管線設計與安裝

每棟建築物完成時都需要配水管、瓦斯管及汙水排放管，且任何工廠蓋廠之初期，原料之輸送、過程之反應、成品之送出等都需要管線，配管之重要性並不亞於任何一門理工學院的學科專業。惟目前實務上均仍是以師徒傳承的方式，並無較有系統化的教學。本書即提供所有想進入配管領域的工程師最好的參考學習用書，讓大學工學院或職業學校畢業之學生，藉由此書做為基礎入門，並可創造更好的就業機會。

溫順華

學歷
高雄工專土木工程系畢業,

經歷
配管工程界（40年）
1.富樂亞西亞(China Fluor)工程公司
2.泰興工程公司
3.中興電工
4.高雄小港糖廠建廠
5.台南永康焚化爐建廠
6.新竹南寮焚化爐建廠
7.新竹八里焚化爐建廠
8.基隆天外天焚化爐建廠
等之配管工程專案經理

序
1970年代臺灣採取「擴大公共建設」的方案。十大建設最具代表性。1973年，十大建設建設計劃正式展開；其計畫包括中山高速公路、桃園國際機場、台中港、縱貫鐵路電氣化、中鋼煉鋼廠，核能發電、北迴鐵路、蘇澳港、中船造船廠及三輕石油裂解等工程。石化廠蓋廠之初期.原料之輸送,過程之反應,成品之送出等….都須要管線
因為擴大公共建設的政策奏效，同時期，以台北市為主的都會更加彭勃，興建了大量公寓。每棟建築物完成時都須要配水管,瓦斯管,及污水排放管.因此急需大量管路配管及設計人才
以前「管線設計」在台灣很少有系統之資料， 一般建廠大都統包委外，所有設計工作都在統包公司內部完成，在施工時統包公司會提供所有施工圖面， 完工所留下的也是只有施工圖及操作須知。至於如何設計，要參照哪些規範。則不提供，所以無法得到一系列完整的管線設計資料。直到「FLUOR」這家公司與中華民國政府簽了技術合作條約，才開始在台灣培養「管線設計」人才。
線管系統就像我們身上的動脈和靜脈。心臟像Pump，經由動脈將血液輸送至每個需要的器官，然後由靜脈再回收。現代的城市，他們利用管線系統將水，化學藥品，蒸氣從來源區從一個位置輸送到另一個位置。同樣，煉油廠利用更多管道攜帶原油從原油貯槽輸送到精練廠，然後再將精煉後之92，95，98等分送到每個需要的角落。
有經驗的管線設計師需要有工廠佈局、設備佈置和系統功能再與一個或多個相關聯的工作經驗與知識互相運用。
如何讓大學工學院或職業學校畢業之學生了解,何謂管線,如何設計,如何選材料,如何監造, 讓大學工學院或職業學校畢業之學生,畢業後如想進入此行業,可迅速了解內容,進入工程界,不須經過公司裡師徒式之傳授方式教導,,再配合書籍課本 馬上可上手學生學習的好處,提升個人的價值自行創造就業機會,此外，設計師必須瞭解管線材料、閥門、泵、槽、壓力容器、換熱器、鍋爐、以及供應商提供之資料，其他機械、設備的實際應用及專案的需求，讓專家帶你了解何謂管線,如何設計,如何選材.這就是本書之目的.

