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知識(shí)點(diǎn)一　化工管道基本知識(shí)

管道是指由管道元件連接或裝配而成，在生產(chǎn)裝置中用于輸送工藝介質(zhì)的工藝管道、公用工程管道及其他輔助管道。管道元件是指連接或裝配成管道系統(tǒng)的各種零部件的總稱。包括管道組成件、管道支承件、安全裝置和附屬設(shè)施等。

一、管道元件的DN（公稱尺寸）和PN（公稱壓力）

按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1047—2005《管道元件 DN（公稱尺寸）的定義和選用》規(guī)定，DN（公稱尺寸）的定義為：用于管道系統(tǒng)元件的字母和數(shù)字組合的尺寸標(biāo)識(shí)。它由字母DN和無(wú)因次的整數(shù)數(shù)字組成。這個(gè)數(shù)字與端部連接件的孔徑或外徑（用mm表示）等特征尺寸直接相關(guān)。除另有規(guī)定外，字母DN后面的數(shù)字不代表測(cè)量值，也不用于計(jì)算。DN與我國(guó)工程界慣稱的“公稱直徑”的含義相同。

按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 1048—2005《管道元件——PN（公稱壓力）的定義和選用》規(guī)定，PN（公稱壓力）的定義為：與管道系統(tǒng)元件的力學(xué)性能和尺寸特性相關(guān)，用于參考的字母和數(shù)字組合的標(biāo)識(shí)。它由字母PN和無(wú)因次的數(shù)字組成。PN后的數(shù)字不代表測(cè)量值，不應(yīng)用于計(jì)算，除非有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中另有規(guī)定。除與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)聯(lián)外，PN不具有意義。具有相同PN和DN數(shù)值的所有管道元件同與其相配的法蘭應(yīng)具有相同的配合尺寸。

二、管道組成件

用于連接或裝配管道的元件。包括管子、管件、管法蘭、盲板、密封組件、緊固件、閥門、熱補(bǔ)償器、安全保護(hù)裝置以及諸如膨脹節(jié)、撓性接頭、耐壓軟管、疏水器、過濾器、管路中的節(jié)流裝置和分離器等。

1.管子

（1）管子的表示方法

①用公稱直徑DN來(lái)表示。例如：DN100。公稱直徑既不是管子內(nèi)徑，也不是管子外徑，是為了實(shí)現(xiàn)化工管道標(biāo)準(zhǔn)化而規(guī)定的數(shù)值。凡是同一公稱直徑的管子，外徑必定相同，但內(nèi)徑則因壁厚不同而異。例如，?57mm×3.5mm和?57mm×4.5mm的無(wú)縫鋼管，都稱為公稱直徑為50mm的鋼管，但它們的內(nèi)徑分別為50mm和48mm。

公稱直徑和公稱壓力都是管道標(biāo)準(zhǔn)化的指標(biāo)，主要是為了簡(jiǎn)化管子、管件的品種規(guī)格，統(tǒng)一管子、管件的主要參數(shù)與結(jié)構(gòu)尺寸，便于成批生產(chǎn)，使產(chǎn)品具有互換性，以滿足設(shè)計(jì)、安裝、維護(hù)、檢修工作的需要。

②用外徑來(lái)表示。用管子的外徑和壁厚來(lái)表達(dá)管子的規(guī)格。常用于無(wú)縫鋼管和有色金屬管。

例如：?108×6。其中?表示直徑，108為管子外徑，6為管子壁厚。

③用英寸來(lái)表示。水煤氣鋼管的公稱直徑用英寸（符號(hào)in）表示，有1/8″、1/4″、3/8″、1/2″、3/4″、1″、1.25″、1.5″、2″、2.5″、3″等。

在英制單位中，1英寸等于8分，常說的4分管是指二分之一英寸，6分管是指四分之三英寸，1in等于2.54cm。

（2）管子的材料及其選用　在選用管子時(shí)，必須考慮被輸送物料的性質(zhì)和它的腐蝕性，同時(shí)也應(yīng)考慮物料狀態(tài)和壓力，在不同的溫度及壓力范圍內(nèi)，管子必須能保持一定的機(jī)械強(qiáng)度。管子選用的材料，視所輸送物料性質(zhì)而定，常采用的材料有灰鑄鐵、碳鋼、有色金屬、橡膠、玻璃、塑料等。

①金屬管。金屬管在化工管路中應(yīng)用極為廣泛，常用的有鑄鐵管、鋼管、有色金屬管。

a.鑄鐵管：普通鑄鐵管由灰鑄鐵鑄造而成。灰鑄鐵用于制造普通的閥件、管件以及受壓較小的管子。鑄鐵管及其管閥件常用作埋入地下的給排水管、煤氣管道以及有腐蝕性物料的管路。

b.鋼管：用于制造鋼管的常用材料有普通碳素鋼、優(yōu)質(zhì)碳素鋼、低合金鋼和不銹鋼等。按制造方式又可分為有縫鋼管和無(wú)縫鋼管。

有縫鋼管又稱為焊接鋼管，一般由碳素鋼制成。表面鍍鋅的有縫鋼管稱鍍鋅管或白口管，不鍍鋅的稱黑鐵管。有縫鋼管常用于低壓流體的輸送，如水、煤氣、天然氣、低壓蒸汽和冷凝液等。

