控制工程-管道系统布置及部件

1.管道系统布置

管道系统布置主要包括系统划分、管网配置和管道布置等内容。

（1）系统划分。系统划分应充分考虑管道输送气体（粉尘）的性质、操作制度、相互距离、回收处理等因素，以确保管道系统的正常运转。符合以下条件者，可以合为一个管道系统。

①污染物性质相同，生产设备同时运转，便于污染物统一集中回收处理的场合。

②污染物性质不同，生产设备同时运转，但允许不同污染物混合或污染物无回收价值的场合。

③尽可能将同一生产工序中同时操作的污染设备排风点合为一个系统。

凡发生下列几种情况之一者不能合为一个系统。

①不同排风点的污染物混合后会引起燃烧或爆炸危险，或形成毒性更大的污染物的场合。

②不同温度和湿度的污染气流，混合后会引起管道内结露和堵塞的情况。

③因粉尘或气体性质不同，共用一个系统会影响回收或净化效率者。

（2）管网配置。管网配置的一个重要问题就是要实现各支管间的压力平衡，以保证各吸气点达到设计风量，实现控制污染物扩散的效果。为保证多分支管系统管网中各支管间压力平衡，常用的管网布置有以下三种方式。

①干管配管方式。如图8-21（a）所示为干管配管方式。与其他方式相比，管网布置紧凑，占地小，投资省，施工方便，应用较广泛。但各支管间压力计算比较烦琐，给设计增加一定的工作量。

②个别配管方式。如图8-21（b）是个别配管方式。吸气（尘）点多的系统管网，可采用大断面的集合管连接各分支管，集合管内流速不宜超过3～6m/s（水平集合管≤3m/s，垂直集合管≤6m/s），以利各支管间压力平衡。对于除尘系统，集合管还能起初净化作用，但管底应设清除积灰的装置。

③环状配管方式。图8-21（c）是环状配管方式，亦称为对称性管网布置方式。显然，对于支管多和复杂管网系统，支管间压力易于平衡，但会带来管路较长、系统阻力增加等问题。

图8-21　网配置方式

（3）管道布置。管道布置应从系统总体布局出发，既要考虑系统的技术经济合理性，又要与总图、工艺、土建等有关专业密切配合，统一规划，力求简单、紧凑，缩短管线，减少占地和空间，节省投资，不影响工艺操作、调节和维修。

①管道布置一般原则：输送不同介质的管道，布置原则不完全相同，取其共性作为管道布置的一般原则。

管道敷设分明装和暗设，应尽量明装，以便检修；管道应尽量集中成列，平行敷设，尽量沿墙或柱敷设；管道与梁、柱、墙、设备及管道之间应留有足够距离，以满足施工、运行、检修和热胀冷缩的要求。一般间距不应小于150mm，管道通过人行横道时，与地面净距不应小于2m，横过公路时不应小于4.5m，横过铁路时与轨面净距不得小于6m；水平管道敷设应有一定的坡度，以便于放气、放水、疏水和防止积尘，一般坡度不小于0.005。坡度应考虑斜向风机方向，并应在风管的最低点和风机底部装设水封泄液管；捕集含有剧毒、易燃、易爆物质的管道系统，其正压段一般不应穿过其他房间。穿过其他房间时，该段管道上不宜设法兰或阀门。

②除尘管道布置原则：除尘管道布置除应遵守上述一般原则外，还应满足以下要求。

除尘管道力求顺直，保证气流通畅。当必须水平敷设时，要有足够的流速以防止积尘。对易产生积灰的管道，必须设置清灰孔；为减轻风机磨损，特别当气体含尘浓度较高时（大于3g/m3时），应将净化装置设在风机的吸入段；分支管与水平管或倾斜主干管连接时，应从上部或侧面接入。三通管的夹角一般不大于30°。当有几个分支管汇合于同一主干管时，汇合点最好不设在同一断面上；输送气体中含磨琢性强的粉尘时，在局部压力较大的地方应采取防磨措施，并在设计中考虑到管件的检修方便。

2.管道和部件

（1）管道材料和连接

①管道材料。制作管道的材料一般有砖、混凝土、炉渣石膏板、钢板、木板（胶合板或纤维板）、石棉板、硬聚氯乙烯板等，其中最常用的材料是钢板。连接需要移动风口的管道要用各种软管，如金属软管、塑料软管、橡胶管、帆布管等。总之，管道材料应根据使用要求和就地取材的原则选用。(www.xing528.com)

②管道连接。管道系统大都采用焊接或法兰连接。为保证法兰连接的密封性，法兰间应加衬垫，衬垫厚度为3～5mm，垫片应与法兰齐平，不得凸入管内。衬垫材料随输送气体性质和温度不同而不同。

（2）管道系统部件

工异形管件。管道系统的异形管件包括弯头、三通、变径管等。异形管件产生的局部压力损失，在管道系统总压力损失中所占的比例较大。为了减少系统的局部压力损失，异形管件的制作和安装应符合设计规范要求。弯管的曲率半径可按管径的1～1.5倍设计。三通夹角宜采用l5°～45°；变径管（渐缩管和渐扩管）的扩散角一般不大于15°。对于除尘系统，为防止含尘气流改向时对异形管件的磨损，其弯头、三通迎风面管壁厚支可按其管壁厚的1.5～2倍设计，亦可采用耐磨材料衬垫。

