管道布置(配管設計)應包括裝置設備布置設計和管道布置設計兩部分。
裝置設備布置設計是指通過計算機三維模型、電子CAD圖或者圖紙將一個生產(chǎn)裝置所用的機械、設備、建筑物、構(gòu)筑物等按一定的規(guī)則進行定位的設計過程。它涉及工藝流程要求,生產(chǎn)操作和檢修要求,與四鄰關系的要求,所在地形、地貌和面積大小的要求,自然環(huán)境和生活環(huán)境的要求等。裝置設備布置設計的好壞直接影響到裝置的操作、檢修、安全、美觀和經(jīng)濟性,它對管道設計也起到一個宏觀控制作用。
管道布置設計是通過計算機三維模型、電子CAD圖或者圖紙來表示出管道位置、走向、支承等,并能滿足工藝流程的要求,滿足管道強度、剛度的要求,滿足操作、維護、消防的要求等,最后給出管道及其元件的用量。
管道布置設計首先要了解設計條件和用戶要求,然后確定設計應用標準規(guī)范,并由管道材料專業(yè)確定管道等級,最后進行管道走向、支承、操作平臺等方面的綜合規(guī)劃和布置,并將有關的、必要的管道由管道機械專業(yè)進行應力分析。
1. 設計條件
設計的條件應包括裝置建設的環(huán)境條件(如溫度、濕度、風力、風向、雨雪、地震、地質(zhì)、周邊環(huán)境等)、工藝條件(如水、電、汽、風等公用工程條件及裝置規(guī)模、介質(zhì)性質(zhì)、介質(zhì)溫度、介質(zhì)壓力、開停工時間、操作工況等)、建設周期(如設計計劃表、采購計劃表、施工計劃表和開工時間等)等。用戶有時也常提出一些要求,如操作要求、安全消防要求、環(huán)保要求、器材標準要求、設計文件編制內(nèi)容要求等。設計條件和用戶要求都是設計的基礎條件。合理的設計在于把這些條件中提出的要求賦以運用,既要十分重視這些要求,又要對某些要求進行適當?shù)钠胶猓罱K做到在技術(shù)、經(jīng)濟、安全等方面均為最佳。
2. 管道走向
管道的走向設計就是確定管道以怎樣的一個空間、路徑和形狀把相關的設備連起來。良好的管道走向應規(guī)則整齊,建設費用最低,運行起來安全可靠。具體設計過程中應考慮下面一些原則:管道的走向應滿足工藝要求,距離最短,不妨礙操作和檢查,不妨礙設備的檢修,能夠排凝排氣,支架容易設置,熱脹補償容易進行等;多根管道在一起時應排列整齊,交錯層次分明,并盡可能共用支承;并排的法蘭和閥門應相互錯開以便于操作,并減少間距以節(jié)省占用空間;操作點應集中設置;多路管道的布置應對稱布置,不能使各路介質(zhì)相互干擾或發(fā)生偏流等。
3. 管道定位
管道的定位就是在管道走向確定的情況下詳細計算并確定管道的定位尺寸。在確定管道的定位尺寸時應充分考慮隔熱及防腐等施工的影響,熱脹位移的影響,法蘭及閥門操作檢修的影響,儀表元件對管道結(jié)構(gòu)尺寸的要求,管道及其元件的安裝空間要求,支承生根位置的要求等。
4. 閥門定位
閥門的定位首先應滿足工藝的要求,其次尚應滿足操作、維護的要求,同時還應考慮防凍、防凝要求,大閥門的支承要求,管道振動、熱脹等對閥門強度可靠性的影響等。
5. 操作平臺設置
操作平臺的設置除滿足管道的操作要求之外,尚應考慮設備上儀表、人孔、手孔、視鏡等方面的操作維護要求,同時還應考慮設備部件、管道元件的檢修要求,巡回檢查要求,爬梯或梯子的安全設置要求,消防要求,照明要求等。操作平臺一般由相應的設備、加熱爐、土建等專業(yè)設計,配管專業(yè)應向這些專業(yè)提供所需要的平臺資料。操作平臺的委托資料應包括平臺的大小、平臺荷載、梯子形式等內(nèi)容。
