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管道（一）：物理化工行业设备

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管道

管道是指用管子、管子联接件和阀门等联接成的用于输送气体、液体或带固体颗粒的流体的装置。通常，流体经鼓风机、压缩机、泵和锅炉等增压后，从管道的高压处流向低压处，也可利用流体自身的压力或重力输送。管道的用途很广泛，主要用在给水、排水、供热、供煤气、长距离输送石油和天然气、农业灌溉、水力工程和各种工业装置中。

管径的确定编辑本段回目录

当流体的流量已知时，管径的大小取决于允许的流速或允许的摩擦阻力（压力降）。流速大时管径小，但压力降值增大。因此，流速大时可以节省管道基建投资，但泵和压缩机等动力设备的运行能耗费用增大。此外，如果流速过大，还有可能带来一些其他不利的因素。因此管径应根据建设投资、运行费用和其他技术因素综合考虑决定。

管道的联接编辑本段回目录

管子、管子联接件、阀门和设备上的进出接管间的联接方法，由流体的性质、压力和温度以及管子的材质、尺寸和安装场所等因素决定，主要有螺纹联接、法兰联接、承插联接和焊接等4种方法:①螺纹联接：主要适用于小直径管道。联接时，一般要在螺纹联接部分缠上氟塑料密封带或涂上厚漆、绕上麻丝等密封材料，以防止泄漏。在1.6兆帕以上压力时，一般在管子端面加垫片密封。这种联接方法简单，可以拆卸重装，但须在管道的适当地方安装活接头，以便于拆装。②法兰联接：适用的直径范围较大。联接时根据流体的性质、压力和温度选用不同的法兰和密封垫片，利用螺栓夹紧垫片保持密封。在需要经常拆装的管段处和管道与设备相联接的地方大都采用法兰联接。③承插联接：用于铸铁管、混凝土管、陶土管及其联接件之间的联接，只适用于在低压常温条件下工作的给水、排水和煤气管道。联接时，一般在承插口的槽内先填入麻丝、棉线或石棉绳，然后再用石棉水泥或铅等材料填实，还可在承插口内填入橡胶密封环，使其具有较好的柔性，容许管子有少量的移动。④焊接联接：这种联接的强度和密封性最好，适用于各种管道，省工省料，但拆卸时必须切断管子和管子联接件。

管道的敷设编辑本段回目录

城市里的给水、排水、供热、供煤气的管道的干线和长距离的输油输气管道大多敷设在地下，而工厂里的工艺管道为便于操作和维修多敷设在地上。管道的通行、支承、坡度与排液排气、补偿、保温与加热、防腐与清洗、识别与涂漆和安全等，无论对于地上敷设还是地下敷设都是重要的问题。
通行问题
地面上的管道应尽量避免与道路、铁路和航道交叉。在不能避免交叉时，交叉处跨越的高度也应能使行人和车船安全通过。地下的管道一般沿道路敷设，各种管道之间保持适当的距离，以便安装和维修；供热管道的表面有保温层，敷设在地沟或保护管内，应避免被土压坏和使管子能膨胀移动。
支承问题
管道可能承受许多种外力的作用，包括本身的重量（管子、阀门、管子联接件、保温层和管内流体的重量）、流体的压力作用在管端的推力、风雪载荷、土壤压力、热胀冷缩引起的热应力、振动载荷和地震灾害等。为了保证管道的强度和刚度，必须设置各种支（吊）架，如活动支架、固定支架、导向支架和弹簧支架等。支架的设置根据管道的直径、材质、管子壁厚和载荷等条件决定。固定支架用来分段控制管道的热伸长，使膨胀节均匀工作。导向支架使管子仅作轴向移动。
坡度和排液排气　
为了排除凝结水，蒸汽和其他含水的气体管道应有一定的坡度，一般不小于千分之二。对于利用重力流动的地下排水管道，坡度不小于千分之五。蒸汽或其他含水的气体管道在最低点设置排水管或疏水阀，某些气体管道还设有气水分离器，以便及时排去水液，防止管内产生水击和阻碍气体流动。给水或其他液体管道在最高点设有排气装置，排除积存在管道内的空气或其他气体，以防止气阻造成运行失常。
补偿问题
管道如不能自由地伸缩，就会产生巨大的附加应力。因此，在温度变化较大的管道和需要有自由位移的常温管道上，需要设置膨胀节，使管道的伸缩得到补偿而消除附加应力的影响。
保温和加热
对于蒸汽管道、高温管道、低温管道以及有防烫、防冻要求的管道，需要用保温材料包覆在管道外面，防止管内热（冷）量的损失或产生冻结。对于某些高凝固点的液体管道，为防止液体太粘或凝固而影响输送，还需要加热和保温。常用的保温材料有水泥珍珠岩、玻璃棉、岩棉和石棉硅藻土等。
防腐和清洗　
为防止土壤的侵蚀，地下金属管道表面应涂防锈漆或焦油、沥青等防腐涂料，或用浸渍沥青的玻璃布和麻布等包覆。埋在腐蚀性较强的低电阻土壤中的管道须设置阴极保护装置，防止腐蚀。地面上的钢铁管道为防止大气腐蚀，在表面上涂覆以各种防锈漆。各种管道在使用前都应清洗干净，某些管道还应定期清洗内部。为了清洗方便，在管道上设置有过滤器或吹洗清扫孔。在长距离输送石油和天然气的管道上，须用清扫器定期清除管内积存的污物，为此要设置专用的发送和接收清扫器的装置。
识别涂漆　
当管道种类较多时，为了便于操作和维修，在管道表面上涂以规定颜色的油漆，以资识别。例如，蒸汽管道用红色，压缩空气管道用浅蓝色等。
安全问题　
为了保证管道安全运行和发生事故时及时制止事故扩大，除在管道上装设检测控制仪表和安全阀外，对某些重要管道还采取特殊安全措施，如在煤气管道和长距离输送石油和天然气的管道上装设事故泄压阀或紧急截断阀。它们在发生灾害性事故时能自动及时地停止输送，以减少灾害损失。

