蒸汽管道計算實例

1、前言本設(shè)計目的是為一區(qū)VOD-40t鋼包精練爐提供蒸汽動力。設(shè)計參數(shù)是由動力一車間和西安向陽噴射技術(shù)有限公司提供的。主要參數(shù)：蒸汽管道始端 溫度 250，壓力 1.0MP；蒸汽管道終端 溫度 240，壓力 0.7MP（設(shè)定）；VOD用戶端 溫度 180，壓力 0.5MP；耗量 主泵 11.5t/h 輔泵 9.0t/h一、蒸汽管道的布置本管道依據(jù)一區(qū)總體平面布置圖所描述的地形進行的設(shè)計，在布置管道時本設(shè)計較周詳?shù)乜紤]到了多方面的內(nèi)容：1、蒸汽管道布置時力求短、直，主干線通過用戶密集區(qū)，并靠近負荷大的主要用戶；2、蒸汽管線布置時盡量減少了與公路、鐵路的交叉。3、在布置蒸汽管線時盡量利用了自然彎角作

2、為自然補償。并在自然補償達不到要求時使用方型補償器。4、在蒸汽管道相對位置最低處設(shè)置了輸水閥。5、蒸汽管道通過廠房內(nèi)部時盡量使用廠房柱作為支架布置固定、滑動支座。6、管道與其它建、構(gòu)筑物之間的間距滿足規(guī)范要求。二、蒸汽管道的水力計算已知：蒸汽管道的管徑為Dg200，長度為505m。蒸汽管道的始端壓力為1.0MP，溫度為250查動力管道設(shè)計手冊第一冊 熱力管道（以下簡稱管道設(shè)計）13得蒸汽在該狀態(tài)下的密度1為4.21kg/m3。假設(shè)：蒸汽管道的終端壓力為0.7Mp，溫度為240查管道設(shè)計表13得 蒸汽在該狀態(tài)下的密度2為2.98kg/m3。（一）管道壓力損失：1、管道的局部阻力當量長度 表（一）

3、名 稱阻力系數(shù)（）數(shù)量管子公稱直徑（毫米）總阻力數(shù)止回閥旋啟式312003煨 彎R=3D0.3102003方型伸縮 器煨彎R=3D56200302、壓力損失21式中p介質(zhì)沿管道內(nèi)流動的總阻力之和，Pa；Wp介質(zhì)的平均計算流速，m/s； 查管道設(shè)計表5-2取Wp=40m/s ；g重力加速度，一般取9.8m/s2；p介質(zhì)的平均比容，m3/kg；摩擦系數(shù)，查動力管道手冊（以下簡稱管道）表49得 管道的摩擦阻力系數(shù)=0.0196 ；d管道直徑，已知d=200mm ；L管道直徑段總長度，已知L=505m ；局部阻力系數(shù)的總和，由表（一）得=36；H1、H2管道起點和終點的標高，m；1/Vp=p平均密度，

4、kg/m3；1.15安全系數(shù)。在蒸汽管道中，靜壓頭(H2-H1)10/Vp很小，可以忽略不計所以式21變?yōu)?22在上式中： 5·Wp2/gp=5·Wp2p /g表示速度頭（動壓頭）103L/d為每根管子摩擦阻力系數(shù)。把上述數(shù)值代入22中得p=1.15×5×402×3.595 (0.0196×103×505/200+36)/9.8=0.316 Mp計算出的壓力降為0.447Mp，所以蒸汽管道的終端壓力P2=P1-p=1.0-0.316=0.684 Mp。相對誤差為：（0.7-0.684）/0.7=2.3% 。所以假設(shè)壓力合理（

5、二）管道的溫度降：1、蒸汽在管道中輸送時，由于對周圍環(huán)境的散熱損失，過熱蒸汽溫降按下式計算：t=Q·10-3/（G·CP）式中Q所計算蒸汽管段對周圍環(huán)境的散熱損失（千卡/時）；G管段計算蒸汽流量（噸/時）；Cp在管段平均蒸汽參數(shù)時，過熱蒸汽的定壓比熱 （千卡/千克·）?？偵釗p失：1.2·q·1.2·148.5·505=89991 千卡小時蒸汽流量：11.5+9.0=20.5 噸小時定壓比熱：Cp查管道設(shè)計圖得Cp0.515 千卡/千克·。t=89.991/（20.5·0.515）=8.524 2、蒸汽管

6、道的出口溫度為t2=t1-t=250-8.524=241.48 。3、相對誤差：8.524/250=3.4% 。蒸汽管道終端的出口參數(shù)為：壓力 0.684MP 溫度 241.48 ，其計算結(jié)果和假設(shè)相一致。三、管道伸長量和補償計算（以管段3-4為例）（一）伸長量： 公式： L=·L(t2-t1) 式中L計算管長，m，3-4管段的長度為46.57m；管道的線膨脹系數(shù)，/（m·），查表5-1得=12.25/（m·）；t2管內(nèi)介質(zhì)溫度，已知t2=220；t1管道安裝溫度，已知t1=20。L=12·46.57(245-20)=12.57所以，管段34的熱膨脹量為

