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知识点一　化工管道基本知识

管道是指由管道元件连接或装配而成，在生产装置中用于输送工艺介质的工艺管道、公用工程管道及其他辅助管道。管道元件是指连接或装配成管道系统的各种零部件的总称。包括管道组成件、管道支承件、安全装置和附属设施等。

一、管道元件的DN（公称尺寸）和PN（公称压力）

按国家标准GB/T 1047—2005《管道元件 DN（公称尺寸）的定义和选用》规定，DN（公称尺寸）的定义为：用于管道系统元件的字母和数字组合的尺寸标识。它由字母DN和无因次的整数数字组成。这个数字与端部连接件的孔径或外径（用mm表示）等特征尺寸直接相关。除另有规定外，字母DN后面的数字不代表测量值，也不用于计算。DN与我国工程界惯称的“公称直径”的含义相同。

按国家标准GB/T 1048—2005《管道元件——PN（公称压力）的定义和选用》规定，PN（公称压力）的定义为：与管道系统元件的力学性能和尺寸特性相关，用于参考的字母和数字组合的标识。它由字母PN和无因次的数字组成。PN后的数字不代表测量值，不应用于计算，除非有关标准中另有规定。除与相关标准有关联外，PN不具有意义。具有相同PN和DN数值的所有管道元件同与其相配的法兰应具有相同的配合尺寸。

二、管道组成件

用于连接或装配管道的元件。包括管子、管件、管法兰、盲板、密封组件、紧固件、阀门、热补偿器、安全保护装置以及诸如膨胀节、挠性接头、耐压软管、疏水器、过滤器、管路中的节流装置和分离器等。

1.管子

（1）管子的表示方法

①用公称直径DN来表示。例如：DN100。公称直径既不是管子内径，也不是管子外径，是为了实现化工管道标准化而规定的数值。凡是同一公称直径的管子，外径必定相同，但内径则因壁厚不同而异。例如，ϕ57mm×3.5mm和ϕ57mm×4.5mm的无缝钢管，都称为公称直径为50mm的钢管，但它们的内径分别为50mm和48mm。

公称直径和公称压力都是管道标准化的指标，主要是为了简化管子、管件的品种规格，统一管子、管件的主要参数与结构尺寸，便于成批生产，使产品具有互换性，以满足设计、安装、维护、检修工作的需要。

②用外径来表示。用管子的外径和壁厚来表达管子的规格。常用于无缝钢管和有色金属管。

例如：ϕ108×6。其中ϕ表示直径，108为管子外径，6为管子壁厚。

③用英寸来表示。水煤气钢管的公称直径用英寸（符号in）表示，有1/8″、1/4″、3/8″、1/2″、3/4″、1″、1.25″、1.5″、2″、2.5″、3″等。

在英制单位中，1英寸等于8分，常说的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）管子的材料及其选用　在选用管子时，必须考虑被输送物料的性质和它的腐蚀性，同时也应考虑物料状态和压力，在不同的温度及压力范围内，管子必须能保持一定的机械强度。管子选用的材料，视所输送物料性质而定，常采用的材料有灰铸铁、碳钢、有色金属、橡胶、玻璃、塑料等。

①金属管。金属管在化工管路中应用极为广泛，常用的有铸铁管、钢管、有色金属管。

a.铸铁管：普通铸铁管由灰铸铁铸造而成。灰铸铁用于制造普通的阀件、管件以及受压较小的管子。铸铁管及其管阀件常用作埋入地下的给排水管、煤气管道以及有腐蚀性物料的管路。

b.钢管：用于制造钢管的常用材料有普通碳素钢、优质碳素钢、低合金钢和不锈钢等。按制造方式又可分为有缝钢管和无缝钢管。

有缝钢管又称为焊接钢管，一般由碳素钢制成。表面镀锌的有缝钢管称镀锌管或白口管，不镀锌的称黑铁管。有缝钢管常用于低压流体的输送，如水、煤气、天然气、低压蒸汽和冷凝液等。

无缝钢管质量均匀、品种齐全、强度高、韧性好、管段长，是工业管道中最常用的管材。按轧制方法不同，无缝钢管分为热轧管和冷轧管两种。冷轧管的外径为ϕ5～200mm，长度为1.5～9m；热轧管的外径为ϕ32～600mm，长度为3～12.5m。无缝钢管的材质常用10^#、20^#、16Mn、09Mn2V、12CrMo、15CrMo等。

不锈钢无缝钢管常用材质有0Cr13、1Cr13、1Cr18Ni9Ti、0Cr18Ni12Mo2Ti等。冷轧管的外径为ϕ6～200mm，长度为1.5～8m；热轧管的外径为ϕ54～480mm，长度为1.5～10m。

c.有色金属管

铜及铜合金管：铜管有紫铜管和黄铜管两种，紫铜管含铜量为99.5%～99.9%。黄铜管材料则为铜和锌的合金。铜管的常用规格为：外径ϕ5～155mm，长度为1～6m，壁厚1～3mm。铜管导热性能好，大多用于制造换热设备、深冷管路，也常用作仪表测量管和液压传输管路。

铝及铝合金：铝管常用工业纯铝制造。铝合金管则多采用5A02、5A03、5A05、5A06、3A21、2A11等制成。由于铝及铝合金具有良好的耐腐蚀和导热性，常用于输送脂肪酸、硫化氢、二氧化碳气体等介质，还可以用于输送硝酸、乙酸、磷酸等腐蚀性介质，但不能用于盐酸、碱液等含氯离子的化合物。铝及铝合金的使用温度一般不超过150℃，介质压力不超过0.6MPa。

