蒸汽管道的设计与安装.docx

蒸汽管道的设计与安装刘军(江苏省淮安市节能技术服务中心 ,江苏淮安 223002) )摘要 :从蒸汽管道设计 、安装过程出发 ,重点分析了蒸汽管道设计 、安装中的基本技术问题 ,并阐述了如何避免管道运行中的水击现象 。关键词 :蒸汽 ;管道 ;设计 ;安装中图分类号 : tk11 + 4文献标识码 :c降低 ,而且也是节约能源的重要手段 。根据暖通规范要求 ,城市蒸汽管道一般采用 无缝钢管 、钢板卷焊管 。采用钢管是因钢管连接方 便 、能承受较大的内压和动荷载 。3 . 1蒸汽管道最大流量的确定 蒸汽热力网热介质的最大允许流速 ,按暖通规范一般在40m/ s80m/ s取值 。在设计时 ,可根据管 道管径确定其相应的最大介质流量 。前言1近年来 ,我国大气污染日趋严重 ,人们要求保护环境 ,净化天空的呼声日益增高 ,而造成此种现象的 主要原因是城市燃煤锅炉所排放的粉尘和有害气体 所致 。所以 ,国家现在正在逐步取缔城市燃煤小锅 炉 ,大力倡导发展集中供热 。目前 ,城市集中供热热 源主要有热电厂 、集中锅炉房等 ,这些热源要在工业 生产和日常生活中得到应用 ,必须通过管道进行输 送 。因此供热管道的设计 、设置 、安装正确与否将直 接影响整个供热管网的安全运行 。d2g = 3600 4 v式中g 管道的流量 ,kg/ h ;d 管径 ,m ; 蒸汽密度 ,kg/ m3 ; v 蒸汽流速 ,m/ s 。蒸汽管道布置原则蒸汽管道布置应在城市建设规划的指导下 ,考 虑热负荷分布 、热源位置 、与各种地上 、地下管道及 构筑物 、园林绿地的关系和水文 、地质条件等多种因 素 。蒸汽管道敷设方式一般采用地上敷设 (架空) 和 地下敷设 (地沟) ,采用地上敷设方式时 ,在设计中一 定要注意美观 ,与周围建筑物要协调一致 ,一般工业 厂区多采用地上架空方式敷设 ,此种方式造价相对 较低 。23 . 2管道壁厚的确定由于管道内流体压力作用所产生的应力会作用 于管壁 ,所以输送蒸汽的管道必须具有一定的壁厚 , 否则 ,将会给以后管网正常运行带来隐患 。在工程 设计中可通过计算确定管道的壁厚 ,也可根据经验 取值 。下式是确定蒸汽管道理论壁厚的计算公式 。 pdd0 t =2 9 + pd蒸汽管道设计蒸汽管道设计得是否合理 ,将直接关系到供热 管网运行的可靠性 、经济性 、安全性和方便性 。因 此 ,要确保管网正常运行必须做好蒸汽管道设计工 作 。蒸汽大都通过一次能源加热水而产生 ,所以减 少热损失 ,不仅有利于热利用率的提高 ,生产成本的3式中 t 管道理论计算壁厚 , m ;pd 管道的计算压力 ,mpa ;d0 钢管外径 , m ; 9 钢材在计算温度下的基本许用 应力 ,mpa ; 基本许用应力修正系数 ( 无缝钢 管 = 1) 。收稿日期 :2003 - 04 - 2141 能源研究与利用2003 年第 4 期3. 3管道支架允许跨距蒸汽管道支承在活动支架上 , 管道断面承受由 内压和持续外载产生的应力 。管道在工作状态时 , 由内压和持续外载产生的应力不得大于钢材的计算 温度下的基本许用应力 。因此 , 在工程设计时应考 虑管道支架的最大允许跨距 , 以确保管道的安全运 行 。同时 , 在确保安全运行前提下 , 应尽可能扩大活 动支架的间距 , 以节约蒸汽管线的投资费用 。3. 3. 1按强度条件计算跨距连续敷设 , 均布荷载的水平直管道的支架跨距 为 :温厚度”。显而易见 ,保温层越厚 ,则管路散热损失越小 ,节约了燃料 ; 但由于厚度加大 ,保温结构费用 增加 ,增加了投资费用 。“经济保温厚度”是考虑管 道保温结构的基建投资和管道散热损失的年运行费 用之和最小为依据计算得出 。3 . 4 . 1单层保温经济厚度计算方法 以单位长度管道为计算基准 。根据稳态传热方程 ,通过单层保温层传递的热量等于保温层外表面 散失的热量 ,故 :t1 - t2( a)q =d2ln+111+d0 a1 2d1d2 a21 w 9 t ml max = 2. 24q式中l max 管道支架最大允许跨距 ,m ;q 管道单位长度计算荷载 ,n/ m ; w 管道断抗弯矩 ,cm3 ; 管道横向焊缝系数 (0 . 60 . 8) ; 9 t 钢管许用应力 ,mpa 。3 . 3 . 2按刚度条件计算跨距连续敷设 ,均布荷载的水平直管道的支架跨距 为 :图 1 单层保温结构若管内流体为饱和蒸汽 ,管内流体到管壁的放 热系数 a1 的数值很大 ,分母中第一项可忽略 。