管道布置(配管設(shè)計(jì))應(yīng)包括裝置設(shè)備布置設(shè)計(jì)和管道布置設(shè)計(jì)兩部分。
裝置設(shè)備布置設(shè)計(jì)是指通過計(jì)算機(jī)三維模型、電子CAD圖或者圖紙將一個(gè)生產(chǎn)裝置所用的機(jī)械、設(shè)備、建筑物、構(gòu)筑物等按一定的規(guī)則進(jìn)行定位的設(shè)計(jì)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(guān)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(shè)備布置設(shè)計(jì)的好壞直接影響到裝置的操作、檢修、安全、美觀和經(jīng)濟(jì)性,它對(duì)管道設(shè)計(jì)也起到一個(gè)宏觀控制作用。
管道布置設(shè)計(jì)是通過計(jì)算機(jī)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(qiáng)度、剛度的要求,滿足操作、維護(hù)、消防的要求等,最后給出管道及其元件的用量。
管道布置設(shè)計(jì)首先要了解設(shè)計(jì)條件和用戶要求,然后確定設(shè)計(jì)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,并由管道材料專業(yè)確定管道等級(jí),最后進(jìn)行管道走向、支承、操作平臺(tái)等方面的綜合規(guī)劃和布置,并將有關(guān)的、必要的管道由管道機(jī)械專業(yè)進(jìn)行應(yīng)力分析。
1. 設(shè)計(jì)條件
設(shè)計(jì)的條件應(yīng)包括裝置建設(shè)的環(huán)境條件(如溫度、濕度、風(fēng)力、風(fēng)向、雨雪、地震、地質(zhì)、周邊環(huán)境等)、工藝條件(如水、電、汽、風(fēng)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(shí)間、操作工況等)、建設(shè)周期(如設(shè)計(jì)計(jì)劃表、采購計(jì)劃表、施工計(jì)劃表和開工時(shí)間等)等。用戶有時(shí)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(biāo)準(zhǔn)要求、設(shè)計(jì)文件編制內(nèi)容要求等。設(shè)計(jì)條件和用戶要求都是設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)條件。合理的設(shè)計(jì)在于把這些條件中提出的要求賦以運(yùn)用,既要十分重視這些要求,又要對(duì)某些要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)钠胶猓罱K做到在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全等方面均為最佳。
2. 管道走向
管道的走向設(shè)計(jì)就是確定管道以怎樣的一個(gè)空間、路徑和形狀把相關(guān)的設(shè)備連起來。良好的管道走向應(yīng)規(guī)則整齊,建設(shè)費(fèi)用最低,運(yùn)行起來安全可靠。具體設(shè)計(jì)過程中應(yīng)考慮下面一些原則:管道的走向應(yīng)滿足工藝要求,距離最短,不妨礙操作和檢查,不妨礙設(shè)備的檢修,能夠排凝排氣,支架容易設(shè)置,熱脹補(bǔ)償容易進(jìn)行等;多根管道在一起時(shí)應(yīng)排列整齊,交錯(cuò)層次分明,并盡可能共用支承;并排的法蘭和閥門應(yīng)相互錯(cuò)開以便于操作,并減少間距以節(jié)省占用空間;操作點(diǎn)應(yīng)集中設(shè)置;多路管道的布置應(yīng)對(duì)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(xì)計(jì)算并確定管道的定位尺寸。在確定管道的定位尺寸時(shí)應(yīng)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(duì)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(yīng)滿足工藝的要求,其次尚應(yīng)滿足操作、維護(hù)的要求,同時(shí)還應(yīng)考慮防凍、防凝要求,大閥門的支承要求,管道振動(dòng)、熱脹等對(duì)閥門強(qiáng)度可靠性的影響等。
5. 操作平臺(tái)設(shè)置
操作平臺(tái)的設(shè)置除滿足管道的操作要求之外,尚應(yīng)考慮設(shè)備上儀表、人孔、手孔、視鏡等方面的操作維護(hù)要求,同時(shí)還應(yīng)考慮設(shè)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(shè)置要求,消防要求,照明要求等。操作平臺(tái)一般由相應(yīng)的設(shè)備、加熱爐、土建等專業(yè)設(shè)計(jì),配管專業(yè)應(yīng)向這些專業(yè)提供所需要的平臺(tái)資料。操作平臺(tái)的委托資料應(yīng)包括平臺(tái)的大小、平臺(tái)荷載、梯子形式等內(nèi)容。
