃。

输送强烈腐蚀性或高温的介质时，采用不锈、耐酸钢或耐热钢制的无缝钢管。

此中无缝钢管也可用热轧而成，或再冷拔成尺寸较小的管子。

耐热钢管的最大工作温度为850℃。

（2）铸铁管铸铁管分普通铸铁管和硅铁管两类。

①普通铸铁管普通铸铁管一般用灰口铁铸造，耐蚀性好，但质脆，不抗冲击。

常用于埋地给水管道、煤气管道和室内排水管道。

②硅铁管硅铁管可分为高硅铁管和抗氯硅铁管两种。

高硅铁能抵抗多种强酸的腐蚀，而含钼的抗氯硅铁可抵抗各种浓度和温度的盐酸，因而是很好的耐蚀材料。

高硅合金的铸件硬度大，只能用金刚砂轮修磨或用硬质合金刀具来加工。

高硅合金制件受到轻微敲击、局部受热或急剧冷却时，皆易破裂；但是由于其耐蚀性好，故在化工厂中仍广泛采用。

（3）紫铜管和黄铜管紫铜管和黄铜管都是拉制或挤压的无缝管，主要用于制造换热设备、制氧设备中的低温管路，以及机械设备中的油管和控制系统的管路。

当工作温度高于250℃时，不宜在压力下使用紫铜管和黄铜管。

紫铜管和黄铜管可以采用翻边活套法兰，钎焊、螺纹和活管结连接。

（4）铝管铝管是拉制而成的无缝管，它主要用来输送浓硝酸、醋酸、甲酸以及其它介质，但不能抵抗碱液。

工作温度高于160℃时，不宜在压力下使用铝管。

铝管可以用翻边活套法兰或熔焊连接。

（5）铅管铅管对硫酸具有良好的耐蚀性，因此广泛应用于硫酸工业中，但由于铅有强度低、密度大、抗热性差等缺点，故近来已逐渐为各种耐酸合金与塑料所代替。

2.非金属管非金属管在化工厂的管路系统中占有特别重要地位，它有逐渐代替金属管的趋势。

现将几种常见的非金属管简单介绍如下：（1）陶瓷管陶瓷管的化学耐蚀性很好，除氢氟酸外，对其它物料都是耐蚀的（对磷酸与碱类耐蚀性较差）。

（2）玻璃管玻璃管的化学耐蚀性也很好，除氢氟酸、含氟磷酸、热的浓磷酸以及热浓碱液以外，对大多数酸类、稀碱液及有机溶剂等均耐蚀。

用于制造化学管路的玻璃管，是热稳定性与耐蚀性能良好的硼玻璃和不透明的石英玻璃。

玻璃管的优点是耐蚀、清洁、透明、易于清洗、流体阻力小、价格低廉；其缺点是耐压低，容易损坏。

（3）塑料管塑料管的主要优点是化学稳定性高、质轻、机械性能和加工工艺性能良好；其缺点是仅能在相当狭窄的温度范围内保持其机械强度。

常用的塑料管有下列几种：①硬聚氯乙稀塑料管②酚甲醛塑料管③玻璃钢管（4）橡胶管橡胶管是用天然或人造生橡胶与填料（硫磺、碳黑和白土等）的混合物，经加热硫化后制成的挠性管子。

橡胶管能抵抗多种酸碱液，但不能抵抗硝酸、有机酸和石油产品。

橡胶管只能用作临时性管路及某些管路的挠性连接件，不得作永久性的管路。

（5）不锈石墨管不锈性石墨管按生产方法可分为：压型不锈性石墨管和浸渍类不锈性石墨两种。

不锈性石墨管化学性质稳定，线膨胀系数小，导热性好，不污染介质，因而能耐酸碱腐蚀，耐温度急变，并能保证产品的存度，所以在盐酸、硝酸、硫酸、制碱工业中得到了广泛的应用。

（6）混凝土管和钢筋混凝土管混凝土管和钢筋混凝土管便于就地取材、制造方便，而且可根据抗压的不同要求制成无压管、低压管、预应力管等，所以在排水管道系统中得到普遍应用。