目　錄
第一章　管線設計概論
1.1 管線系統
1.2 管線設計之流程
1.3 管道與管件產品
1.4 安全操作之工程設計應注意事項
第二章　管與管件
2.1 鋼管的規格
2.2 抽製管的規格
2.3 管的材料
2.4 管件接合法
2.5 管件的分類及其功能
2.6 管的連接法
2.7 一般配管用鋼製標準厚度溶接式90°，45°彎頭
2.8 一般配管用鋼製特殊厚度溶接式90°，45°彎頭
2.9 一般配管用鋼製標準厚度溶接式180°彎頭
2.10 一般配管用鋼製特殊厚度溶接式180°彎頭
2.11 一般配管用鋼製標準厚度溶接式同徑三通
2.12 一般配管用鋼製特殊厚度溶接式同徑三通
2.13 一般配管用鋼製標準厚度溶接式異徑三通
2.14 一般配管用鋼製特殊厚度溶接式異徑三通
2.15 一般配管用鋼製特殊厚度溶接式異徑三通
2.16 一般配管用鋼製標準厚度溶接式大小頭
2.17 一般配管用鋼製標準厚度溶接式大小頭（續）
2.18 一般配管用鋼製標準厚度溶接式大小頭（續）
2.19 一般配管用鋼製標準厚度溶接式大小頭（續）
2.20 一般配管用鋼特殊準厚度溶接式大小頭
2.21 一般配管用鋼特殊準厚度溶接式大小頭（續）
2.22 一般配管用鋼標準厚度溶接式管帽
2.23 一般配管用鋼特殊準厚度溶接式管帽
2.24 一般配管用鋼標準厚度溶接Y型三通
2.25 一般配管用鋼標準厚度溶接Y型同徑三通
2.26 一般配管用不鏽鋼標準厚度溶接90°，45°彎頭
2.27 一般配管用不鏽鋼標準厚度溶接三通
2.28 一般配管用不鏽鋼標準厚度溶接異徑三通
2.29 一般配管用不鏽鋼標準厚度溶接異徑三通
2.30 一般配管用不鏽鋼標準厚度溶接異徑三通
2.31 一般配管用不鏽鋼標準厚度溶接大小頭
2.32 一般配管用不鏽鋼標準厚度溶接大小頭
2.33 一般配管用不鏽鋼標準厚度溶接大小頭
2.34 一般配管用不鏽鋼標準厚度溶接管帽
2.35 90° Mitres Bend二段式
2.36 90° Mitres Bend三段式
2.37 45° Mitres Bend一段式
2.38 45° Mitres Bend二段式
第三章　閥門與法蘭
3.1 重要的閥門
3.2 法蘭
3.3 法蘭連接種類與規範
3.4 閥門之連結
3.5 閥門之外型尺寸圖
第四章　管線細部設計步驟
4.1 管線設計相關之規範和標準
4.2 管線設計相關之管材規範和標準
4.3 管線流程圖（P & ID）（範例）
4.4 管線編號方法（範例）
4.5 設備總表（範例）
4.6 繪製設備位置平面圖（範例）
4.7 設備位置立面圖（範例）
4.8 管線吊架間距及管線重量表
4.9 管線號碼表（流水號）（範例）
4.10 管線平面、立面圖之表示法
4.11 管線平面圖法蘭連結之表示法
4.12 管線與閥門尺寸標示法
4.13 等角立體單線圖
4.14 管段圖之畫法
4.15 平面配置圖實例
4.16 依上圖之平面配置圖所繪製之等角立體單線圖實例
4.17 管件及閥門在平面圖之標示法
4.18 管路保溫
4.19 配管平面圖設計
4.20 管線分歧表
4.21 焊接的定義與分類
4.22 焊接符號之標註位置
4.23 焊接符號補充說明
4.24 配管安裝方法與要求
4.25 管線支撐之製作及安裝要點
4.26 管線支撐在安裝後，試壓前之檢查事項
4.27 管線支撐在試壓後之檢查事項
4.28 機械式防震器之檢查項目
4.29 剛性吊架及拘束支撐
第五章　管道支撐架及吊架
5.1 支撐位置之確定
5.2 支撐架固定方式
5.3 吊管架及支架間距（參考）
5.4 管支撐架荷重計算
5.5 配管注意事項
5.6 各項支撐種類
第六章　管線系統的應力分析