6. 放空排凈設計
放空排凈的設計要滿足管道開、停工以及管道液壓試驗時的高點排氣、低點排凈的要求。管道在高點存氣時會造成管道的氣阻、相連泵的抽空或汽蝕及停工時因燃氣的積存而產(chǎn)生火災危險等,而管道在低點存液時會造成介質(zhì)的凝凍或停工時因燃油的積存而產(chǎn)生火災危險等。因此,對于管道的高點和低點應設置相應的排氣或排凈設施。在進行管道的高點排氣或低點排凈設計時,尚應考慮對環(huán)境污染的問題。
7. 隔熱設計
管道隔熱的目的是減少管道在運行中的熱量或冷量損失,以節(jié)約能源;避免、限制或延遲管道內(nèi)介質(zhì)的凝固、凍結(jié),以維持正常生產(chǎn);減少生產(chǎn)過程中介質(zhì)的“溫升”或“溫降”,以提高相應設備的生產(chǎn)能力;防止管道表面的結(jié)露;降低和維持工作環(huán)境溫度,改善勞動條件,防止因熱表面導致的火災和防止操作人員燙傷。管道的隔熱設計就是通過選取適當?shù)母魺岵牧虾透魺岷穸纫詽M足上述的要求。
8. 防腐設計
防腐的設計是通過選取適當?shù)姆栏苛虾头栏Y(jié)構(gòu),以達到管道及其元件免遭環(huán)境腐蝕的目的。在選擇防腐涂料時,應考慮它與被涂物的使用條件相適應,與被涂物表面的材質(zhì)相適應。防腐涂料的底漆與面漆應正確配套,并且要求所選涂料應經(jīng)濟合理,并具備施工條件。
9. 支吊架設計
支吊架的設計應滿足管道強度和剛度的需要,同時尚應能有效地降低管道對機械設備產(chǎn)生較大的附加荷載,防止管道的振動等。管道支吊架的設計包括支吊架形式的選用、支吊架材料的選用、支吊架強度的計算、生根點的荷載委托等方面的內(nèi)容。
10. 儀表元件定位
儀表元件的定位應滿足儀表元件的操作、觀察、維護等方面的要求,同時尚要考慮儀表元件對管道結(jié)構(gòu)尺寸的要求(如孔板前、后的直管段要求)、儀表附屬元件對操作空間的要求(如浮球液位計對空間的要求、儀表箱開啟對空間的要求等)等。
11. 取樣設計
取樣的設計應滿足操作方便的要求,同時尚應考慮取樣時的危險性、取樣介質(zhì)的新鮮性、對環(huán)境的污染以及防凍防凝的要求等。不同的介質(zhì),其取樣位置、接頭方式和取樣設施有所不同。
12. 伴熱設計
伴熱包括電伴熱、蒸汽伴熱、熱水伴熱和熱油伴熱,后三者需要管道設計人員設計伴熱站位置,確定伴熱管的始、末端,畫出伴熱圖,統(tǒng)計伴熱材料。
13. 計算機四維、三維模型、兩維電子圖紙的設計
以前,由于計算機水平落后,壓力管道設計人員只能徒手在圖紙上一筆一畫地繪制,把裝置設備布置設計和管道布置設計的內(nèi)容表述出來?,F(xiàn)在,更多的是使用效率高的計算機專用軟件輔助設計。使用四維、三維、二維多專業(yè)協(xié)同壓力管道設計,在設計過程中,還需要進行碰撞檢查、軸測圖的自動抽取、平面圖的切取、平面圖的標注等工作內(nèi)容。
14. 圖例標識及圖幅安排
圖例的標識及圖幅的安排應符合繪圖規(guī)范的要求,并便于識別。圖面應清晰整潔,線條分明,表達完整,與相關設計文件的連接表達清楚等。
15. 設計接口