無(wú)縫鋼管質(zhì)量均勻、品種齊全、強(qiáng)度高、韌性好、管段長(zhǎng)，是工業(yè)管道中最常用的管材。按軋制方法不同，無(wú)縫鋼管分為熱軋管和冷軋管兩種。冷軋管的外徑為?5～200mm，長(zhǎng)度為1.5～9m；熱軋管的外徑為?32～600mm，長(zhǎng)度為3～12.5m。無(wú)縫鋼管的材質(zhì)常用10^#、20^#、16Mn、09Mn2V、12CrMo、15CrMo等。

不銹鋼無(wú)縫鋼管常用材質(zhì)有0Cr13、1Cr13、1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni12Mo2Ti等。冷軋管的外徑為?6～200mm，長(zhǎng)度為1.5～8m；熱軋管的外徑為?54～480mm，長(zhǎng)度為1.5～10m。

c.有色金屬管

銅及銅合金管：銅管有紫銅管和黃銅管兩種，紫銅管含銅量為99.5%～99.9%。黃銅管材料則為銅和鋅的合金。銅管的常用規(guī)格為：外徑?5～155mm，長(zhǎng)度為1～6m，壁厚1～3mm。銅管導(dǎo)熱性能好，大多用于制造換熱設(shè)備、深冷管路，也常用作儀表測(cè)量管和液壓傳輸管路。

鋁及鋁合金：鋁管常用工業(yè)純鋁制造。鋁合金管則多采用5A02、5A03、5A05、5A06、3A21、2A11等制成。由于鋁及鋁合金具有良好的耐腐蝕和導(dǎo)熱性，常用于輸送脂肪酸、硫化氫、二氧化碳?xì)怏w等介質(zhì)，還可以用于輸送硝酸、乙酸、磷酸等腐蝕性介質(zhì)，但不能用于鹽酸、堿液等含氯離子的化合物。鋁及鋁合金的使用溫度一般不超過150℃，介質(zhì)壓力不超過0.6MPa。

②非金屬管

a.塑料管：在非金屬管路中，應(yīng)用最廣泛的是塑料管。塑料管種類很多，分為熱塑性塑料管和熱固性塑料管兩大類。屬于熱塑性的有聚氯乙烯管、聚乙烯管、聚甲醛管等。屬于熱固性塑料的有酚醛塑料管等。塑料管的主要優(yōu)點(diǎn)是耐蝕性能好、重量輕、成型方便、加工容易，缺點(diǎn)是強(qiáng)度較低，耐熱性差。

b.橡膠管：橡膠管用天然橡膠或合成橡膠制成。按性能和用途不同有純膠管、夾布膠管、棉線紡織膠管、高壓膠管等。橡膠管重量輕、撓性好，安裝拆卸方便，對(duì)多種酸堿液具有耐腐蝕性能。橡膠管為軟管，可任意彎曲，多用來(lái)作臨時(shí)性管路和某些管路的撓性連接件。橡膠管不能用作輸送硝酸、有機(jī)酸和石油產(chǎn)品的管路。

2.管件

管件是將管子連接起來(lái)的元件，使管子變徑、改變介質(zhì)流向等作用，管件按制造方法或制造材料分為無(wú)縫管件、有縫管件、鍛制管件、金屬管件和非金屬管件等。按功能可分為直通、三通、四通、彎頭、短管、異徑管、活接頭、翻邊短節(jié)、金屬波紋膨脹節(jié)、PE管件、堵頭、封頭等。

管件在選用時(shí)，應(yīng)遵守相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其壓力級(jí)別（公稱壓力）、公稱尺寸、材質(zhì)和介質(zhì)要與管材要求相符或高于其要求。

（1）彎頭　彎頭的作用主要是用來(lái)改變管路的走向，如圖1-1所示。彎頭可用直管彎曲而成，也可用管子組焊，還可用鑄造或鍛造的方法制造。彎頭的常用材料為碳鋼和合金鋼。彎頭的形狀常有45°、60°、90°、180°等。

（2）三通　當(dāng)管路之間需要連通或分流時(shí)，其接頭處的管件稱為三通，如圖1-2所示。三通可用鑄造或鍛造方法制造，也可組焊而成。根據(jù)接入管的角度和旁路管徑的不同，可分為正三通、斜三通。接頭處的管件除三通外，還有四通、Y形管等。