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管道

英文原义：Piping　Symbol
中文释义：键盘字符　|　（典型101键键盘的Enter键上面反斜杠的上档字符）
注　　解：经常用来将某个命令或程序的输出提供给另一个命令或程序。例如，history|grepmcopy（用history命令）将.bash_history文件的内容发送到grep程序，以搜索字符串“mcopy”。

Linux进程间通信的几种主要手段。其中管道和有名管道是最早的进程间通信机制之一，管道可用于具有亲缘关系进程间的通信，有名管道克服了管道没有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它还允许无亲缘关系进程间的通信。认清管道和有名管道的读写规则是在程序中应用它们的关键。

管道相关的关键概念编辑本段 回目录

管道是Linux支持的最初UnixIPC形式之一，具有以下特点：
管道是半双工的，数据只能向一个方向流动；需要双方通信时，需要建立起两个管道；
只能用于父子进程或者兄弟进程之间（具有亲缘关系的进程）；
单独构成一种独立的文件系统：管道对于管道两端的进程而言，就是一个文件，但它不是普通的文件，它不属于某种文件系统，而是自立门户，单独构成一种文件系统，并且只存在与内存中。
数据的读出和写入：一个进程向管道中写的内容被管道另一端的进程读出。写入的内容每次都添加在管道缓冲区的末尾，并且每次都是从缓冲区的头部读出数据。

管道的创建编辑本段 回目录

#include
intpipe(intfd[2])

该函数创建的管道的两端处于一个进程中间，在实际应用中没有太大意义，因此，一个进程在由pipe()创建管道后，一般再fork一个子进程，然后通过管道实现父子进程间的通信（因此也不难推出，只要两个进程中存在亲缘关系，这里的亲缘关系指的是具有共同的祖先，都可以采用管道方式来进行通信）。

管道的读写规则编辑本段 回目录

管道

管道两端可分别用描述字fd[0]以及fd[1]来描述，需要注意的是，管道的两端是固定了任务的。即一端只能用于读，由描述字fd[0]表示，称其为管道读端；另一端则只能用于写，由描述字fd[1]来表示，称其为管道写端。如果试图从管道写端读取数据，或者向管道读端写入数据都将导致错误发生。一般文件的I/O函数都可以用于管道，如close、read、write等等。

从管道中读取数据：如果管道的写端不存在，则认为已经读到了数据的末尾，读函数返回的读出字节数为0；当管道的写端存在时，如果请求的字节数目大于PIPE_BUF，则返回管道中现有的数据字节数，如果请求的字节数目不大于PIPE_BUF，则返回管道中现有数据字节数（此时，管道中数据量小于请求的数据量）；或者返回请求的字节数（此时，管道中数据量不小于请求的数据量）。注：（PIPE_BUF在include/Linux/limits.h中定义，不同的内核版本可能会有所不同。Posix.1要求PIPE_BUF至少为512字节，redhat7.2中为4096）。

关于管道的读规则验证：
*readtest.c*
#include
#include
#include
main()
{
intpipe_fd[2];
pid_tpid;
charr_buf[100];
charw_buf[4];
char*p_wbuf;
intr_num;
intcmd;

memset(r_buf,0,sizeof(r_buf));
memset(w_buf,0,sizeof(r_buf));
p_wbuf=w_buf;
if(pipe(pipe_fd)0)
{
close(pipe_fd[0]);//read
strcpy(w_buf,"111");
if(write(pipe_fd[1],w_buf,4)!=-1)
printf("parentwriteovern");
close(pipe_fd[1]);//write
printf("parentclosefd[1]overn");
sleep(10);
}
}

程序输出结果：
*parentwriteover
*parentclosefd[1]over
*readnumis4thedatareadfromthepipeis111

附加结论：管道写端关闭后，写入的数据将一直存在，直到读出为止。