CAD制图：管道布置与设计技巧

管道布置与设计是环境工程设计中一个重要的组成部分。管道布置与设计是在完成设备平、立面布置之后进行的一项工作。

1.管道、阀门的选择与设计

（1）管道

a.常用管材种类塑料管道：塑料管一般是以塑料树脂为原料，加入稳定剂、润滑剂等经熔融而成的制品。由于它具有质轻、耐腐蚀、外形美观、无不良气味、加工容易、施工方便等特点，在建筑工程中获得了越来越广泛的应用。主要用作房屋建筑的自来水供水系统配管、排水、排气和排污卫生管、地下排水管系统、雨水管以及电线安装配套用的穿线管等。塑料管有热塑性塑料管和热固性塑料管两大类。热塑性塑料管采用的主要树脂有聚氯乙烯树脂（PVC）、聚乙烯树脂（PE）、聚丙烯树脂（PP）、聚苯乙烯树脂（PS）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂（ABS）、聚丁烯树脂（PB）等；热固性塑料采用的主要树脂有不饱和聚酯树脂、环氧树脂、呋喃树脂、酚醛树脂等。

金属管道：目前常用的金属管主要有钢管、镀锌管、铸铁管。钢管价格较高，主要用于热水管道。钢管按其制造方法分为无缝钢管和焊接钢管两种。无缝钢管用优质碳素钢或合金钢制成，有热乳、冷轧（抜）之分。焊接钢管是由卷成管形的钢板以对缝或螺旋缝焊接而成，在制造方法上，又分为低压流体输送用焊接钢管、螺旋缝电焊钢管、直接卷焊钢管、电焊管等。无缝钢管可用于各种液体、气体管道等。焊接管道可用于输水管道、煤气管道、暖气管道等。镀锌管道仍作为建筑给水管的主要管材，它比钢管价格低，但防腐性差。

b.管径：管道直径的大小可用管道外径、内径或内外径作为定性尺寸。

公称直径：工程上将外径相同而实际内径相近（但不一定相等）的管道常用公称直径来表示其管道直径的大小，用符号Dg 和DN 表示。

例如，φ108mm×4mm 和φ108mm×6mm 无缝钢管，都称作公称直径为100mm 的钢管，但它们的内径分别是100mm 和96mm。

采用公称直径的目的：公称直径是管道、阀门和管件的特性参数，采用公称直径可使管道、阀门和管件的联结参数统一，利子工程的标准化。

公称直径的単位一般以“计，如DN100，是指公称直径为100mm 的管子；另一种是用英制単位“寸”计，1 吋约折合25mm，DN100 管也称为4 吋管。

c.公称压力公称压力：指管道中在一定温度范围内的最高允许压力，用符号PN 表示。

一般来说，管路工作温度在0 ～120℃范围内时，工作压力和公称压力是一致的；但温度高于120℃时工作压力低于公称压力。在不同温度下，工作压力与公称压力的关系如表14-2-10 所示。

表14-2-10　不同温度下工作压力与公称圧力的关系

公 称 压 力 从 0.25 ～ 32MPa 共 分 12 级，分别是 0.25MPa、0.6MPa、1.0MPa、1.6MPa、2.5MPa、4.0MPa、6.4MPa、10.0MPa、16.0MPa、20.0MPa、25.0MPa、30.0MPa。按目前习惯，PN　0.25 ～ 1.6MPa 为低压，PN　1.6 ～ 6.4MPa 为中压，PN　6.4MPa 以上为高压。

