管路系統
流體輸送裝置 (化工裝置 第一冊      
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單元五  管路系統

[本單元提要]

一、管路系統的功能
二、管的分類
三、鋼管的規格
四、抽製管的規格
五、管的材料
六、管件
七、

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一、管路系統的功能

                1.管路系統(pipeline system):簡稱為管路(pipe line),由(pipe)管件(pipe fitting)
                                                                 (valve)
組成。        

                 2.
管路系統的功能:化工廠中用以連接各項裝置,輸送流體進出設備,以進行物理
                                                    及化學反應。
   
                
                3.
配管(piping):管路的施工。

二、管 

        2.1管的分類 

   
                (pipes)可分(pipe)抽製管(tube)軟管(hose)等三種,如表1.5.1 

   
                                           1.5.1  管的分類

分類 

種類 

特點 

(pipe) 

鋼管、不鏽鋼管、鑄鐵管 

管徑較大及管壁較厚者 

抽製管(tube)

銅管、無縫鋼管 

管壁薄、易傳熱、易彎曲

軟管(hose) 

橡皮管、軟塑膠管、帆布管 

以軟質材料擠壓或編織而成 

         2.2 鋼管的規格 

   
          1.法規:一般係依照ANSI的法規製造。 

                 2.
公稱管徑(nominal pipe diameter)管內徑的接近值,方便稱呼,實際外徑則較此值
                                                                            為大。
 

            
     3.管號(schedule number):管號愈大者,管壁愈厚愈耐壓,自最輕的10號至最耐壓的
                                                           160
號,共分10級。 

                 4.公稱管徑相同的管子外徑皆相同,以方便連接。   

           2.3 抽製管的規格 

           1.抽製管的長度
:沒有固定長度,常盤成百公尺以上出售。

                 2.ANSI
規定的公稱管徑即抽製管的外徑。

                 3.
抽製管的壁厚:伯明罕線規(BWGBirmingham wire gauge),以規號(gauge number)
                                               
定之,自最輕薄的24號至最厚重的7號等多種。

                  2.4 管的材料

                 管的材料鐵金屬、非鐵金屬非金屬等三大類,分述如下: 

                 1.
金屬材料鋼管鑄鐵管不袗管三種。 

                      (1)
鋼管 
                   
(a鋼管的彎曲性及焊接性良好,且價格便宜,最適合一般程序使用。

                     (b) 無 縫鋼管以抽製法製造,可耐高溫及高壓,適合用作鍋爐爐管、熱交換器的換熱管。
   
                  (c) 鋼管的表面通常會鍍鋅處理以增加耐蝕性,所以也稱鍍鋅鋼管
   
             
                 (2) 鑄鐵管 
                     鑄鐵管的質地硬脆,不易加工,但是對土壤及海水的耐蝕性優於鋼管,
                      常用作廢水管路,或內襯
石墨、樹脂等作為自來水管路。 

   
              (3) 不鏽鋼管
                
(a不鏽鋼俗稱白鐵,是碳鋼的合金,具耐酸、鹼、鹽及耐高溫
                       的優點。
                
(b)化學工業上最常使用的不鏽鋼有SUS 304SUS 316兩種,其組成皆含
                       有
18%的鉻及8%的鎳,但後者因多含了2%的鉬(Mo),耐蝕性更佳。
                
(a)不鏽鋼管因可保持潔白無鏽,廣用於食品與醫藥工業。

                2.非鐵金屬材料 

   
                    (1) 純銅管 
   
                              純銅(copper)俗稱紅銅管,質軟但韌性佳,具有良好的導熱性,可用作
                           熱交換器的換熱管、儀表管線及釀酒工廠的配管。
 

                       (2)
黃銅管 
                                 黃銅
(brass)是銅與鋅的合金,銅約佔40~60%。強韌、堅硬且鑄造性良好,
                            廣用作熱交換器的換熱管。
 

   
                    (3) 青銅管 
   
                             青銅(bronze)是銅與錫的合金,強度與黃銅相當,但耐蝕性更佳。

                       (4) 鉛管 
   
                                 鉛表面可形成一層氧化物的保護膜,故耐蝕性好,可用於硫酸、磷酸工業,
                            但質軟易變形,一般用作鋼管的裡襯。
 

                 3. 非金屬材料 

   
                    (1) 塑膠管 
                     (a) 塑膠管的材料有
PVCPEPPFRP特夫綸(teflon)等,以PVC管用量最多。
                       (b)
PVC常用作供水管、排水管及廢水管。
                     (c)
FRP具耐蝕性、材質輕穎、施工容易的優點,近年來運用頗多。
                      (d) 環氧樹脂、酚醛樹脂、特夫綸等塗佈於金屬管內層,可增加對酸、鹼的耐
                                蝕性。


