蒸汽管道计算实例.docx

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蒸汽管道计算实例

、尸■、亠

前言

本设计目的是为一区VOD-40t钢包精练炉提供蒸汽动力。

设计参数是由动力一车间和西安向阳喷射技术有限公司提供的。

主要参数：

蒸汽管道始端温度250C，压力1.0MP;蒸汽管道

终端温度240C，压力0.7MP（设定）；

VOD用户端温度180C，压力0.5MP;

耗量主泵11.5t/h辅泵9.0t/h

一、蒸汽管道的布置

本管道依据一区总体平面布置图所描述的地形进行的设计，在布置管道时本设计较周详地考虑到了多方面的内容：

1、蒸汽管道布置时力求短、直，主干线通过用户密集区，并靠

近负荷大的主要用户；

2、蒸汽管线布置时尽量减少了与公路、铁路的交叉

3、在布置蒸汽管线时尽量利用了自然弯角作为自然补偿。

并在自然补偿达不到要求时使用方型补偿器。

4、在蒸汽管道相对位置最低处设置了输水阀。

5、蒸汽管道通过厂房内部时尽量使用厂房柱作为支架布置固定、滑动支座。

6、管道与其它建、构筑物之间的间距满足规范要求。

二、蒸汽管道的水力计算

已知：

蒸汽管道的管径为Dg200,长度为505m。

蒸汽管道的始端压力为1.0MP，温度为250C查《动力管道设计手册》第一册热力管道（以下简称《管道设计》）1—3得蒸汽在该状态下的密度p为4.21kg/m3。

假设：

蒸汽管道的终端压力为0.7Mp，温度为240C查《管道设计》表1—3得蒸汽在该状态下的密度p为2.98kg/m3。

（一）管道压力损失：

止回阀1

旋启式

3

1

200

3

煨弯

R=3D

0.3

10

200

3

方型伸

缩器

煨弯

R=3D

5

6

200

30

2103

d

厶+工©+（禺+駕）-1。

5

2—1

2、压力损失

式中△p—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";

up—介质的平均比容，m3/kg;

入—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入=0.0196;

d—管道直径，已知d=200mm;

L—管道直径段总长度，已知L=505m;

艺E—局部阻力系数的总和，由表

（一）得艺E=36

H1、战一管道起点和终点的标高，m;

1/Vp=pp—平均密度，kg/m3;

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

4=115（£+》◎

叫d2—2

在上式中：

5Wp2/gUp=5•2Pfp/g表示速度头（动压头）

入13L/d为每根管子摩擦阻力系数。

把上述数值代入2—2中得

△p=1.15X5X402X3.595（0.0196X103X505/200+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

P2二P1-Ap=1.00.316=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：

△t=Q-10（GCP）C

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c）o

总散热损失：

Q=1.2q・L=1.2148.5505=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；C。

△t=89.991/（20.50.515）=8.524C

2、蒸汽管道的出口温度为t2=t1-△t=2508.524=241.48C。

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241.48C，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：

△L=a•2-（t）cm式中L—计算管长，m,3-4管段的长度为46.57m;

a—管道的线膨胀系数，cm/（m・C），查表5-1得a=12.25cm/（m-°C）;

t2—管内介质温度，C,已知t2=220;

ti—管道安装温度，C,已知ti=20。

△L=12-46.57（2420）=12.57cm

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

|数

1补偿类型

1补偿器类1

型

1热伸长

量（cm）

备注

1-2

36.52|

1自然补偿

1---1

满足补偿要

求

2-3

26.40

12

1自然补偿1

|6.34

满足补偿要

求

3-4

46.757

1人工补偿1

1矩形补偿1

器

|12.57

满足补偿要

求

4-5

35.6

12

1人工补偿1

1矩形补偿1

器

|8.54

满足补偿要

求

5-6

48.39

匸

1人工补偿1

1矩形补偿1

器

|11.63

满足补偿要

求

6-7

61.41

1人工补偿

1矩形补偿1

器

厂

满足补偿要

求

7-8

72.85

1自然补偿

I-

17.48

满足补偿要

求

8-9

31.5

12

1自然补偿1

|7.44

满足补偿要

求

9-10

54

12

1人工补偿1

1矩形补偿1

器

|12.96

满足补偿要

求

10-11

48

jO

1人工补偿1

1矩形补偿1

器

|11.52

满足补偿要

求

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。

保护层米用玻璃布。

（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:

（t-tO）

丄宀1

公式：

匸…二工1-''L千卡/米时

q—管道单位长度热损失（千卡/米时）；t—介质温度（°C）;

to—周围环境温度（C）;

入—呆温材料在平均温度下的导热系数（千卡/米时C）查《管道与设备保温》表2-45得入=0.028+0.000?

t（tp—保温层平均温度查

《管道与设备保温》表3—8得tp=145C）入=0.057千卡/米时C;保温结构外表面向周围空气的放热系数（千卡/米2时）

'''-■■.■千卡/米2时

q=»__,=148.5

41’0.3591

In+__,tt

-J：

4一二一._1-.<.■：

：

-.「工千卡/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GB8163-87©219X6DN20无缝钢管。

其

许用应力：

n

钢号

|钢管标准

壁厚

（mm）

常温强度指标

温度「C）

SbMPa

SsMPa

200

250

DTI

GB8163

<10

335

205

101

92

nd

GB8163

<10

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/cm2h;

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。