（2）阀门

a.阀门种类

①　阀门按用途可分为以下几类。

关断类：这类阀门只用来截断或接通流体，如截止阀、闸阀、球阀等。

调节类：这类阀门用来调节流体的流量或压力，如调节阀、减压阀和节流阀等。

保护门类：这类阀门用来起某种保护作用，如安全阀、逆止阀及快速关闭门等。

②　阀门按压力可分为以下几类。

低压阀：PN ≤ 1.6MPa（16kg/cm2）；

中压阀：PN=2.5～6.4MPa（25～64kg/cm2）；

高压阀：PN=10～80MPa（100～800kg/cm2）；

超高压阀：PN ≥ 100MPa（1　000kg/cm2）；

真空阀：PN 低于大气压力。

③　阀门按工作温度可分为：低温阀，t ＜-30℃；中温阀，120℃≤t ≤450℃；高温阀，t ＞450℃；常温阀，-30℃≤t ＜120℃。

④　阀门按驱动方式可分为：手动阀、电动阀、气动阀、液动阀等。

⑤　电厂化学系统的常用阀门主要有：蝶阀（包括手动蝶阀、气动蝶阀、电动蝶阀）、衬胶隔膜阀（手动、气动）、截止阀、闸阀、球阀、止回阀、减压阀、安全阀等。

蝶阀：是用随阀杆转动的圆形蝶板作启闭件，以实现启闭动作的阀门。蝶阀主要作截断阀使用，亦可设计成具有调节或截断兼调节的功能。蝶阀主要用于低压大中口径管道上。

闸阀：也叫闸板阀，它依靠闸板密封面高度光洁、平整与一致，相互贴合来阻止介质流过，并依靠顶楔来増加密封效果。其关闭件沿阀座中心线垂直方向做直线升降运动以接通或截切断管路中的介质。

隔膜阀：是一种特殊形式的截断阀，其内部结构与其他阀门的主要区别在于无填料函，其启闭件是一块采用强度较高或耐磨的材料制成的隔膜，它将阀体内腔与阀盖内腔隔开，从而消除了阀门的驱动部件易受介质侵蚀造成外泄的隐患。隔膜阀主要用于含有硬质悬浮物、腐蚀性介质和密封要求高的设备与管道系统。

截止阀：是一种常用的截断阀，主要用于接通或截断管路中的介质，一般用于中、小口径的管道，适用的压力、温度范围很大。截止阀一般不用于调节介质流量。截止阀阀体的结构形式有直通式、直流式和角式，直通式是最常见的结构，但其流体阻力最大；直流式的流体阻力较小，多用于含固体颗粒或黏度大的流体；角式阀体多采用锻造，适用于较小口径、较高压力的管道。

止回阀：是能自动阻止流体倒流的阀门，也称为逆止阀。止回阀的阀瓣在流体压力下开启，流体从进口侧流向出口侧，当进口侧压力低于出口侧时，阀瓣在流体压差、本身重力等因素作用下自动关闭以防止流体倒流。止回阀通常被用于泵的出口。

止回阀一般分为升降式、旋启式、蝶式及隔膜式等几种类型。升降式止回阀的结构一般与截止阀相似，其阀瓣沿着通道中心线做升降运动，动作可靠，但流体阻力较大，适用于较小口径的场合。旋启式止回阀的阀瓣绕转轴做旋转运动，其流体阻力一般小于升降式止回阀，它适用于较大口径的场合。蝶式止回阀的阀瓣类似于蝶阀，其结构简单、流阻较小，水锤压力亦较小。隔膜式止回阀有多种结构形式，均采用隔膜作为启闭件，由于其防水性能好，结构简单，成本低，近年来发展较快。但隔膜式止回阀的使用温度和压力受到隔膜材料的限制。

球阀：是用带圆形通孔的球体作为启闭件，球体随阀杆转动，以实现启闭动作的阀门。球阀的主要功能是切断和接通管道中的介质流通通道，其工作原理是借助手柄或其他驱动装置使球体旋转90°，使球体的通孔与阀体通道中心线重合或垂直，以完成阀门的全开或全关。

减压阀：它的作用是将设备的管路内介质的压力降低到所需压力。它依靠其敏感元件（膜片、弹簧片等）改变阀瓣的位置，増加管道局部阻力，从而使介质的压力降低。

安全阀：是设备和管道的自动保护装置，在化学水处理设备和管道中，常用于蒸汽管道、加热器、压缩空气管道和储气罐等压力容器上，当介质压力超过规定数值时，安全阀自动开启，以排除过剩介质压力；当压力下降到回座压力时，能自动关闭，以保证生产运行安全。

安全阀按其结构不同分为直通式安全阀和脉冲式安全阀两种，直通式安全阀又分为杠杆重锤式安全阀和弹簧式安全阀。化水系统常用的为弹簧式安全阀。弹簧式安全阀的动作原理：正常运行时，弹簧向下的作用力大于流体作用在门芯上的向上作用力，安全阀关闭。一旦流体压力超过允许压力时，流体作用在门芯上的向上的作用力増加，门芯被顶开，流体溢出，待流体压力下降至弹簧作用力以下后，弹簧又压住门芯迫使它关闭。

b.公称直径：阀门的公称直径只是一个标识，由符号“DN”和数字的组合表示，公称尺寸不能代表实测的阀门口径值，阀门的实际口径值由相关的各标准规定，一般实测值（单位：mm）不得小于公称尺寸数值的95%。公称尺寸分公制（符号：DN）和英制（符号：NPS），国内标准阀门采用公制，美标阀门为英制。公制DN 数值如表14-2-11 所示。