式中q 单位长度管道热损失 ,w/ m ;t1 、t2 管 内 流 体 温 度 、周 围 介 质 温 度 , ;d0 、d1 、d2 管内径 、管外径 、保温层的外径 ,m ;a1 、a2 管内流体到管壁的放热系数 、 保温层外表面到周围介质的放热系数 ; 保温材料平均导热系数 ,w/ (m) 。3100 e j il max = 0. 19mt 0q式中l max 管道支架最大允许跨距 ,m ;q 管道单位长度计算荷载 ,n/ m ;et 钢材弹性模数 ,mpa ;j 管道断面惯性矩 ,cm4 ;i0 管道放水坡度 (i 0 . 002) 。 在工程设计时 ,按强度和刚度两个条件 ,取两者中最小值 ,作为管道支架间距 。3 . 4管道保温厚度的确定 为了防止蒸汽输送过程中向周围散发热量 ,故供热管道及附件外表均需保温 ,其作用是提高热效 率 。特别在长距离输送蒸汽时 ,用保温层来减少热 损失 ,以满足生产所需温度 。另外保温层还可以在 严寒的冬季防止热媒冻结 ,平时则维持管道外表面 温度低于 50 , 以免烫伤人 , 它还可以保护管道不 受外界的侵蚀破坏 。在工程设计中 ,在计算管路散热损失的基础上 ,管道保温层厚度通常按技术经济分析得出“经济保最经济的保温厚度应该使全年运行费用 y 为最小 。全年运行费 y 等于全年热损失值 bq 与设备 折旧费用 ps 之和 , 即 y = bq + psmb ( t1 - t2) 10 - 6y = bq + ps =1 ln d2 +12d1 a2 d2+ p 4 ( d2 1) a 102 - d2- 3( )b式中q 单位长度管道全年热损失 ;m 管道年运行时间 ;b 1mj 热损失的价格 ;p 保 温 材 料 的 年 折 旧 费 , 一 般 为42 能源研究与利用2003 年第 4 期12 %15 % ;s 单位长度管道保温的一次投资 ;保温材料密度 ;a 保温材料单价 。可通过对 ( b) 式做微分处理 , 求得经济保温厚 度 。在实际工程设计中可利用计算机进行求解 。3 . 4 . 2双层保温经济厚度计算方法 根据稳态传热方程 ,通过双层保温层传递的热量等于保温层外表面散失的热量 ,故 :施工图纸进行测量放线 , 打好管线走向的重要点 。转角点需注明角度及切线长 。若管道沿线遇到地下 隐蔽工程时 ,放线应在交叉范围两端作出明显标志 。4 . 2钢管检验钢管的质量直接影响管道使用寿命 ,在施工中 要求钢管表面不得有裂纹 、腐蚀 、结疤和凹痕等缺 陷 ,钢管和管件需具备出厂质量证明书等技术资料 , 各种技术指标必须符合管道行业有关标准和规定 (如力学性能 、化学成分 、强度 、韧性等) 。4 . 3管道安装经过管线走向勘测 、钢管检验等工作后 ,可以进 行管道的安装 。由于蒸汽管道有架空敷设方式和地 埋敷设方式之分 ,所以施工方法不同 。架空敷设时 , 管道安装完毕 ,在进行保温施工前 ,须对管道进行水 压试验 。对于长距离的蒸汽管道可做分段试压 。试 压前 ,在管路最高点安装放空阀 ,在最低点安装疏水 阀 。试压压力为设计压力的 1 . 5 倍 ,在试压时 ,试压 表计须校验 ,其精度不得低于 1 . 5 级 ,表的满刻度值 应为被测最大压力的 1 . 52 倍 ,压力表不得少于两 块 。地埋敷设与架空敷设不同在于 ,在安装管道时 要在外套管做排潮管 (图 3) 。进行完水压试验后须 做气密性试验 ,气密性试验压力为0 . 4mpa 。 2( t1 - tw ) = at2r3 ( tw -t3)q =r2r3111 ln r1 + 2 lnr2其中 at = 9. 4 + 0. 052 ( tw - t3)式中 r1 、r2 、r3 管道外径 、内保温外径 、外保 温外径 ,m ;t1 、tw 、t3 管内流体温度 、保温外壁温 度 、周围介质温度 , ;1 、2 内 、外保温材料的平均导热系数 ,w/ (m) 。图 2 双层保温结构保温投资费用s 1 = ( r22 - r12) b 1 + ( r32 -散热损失 s 2 = qbr22) b 2图 3 地埋管道排潮示意图4 . 4管道的热补偿为使管道在工作状态下稳定 、安全运行 ,工程设 计时 ,应对管道因受热时的热伸长量进行补偿 ,减小 管线因温度变化而产生的冷热应力 ; 避免因应力集 中对管线造成破坏 ; 防止事故发生 。管道热补偿的 方式有好多种 ,目前我单位设计 、安装的蒸汽管道多 采用轴向型钢套钢波纹管补偿器 ,运动效果很好 ,在 补偿器安装时 ( 图 4) ,补偿器距固定支架的距离 l 1= 4 d , 补偿器距第一个导向支架的距离 l 2 4 d , 距 离第二个导向支架的距离为 l 3 = 14 d ( d 为管径) 。