   
                     (2) 橡膠管 
                    (
a橡膠管因橡膠的材質不同,性質差異頗大。天然橡膠管,價廉,可耐酸
                                   及一般化學品。

                    (
b矽橡膠管可耐熱、酸及鹼。
                    (
c紐普韌橡膠(Neoprene)管具良好的耐油性。

      三、管件 

                  管件(pipe fitting):管路中用來連接管子、改變流向或管徑的配件。 

                 1.
管件的分類與功能 
                            管件
依照其功能可分為接頭類異徑接頭類分支接頭類管端接頭類
                    頭類
伸縮緩衝管類等,各類中所包括的管件及其用途如表1.5.2 

                        表
1.5.2  管件的分類及其功能

分類 

名稱 

功能 

接頭類 

管接頭、螺紋接管、管套節、凸緣 

連接兩支相同直徑的管子 

異徑接頭類 

漸縮管、襯套 

連接兩支不同直徑的管子 

分支接頭類 

T形管、Y形管、十字管 

增加管的支路 

管端接頭類 

管帽、管塞 

終止管路 

彎頭類 

管、大曲肘管 

改變流向 

伸縮緩衝管類 

伸縮管接頭、伸縮曲管 

使管可伸縮、彎曲或容許振動 

              2. 常用的管件 

                       (1) 
接頭類管件             
                             接頭類管件
管接頭、螺紋接頭、管套節凸緣接頭等,其特點及圖形如
                              表
1.5.3 

                   表
1.5.3  接頭類管件的特點及圖形

名稱 

特點 

圖形 

管接頭 

(coupling) 

具有內螺紋的短管,用於連接兩支等直徑的管子。 

 1.5.1   

螺紋接管 

(nipple)

具有公螺紋的短管,用於連接管子。 

 1.5.2  

管套節 

(union) 

俗稱由任,連接管子時可不必轉動管子。 

 1.5.3  

凸緣接頭 

(flange) 

也稱為法蘭,用於較大管子的連接 

 1.5.4 

                   (2).異徑接頭類管件 
                                    異徑接頭類管件漸縮管襯套等兩種,其特點及圖形如表1.5.4

                       表1.5.4  異徑接頭類管件

         

 特   

  形  

 漸縮管 

(reducer) 

用於大小管子連接。兩端均具有母螺紋 

 1.5.5  

 襯套 

(bushing) 

用於大小管子連接。一端為公螺紋,另一端為母螺紋 

 1.5.6  

                    (3)    分支接頭類管件 
   
                   分支接頭類管件T形管Y形管十字形管等三種,其特點及圖形如表1.5.5 

                        表1.5.5  分支接頭類管件 

 

 特  

  形  

T形管 

(Tee type))

增加ㄧ支路。

1.5.7  

Y形管

(Y type)

增加一支路 

1.5.8

十字形管

(cross) 

增加兩支路

1.5.9

                    (4) 管端接頭類管件
   
                   管端接頭類管件管帽管栓等兩種,其特點及圖形如表1.5.6 

                               表1.5.6  管端接頭類管件 

名稱

特點

圖形

管帽

(cap)

終止管路

1.5.10 

管栓

(plug)

終止管路

1.5.11 

                   (5)  彎頭類管件 
   
                  彎頭類管件肘管彎管雌雄肘管等三種,其特點及圖形如表1.5.7 

            表1.5.7  彎頭類管件 

名稱 

特點 

圖形 

肘管 

(elbow) 

改變流體的方向。

 1.5.12

彎管

(bend)

改變流體的方向,曲率半徑比肘管大。 

 圖1.5.13

雌雄肘管

(street elbow)

一端具公螺紋,另一端具母螺紋的肘管。

 1.5.14

              3. 管的連接法 
   
                        管子的連接方法視管徑大小及使用場合而定,可分為螺紋接合焊接接合
                    凸緣結合
插承接合等,其接合法及使用場合如表
1.5.8

1.5.8  管的連接法 

方法名稱 

接合法

使用場合

螺紋接合

(screw joint)

  • 事先在管端以絞牙機絞出公螺紋,配合管接頭將兩支管子連接。
  • 為增加密合性,連接之前須先於螺紋表面塗密合膠或纏數圈特夫綸(teflon)製的止漏帶。

直徑3吋以下管子

螺紋接合處管徑較薄,較不耐壓。 

焊接接合

(welded joint) 

  • 以氣焊或電焊接合。
  • 焊接的密閉性最好,安全性最高,但安裝的工資較高,且拆卸不便。

不再拆卸的場合。 

凸緣接合 

(flange joint) 

  • 凸緣先以焊接或螺旋連接於管端,再以螺桿栓入凸緣上的圓孔,旋緊固定。
  • 為增加密合性,兩凸緣面間須襯以墊片(gasket)
  • 墊片的材料有橡膠、石棉、金屬、特夫綸等。