6.1 管線應符合下列條件
6.2 管線之膨脹環
6.3 在分析中，計算了系統荷載作用下的回應
6.4 伸縮接頭及防震接頭之品管要求
6.5 應力強度極限和材料疲勞（以矩形截面四方管為例）
6.6 管線產生應力之各種情況及原因
6.7 簡單的溫度膨脹應力分析法（懸臂樑法則）
6.8 管線90°彎曲時產生之力矩及應力情況
6.9 計算管道線路容許熱膨脹
6.10 管道應力分析和柔性設計
6.11 管道應力分析專業的職責
6.12 管線壁厚計算
6.13 管線二固定點間臨界長度之計算公式
6.14 管道支架設計
6.15 確定管道支架位置的要點
第七章　泵浦
7.1 管線口徑之選取
7.2 泵浦進出口配管標準圖
7.3 配件說明
7.4 泵浦入口比速率問題
7.5 泵浦之有效吸入口揚程
7.6 泵浦的種類
7.7 泵浦最小流量（Min Flow）要求基準
7.8 泵浦配管時應注意事項
7.9 一般配管設計應注意事項
7.10 SINGLE PHASE LINE PRESSURE DROP CALCUATION（單相線流壓力降計算）
第八章　熱交換器
8.1 管子熱傳
8.2 盤管與夾套式熱交換器
8.3 殼管熱交換器
8.4 管程與殼程
8.5 管束的排列方式
8.6 熱交換器設計計算書（參考）
8.7 管嘴、槽體及端板之補強（參考）
8.8 熱交換器之流體流動型態
8.9 熱交換器選擇考量因素
8.10 鰭管熱交換器
8.11 板式熱交換器
8.12 夾層與盤管熱交換器
8.13 管箱蓋
8.14 熱交換器強度計算例（參考）
第九章　建築給排水衛生設備工程
9.1 材料設備規範相關法規
9.2 材料設備規範
9.3 相關施工法規（節錄）
9.4 施工要領
9.5 品質管理標準

民國50～60年以前「管線設計」在台灣很少有有系統之資料，一般建廠大都統包委外，所有設計工作都在統包公司內部完成，在施工時統包公司會提供所有施工圖面，完工後所留下的也是只有施工圖及操作須知。至於如何設計，要參照哪些規範。則不提供，所以無法得到一系列完整的管線設計資料。
直到「FLUOR」這家公司與中華民國政府簽了技術合作條約，才開始在台灣培養「管線設計」人才。在民國58年「FLUOR」在台灣成立了「China Fluor」公司，招收了土木系，機械系，化工系共二百名的工學院的青年才俊，開始有系統的教授管線設計。
線管系統就像我們身上的動脈和靜脈。心臟像Pump，經由動脈將血液輸送至每個需要的器官，然後由靜脈再回收。
現代的城市，他們利用管線系統將水，化學藥品，蒸氣從來源區從一個位置輸送到另一個位置。同樣，煉油廠利用更多管道攜帶原油從原油貯槽輸送到精練廠，然後再將精煉後之92，95，98等分送到每個需要的角落。
1.1 管線系統
管線系統包括管線（Piping），管件（Fitting），螺栓（Bolt and Nut），墊圈（Gasket）、閥門（Valve）和其他管道元件的壓力部分。另外還包括管道支架和吊架以及防止過壓和過度緊張的壓力容器的元件所需的其他設備。
1. 管線（Piping）
管線是一種圓形截面，且符合下列規範之尺寸要求
ASME B36.10M 焊接與無縫鍛造鋼管
ASME B36.19M 不鏽鋼管
管線尺寸：歐美系統最初以IPS（Iron Pipe size）表示鋼管尺寸，代表鋼管的近似值（以英寸為單位）。例如IPS 6是內徑是大約6英寸（in）鋼管。使用者開始稱管為2，4，6……鋼管，等等。每個管道尺寸都有一個固定厚度，後來被稱為標準（STD）或標準重量，而且管的外徑被標準化。隨著工業的要求，管線需要有較厚的管壁，這後來被稱為超強（XS）或雙超強（XXS）之管材，但標準化的外徑不變。但後來因應管線材質之需要演變有薄管或厚管（如防蝕），於是改變稱呼管道大小和壁體厚度的新方法。指定稱為公稱管道尺寸稱為NPS（Nominal Pipe Size）一詞取代，管壁厚度則以管號（SCH）稱呼。