表14-2-11　公制阀门的公称直径数值

c.公称压力：阀门的公称压力PN 是一个用数字表示的与压力有关的代号，是提供参考用的一个方便的圆整数，PN 是近似于折合常温的耐压MPa 数，是国内阀门通常所使用的公称压力（表14-2-12）。对碳钢阀体的控制阀，指在200℃以下应用时允许的最大工作压力；对铸铁阀体，指在120℃以下应用时允许的最大工作压力；对不锈钢阀体的控制阀，指在250℃以下应用时允许的最大工作压力。

表14-2-12　阀门公称压力系列[单位：MPa（bar）]

（3）设计

a.计算任务管道设计的计算任务为：确定管道的管径和管道系统的压力损失。

b.计算程序及内容

①　绘制管道系统图，又称轴测图，在图中对管段进行编号、标注长度和流量。

②　选择管内流速以计算管径流速选择的原则是：从技术和经济两方面来确定管内流速。当流量一定时，所选择的管内流速较高，则管径降低，材料消耗少，一次性投资减少。但是由于流速较高，压力损失也就较高，运行所需的动力消耗増加，也就是运行费用增加，管道和设备磨损加大，噪声増加。反之，选择低流速所需的管径加大，材料消耗大，一次性投资増加，但压力损失小。

③　确定管径。流速确定后，可根据处理的流体流量计算出管径，计算方法如下。如果管道是圆管，则由公式Q=SV=πD2V/4 推导出

式中，Q 为流体体积流量，m3/s；S 为管道横截面积，m2；V 为流体平均流速，m/s；D 为管道直径，m。

（4）计算系统总压力损失

a.最不利管路的概念最不利管路是指压力损失最大的管路。如图14-2-6 所示为某一除尘系统管道。

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图14-2-6　除尘系统管道

b.计算管路的摩擦压力损失从图1-6 中可以看出，管路摩擦压力损失有；Δp1-2、Δp2-3、Δp4-5、Δp6-7、Δp8-2 各管段的摩擦压力损失可根据下式进行计算。

式中，Δp 为管路压力损失；λ 为管壁摩擦系数；l 为管路长度；D 为管道直径；v 为管道内空气平均流速；G 为重力加速度；ρ 为空气密度。

c.局部压力损失从图1-6 中可以看出，局部压力损失有：Δpm1-2（有三部分，集气罩、弯头和三通压力损失）、Δpm3（变径管压力损失）、Δpm3-4（设备压力损失）、Δpm4-5（有三个弯头）、Δpm6-7（风帽）、Δpm2-8（集气罩和弯头）。

d.并联管路压损平衡为了保证并联的各个管路能正常地运行，并联各个管路的压力损失应尽量相等，如不能相等时，各个管路的压损相差不能超过10%。

因为 Δp=ΔpA-B+Δpm，所以图中的两并联管路的压损分别为：Δp′1-2=Δp1-2+Δpm1-2 和 Δp′8-2=Δp8-2+Δpm8-2，则两并联管道不能按照设计风量进行工作，因此需要通过调节管径或调节阀门开启的位置，来调整压力损失，以使二者压力损失平衡。

e.根据上述计算的压力损失值选择风机：根据上述计算的并联管道的压力损失加上串联管道总的压力损失选择风机的大小，同时要考虑整个系统的漏风率，一般漏风率为总风量的10%～20%。

2.管道布置的原则与要求

（1）划分系统的原则：对于复杂管网下列情况不能合为一个系统。

a.污染物混合可能引起燃烧和爆炸；

b.不同温度气体混合引起管道内结露；

c.不同汚染物混合影响回收利用。

（2）管道布置设计的要求：管道布置应符合下列要求。

a.符合处理工艺流程的要求，并能满足处理的要求；

b.便于操作管理，井能保证安全运行；

c.便于管道的安装和维护；

d.要求管道整齐美观，标志明显，并尽量节约材料和投资。

管道布置除了符合上述要求外，还应仔细考虑下列问题。

a.物料特性：输送易燃、易爆物料时，管道中应设安全阀、防爆阀、阻火器、水封，且远离人们经常工作和生活的区域；腐蚀性物料的管道不要安装在通道的上方，在管束中应设置于下方或外侧；冷热管道尽量避开，一般是热管道在上，冷管道在下方。