2吋以上的粗管子。 

插承接合 

(bell and spigot joint) 

  • 此類管子於製造時一端先鑄成鐘形插入,以容另一管端插入而接合,再用水泥、樹脂等填入縫隙密合。

脆質材料如鑄鐵管、水泥管及陶瓷管等無法以焊接或螺旋接合的管子。 

四、閥 

        1.(valve):控制管路中流體流動的機件。

   
        2.閥有活門、龍頭、凡而等別名。

3.              3.閥的裝置費用約佔工廠全部管線材料的25~30%,維修費用也達全廠的8%,故為
                    管路系統中極為重要的一環。

     4.閥的分類
   
                       可依照其功能分為阻塞閥節流閥、止回閥其他等四類其包括的型式及
                   功能如表
1.5.9

                                            表1.5.9  閥的分類及功能

分類 

型式 

功能 

阻塞閥  

(stop valve)

閘閥、旋塞閥、球塞閥 

僅需全開或全關,使流體通過或阻斷 

節流閥  

(throttling valve) 

球閥、針閥、蝶形閥

可精確調節流量

止回閥  

(check valve)

單向閥

阻止流體逆流

其他

安全閥、控制閥、減壓閥

  

              5. 重要的閥 

   
              (1阻塞閥 
   
                           阻塞閥(stop valve)是操作時僅需全開或全關,以使流體通過或阻斷的閥。常用
                    的阻塞閥有閘閥栓塞閥球塞閥等,其特點及圖形如表
1.5.10 

                     表1.5.10  常用的阻塞閥 

閘閥

(gate valve)

  • 構造包括閥體、閘門、手輪與連桿等四個部份
  • 閘閥的連桿有升桿式與不升桿式兩種
  • 閘閥為一般化工廠中最常使用的阻塞閥。
  • 流體通過時摩擦損耗少,但調節流量的效果較差。

 1.5.15

栓塞閥

(plug valve)

  • 閥體內有一栓塞,栓塞的中間開一長方形通道,轉動栓塞,可使流體通過或阻斷。
  • 也有將通道製成三方向者,稱為三方栓塞閥,用於三支管子交會處的流向管制。
  • 栓塞閥可快速開與關,但節流效果較差。
  • 構造簡單,製造容易,價格便宜。

 1.5.16

球塞閥

(ball valve)

  • 構造原理近似栓塞閥,而以一留有通道的圓球代替栓塞。
  • 球塞閥除可快速開關流體外,也能作節流用,而阻力則遠小於球閥。

 1.5.17

                 (2節流閥 
   
                                  節流閥(throttling valve)是用於精確調節流量的閥,如球閥針閥蝶形
                            閥
,其特點及圖形如表
1.5.11

          表1.5.11  常用的節流閥 

名稱 

特點 

圖形 

球閥 

globe valve)

  • 閥體內有隔層分成上下兩室,隔層中間為一圓孔以供流體流通。以連桿控制一圓盤,改變圓盤與圓孔間的空隙,而調節流量。  
  • 與閘閥比較,球閥的節流效果較佳,但是摩擦損失較大。  
  • 球閥安裝時須注意流體方向,由隔層的下方進入,上方流出。 

 1.5.18

針閥 

(needle valve) 

  • 構造的原理與球閥相同,但將圓盤改成針狀。  
  • 可更精確的調節流量,應用於高壓氣體的微調。 

 1.5.19

蝶形閥 

(butterfly valve) 

  • 具有構造簡單,壓力損失小的優點,但密閉性較差。  
  • 常用於大口徑管路或泥漿狀流體。 

 1.5.20

               (3止回閥 
   
                             止回閥(check valve)是阻止流體逆流的閥,也稱單向閥。常用的止回閥有升舉
                        式、搖板式
等,如
1.5.21止回閥安裝時須注意方向。

                  (4其他類閥

                        表1.5.12 安全閥、隔膜閥、控制閥、減壓閥等的功能與圖形

種類 

功能 

圖形 

安全閥 

(safety valve) 

安裝於高壓容器。當壓力高於設定值時,安全閥內的彈簧會被壓縮而打開出口,自動排放內部流體,以免造成危險。 

 1.5.22

隔膜閥 

(diaphragm valve) 

閥體內部襯一層耐蝕材料,而動作部份也以一特夫綸質隔膜隔開,故可用於腐蝕流體。

 1.5.23

控制閥

(control valve)

接收來自控制器的空氣或電子信號,使閥塞升降以控制流量而使程序自動化操作。

 1.5.24

減壓閥 

(pressure reducing  valve)

降低高壓氣體的壓力,並使其壓力穩定。