式中 b 1 、b 2 单位体积的内 、外保温层造价元/ m3 ;b 1mj 热损失的价格 。 以保温投资费用和热损失之和最小为前提 ,通过计算求得双层保温经济厚度 。由于双层保温效果 比单层好 ,所以在实际工程设计中多采用多层保温 结构 。4 蒸汽管道安装4 . 1勘测放线 施工单位与建设单位工程技术人员要严格按照43 能源研究与利用2003 年第 4 期另外 ,也可利用蒸汽管线走向的各种折弯 ( 如 l 型 、z 型等) 进行自然补偿 ,由此减少补偿器的数量 ,从 而降低蒸汽管道的工程造价 。是管内不稳定流动所引起的一种特殊振荡现象 。它使蒸汽管道的使用寿命缩短 ,严重时甚至会造成管 道 、阀门等设备的破裂损坏 。所以在蒸汽管道设计 和生产操作过程中要尽可能避免发生水击 。一般可 通过以下方法避免和减轻水击对蒸汽管道的影响 。在管道设计安装时 ,必须使管道具有足够的 坡度 ,并尽可能保持汽 、水同向流动 。在停送汽时 ,延缓阀门的调节时间 ,使管内流 体的流速变化很小 ,减小管内流体的不稳定流动 。合理的管路设计也是避免水击发生的有效措 施 。图 4 补偿器与各管架的相对位置4 . 5支吊架的安装 蒸汽管道敷设时每隔一定距离需要设置一支撑点 ,以支撑管道 、附件 、保温层及管道中的水重 ,并承 受管道作用力 。支吊架分为固定支架 、导向支架 、活 动支架 、弹簧支吊架等形式 。在实际工程施工中 ,当 需要减少支架水平位移的摩擦力时 ,可采用滚动支 架 。弹簧支吊架用于有垂直位移的支撑点 ,当有水 平位移时 ,弹簧支架应加装滚柱 。在设计安装时应 对固定支架做推力和应力验算 。4 . 6 疏水器的安装在蒸汽管道上必须设置疏水器 ,其作用是自动 防止蒸汽泄漏而且迅速排出用热设备及管道中的冷 凝水 ,保持蒸汽干燥 ,提高蒸汽利用效率 。蒸汽管道 疏水器设置位置 :1 、管道的最低点 ;2 、被阀门切断的 各管段最低点 ; 3 、垂直升高前的管段最低点 。一般 顺坡情况下每隔 400500 米 ,逆坡时每隔 200300 米设置启动疏水和经常疏水装置 。结语6蒸汽管道的设计 、附件的选择 、支架和补偿器的选择必须经过严格的设计计算 ,在补偿器安装时 ,要 做预拉伸 ,只有如此才能保证管道安全 、可靠 、经济 运行 。参考文献 :1 贺平 ,孙刚. 供热工程m . 北京 : 中国建筑工业 出版社 ,1993 .2 李岱森. 简明供热设计手册z. 中国建筑工业出 版社 ,1998 .3 陆耀庆. 实用供热空调手册z .工业出版社 ,1993 .北京 : 中国建筑4 李先洲 ,李景田. 暖通空调规范实施手册m .北京 :中国建筑工业出版社 ,1999 .水击现象及避免措施蒸汽管线停送汽时 ,有时能听到“咣咣”的声音 , 这就是水击现象 。水击现象是介质流动状态忽然改 变 ,管内流体动量发生变化而产生的压力瞬变过程 ,55 袁国汀. 建筑安装施工图集 8 (管道工程) z.京 :中国建筑工业出版社 ,2002 .北6 王建设. 管路的水击及其预防j .管道技术与设备 ,2002 , (2) :46 .2004 年特产研究征订启事特产研究为中华人民共和国农业部主管 、中国农业科学院特产研究所和中国农学会特产学会联合主办的国家级农牧 特产业学术期刊 。主要报道特种经济动植物的引种驯化 、遗传育种 、饲养繁殖 、栽培管理 、病虫害防治 、产品加工 、贮藏保鲜 、资 源保护及开发利用等方面的最新科研成果 ;介绍农牧特产业的新技术 、新方法 、新经验等 。辟有研究报告 、应用技术 、专论综 述 、测试分析 、资源调查 、译文等栏目 。适合从事特产科技工作的各级院校师生 、科研人员 、发展特产业的领导 、生产技术人员 及广大农村种植业和养殖业公司 、场 (户) 参阅 。季刊 ,16 开本 64 页 ,季末月出版 ,每期定价 5100 元 ,年价 20100 元 。全国各地 邮局 (所) 均可订阅 ,邮发代号 12 182 。也可通过当地邮局汇款至本刊编辑部直接订阅 。欢迎投稿 ,欢迎刊登广告 !