公稱管道尺寸例如NPS 2表示管的外徑是2.375。NPS 12以下的管線尺寸都是外徑大於NPS（2，4，6，8，10，12）。然而，大於NPS 14，16……的管子其外徑等於14，16……。內部直徑將取決於管壁的厚度。（請參閱ASME B36.10M或ASME B36.19M）。
1.2 管線設計之流程
1. 流程圖（P.F D）（Process Flow Diagram）
是整個工程流程的依據，是管線設計者必須先取得或制定的資料，它包含了整體工程所需之設備，流量，操作之安全，規範，管徑之大小，材質及儀控之安排。
(1) 方法流程圖（P.F.D）（Process Flow Diagram）標示所有主要設備，管線之流向，設備及管線之操作溫度，壓力等。
(2) 管線流程圖（P.I.D）（Piping and Instrument Diagram）由方法流程圖再發展為更詳細之圖面，註明管號，管徑，管材及規範，閥等.同時將儀表及儀控系統標示於圖面上。
2. 平面布置圖（Plot Plan）
依據流程圖，在合理，經濟之原則下安排整體工程設備之位置及方位，設備之材質，及考慮到操作.維護之方便原則下，粗略安排管線之走向及路徑.管支撐，管橋之高程。
3. 管線細部設計（Piping Detail Design）
(1) 管線，管件，閥等材料規範之整理
(2) 管線平面圖、管線立體圖、管支撐詳細圖之繪製
(3) Isometric（立體圖）之繪製，材料之計算
4. 管線應力分析（Piping Stress Analysis），彈簧吊架規範，規格之開列
5. 管材規範說明
ASTM（American Society for Testing and Materials）材料標準
美國材料與試驗協會制定的標準，
ASME（American Society of Mechanical Engineers）美國機械工程師協會的標準。
ANSI（American National Standards Institute）美國國家標準
API（American Petroleum Institute）美國石油學會標準
ASTM材料經ASME認可用於承壓設備後就成為ASME材料，
ASME材料標準大部分都是用ASTM的ASME標準上都有明確的說明是否與ASTM等同。
均是美國標準，這四個標準相互補充，相互借鑒
1.3 管道（Pipe），管件（Fitting）產品
流體輸送為化學工廠之必需操作，流體藉由管路輸送至各設備。配管工程頗複雜，須對管、閥件充分認識，才能瞭解工廠中管路配置與功能。
圓管容易製造，化學工廠常用圓管，其每單位質量之材料具有較高耐壓強度，較其他形狀輸送管有較大流動截面積及較小摩擦管壁面積。圓管有下列幾種：抽製管（Tube）、有縫製鋼管（Seam pipe）及軟管等。一般而言，抽製管之直徑較小，由抽製或擠壓而成，如銅管、鋁管、玻璃管及塑膠管等，其性質常具展延性及可撓性；軟管之直徑亦不大，由抽製、擠壓或編織而成，如橡皮管、塑膠軟管及編織而成之消防用帆布管及尼龍布管，其性質較軟；縫製管之直徑較大，由鑄造、焊接、鍛接而成，如鑄鐵管、鋼管、陶瓷管及水泥管等。材質的選擇，需考慮到安全與經濟因素。