b.考虑便于施工、操作和维修：管道要尽量明装架空，尽量减少管道暗装的长度；管道尽量成行、平行敷设，走直线，靠墙布置，减少交叉和拐弯；管道与梁、柱、墙、设备及其他管道之间留出距离，如管道距墙应不小于150～200mm；阀门位置要便于操作和维修，阀门、法兰应尽量错开，以减小间距。

c.管道与道路的关系：通过人行横道的管道与地面的净距离要大于2m；通过公路的管道与道路的净距离要大于4.5m；通过铁路的管道与铁路的净距离要大于6m；高压电线下不宜架设管道。

d.管道维护：一般金属管道要注意防锈，同时要用颜色表明管道的用途。输送冷或热的流体，一般要注意保温，并要考虑热胀冷缩，尽量利用L 或Z 形管道，L 或Z 形管道不足时架设时需在管道中増加膨胀器。

e.与处理工艺的配合：以除尘风管为例。风管应垂直或倾斜布置，倾斜角不小于55°；如必须水平敷设，要使管道内有足够的流速，保证在风管内不堆积尘。另外，在管道上要设置卸灰装置和清扫孔。

不同性质的排气，如水蒸气和尘不能合用同一管道系统，以免管道堵塞。

3.管道布置图设计

管道布置图又称管道安装图或配管图，是处理工艺管道安装施工的依据。一般由一组平面图和剖视图以及有关尺寸及方位等内容。

平面图上一般画出全部管道、设备、建筑物或构筑物的简单轮廓、管件阀门、仪表控制点及有关尺寸。

立面图或剖面图则是用于表达清楚管道空间布置的不同。立面图或剖面图可以与平面图画在同一张图纸上，也可以单独画在另一张图纸上。

（1）平面图设计：管道平面布置图一般应与设备的平面布置图一致，即按建筑标高平面分层绘制，各层管道平面布置图是将楼板以下的建（构）筑物、设备、管道等全部画出。

线条：除管道外的全部的内容用细实线画出。注意事项：设备的外形轮廓要按比例画出，要画出设备上连接管口和预留管口的位置。

a.用细实线画出厂房平面图，画法与设备布置图相同，标注柱网轴线编号和柱距尺寸；

b.用细实线画出所有设备的简单外形和所有管口，加注设备编号和名称；

c.用粗实线画出所有处理工艺的管道，并标注管段编号、规格等；

d.用常用或规定的符号在要求的部位画出管件、管架及阀门等；

e.标注厂房定位轴线的分尺寸和总尺寸、设备的定位尺寸、管道定位尺寸和标高。

（2）剖面图设计：剖切平面位置线的画法及标注方式与设备布置图相同。剖面图可按Ⅰ—Ⅰ、Ⅱ—Ⅱ…或A—A、B—B…顺序编号。

a.画出地平线或室内地面、各楼面和设备基础，标注其标高尺寸；

b.用细实线按比例画出设备简单外形及所有管口，标注其标高尺寸；

c.用粗实线画出所有的主管道和辅助管道，可标明编号、规格等；

d.用规定和常用的符号，画出管道上阀门和仪表控制点。

（3）管道布置图的标注

a.建（构）筑物：建（构）筑物的结构构件常被用作管道布置的定位基准，所以在管道平面和剖视图上都应标注建筑定位轴线编号，定位轴线间的分尺寸和总尺寸以及平台和地面、楼板、屋顶及构筑物的标高。

b.设备：设备是管道布置定位标准，应标注设备编号名称及定位平面图上标注所有能标注的定位尺寸及标高，物料的尺寸。

c.管道：在管道上应标注流动方向和管号。立面或剖面图上也应标注定位尺寸和所有管道的标高。定位尺寸以mm 为单位，标高以m 为单位。

普通的定位尺寸可以以设备中心线、设备管口法兰、建筑定位轴线或墙面、柱面为基准进行标注，同一管道的标注基准应一致。

管道安装标高均以厂房内地面±0.00 为基准，一般标注管底外表面的安装高度，标注方式为“5.00”、“▽5.00”或“5.00（Z）”、“▽5.00（Z）”（括号内的“Z”表示管道中线标高）。

d.管件与阀门：管件接头、变径管、弯头、三通、法兰等在管道布置图中应用常用符号画出，但一般不标注定位尺寸。

阀门也用规定符号在乎面布置图中画出，在立面或剖面图中标注安装标高。

e.管道支架：在管道布置图中的管架符号上应用指引线引出方框标注管架代号（表14-2-13）。

表14-2-13　管架代号及类型

【思考与实战】

根据所学，绘制并重新设计如图24 所示的办公室空间地面装修图。

图24 办公室空间地面装饰图