蒸汽管道计算实例Word格式.docx
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1
为4.21kg/m。
假设:
蒸汽管道的终端压力为0.7Mp,温度为240℃查《管道设
计》表1—3得蒸汽在该状态下的密度ρ
2
为2.98kg/m。
(一)管道压力损失:
1、管道的局部阻力当量长度表
(一)
名称
阻力系数
(ξ)
数量
管子公称直径
(毫米)
总阻力
数
止回阀
旋启式
200
煨弯
R=3D
0.3
10
方型伸缩
器
煨弯
5
6
30
2、压力损失
2—1
式中Δp—介质沿管道内流动的总阻力之和,Pa;
Wp—介质的平均计算流速,m/s;
查《管道设计》表5-2取Wp=40m/s;
g—重力加速度,一般取9.8m/s;
υp—介质的平均比容,m/kg;
λ—摩擦系数,查《动力管道手册》(以下简称《管道》)表4—9得管道的摩擦阻力系数λ=0.0196;
d—管道直径,已知d=200mm;
L—管道直径段总长度,已知L=505m;
Σξ—局部阻力系数的总和,由表
(一)得Σξ=36;
H1、H2—管道起点和终点的标高,m;
1/Vp=ρp—平均密度,kg/m;
1.15—安全系数。
在蒸汽管道中,静压头(H2-H1)10/Vp很小,可以忽略不计所以式2—1变为
2—2
-3
在上式中:
5·
Wp/gυp=5·
Wpρp/g表示速度头(动压头) λ10L/d为每根管子摩擦阻力系数。
把上述数值代入2—2中得
Δp=1.15×
5×
402×
3.595(0.0196×
103×
505/200+36)/9.8
=0.316Mp
计算出的压力降为0.447Mp,所以蒸汽管道的终端压力 P2=P1-Δp=1.0-0.316=0.684Mp。
相对误差为:
(0.7-0.684)/0.7=2.3%。
所以假设压力合理
(二)管道的温度降:
1、蒸汽在管道中输送时,由于对周围环境的散热损失,过热蒸汽温降按下式计算:
Δt=Q·
10/(G·
CP)℃
式中Q—所计算蒸汽管段对周围环境的散热损失(千卡/时);
G—管段计算蒸汽流量(吨/时);
Cp—在管段平均蒸汽参数时,过热蒸汽的定压比热(千卡/千克·
℃)。
总散热损失:
Q=1.2·
q·
L=1.2·
148.5·
505=89991千卡/小时
蒸汽流量:
G=11.5+9.0=20.5吨/小时
定压比热:
Cp查《管道设计》图5-5得Cp=0.515千卡/千克·
℃。
Δt=89.991/(20.5·
0.515)=8.524℃
2、蒸汽管道的出口温度为t2=t1-Δt=250-8.524=241.48℃。
3、相对误差:
8.524/250=3.4%。
蒸汽管道终端的出口参数为:
压力0.684MP温度241.48℃,其计算结果和假设相一致。
三、管道伸长量和补偿计算
(以管段3-4为例)
(一)伸长量:
公式:
ΔL=а·
L(t
-t1
)㎝
式中L—计算管长,m,3-4管段的长度为46.57m;
а—管道的线膨胀系数,㎝/(m·
℃),查表5-1得α=12.25㎝/(m·
℃);
t2—管内介质温度,℃,已知t2=220;
t1—管道安装温度,℃,已知t1=20。
)
ΔL=12·
46.57(245-20)=12.57㎝
所以,管段3—4的热膨胀量为125.7mm小于补偿器的补偿量150mm,及本段管道在受热时不会因线性膨胀而损坏。
(二)补偿器选型及校核计算:
采用的补偿方式为人工补偿,选取的补偿器为矩型补偿器,其型号为:
150-2型,其补偿能力为150mm,所以3-4管段的伸长125.7mm<
150mm补偿器能满足要求。
其它管段的伸长及补偿情况见下表:
表
(二)
管段号
管长
(m)
线膨胀系
补偿类型
补偿器类型