3.衬里管凡是有衬里的管子，统称为衬里管。

主要有：（1）衬橡胶管；（2）衬玻璃管；（3）搪瓷管化工搪瓷管是由含硅量高的瓷釉通过900℃左右的高温煅烧，使瓷釉密着于金属管表面而制成的；（4）渗铝钢管在低碳钢表面渗铝或热浸镀铝后，便成为渗铝钢管这样可大大提高钢材的耐热抗氧化性和对某些介质的耐腐蚀性；（5）塑料涂层钢管；（6）衬铅管。

4.管道连接管道连接方式有以下几种：(1)焊接：所有压力管道尽量采用焊接，管径大于32mm且厚度在4mm以上采用电焊；管径在32mm以下，厚度在3.5mm以下采用气焊；(2)法兰：适用于一般管径、密封性要求高的管子连接；(3)丝扣：适用于管径小于65mm，工作压力在4 kgf/cm2以下的温度低于100℃的水管或低压煤气管；(4)活接头：适用于经常拆洗的物料管道；(5)其它连接：如水泥砂浆接口、快速接头等。

第三节管件管件是管路中的重要零件，它起着连接管子、改变方向、接出支管和封闭管路等作用。

同一个管件有时也能起几种作用。

现将各种常用的管件分述如下：1.水?煤气钢管的管件这类管件已经标准化，常用的管件见图4—1。

图4—1 水?煤气钢管的管件种类及用途2.电焊钢管、无缝钢管和有色金属管的管件这类管件尚未完全标准化，它们多半采用管子或钢板就地弯曲焊接而成。

对于125毫米以下的钢管，在工作压力小于而又不需要拆卸时，大都不用独立的管件，而DN用短管弯曲后直接焊接于管路上；倘若压力较高或需要经常拆卸清理时，则应制成独立的管件，再用法兰连接于管路上。

图4—2所示的，即为常见的几种钢管弯制的管件。

图4—2钢管弯制的管件为了管路安装施工的方便，钢管的管件已逐步走向标准化，并由专门的工厂进行生产。

目前在施工中普遍使用的定型管件由冲压弯头，挤压三通，顶拉焊接三通，铸＝25—500毫米的冲压无缝弯头造、锻制三通，模锻同心或偏心异径管、管帽等。

如DN由R=°、R=°和R=1D90°等三种。

这些管件与管子都用对焊连接，所以又叫对焊管N件，常用的对焊管件如图4—3所示。

图4—3对焊钢制管件3.铸铁管的管件铸铁管的管件已经标准化。

按用途可分给水（上水）铸铁管件和排水（下水）铸铁管件。

给水铸铁管的管件有：弯头、三通、四通、异径管等数种。

这种管件常做成轴承、法兰或混合连接，如图4—4所示。

图4—4给水铸铁管的管件排水铸铁管的管件种类和式样更多，如图4—5所示。

给水铸铁管和排水铸铁管的管件很容易从外形上辨别出类，排水管管件的管壁薄，承插口浅，几何形状比较复杂，异形管件种类多，且一般情况下不使用90°弯头。

图4—5排水铸铁管管件4.塑料管的管件硬聚氯乙稀塑料管的管件可用短段的管子就地弯曲焊制而成。

在压力—下输送热液（80—90℃）的硬聚氯乙稀管件，必须进行装铠加强，以减小硬聚氯乙稀管所受的张力。

如图4—6所示，为用钢管装铠的硬聚氯乙稀90°弯头和斜三通。

图4—6 装铠的硬聚氯乙稀管件第四节法兰简单来说，法兰即联在管子或筒体、封头端部的一圈圆盘。

圆盘上均匀地分布若干个螺栓孔，是将管道或容器作可拆连接时常用的重要零件。

1 法兰类型法兰的类型很多，其基本形式可分四类，见图4—7。

(1) 整体法兰。

见图4—7(a)，它常用于阀门及其它管件的设计，与之一起铸造或锻造成整体。

对于铸铁或铸钢的设备，法兰是与本体一起铸出。

整体法兰一般都带有锥颈，以提高法兰的强度和刚度。

(2) 带颈对焊法兰。

如图4—7(b)，又称高颈法兰，由于锥颈的作用，可加强法兰的刚度，并可提高其承载能力，故此种法兰广泛使用于石油化工装置压力、温度较高，以及易燃易爆或有毒介质的重要场合。