配管设计基础培训PPT 40页

'配管设计基础交流 配管设计1.配管设计简介海上平台设施配管设计主要分为两个阶段，既基本设计阶段和详细设计阶段。基本设计阶段的主要工作是完成配管规格书编制，对管径2″和2″以上管道进行规划布置，确定单体设备（橇）进出管道大致方位，给出料单；详细设计是在基本设计基础上完善配管规格书，对管带、设备配管进一步细化，增加管径2″以下管道设计，确定单体设备（橇）进出管道最终方位和详细料单。 必须具备的条件或资料工艺流程图（PFD）反映主要设备部件和工艺条件的示意图，在这些图上应标明流量、压力和温度。工艺管道及仪表流程图（P&ID）该图比工艺流程图更详细地说明工艺系统。图中应绘出仪表和所有控制装置，注明所有设备和阀门，并给出管道尺寸、数量、管材及每条管道流动方向。在配管设计中存在对流程图（P&ID）提出某些调整，特别是公用工程流程图管道表表中列有管道编号、输送介质、起止点、管径、操作温度和压力、设计温度和压力、材料选用等级、保温伴热要求等信息。 必须具备的条件或资料此外还有泵、压缩机数据表、安全阀和调节阀数据表、单体设备和橇装设备图、设备布置平面图、平台甲板平面和立面结构设计图等2.配管设计的一般要求应符合有关的规范、标准和惯例应符合工艺要求工艺专业提供的工艺管道及仪表流程图（P&ID）明确表示了管道连接流向，物流的引出或汇入点及其特殊要求，要求分支或汇入对称布置，管径的放大或缩小、液封的高度，要求无液袋/无气袋，指定的阀门、法兰、仪表元件、取样点、腐蚀检测点等的位置，管道材料选用级别的分界点，管道保温、伴热和人身保护范围等。 配管设计的一般要求统筹规划设计时应进行全平台统筹规划，做到安全、流程通畅、经济便于施工、操作和维修。应优先考虑大直径、合金管道等特殊管道的布置。同时管道布置应整齐有序，尽量横平竖直，成组成排，便于支撑，但不排除局部采用斜线连接，尤其是立式容器和管壳式冷换设备的配管。并同时考虑管道支撑的可能性和合理性。整个平台的管道，纵向与横向的标高应错开，通常改变方向可改变标高，但特殊要求或条件允许时也可平拐。在满足设计要求前提下，将管系的重量降到最小。在保证管道柔性及管道对设备机泵管嘴的作用力和力矩不超出允许值的情况下紧凑布置。 配管设计的一般要求尽量架空海上生产设施管系设计受空间的限制，通常采用吊架支撑管道于上一层甲板下，既能有效利用可利用的空间，又能满足安全、工艺流程、操作、维修的要求。管道不宜直接安装在格栅或地板上。不妨碍设备、机泵和控制仪表的操作与维修在布置管道前，对有关设备、机泵和自控仪表的操作维修特点应有足够的了解，以便留出足够的空间。对在停工大检修时，需要整体移出进行维修的设备，应留出足够的检修吊装区域和空间。在人员通行处，管道底部的净高不宜小于2.2m。满足仪表元件对配管的要求流量计、孔板前后对直管段长度的要求，热电偶温度计套管对管径的要求等。管道本身应有足够的柔性尽量利用管道的自然形状吸收热胀自行补偿。当管道柔性不足时，最常用的方法是改变走向或在某个方向增加管道的长度。 配管设计的一般要求不出现或少出现气袋和液袋，尽量避免“盲肠”管道尽量“步步高”或“步步低”不出现或少出现气袋和液袋。尽量避免“盲肠”。不可避免时，应于高点设排气阀，低点设排液阀。高点排气口管径不小于1/2″，低点排液口管径不小于3/4″。气体和蒸汽管道的支管应从主管上方引出或汇入。为避免机械杂质进入设备、机泵、自控仪表时，支管宜从主管的侧面或上方接出或汇入。液相管道的支管宜从主管的侧面或下方接出或汇入。尽可能采用焊接连接除了必要的法兰或螺纹连接外，尽可能采用焊接连接。焊接连接是保证管道避免渗漏的最佳连接。