[科普中國]-管道

基本簡介

管道是指用管子、管子聯(lián)接件和閥門等聯(lián)接成的用于輸送氣體、液體或帶固體顆粒的流體的裝置。通常，流體經(jīng)鼓風(fēng)機、壓縮機、泵和鍋爐等增壓后，從管道的高壓處流向低壓處，也可利用流體自身的壓力或重力輸送。管道的用途很廣泛，主要用在給水、排水、供熱、供煤氣、長距離輸送石油和天然氣、農(nóng)業(yè)灌溉、水力工程和各種工業(yè)裝置中。1

1、按材料分類：金屬管道和非金屬管道。

2、按設(shè)計壓力分類：真空管道、低壓管道、高壓管道、超高壓管道。

3、按輸送溫度分類：低溫管道、常溫管道、中溫和高溫管道。

4、按輸送介質(zhì)分類：給排水管道、壓縮空氣管道、氫氣管道、氧氣管道、乙炔管道、熱力管道、燃氣管道、燃油管道、劇毒流體管道、有毒流體管道、酸堿管道、鍋爐管道、制冷管道、凈化純氣管道、純水管道。

管道-管徑的確定當(dāng)流體的流量已知時，管徑的大小取決于允許的流速或允許的摩擦阻力（壓力降）。流速大時管徑小，但壓力降值增大。因此，流速大時可以節(jié)省管道基建投資，但泵和壓縮機等動力設(shè)備的運行能耗費用增大。此外，如果流速過大，還有可能帶來一些其他不利的因素。因此管徑應(yīng)根據(jù)建設(shè)投資、運行費用和其他技術(shù)因素綜合考慮決定。

管道-管道的聯(lián)接管子、管子聯(lián)接件、閥門和設(shè)備上的進出接管間的聯(lián)接方法，由流體的性質(zhì)、壓力和溫度以及管子的材質(zhì)、尺寸和安裝場所等因素決定，主要有螺紋聯(lián)接、法蘭聯(lián)接、承插聯(lián)接和焊接等4種方法:①螺紋聯(lián)接：主要適用于小直徑管道。聯(lián)接時，一般要在螺紋聯(lián)接部分纏上氟塑料密封帶或涂上厚漆、繞上麻絲等密封材料，以防止泄漏。在1.6兆帕以上壓力時，一般在管子端面加墊片密封。這種聯(lián)接方法簡單，可以拆卸重裝，但須在管道的適當(dāng)?shù)胤桨惭b活接頭，以便于拆裝。②法蘭聯(lián)接：適用的直徑范圍較大。聯(lián)接時根據(jù)流體的性質(zhì)、壓力和溫度選用不同的法蘭和密封墊片，利用螺栓夾緊墊片保持密封。在需要經(jīng)常拆裝的管段處和管道與設(shè)備相聯(lián)接的地方大都采用法蘭聯(lián)接。③承插聯(lián)接：用于鑄鐵管、混凝土管、陶土管及其聯(lián)接件之間的聯(lián)接，只適用于在低壓常溫條件下工作的給水、排水和煤氣管道。聯(lián)接時，一般在承插口的槽內(nèi)先填入麻絲、棉線或石棉繩，然后再用石棉水泥或鉛等材料填實，還可在承插口內(nèi)填入橡膠密封環(huán)，使其具有較好的柔性，容許管子有少量的移動。④焊接聯(lián)接：這種聯(lián)接的強度和密封性最好，適用于各種管道，省工省料，但拆卸時必須切斷管子和管子聯(lián)接件。

管道-管道的敷設(shè)城市里的給水、排水、供熱、供煤氣的管道的干線和長距離的輸油輸氣管道大多敷設(shè)在地下，而工廠里的工藝管道為便于操作和維修多敷設(shè)在地上。管道的通行、支承、坡度與排液排氣、補償、保溫與加熱、防腐與清洗、識別與涂漆和安全等，無論對于地上敷設(shè)還是地下敷設(shè)都是重要的問題。

通行問題

地面上的管道應(yīng)盡量避免與道路、鐵路和航道交叉。在不能避免交叉時，交叉處跨越的高度也應(yīng)能使行人和車船安全通過。地下的管道一般沿道路敷設(shè)，各種管道之間保持適當(dāng)?shù)木嚯x，以便安裝和維修；供熱管道的表面有保溫層，敷設(shè)在地溝或保護管內(nèi)，應(yīng)避免被土壓壞和使管子能膨脹移動。