6. 放空排凈設(shè)計(jì)
放空排凈的設(shè)計(jì)要滿足管道開、停工以及管道液壓試驗(yàn)時(shí)的高點(diǎn)排氣、低點(diǎn)排凈的要求。管道在高點(diǎn)存氣時(shí)會(huì)造成管道的氣阻、相連泵的抽空或汽蝕及停工時(shí)因燃?xì)獾姆e存而產(chǎn)生火災(zāi)危險(xiǎn)等,而管道在低點(diǎn)存液時(shí)會(huì)造成介質(zhì)的凝凍或停工時(shí)因燃油的積存而產(chǎn)生火災(zāi)危險(xiǎn)等。因此,對(duì)于管道的高點(diǎn)和低點(diǎn)應(yīng)設(shè)置相應(yīng)的排氣或排凈設(shè)施。在進(jìn)行管道的高點(diǎn)排氣或低點(diǎn)排凈設(shè)計(jì)時(shí),尚應(yīng)考慮對(duì)環(huán)境污染的問題。
7. 隔熱設(shè)計(jì)
管道隔熱的目的是減少管道在運(yùn)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(yīng)設(shè)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(dòng)條件,防止因熱表面導(dǎo)致的火災(zāi)和防止操作人員燙傷。管道的隔熱設(shè)計(jì)就是通過選取適當(dāng)?shù)母魺岵牧虾透魺岷穸纫詽M足上述的要求。
8. 防腐設(shè)計(jì)
防腐的設(shè)計(jì)是通過選取適當(dāng)?shù)姆栏苛虾头栏Y(jié)構(gòu),以達(dá)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(shí),應(yīng)考慮它與被涂物的使用條件相適應(yīng),與被涂物表面的材質(zhì)相適應(yīng)。防腐涂料的底漆與面漆應(yīng)正確配套,并且要求所選涂料應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理,并具備施工條件。
9. 支吊架設(shè)計(jì)
支吊架的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足管道強(qiáng)度和剛度的需要,同時(shí)尚應(yīng)能有效地降低管道對(duì)機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生較大的附加荷載,防止管道的振動(dòng)等。管道支吊架的設(shè)計(jì)包括支吊架形式的選用、支吊架材料的選用、支吊架強(qiáng)度的計(jì)算、生根點(diǎn)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(yīng)滿足儀表元件的操作、觀察、維護(hù)等方面的要求,同時(shí)尚要考慮儀表元件對(duì)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(duì)操作空間的要求(如浮球液位計(jì)對(duì)空間的要求、儀表箱開啟對(duì)空間的要求等)等。
11. 取樣設(shè)計(jì)
取樣的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足操作方便的要求,同時(shí)尚應(yīng)考慮取樣時(shí)的危險(xiǎn)性、取樣介質(zhì)的新鮮性、對(duì)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(shè)施有所不同。
12. 伴熱設(shè)計(jì)
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(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)伴熱站位置,確定伴熱管的始、末端,畫出伴熱圖,統(tǒng)計(jì)伴熱材料。
13. 計(jì)算機(jī)四維、三維模型、兩維電子圖紙的設(shè)計(jì)
以前,由于計(jì)算機(jī)水平落后,壓力管道設(shè)計(jì)人員只能徒手在圖紙上一筆一畫地繪制,把裝置設(shè)備布置設(shè)計(jì)和管道布置設(shè)計(jì)的內(nèi)容表述出來。現(xiàn)在,更多的是使用效率高的計(jì)算機(jī)專用軟件輔助設(shè)計(jì)。使用四維、三維、二維多專業(yè)協(xié)同壓力管道設(shè)計(jì),在設(shè)計(jì)過程中,還需要進(jìn)行碰撞檢查、軸測(cè)圖的自動(dòng)抽取、平面圖的切取、平面圖的標(biāo)注等工作內(nèi)容。
14. 圖例標(biāo)識(shí)及圖幅安排
圖例的標(biāo)識(shí)及圖幅的安排應(yīng)符合繪圖規(guī)范的要求,并便于識(shí)別。圖面應(yīng)清晰整潔,線條分明,表達(dá)完整,與相關(guān)設(shè)計(jì)文件的連接表達(dá)清楚等。
15. 設(shè)計(jì)接口