1. 管材可分為鐵金屬（Ferrous metals）與非鐵金屬（Nonferrous metalls）與非金屬（Non metals）等。鐵金屬如鋼管（Cast pipe）、不鏽管（Stainless steel pipe）、矽鐵管（Duriron pipe）；非鐵金屬，如銅管（Copper Tube）、鉛管（Lead Tube）、鋁管（Aluminum Tube）、鎳管（Nickel tube）；非金屬如玻璃管、橡皮管、塑膠管等。
2. 管子之大小、厚度、螺旋數目，各國有統一規格標準，更換管子時，任何廠牌之管子均能符合。管子標準以管號（Schedule Number）表示，
3. 管號定義（Schedule）

管號 = 1000×P/S
P為管內使用時操作壓力，
S為材料所能容許強度，
如鋼材所能容許的強度為10,000 PSI，若管子操作壓力（Working pressure）要求400 PSI，則管子應用管號，管號有10，20，30，40，60，80，100，120，140，160等十種，其中40號管為早期之標準管，80號為早期之加強管。
4. 管之公稱尺寸（Normal size）係管徑之近似值非指內徑或外徑，如2吋40號與80號管，外徑皆為2.375吋，40號管內徑為2.067吋，80號管內徑為1.939吋；2吋僅是該管之公稱尺寸，內、外徑均非2吋。同一公稱大小鋼管，外徑相同，管號不同，厚度、內徑也不同；管號愈大，管厚度愈厚，能承受較大的操作壓力。抽製管之公稱直徑指外徑，與鋼管不同。
5. 管子之長度因受製造、搬運及貯存限制，其長度皆有一定之規格，如鋼管常見為20呎長。若管線很長，須將鋼管一支支連接，連接方法有螺旋接合（Screw joint），法蘭接合（Flange joint）、焊接接合（Welded joint）、插套接合（Bell and spigot joint）、套筒接合（Sleve joint）。
6. 配管工程中，管件除了可連接兩支管子外，還可變更管線方向，增加分歧路線，管徑變換及堵塞管端。壓力管線、管件產品均按照各種標準規格的不同設計，採用不同的製造做法和使用種類繁多的材料製造。這些產品最終使用者必須應用成本最低的產品適合進行服務條件，通常情況下，鋼和合金壓力管道是使用在鑄造，鍛造和焊接形式，是符合ASME B36.10M
提供的標準尺寸和壁厚。不鏽鋼管是符合ASME B36.19M規定的標準尺寸和壁厚。
ASTM A53無縫／焊接1/8?6雲q使用的煤氣、空氣、油、水、蒸汽等管線
ASTM A106無縫1/8?8@高溫（蒸汽、水、氣等）等管線
7. 鋼筋混凝土管
Rccp（鋼筋混凝土管）& PCCP（預力鋼筋混凝土管）與其他較大管徑的管材相比，成本優勢明顯，而且呈現出口徑越大成本優勢越大的趨勢。
(1) 用材節省：在大口徑管材領域，Rccp & PCCP的優勢更加突出，同等管徑混凝土管耗用鋼材比SP節省約70%，價格可比SP降低約40%，大口徑混凝土管可降低50%。
(2) 施工簡單：與鋼管相比混凝土管采用膠圈密封的自對中鋼制接頭，管線一般一次打壓成功，而鋼管采用現場焊接的方法，其鋪設速度相對混凝土管較慢，且管線往往需要多次試壓才能成功。與柔性管道相比：混凝土管安裝時，對管座無特殊要求，回填土可以用就地挖出的原土，方便快捷，人力消耗少。回填土要求低于柔性管道。
(3) 運行維護費用低：美國混凝土壓力管協會1991-1995在北美地區（包括加拿大）對不同管材的管道運行和維護費用進行了調查，調查結果表明混凝土管的運行和維護費用約為球墨鑄鐵管的1/3，鋼管的1/5，同時混凝土管的壽命為其他管道的2倍。
(4) 壽命長：設計使用壽命為50年以上，美國給水協會耐腐蝕委員會、美國工程試驗中心、美國工程試驗中心和美國土木工程學會和材料學會的研究認為，混凝土管的使用壽命為100年，是鋼管和塑料管的2倍。這些優異的性能目前都是其他大口徑的管材無法替代的，混凝土管的替代產品的威脅很小