（3）短管和異徑管　為了安裝、拆卸的方便，在化工管路中通常裝有短管。短管兩端直徑相同的稱等徑管，兩端直徑不同的稱異徑管。異徑管可改變流體的流速。短管與管子的連接通常采用法蘭或螺紋連接方式，也可采用焊接。短管與異徑管的結(jié)構(gòu)形式如圖1-3所示。

3.管法蘭、盲板與密封組件

管法蘭、墊片用于管道組成件可拆連接點(diǎn)處相鄰元件間的連接，主要分為鋼制法蘭、鑄鐵法蘭、非金屬材料法蘭、石棉橡膠墊片、橡膠密封圈、金屬環(huán)墊片、石墨復(fù)合墊片、纏繞式墊片等。

管法蘭、盲板及密封組件是為了滿足生產(chǎn)工藝要求，用于管道組成件可拆連接點(diǎn)處相鄰元件間的連接，或者為了制造、安裝和檢修方便而采用的一種管道連接形式。為使連接接頭能安全運(yùn)行并獲得滿意的密封效果，選用時(shí)要對(duì)管法蘭的結(jié)構(gòu)形式、密封面形式、墊片的材料和結(jié)構(gòu)形式、緊固件的材料和尺寸全面地進(jìn)行綜合考慮，正確選用。管法蘭已標(biāo)準(zhǔn)化，使用時(shí)可根據(jù)公稱壓力和公稱直徑選取。管法蘭的選用可按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 9112—2010《鋼制管法蘭　類型與參數(shù)》執(zhí)行。墊片的選用和緊固件的選用可按照相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

4.閥門

閥門是控制或調(diào)節(jié)介質(zhì)流動(dòng)量的壓力管道元件。管路中使用不同種類的閥門，可起到控制流體的壓力、流向、流量的作用，也可以起到截?cái)嗷蜻B通管路、引出支路、降壓、汽水分流等作用。閥門的結(jié)構(gòu)見子項(xiàng)目二中的知識(shí)點(diǎn)一。

5.熱補(bǔ)償器

為了保證管路的安全運(yùn)行，對(duì)工作溫度與安裝溫度差超過極限溫度變化量的管路，都應(yīng)考慮熱變形的補(bǔ)償問題。管路的補(bǔ)償方式有自動(dòng)補(bǔ)償和補(bǔ)償器補(bǔ)償兩種。

（1）自動(dòng)補(bǔ)償　是利用管路本身自然彎曲管段的彈性變形來(lái)吸收熱變形的補(bǔ)償方式。常見的管段自動(dòng)熱補(bǔ)償如圖1-4所示。

（2）補(bǔ)償器補(bǔ)償　當(dāng)管路的冷熱變形量大，管路本身的自動(dòng)補(bǔ)償能力不夠時(shí)，就必須在管路中設(shè)置補(bǔ)償器進(jìn)行補(bǔ)償。補(bǔ)償器有以下幾種。

①回折管式補(bǔ)償器：是將直管彎曲成一定幾何形狀而制成的，常見的有弓形和袋形，分別如圖1-5和圖1-6所示。這種補(bǔ)償器的補(bǔ)償原理是利用剛度較小的回折管彈性變形量來(lái)吸收連接在其兩端的直管冷熱變形量。

②波形補(bǔ)償器：是利用金屬薄殼撓性構(gòu)件的彈性變形來(lái)吸收管道的熱伸長(zhǎng)量。根據(jù)其形狀，可以分為波形、鼓形和盤形等幾種，如圖1-7所示，其中使用較多的是波形補(bǔ)償器。

③填料式補(bǔ)償器：又稱套管式補(bǔ)償器，按結(jié)構(gòu)不同，分為單向活動(dòng)和雙向活動(dòng)兩種，其結(jié)構(gòu)分別如圖1-8和圖1-9所示。它們的補(bǔ)償原理是相同的，都是靠插管在套管內(nèi)的自由伸縮來(lái)補(bǔ)償管路的冷熱變形量，在套管與插管間有密封填料，以阻止介質(zhì)泄漏。

④球形補(bǔ)償器：結(jié)構(gòu)如圖1-10所示。它是利用補(bǔ)償器的活動(dòng)球形部分角向彎轉(zhuǎn)來(lái)吸收管道的熱變形量，它允許管子在一定范圍內(nèi)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，因而其兩端直管可以不必嚴(yán)格地在一直線上，適用于有三向位移的管道。這種補(bǔ)償器結(jié)構(gòu)緊湊，占用的空間小。

6.安全保護(hù)裝置和附屬設(shè)施

安全保護(hù)裝置和附屬設(shè)施是預(yù)警、泄壓、控制等保障管道安全運(yùn)行，或者預(yù)防外界對(duì)管道破壞的裝置。安全保護(hù)裝置和附件包括安全閥、減壓閥、壓力表、溫度計(jì)、爆破片和緊急切斷閥等。附屬設(shè)施包括視鏡、過濾器、分離器、陰極保護(hù)、泵站、閥站、監(jiān)控系統(tǒng)等。