②非金属管

a.塑料管：在非金属管路中，应用最广泛的是塑料管。塑料管种类很多，分为热塑性塑料管和热固性塑料管两大类。属于热塑性的有聚氯乙烯管、聚乙烯管、聚甲醛管等。属于热固性塑料的有酚醛塑料管等。塑料管的主要优点是耐蚀性能好、重量轻、成型方便、加工容易，缺点是强度较低，耐热性差。

b.橡胶管：橡胶管用天然橡胶或合成橡胶制成。按性能和用途不同有纯胶管、夹布胶管、棉线纺织胶管、高压胶管等。橡胶管重量轻、挠性好，安装拆卸方便，对多种酸碱液具有耐腐蚀性能。橡胶管为软管，可任意弯曲，多用来作临时性管路和某些管路的挠性连接件。橡胶管不能用作输送硝酸、有机酸和石油产品的管路。

2.管件

管件是将管子连接起来的元件，使管子变径、改变介质流向等作用，管件按制造方法或制造材料分为无缝管件、有缝管件、锻制管件、金属管件和非金属管件等。按功能可分为直通、三通、四通、弯头、短管、异径管、活接头、翻边短节、金属波纹膨胀节、PE管件、堵头、封头等。

管件在选用时，应遵守相应的国家标准或行业标准，其压力级别（公称压力）、公称尺寸、材质和介质要与管材要求相符或高于其要求。

（1）弯头　弯头的作用主要是用来改变管路的走向，如图1-1所示。弯头可用直管弯曲而成，也可用管子组焊，还可用铸造或锻造的方法制造。弯头的常用材料为碳钢和合金钢。弯头的形状常有45°、60°、90°、180°等。

（2）三通　当管路之间需要连通或分流时，其接头处的管件称为三通，如图1-2所示。三通可用铸造或锻造方法制造，也可组焊而成。根据接入管的角度和旁路管径的不同，可分为正三通、斜三通。接头处的管件除三通外，还有四通、Y形管等。

（3）短管和异径管　为了安装、拆卸的方便，在化工管路中通常装有短管。短管两端直径相同的称等径管，两端直径不同的称异径管。异径管可改变流体的流速。短管与管子的连接通常采用法兰或螺纹连接方式，也可采用焊接。短管与异径管的结构形式如图1-3所示。

3.管法兰、盲板与密封组件

管法兰、垫片用于管道组成件可拆连接点处相邻元件间的连接，主要分为钢制法兰、铸铁法兰、非金属材料法兰、石棉橡胶垫片、橡胶密封圈、金属环垫片、石墨复合垫片、缠绕式垫片等。

管法兰、盲板及密封组件是为了满足生产工艺要求，用于管道组成件可拆连接点处相邻元件间的连接，或者为了制造、安装和检修方便而采用的一种管道连接形式。为使连接接头能安全运行并获得满意的密封效果，选用时要对管法兰的结构形式、密封面形式、垫片的材料和结构形式、紧固件的材料和尺寸全面地进行综合考虑，正确选用。管法兰已标准化，使用时可根据公称压力和公称直径选取。管法兰的选用可按照国家标准GB/T 9112—2010《钢制管法兰　类型与参数》执行。垫片的选用和紧固件的选用可按照相应的国家标准执行。

4.阀门

阀门是控制或调节介质流动量的压力管道元件。管路中使用不同种类的阀门，可起到控制流体的压力、流向、流量的作用，也可以起到截断或连通管路、引出支路、降压、汽水分流等作用。阀门的结构见子项目二中的知识点一。

5.热补偿器

为了保证管路的安全运行，对工作温度与安装温度差超过极限温度变化量的管路，都应考虑热变形的补偿问题。管路的补偿方式有自动补偿和补偿器补偿两种。

（1）自动补偿　是利用管路本身自然弯曲管段的弹性变形来吸收热变形的补偿方式。常见的管段自动热补偿如图1-4所示。

（2）补偿器补偿　当管路的冷热变形量大，管路本身的自动补偿能力不够时，就必须在管路中设置补偿器进行补偿。补偿器有以下几种。

①回折管式补偿器：是将直管弯曲成一定几何形状而制成的，常见的有弓形和袋形，分别如图1-5和图1-6所示。这种补偿器的补偿原理是利用刚度较小的回折管弹性变形量来吸收连接在其两端的直管冷热变形量。

②波形补偿器：是利用金属薄壳挠性构件的弹性变形来吸收管道的热伸长量。根据其形状，可以分为波形、鼓形和盘形等几种，如图1-7所示，其中使用较多的是波形补偿器。

③填料式补偿器：又称套管式补偿器，按结构不同，分为单向活动和双向活动两种，其结构分别如图1-8和图1-9所示。它们的补偿原理是相同的，都是靠插管在套管内的自由伸缩来补偿管路的冷热变形量，在套管与插管间有密封填料，以阻止介质泄漏。

④球形补偿器：结构如图1-10所示。它是利用补偿器的活动球形部分角向弯转来吸收管道的热变形量，它允许管子在一定范围内相对转动，因而其两端直管可以不必严格地在一直线上，适用于有三向位移的管道。这种补偿器结构紧凑，占用的空间小。

6.安全保护装置和附属设施

安全保护装置和附属设施是预警、泄压、控制等保障管道安全运行，或者预防外界对管道破坏的装置。安全保护装置和附件包括安全阀、减压阀、压力表、温度计、爆破片和紧急切断阀等。附属设施包括视镜、过滤器、分离器、阴极保护、泵站、阀站、监控系统等。