支承問題

管道可能承受許多種外力的作用，包括本身的重量（管子、閥門、管子聯(lián)接件、保溫層和管內(nèi)流體的重量）、流體的壓力作用在管端的推力、風(fēng)雪載荷、土壤壓力、熱脹冷縮引起的熱應(yīng)力、振動載荷和地震災(zāi)害等。為了保證管道的強度和剛度，必須設(shè)置各種支（吊）架，如活動支架、固定支架、導(dǎo)向支架和彈簧支架等。支架的設(shè)置根據(jù)管道的直徑、材質(zhì)、管子壁厚和載荷等條件決定。固定支架用來分段控制管道的熱伸長，使膨脹節(jié)均勻工作。導(dǎo)向支架使管子僅作軸向移動。

坡度和排液排氣

為了排除凝結(jié)水，蒸汽和其他含水的氣體管道應(yīng)有一定的坡度，一般不小于千分之二。對于利用重力流動的地下排水管道，坡度不小于千分之五。蒸汽或其他含水的氣體管道在最低點設(shè)置排水管或疏水閥，某些氣體管道還設(shè)有氣水分離器，以便及時排去水液，防止管內(nèi)產(chǎn)生水擊和阻礙氣體流動。給水或其他液體管道在最高點設(shè)有排氣裝置，排除積存在管道內(nèi)的空氣或其他氣體，以防止氣阻造成運行失常。

補償問題

管道如不能自由地伸縮，就會產(chǎn)生巨大的附加應(yīng)力。因此，在溫度變化較大的管道和需要有自由位移的常溫管道上，需要設(shè)置膨脹節(jié)，使管道的伸縮得到補償而消除附加應(yīng)力的影響。

保溫和加熱

對于蒸汽管道、高溫管道、低溫管道以及有防燙、防凍要求的管道，需要用保溫材料包覆在管道外面，防止管內(nèi)熱（冷）量的損失或產(chǎn)生凍結(jié)。對于某些高凝固點的液體管道，為防止液體太粘或凝固而影響輸送，還需要加熱和保溫。常用的保溫材料有水泥珍珠巖、玻璃棉、巖棉和石棉硅藻土等。

防腐和清洗

為防止土壤的侵蝕，地下金屬管道表面應(yīng)涂防銹漆或焦油、瀝青等防腐涂料，或用浸漬瀝青的玻璃布和麻布等包覆。埋在腐蝕性較強的低電阻土壤中的管道須設(shè)置陰極保護裝置，防止腐蝕。地面上的鋼鐵管道為防止大氣腐蝕，在表面上涂覆以各種防銹漆。各種管道在使用前都應(yīng)清洗干凈，某些管道還應(yīng)定期清洗內(nèi)部。為了清洗方便，在管道上設(shè)置有過濾器或吹洗清掃孔。在長距離輸送石油和天然氣的管道上，須用清掃器定期清除管內(nèi)積存的污物，為此要設(shè)置專用的發(fā)送和接收清掃器的裝置。

識別涂漆

當(dāng)管道種類較多時，為了便于操作和維修，在管道表面上涂以規(guī)定顏色的油漆，以資識別。例如，蒸汽管道用紅色，壓縮空氣管道用淺藍色等。

安全問題

為了保證管道安全運行和發(fā)生事故時及時制止事故擴大，除在管道上裝設(shè)檢測控制儀表和安全閥外，對某些重要管道還采取特殊安全措施，如在煤氣管道和長距離輸送石油和天然氣的管道上裝設(shè)事故泄壓閥或緊急截斷閥。它們在發(fā)生災(zāi)害性事故時能自動及時地停止輸送，以減少災(zāi)害損失。

相關(guān)連接化工、石油、天然氣

管道（二）：Linux操作系統(tǒng)中的概念

簡介管道

英文原義：PipingSymbol

中文釋義：鍵盤字符|（典型101鍵鍵盤的Enter鍵上面反斜杠的上檔字符）

注解：經(jīng)常用來將某個命令或程序的輸出提供給另一個命令或程序。例如，history|grepmcopy（用history命令）將.bash_history文件的內(nèi)容發(fā)送到grep程序，以搜索字符串“mcopy”。

Linux進程間通信的幾種主要手段。其中管道和有名管道是最早的進程間通信機制之一，管道可用于具有親緣關(guān)系進程間的通信，有名管道克服了管道沒有名字的限制，因此，除具有管道所具有的功能外，它還允許無親緣關(guān)系進程間的通信。認清管道和有名管道的讀寫規(guī)則是在程序中應(yīng)用它們的關(guān)鍵。