必须采用法兰或螺纹连接的场合包括设备、机泵的管嘴，接口端为法兰或螺纹的阀门、管件、小型设备（过滤器、阻火器、视镜等）和仪表元件，镀锌管，管道材料变更点以及需设置盲板的部位等。变径管件应紧靠需要变径的位置，以使布置紧凑，节约管材减少焊缝。当同一地点设置两个或两个以上法兰组件时，宜直接连接以省去中间短管和法兰，法兰的位置应避免处于逃生通道、人行通道和机泵上方。管道穿甲板和墙管道穿过甲板或墙壁时，孔洞的大小应不小于管外径或隔热层外径加50mm。管道有横向位移时孔径应适当加大。当安装或检修且管道法兰需从孔洞抽出时，孔洞的大小应为法兰外 配管设计的一般要求径加50mm。穿过墙壁和甲板的管道，必要时在穿孔处应加套管并以软质材料封堵。甲板上的孔洞应时应设挡水堰并高出甲板面约50mm，处于顶层的必要时设防雨罩。管道的焊缝不应位于孔洞范围内。管道应尽量避免穿过A60或H60防火墙或甲板。不可避免时，防火墙开口处应装钢制套管，套管壁厚≥3mm，长度900mm，套管应有防火绝缘层，该绝缘层应至少与管道通过的墙壁或甲板的耐火完整性一样。直管段焊缝间距直管段两相邻焊缝间的净距应不小于3倍管壁厚，短管净长度应不小于5倍管壁厚，且不小于75mm。对于公称直径≥2″的管道，两邻焊缝间的净距应不小于100mm。弯管平台上需要通球清管的管道在改变走向时应采用弯管，根据清管球的形状，其最小弯曲半径为3～5倍公称直径。高压管线一般也是算3倍半径，吹灰管线是5倍 配管设计的一般要求管道应予妥善支承尽量利用平台结构和设备支撑管道，即使这样会增加管道的拐弯和长度。应根据不同的需要选用具有不同功能的支吊架和支撑部件。有隔热层的管道应加管鞋。成排的主管或成排的上下重叠布置的水平管可以采取管外壁对齐的敷设方法，以便支撑。支吊架所生根的设备、结构应能承受支吊架所施加的荷载，还应考虑生根点产生位移对管道的影响。生根在合金或需热处理的设备上的支吊架应事先焊好支耳等生根件。支吊架的布置应做到检修时不致因拆除或部分管道后使其余管道处于无支撑状态。由于小直径管道的跨距小，要特别注意小直径管道的布置，当设备、结构不能提供足够的支撑点以满足小管的跨距时，可将小管布置在大管附近，以便利用大管支撑小管。对于多根小管，宜成组布置以便支撑，同时也较美观。 配管设计的一般要求海管紧急关断阀海底油（气）管道在进或出平台时，均要设置紧急关断阀以确保平台和海管的安全。海管紧急关断阀通常要求安置在水下，但由于经济缘故，关断阀也常常被安装在平台工作甲板以下的地方，但要考虑对关断阀进行防火、防撞保护，同时海管紧急关断阀下游尽量避免开孔或接支管。不同压力等级和材质管道连接分界面对于不同压力等级而材质相同的管道，其压力等级分界面通常是管道上第一个阀门下游法兰；不同材质的管道连接应避免焊接，而采用法兰连接，分界面法兰应为绝缘法兰或普通法兰加绝缘垫片以防止不同材质产生电化学腐蚀。 平台管廊上管道布置原则管廊宽度与层数依据工艺管道及仪表流程图、管道表和设备布置平面图，确定管廊上管道走向及根数并进行管廊上管道布置，根据管道走向调整局部通过管廊的管道，合理利用空间，从而确定管廊的宽度及层数。同时在管道排列布置时，宜留有10%～30%的空位，并要考虑预留空位的荷载。大管径（≥10″）大管径，特别是输送液体的管道尽量靠近吊架立柱布置，以使吊架的梁承受较小的弯矩。小直径的管道宜布置在管架的中央部位。双层管廊管廊上管道可以布置成单层或双层，必要时也可以布置三层。对于双层管廊，上下层间距一般为1.2～2m，主要取决于管廊上多数的管道直径。通常气体管道、热的管道宜布置在上层，液体管道、非金属管道及腐蚀性介质管道宜布置在下层。仪表电缆和电气电缆槽架宜布置在上层。 平台管廊上管道布置原则需要热补偿管道需要热补偿管道宜布置在横梁端部，以便设置“П”形膨胀弯。