7、125.7mm小于補償器的補償量150mm，及本段管道在受熱時不會因線性膨脹而損壞。（二）補償器選型及校核計算：采用的補償方式為人工補償，選取的補償器為矩型補償器，其型號為：150-2型，其補償能力為150mm，所以3-4管段的伸長125.7mm<150mm補償器能滿足要求。其它管段的伸長及補償情況見下表： 表（二）管段號管 長（m）線膨脹系數(shù)補償類型補償器類型熱伸長量（）備注1-236.5212自然補償8.76滿足補償要求2-326.4012自然補償6.34滿足補償要求3-446.75712人工補償矩形補償器12.57滿足補償要求4-535.612人工補償矩形補償器8.54滿足補償要求

8、5-648.3912人工補償矩形補償器11.63滿足補償要求6-761.4112人工補償矩形補償器14.74滿足補償要求7-872.8512自然補償17.48滿足補償要求8-931.512自然補償7.44滿足補償要求9-105412人工補償矩形補償器12.96滿足補償要求10-114812人工補償矩形補償器11.52滿足補償要求由上表可以看出整個VOD管道能在等于或低于設(shè)計參數(shù)的工況下正常運行。四、管道的保溫防腐設(shè)計為了節(jié)約能源，提高經(jīng)濟效益，減少散熱損失，滿足工藝要求，改善工作環(huán)境，防止燙傷，一般設(shè)備、管道，管件、閥門等（以下對管道、管件、閥門等統(tǒng)稱為管道）必須保溫。（一）保溫材料的選擇：由

9、于超細玻璃棉的纖維細而柔，呈白色棉狀物，其單纖維直徑4微米，對人的皮膚無刺癢感。超細玻璃棉優(yōu)點很多，其容重小，導熱系數(shù)底，燃點高、不腐蝕是良好的保溫、吸聲材料。同時有良好的吸附過濾性能，用途十分廣泛。因此在本次設(shè)計中保溫我材料的是選擇超細玻璃棉。保護層采用玻璃布。（二）保溫層厚度的確定：根據(jù)國標保溫層厚度表（動力設(shè)施標準圖集R410-2）超細玻璃棉制品保溫層的厚度為70mm。（三）保溫層單位散熱量計算：公式： 千卡/米·時q管道單位長度熱損失（千卡/米·時）；t介質(zhì)溫度（）；t0周圍環(huán)境溫度（）；保溫材料在平均溫度下的導熱系數(shù)（千卡/米·時·）查管道與設(shè)

10、備保溫表2-45得=0.028+0.0002tp（ tp保溫層平均溫度查管道與設(shè)備保溫表38得tp=145）=0.057 千卡/米·時·；保溫結(jié)構(gòu)外表面向周圍空氣的放熱系數(shù)（千卡/米2時） 千卡/米2時 千卡/米·時所以，每米長管道在每小時的散熱量為148千卡。（四）保溫結(jié)構(gòu)：保溫層用包扎保溫結(jié)構(gòu)，用一層超細玻璃棉氈包扎在管道上，再用鐵絲綁扎起來。保護層采用油氈玻璃布，第一層，用石油瀝青氈（GB32573）、粉氈350號。在用18#鍍鋅鐵絲直接捆扎在超細玻璃棉氈層外面。油氈縱橫搭接50毫米，縱向接縫應(yīng)在管子側(cè)面，縫口朝下。第二層，把供管道包扎用的玻璃布螺旋式地纏卷

11、在石油瀝青氈外面，連后用18#鍍鋅鐵絲或?qū)?6毫米、厚0.41毫米的鋼帶捆扎住。五、管道及附件的設(shè)計和選擇（一）管道選型：本設(shè)計所選擇的管道為GB8163-87219×6DN200無縫鋼管。其許用應(yīng)力：鋼 號鋼管標準壁厚（mm）常溫強度指標溫度（）b MPas MPa20025010GB8163103352051019220GB816310390245123110由于本設(shè)計蒸汽的最高壓力為1.0MP遠低于92MP，所以所選管道安全可行。（二）減壓閥選型：因為本設(shè)計蒸汽管道的出口壓力為0.684MP而VOD正常工作壓力為0.5MP所以在蒸汽管道的出口處應(yīng)設(shè)一減壓閥。1、已知減壓閥前壓力為0.684MP，閥后壓力為0.5MP根據(jù)管道設(shè)計圖6-75查得每平方厘米閥座面積的理論流量q=300kg/2·h；2、已知蒸汽流量為20.5t/h，求得所需減壓閥閥座面積為 23、根據(jù)需減壓閥閥座面積，查管道表9-1