②阀门。管道系统使用的阀门按其用途可分为调节阀门和启动阀门两类；按其控制方式可分为手动、电动、气动或远距离控制等种类。手动阀门一般用于管网系统压力平衡调节，电动阀常用于风机启动、系统风量控制等。

对于多分支管道系统，为合理调节各分支管压力平衡，应在各分支管上装设调节阀门；对于不同时运转的排风点连接管道，宜设置启闭切换阀，并与工艺生产设备连锁，以节约系统风量；对于排放烟囱较高、抽力较大的管道系统，宜在风机出口风管安设启闭阀，以方便设备检修；管道系统阀门应设在易于操作、维修和不易积尘的位置，必要时应设操作检修平台。

③测孔。为了调整和检测净化系统的各项参数，管道系统必须设各种测孔，用于测定风量、风压、温度、污染物浓度等。为检测净化系统排放和净化效率，需在净化装置进出口设置测孔；为测试风机性能参数，需在风机进出口设置测孔；对于多分支管路，为调节管网压力平衡，需在各支管设置测孔。

测试断面应选择在气流稳定的直管段，以减少局部涡流对测定结果的影响。对于水平安装的除尘管道，不宜在其底部设测孔，以免管内积灰进入测试仪器，造成误差或引起堵塞。

④清灰孔。除尘管道系统中容易产生涡流死角部位以及水平安装的管道端部，应设置清灰孔或入孔，以便于及时清除管内积灰，防止管道堵塞，清灰孔的大小可视清灰方式而定，孔径一般为100～300mm，入孔的孔径一般取600mm。

⑤检修平台。在设有阀门、测孔、清灰孔、入孔等需要点检和维修的管件处，当维护操作人员难以接近时，应设置检修操作平台。平台结构应符合安全防护要求和功能结构强度，并配以扶梯和围栏。对于测试平台，还需配置电源。

⑥管道加固筋。直径较大的管道，在制作及安装过程中，为避免发生较大变形，必须设置管道加固筋，一般采用扁钢或型钢制作。对于圆形管道，当管径大于700mm，壁厚小于、等于5mm时，均应加设横向加固筋。

⑦管道支、吊架。管道系统应以结构合理的支架或吊架支承。选用和设计支、吊架，必须考虑其强度和刚度，保证管网的稳定性，避免产生过大的弯曲应力，满足管道热位移和热补偿的要求。此外，在安全可靠的前提下，采用较简单的结构，以节省钢材，方便施工。

管道支架分为固定支架、活动支架和铰接支架三种。固定支架设置在管道系统不允许有任何位移的部位，以承受管道及部件的质量，并同时承受轴向及横向推力；活动支架主要承受管道及部件的质量，允许管道在轴线方向有位移，但横向有刚度。活动支架可分为滑动支架（对摩擦力无严格限制时采用）、滚珠支架（当要减小管道水平摩擦力时采用），以及滚柱支架（当要减小管道轴向摩擦力时采用）；铰接支架亦称为摇摆支架，仅承受垂直荷载，允许管道在平面上做任何方向的移动，一般布置在自由膨胀的拐弯点。当支架无法在地面生根时，亦可采用吊架。吊架一般固定在建筑梁上，因此在建筑结构设计中应预留负荷。对技术改造工程，应复核原有建筑梁的承受能力，做必要加固处理。管道吊架一般分刚性吊架和弹簧吊架两种。刚性吊架作用与活动支架相同。弹簧吊架则设置在管道系统具有垂直位移处，以承受管道质量并限制位移方向。

3.管道热补偿

对于高温烟气管道系统，当烟气及周围环境温度发生变化时，因管道的热胀冷缩而产生一定的应力。当此应力超过管道系统的承受极限时，就会造成破坏。因此，对高温烟气管道系统，必须进行热补偿设计。

（1）管道热伸长计算：管道由于温度变化引起的伸缩量Δl可按下式计算

式中，a——管材的线膨胀系数，对于普通碳素钢可取0.012mm/（m·℃）；

l——两个固定支架间管道长度，m；

t1——管壁最高温度，℃；

t2——管壁最低温度，℃，一般取当地冬季室外采暖计算温度。

（2）管道热补偿设计：为了保证管道系统在热状态下的稳定和安全，吸收管道热胀冷缩所产生的应力，管道系统每隔一定距离应装设固定支架及补偿装置。

管道热伸长补偿方法有自然补偿和补偿器补偿两类。自然补偿是利用管道自然转弯管段（L形或Z形）来吸收管道热伸长形变。这类补偿方式简单，且管道变形时会产生横向位移。因此，对直径为1000mm以上的管道不宜采用，以免管道支架受扭力过大；补偿器补偿是高温烟气净化系统常用的补偿方式。常用的补偿器有柔性材料套管式补偿器和波形补偿器等。