在管道設(shè)計(jì)的各階段,應(yīng)陸續(xù)向相關(guān)專業(yè)提交有關(guān)的設(shè)計(jì)條件。這些資料大致包括設(shè)備管口方位、建構(gòu)筑物的形式及結(jié)構(gòu)尺寸、設(shè)備附加管道重量情況(有時(shí)是與有關(guān)專業(yè)一道向土建專業(yè)提供設(shè)備基礎(chǔ)荷重資料)、管架上的管子重量及可預(yù)見的管子推力、平臺(tái)梯子資料、建構(gòu)筑物開孔埋件資料、照明資料、給排水接點(diǎn)資料、排污點(diǎn)資料、儀表元件位置資料、工程實(shí)物量(給技術(shù)經(jīng)濟(jì)專業(yè)或費(fèi)用控制專業(yè))等。
16. 設(shè)計(jì)文件的編制
在完成管道的詳細(xì)設(shè)計(jì)之后,應(yīng)編制相應(yīng)的文件資料,使它與管道設(shè)計(jì)圖紙一起組成一個(gè)完整的管道設(shè)計(jì)文件。這些文件資料應(yīng)包括資料圖紙目錄、管道設(shè)計(jì)說明書、管道表、管道等級(jí)表、管段材料表、管道材料表、管道設(shè)備規(guī)格表、管道設(shè)備規(guī)格書、管道支吊架匯總表、非標(biāo)管道設(shè)備圖、非標(biāo)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(yīng)包括該裝置中管道設(shè)計(jì)專業(yè)編制的所有圖紙、文件資料和復(fù)用設(shè)計(jì)文件資料的目錄,并按照文字資料、圖紙、復(fù)用文件的先后順序編排。
管道設(shè)計(jì)說明書應(yīng)包括管道的設(shè)計(jì)原則、設(shè)計(jì)思路、執(zhí)行規(guī)范、典型配管研究、典型的管道柔性設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、與儀表專業(yè)的分工、識(shí)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(jí)表是針對(duì)一系列介質(zhì)條件而編制的管道器材應(yīng)用明細(xì)表。它包括等級(jí)號(hào)、設(shè)計(jì)條件(設(shè)計(jì)壓力、設(shè)計(jì)溫度和介質(zhì))、管道公稱壓力等級(jí)、管道壁厚等級(jí)、管道元件材料、管道元件形式、管道元件應(yīng)用規(guī)范和材料規(guī)范等內(nèi)容。一般情況下,管道等級(jí)表是由管道材料工程師完成的。
管道材料表和管道設(shè)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(gè)表合在一起稱為管道材料匯總表),是采購和備料的重要設(shè)計(jì)文件。前者主要包括了管子、彎頭、三通、大小頭、管帽、加強(qiáng)管嘴、加強(qiáng)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(yīng)包括管道元件名稱、結(jié)構(gòu)形式、規(guī)格、數(shù)量、壓力等級(jí)(或壁厚等級(jí))、連接方式、材料、材料規(guī)范、應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)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(shè)備規(guī)格表還應(yīng)計(jì)人施工損耗附加量。
管道設(shè)備規(guī)格書是一個(gè)采購用的設(shè)計(jì)文件,當(dāng)管道設(shè)備規(guī)格表不能完全表達(dá)管道設(shè)備的屬性時(shí),應(yīng)編制該文件。管道設(shè)備規(guī)格書除給出上述管道設(shè)備規(guī)格表所包含的內(nèi)容外,還應(yīng)給出設(shè)計(jì)條件、詳細(xì)結(jié)構(gòu)描述、分解零部件材料等特殊要求。有時(shí),管道設(shè)備規(guī)格書并不納入出版的設(shè)計(jì)文件中,而是作為訂貨技術(shù)文件編入采購時(shí)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(jìn)行分類匯總的一個(gè)設(shè)計(jì)文件,它為支吊架的采購和工廠預(yù)制提供了方便。
非標(biāo)管道設(shè)備圖和非標(biāo)支吊架圖是針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)之外的管道設(shè)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(yīng)鼓勵(lì)選用標(biāo)準(zhǔn)的管道設(shè)備和支吊架,這樣做有利于降低工程投資,加快設(shè)計(jì)、制造、施工等各階段的進(jìn)度。
管道布置是一個(gè)繁雜而細(xì)致的設(shè)計(jì)過程,它占據(jù)了壓力管道設(shè)計(jì)過程中的大部分工作量。配管工程師在進(jìn)行管道布置時(shí),除了應(yīng)具備管道布置的必備知識(shí),還要具備管道材料設(shè)計(jì)和管道機(jī)械設(shè)計(jì)的一定知識(shí),才能真正地做好裝置設(shè)備布置設(shè)計(jì)和管道布置設(shè)計(jì)。