在管道設計的各階段,應陸續(xù)向相關專業(yè)提交有關的設計條件。這些資料大致包括設備管口方位、建構(gòu)筑物的形式及結(jié)構(gòu)尺寸、設備附加管道重量情況(有時是與有關專業(yè)一道向土建專業(yè)提供設備基礎荷重資料)、管架上的管子重量及可預見的管子推力、平臺梯子資料、建構(gòu)筑物開孔埋件資料、照明資料、給排水接點資料、排污點資料、儀表元件位置資料、工程實物量(給技術(shù)經(jīng)濟專業(yè)或費用控制專業(yè))等。
16. 設計文件的編制
在完成管道的詳細設計之后,應編制相應的文件資料,使它與管道設計圖紙一起組成一個完整的管道設計文件。這些文件資料應包括資料圖紙目錄、管道設計說明書、管道表、管道等級表、管段材料表、管道材料表、管道設備規(guī)格表、管道設備規(guī)格書、管道支吊架匯總表、非標管道設備圖、非標支吊架圖等。
資料圖紙目錄分區(qū)域目錄和裝置目錄兩種。如果該裝置不分區(qū),可只編裝置目錄。資料圖紙目錄應包括該裝置中管道設計專業(yè)編制的所有圖紙、文件資料和復用設計文件資料的目錄,并按照文字資料、圖紙、復用文件的先后順序編排。
管道設計說明書應包括管道的設計原則、設計思路、執(zhí)行規(guī)范、典型配管研究、典型的管道柔性設計數(shù)據(jù)、與儀表專業(yè)的分工、識圖方法(圖例)、施工要求、采購要求、其他要說明的問題等。
管道等級表是針對一系列介質(zhì)條件而編制的管道器材應用明細表。它包括等級號、設計條件(設計壓力、設計溫度和介質(zhì))、管道公稱壓力等級、管道壁厚等級、管道元件材料、管道元件形式、管道元件應用規(guī)范和材料規(guī)范等內(nèi)容。一般情況下,管道等級表是由管道材料工程師完成的。
管道材料表和管道設備規(guī)格表是管段材料表的分類匯總(有的工程公司把這兩個表合在一起稱為管道材料匯總表),是采購和備料的重要設計文件。前者主要包括了管子、彎頭、三通、大小頭、管帽、加強管嘴、加強管接頭、異徑短節(jié)、螺紋短節(jié)、管箍、儀表管嘴、漏斗、快速接頭、法蘭、墊片、螺栓、螺母、限流孔板、盲板、法蘭蓋等管道器材元件的分類匯總。后者則主要包括了閥門、過濾器、疏水器、視鏡、彈簧支吊架等管道器材元件的分類匯總。完整的描述應包括管道元件名稱、結(jié)構(gòu)形式、規(guī)格、數(shù)量、壓力等級(或壁厚等級)、連接方式、材料、材料規(guī)范、應用標準及其他需要說明的屬性等內(nèi)容。另外,作為裝置的管道材料表和管道設備規(guī)格表還應計人施工損耗附加量。
管道設備規(guī)格書是一個采購用的設計文件,當管道設備規(guī)格表不能完全表達管道設備的屬性時,應編制該文件。管道設備規(guī)格書除給出上述管道設備規(guī)格表所包含的內(nèi)容外,還應給出設計條件、詳細結(jié)構(gòu)描述、分解零部件材料等特殊要求。有時,管道設備規(guī)格書并不納入出版的設計文件中,而是作為訂貨技術(shù)文件編入采購時的訂貨技術(shù)附件中。
管道支吊架匯總表是將裝置中采用的支吊架進行分類匯總的一個設計文件,它為支吊架的采購和工廠預制提供了方便。
非標管道設備圖和非標支吊架圖是針對標準之外的管道設備和支吊架而繪制的制造詳圖。這一類圖紙不宜太多,換句話說,應鼓勵選用標準的管道設備和支吊架,這樣做有利于降低工程投資,加快設計、制造、施工等各階段的進度。
管道布置是一個繁雜而細致的設計過程,它占據(jù)了壓力管道設計過程中的大部分工作量。配管工程師在進行管道布置時,除了應具備管道布置的必備知識,還要具備管道材料設計和管道機械設計的一定知識,才能真正地做好裝置設備布置設計和管道布置設計。