地址 :吉林市昌邑区左家镇鹿鸣大街 15 号特产研究编辑部 邮政编码 :132109联系人 :周淑荣 (发行) 电话 :0432 - 4702060 e - mail :tcsxxzxl public . jl . jl . cn44 能源研究与利用2003 年第 4 期energy research and util ization/ aug ,2003abstracts and authorsabstract : a fulfilled program on the sim2ulate system to train operating - crews of new - constructive units is summarized. the sequence is made up of a series of theoretical and practical trainings such as basic education , unit start and stop operation , normal regulation and accident treatments. the program is authentically proved to be an effective way to train qualified crews with a scientific and comprehensive examination.keywords : unit , simulate system , opera2tion , trainingintelligent control and optimizingdecision on ball mill pulverizing sys2 tem based on soft2sensing technique hao yong - sheng ,lu zhen - zhong ( seupower engineering nanjing 210096 ,china) abstract : based on soft2sensing tech2nique , this article has put forward and realized the scheme of intelligent control and optimizing deci2 sion on ball mill pulverizing system. by optimizing the material level , air amount , ball load and ball2 size distribution , the consumption of coal pulver2 ized will be reduced , and better economic and so2 cial benefit will be gained.keywords : ball mill ,soft - sensing , intelli2gent control , optimizing decision fermentation importantpro2cess of incinerating living refuse oflow calorific valuea shi - ru , zhang hong - bo ( shenzhen municipal environment and sanitation comphe2 hensive disposal plant ,518019 ,china)abstract : the importance of fermentation of living refuse of low calorific value in incineraion technique is introduced and some critical questions are disscussed in the article .keywords : refuse ; fermentation ; flameexperimental analysis of dryingdown in cfbl i j ing ,wan g xin - yong , huan g fu - yi ( china university of mining and technology j iangsu xuzhou ,221008 ,china)abstract : the experimental system of the fluidized bed dryer ( fbd ) was established , on which the drying experimental research was con2 ducted under different working conditions. the drying characteristics o