热伸长
量(㎝
备注
1-2
36.52
12
自然补偿
———
8.76
满足补偿要
求
2-3
26.40
6.34
3-4
46.757
人工补偿
矩形补偿器
12.57
4-5
35.6
8.54
5-6
48.39
11.63
6-7
61.41
14.74
7-8
72.85
17.48
8-9
31.5
7.44
9-10
54
12.96
10-11
48
11.52
由上表可以看出整个VOD管道能在等于或低于设计参数的工况下正常运行。
四、管道的保温防腐设计
为了节约能源,提高经济效益,减少散热损失,满足工艺要求,
改善工作环境,防止烫伤,一般设备、管道,管件、阀门等(以下对管道、管件、阀门等统称为管道)必须保温。
(一)保温材料的选择:
由于超细玻璃棉的纤维细而柔,呈白色棉状物,其单纤维直径4微米,对人的皮肤无刺痒感。
超细玻璃棉优点很多,其容重小,
导热系数底,燃点高、不腐蚀是良好的保温、吸声材料。
同时有良
好的吸附过滤性能,用途十分广泛。
因此在本次设计中保温我材料的是选择超细玻璃棉。
保护层采用玻璃布。
(二)保温层厚度的确定:
根据国标保温层厚度表(动力设施标准图集R410-2)超细玻璃棉制品保温层的厚度为70mm。
(三)保温层单位散热量计算:
千卡/米·
时
q—管道单位长度热损失(千卡/米·
时);
t—介质温度(℃);
t0—周围环境温度(℃);
λ—保温材料在平均温度下的导热系数(千卡/米·
时·
℃)查《管
道与设备保温》表2-45得λ=0.028+0.0002t
p
(tp
—保温层平均温度
查《管道与设备保温》表3—8得tp
=145℃)λ=0.057千卡/米·
℃;
—保温结构外表面向周围空气的放热系数(千卡/米时)
千卡/米时
所以,每米长管道在每小时的散热量为148千卡。
(四)保温结构:
保温层用包扎保温结构,用一层超细玻璃棉毡包扎在管道上,
再用铁丝绑扎起来。
保护层采用油毡玻璃布,第一层,用石油沥青毡(GB325—73)、粉毡350号。
在用18#镀锌铁丝直接捆扎在超细
玻璃棉毡层外面。
油毡纵横搭接50毫米,纵向接缝应在管子侧面,
缝口朝下。
第二层,把供管道包扎用的玻璃布螺旋式地缠卷在石油沥青毡外面,连后用18#镀锌铁丝或宽16毫米、厚0.41毫米的钢带捆扎住。
五、管道及附件的设计和选择
(一)管道选型:
本设计所选择的管道为GB8163-87φ219×
6DN200无缝钢管。
其许用应力:
钢号
钢管标准
壁厚
(mm)
常温强度指标
温度(℃)
δbMPa
δsMPa
250
GB8163
≤10
335
205
101
92
20
390
245
123
110
由于本设计蒸汽的最高压力为1.0MP远低于92MP,所以所选管道安全可行。
(二)减压阀选型:
因为本设计蒸汽管道的出口压力为0.684MP而VOD正常工作压力为0.5MP所以在蒸汽管道的出口处应设一减压阀。
1、已知减压阀前压力为0.684MP,阀后压力为0.5MP根据《管
道设计》图6-75查得每平方厘米阀座面积的理论流量q=300kg/㎝2·
h;
2、已知蒸汽流量为20.5t/h,求得所需减压阀阀座面积为
㎝
3、根据需减压阀阀座面积,查《管道》表9-11直径和减压阀的公称直径DN=200mm。
(三)支架及方型补偿器的选择:
为了保证管道在热状况下的稳定和安全,减少管道受热膨胀时
所产生的应力,管道每隔一定距离应该设固定支架及热膨胀的补偿器。
支架的选择根据动力设施国家标准图籍R402《室内热力管道支
吊架》和R403《室外热力管网支吊架》为依据进行的,在两固定支
架之间设置一方型补偿器,其型号根据所在管段的热伸长量选择。
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