热补偿不能局限于在管廊范围内考虑其补偿方式，应当从管道的起点至终点对整个管系进行分析以便确定合理补偿方案。管道变径敷设在管廊上的管道改变管径时应采用偏心大小头以保持管底标高。管道有坡度要求敷设在管廊上要求有坡度的管道可以通过调整管鞋高度或在管鞋下加型钢或钢板垫枕的办法来实现。对于放空气体总管（或火炬总管）宜布置在管廊上层，坡向分液罐或其它设备，坡度宜不小于0.01，该管所有支管都应从该管的顶部连接。标高敷设在管廊上的管道采用管底标高；与设备相连接的管道采用管心标高。标高均为本层甲板面为基准的相对标高。 平台管廊上管道布置原则管间距管道间净距应满足管子焊接、保温层及组成件安装维修的要求。通常两条管道上最突出部分间距不小于50mm，有侧向位移的管道应适当加大管间距；管道突出部分或保温层外壁的最突出部分距管架立柱、结构梁、建筑物墙面的净距不小于50mm，有法兰的地方应考虑拧紧法兰螺栓所需空间。平行管道间最小距离见图2-9-1和表2-9-2～3。450交差管道最小间距见图2-9-2和表2-9-4～5。有保温层的管道间距可由表2-9-4～5经简单计算得到。不保温管保温管图2-9-1平行管道的最小间距 管道间距 管道间距 管道间距 管道间距 管道支撑管道支吊架配管设计，既要满足工艺流程的要求，还要考虑设备、机泵、管道及其组成件的受力情况，保证长周期安全运转。通常一次应力的大小是衡量管系能否安全运行的标准之一。一次应力如果过大，管系可能会被破坏。一次应力是由管道的内压和外载产生的，其大小与作用在管系上的荷载及管道或配件的截面有关。当平台生产的规模确定后，管径的大小也就确定了，配管时是不能任意改变的，而管道应力和支架承受荷载的大小却可以通过设置支吊架加以调整。因此，支吊架的设置对管系一次应力的大小有直接的关系。二次应力是由于管系变形受阻而引起的，正确选用支吊架，能够起到使管系适应变形的需要，同时还可以根据需要，选择某种支架去限制管系某个方向的位移，以减少设备管嘴的受力。管系振动会引起管道和管架的疲劳损坏，因此配管设计还要考虑防止或控制管系发生振动。支吊架的选型和设置，对改善管系的振动也起着重要作用。 管道支撑1、种类和形式管道支吊架的种类就其结构而言型式众多，但仅考虑其功能和用途时，可分为以下几类 管道支撑2、管道支撑选用原则管道支吊架型式的选择，主要考虑：管道的强度、刚度；输送介质的温度（保温或保冷）、工作压力；管材的线膨胀系数；管道运行后的受力状态及管道安装的实际位置状况（支承点所承受的荷载大小和方向、管道的位移）等。同时应考虑制作和安装成本。在管道上不允许有任何位移的地方，应设置固定支吊架。支吊架要生根在固定的平台结构上。管路膨胀及固定支架的设计应考虑减少对设备所产生的推力。在管道上无垂直位移或垂直位移很小的地方，可装活动或刚性支吊架。活动支吊架的型式应根据管道对摩擦作用的不同来选择： 管道支撑管道支撑选用原则在水平管路上只允许有轴向位移而不允许有横向位移的地方，应装导向支架。为防止管道过大的横向位移和可能承受的冲击荷载，一般在下列地方设置导向管鞋，以保证管道只沿着轴向位移：如以下几种安全阀出口的高速放空管道和可能产生振动的两相流管道。横向位移过大可能影响邻近管道时，固定支架之间的距离过长，可能产生横向不稳定时。为防止法兰和活接头泄漏要求管道不宜有过大的横向位移时。为防止振动管道出现过大的横向位移时。水平安装的方形补偿器或弯管附近的支架，一端应为滑动，以使管段受热膨胀时，能够自由地横向移动。为便于工厂成批生产，加快建设速度，设计时应尽可能选用标准U型卡、管鞋和管吊架。 管道支撑焊接型的管鞋、管吊架卡箍型的管鞋、管吊架省钢材，且制作简单，施工方便。因此，除下列情况外，应尽量采用焊接型的管鞋和管吊；管内介质温度≥400℃的碳素钢材质的管道。