Linux管道關(guān)鍵概念管道是Linux支持的最初UnixIPC形式之一，具有以下特點：管道是半雙工的，數(shù)據(jù)只能向一個方向流動；需要雙方通信時，需要建立起兩個管道；只能用于父子進程或者兄弟進程之間（具有親緣關(guān)系的進程）；單獨構(gòu)成一種獨立的文件系統(tǒng)：管道對于管道兩端的進程而言，就是一個文件，但它不是普通的文件，它不屬于某種文件系統(tǒng)，而是自立門戶，單獨構(gòu)成一種文件系統(tǒng)，并且只存在與內(nèi)存中。數(shù)據(jù)的讀出和寫入：一個進程向管道中寫的內(nèi)容被管道另一端的進程讀出。寫入的內(nèi)容每次都添加在管道緩沖區(qū)的末尾，并且每次都是從緩沖區(qū)的頭部讀出數(shù)據(jù)。2

1 管道的實現(xiàn)機制管道就是指用于連接一個讀進程和一個寫進程,以實現(xiàn)它們之間通信的共享文件,又稱pipe文件。Linux中實現(xiàn)了兩種管道,一種是無名管道,一種是命名管道。無名管道沒有磁盤節(jié)點,它僅作為一個內(nèi)存對象存在,用完后就銷毀了。因為沒有文件名和路徑,也沒有磁盤節(jié)點,因此無名管道沒有顯式的打開過程,實際上它是在創(chuàng)建時就自動打開的,并且生成內(nèi)存inode節(jié)點、dentry目錄項對象和兩個文件結(jié)構(gòu)對象(一個讀操作、一個寫操作),其內(nèi)存對象和普通文件的一致,所以讀寫操作使用的是同樣的文件接口,當(dāng)然讀寫函數(shù)是專用的。因為無名管道不能顯式打開,因此只能由父子進程之間、兄弟進程之間或者其他有親緣關(guān)系并且都繼承了祖先進程的管道文件對象的兩個進程間通信使用。命名管道是有文件名和磁盤i節(jié)點的,因此可由任意兩個或多個進程間通信使用,它的使用方法和普通文件類似,都遵循打開、讀、寫、關(guān)閉這樣的過程,但是讀寫的內(nèi)部實現(xiàn)和普通文件不同,而和無名管道一樣。2

2 無名管道的工作方式管道以先進先出方式保存一定數(shù)量的數(shù)據(jù)。使用管道的時候一個進程從管道的一端寫,另一個進程從管道的另一端讀。在主進程中利用fork()函數(shù)創(chuàng)建一個子進程,這樣父子進程同時擁有對同一管道的讀寫句柄,因為管道沒有提供鎖定的保護機制,所以必須決定數(shù)據(jù)的流動方向,然后在相應(yīng)進程中關(guān)閉不需要的句柄。這樣,就可以使用read()和write()函數(shù)來對它進行讀寫操作了。使用無名管道進行進程間通信的步驟概述如下:

①創(chuàng)建所需的管道;

②生成(多個)子進程;

③關(guān)閉/復(fù)制文件描述符,使之與相應(yīng)的管道末端相聯(lián)系;

④關(guān)閉不需要的管道末端;

⑤進行通信活動;

⑥關(guān)閉所有剩余的打開文件描述符

⑦等待子進程結(jié)束。

由于read()函數(shù)和write()函數(shù)對管道操作自身帶有阻塞作用,能夠保證一個進程必須先進行寫操作,然后另外的進程才能進行讀操作,從而實現(xiàn)父子進程的同步。

2.2 無名管道的建立和使用

2.2.1 管道的創(chuàng)建pipe函數(shù)

#includeintpipe(intfd[2])

函數(shù)的參數(shù)中有兩個文件描述符:fd[0]用于管道的read端,fd[1]用于管道的write端。創(chuàng)建成功則返回值0,否則返回-1值。

2.2.2 寫管道write函數(shù)
ret=write(fd[1],buf,n)

若管道已滿,則被阻塞,直到管道另一端read將已進人管道的數(shù)據(jù)取走為止。

2.2.3 讀管道read函數(shù)ret=read(fd[0],buf,n)

若管道為空,且寫端文件描述字未關(guān)閉,則被阻塞。若管道寫端已關(guān)閉,則返回0。若管道不為空,分兩種情況:(設(shè)管道中實際有m個字節(jié)),如n>=m,則讀m個;如果n