输送冷冻介质的管道。合金钢材质的管道。生产中需要经常拆卸检修的管道。架空敷设且不易施工焊接的管道。当架空敷设的管道热胀量超过100mm时，应选用加长管鞋，以免管鞋滑到管架梁下。对于不保温的管道，在无特殊要求情况下，一般不设置管鞋，直接放在梁架或管道支架上，但对大直径薄壁管道，易在管道底部衬托加强板保护。管路重型附件的附近，应装设支吊架，以承受附件主要荷载。支架生根焊在钢制设备上时，所用垫板应按设备外型成型。当碳钢设备壁厚大于38mm时，应取得设备专业的同意。当生根在合金设备上时，垫板材料应与设备材料相同，并应取得设备专业的同意。 管道支吊架位置的确定管道支吊架的设置，通常应根据管径、管道形状、阀门和管件位置，以及可以生根的部位等因素确定。具体体现：靠近管系的两端，当管系与设备相连接时，尽量靠近设备管嘴，以减少其受力；管系中有阀门、小型管道设备等集中载荷时应设在集中载荷的附近；弯管附近，大直径三通式分支管处附近；管系有垂直管段时宜在垂直管段上部或下部设承重支架，垂直管段很长，中间应设导向支架；尽可能利用建筑物、平台结构粱、柱设支架的生根结构，且不使粱柱弯曲变形；检查附近的管道，看是否可以合用一个管架；支吊架位置，不妨碍管洗与设备的连接和检修。不设在需要经常拆卸、清洗和维修的部位上。 管道支吊架位置的确定管道最大允许跨距（推荐表）不保温管道最大允许跨距见表2-9-6。保温管道最大允许跨距见表2-9-7。玻璃钢管的最大允许跨距见表2-9-8。铜镍合金管的最大允许跨距见表2-9-9。管道最大导向间距的确定当对管道需要考虑约束由风载、地震、温度变形等引起的横向位移，或要避免因不平衡内压、热胀推力及支承点摩擦力造成管段轴向失稳时，应设置必要的导向架，并限制最大导向间距。垂直管段的导向间距按表2-9-10选用。 管道支吊架位置的确定水平管段的导向间距按表2-9-12选用 管道支吊架位置的确定确定管道支吊架位置的要点首先要满足管道最大允许跨度的要求。在有集中荷载时，支架要布置在靠近荷载的地方，以减少偏心荷载和弯曲应力。在敏感设备（泵、压缩机等）附近，应设置支架，以防管道荷载作用于设备管嘴。往复式压缩机的吸入或排出管道以及其他有强烈振动的管道，宜单独设置支架，（支架生根于甲板结构上的管墩、管架上）。承重支架应安装在靠近设备管嘴处，以减少管嘴受力。如果管道重量过重，一个承重支架承重有困难时，可增设一个弹簧承重支架。对于复杂的管系，尤其需要作较精确的热应力计算的管系，宜按下面步骤设置支架：第一步将复杂管系用固定支架或导向支架划分为几个罗为简单的管段；第二步在集中荷载点附近配置支架；第三步按规定的最大允许跨距设置其余支架；第四步进行热应力核算，根据核算结果调整支吊架的位置。 支吊架形式4、支吊架系列支吊架系列包括支架、管鞋、U型管卡管吊架等四大类。支吊架系列施工图请参照相关规格书。支吊架型号表示为：××-××-××公称直径（弯头支托管或被支管）支托材料要求(与被支管一致)支吊架公称尺寸；吊卡管卡：管公称直径；吊杆：吊杆直径与螺纹方向固定方式，参见表2-9-12支吊架型号，参见表2-9-13 支吊架形式如下表 支吊架形式支吊架支（吊）架主要包括悬臂支（吊）架、三角支（吊）架、双柱支（吊）架、单柱支（吊）架，适用于公称直径1/2～24″碳钢及合金钢的保温和不保温管道。支架的材质通常为A3钢。参见图2-9-4～7和表2-9-14～17。 支吊架形式 支吊架形式 支吊架形式 支吊架形式 支吊架形式 支吊架形式 支吊架形式 其他支架形式管鞋系列包括固定管鞋、止推管鞋、导向管鞋及滑动管鞋。本系列适用于1/2″～24″的保温或不保温的管道，不适用于非金属及保冷管道。管鞋材质选用A3钢或与管道同材质。 管鞋 管鞋 管鞋'