蒸汽管道計(jì)算實(shí)例

1、前言本設(shè)計(jì)目的是為一區(qū)VOD-40t鋼包精練爐提供蒸汽動(dòng)力。設(shè)計(jì)參數(shù)是由動(dòng)力一車(chē)間和西安向陽(yáng)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(jìn)行的設(shè)計(jì)，在布置管道時(shí)本設(shè)計(jì)較周詳?shù)乜紤]到了多方面的內(nèi)容：1、蒸汽管道布置時(shí)力求短、直，主干線通過(guò)用戶密集區(qū)，并靠近負(fù)荷大的主要用戶；2、蒸汽管線布置時(shí)盡量減少了與公路、鐵路的交叉。3、在布置蒸汽管線時(shí)盡量利用了自然彎角作

2、為自然補(bǔ)償。并在自然補(bǔ)償達(dá)不到要求時(shí)使用方型補(bǔ)償器。4、在蒸汽管道相對(duì)位置最低處設(shè)置了輸水閥。5、蒸汽管道通過(guò)廠房?jī)?nèi)部時(shí)盡量使用廠房柱作為支架布置固定、滑動(dòng)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(jì)算已知：蒸汽管道的管徑為Dg200，長(zhǎng)度為505m。蒸汽管道的始端壓力為1.0MP，溫度為250查動(dòng)力管道設(shè)計(jì)手冊(cè)第一冊(cè) 熱力管道（以下簡(jiǎn)稱(chēng)管道設(shè)計(jì)）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(jì)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(dāng)量長(zhǎng)度 表（一）

3、名 稱(chēng)阻力系數(shù)（）數(shù)量管子公稱(chēng)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(dòng)的總阻力之和，Pa；Wp介質(zhì)的平均計(jì)算流速，m/s； 查管道設(shè)計(jì)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(dòng)力管道手冊(cè)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)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(zhǎng)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(diǎn)和終點(diǎn)的標(biāo)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(jì)所以式21變?yōu)?22在上式中： 5·Wp2/gp=5·Wp2p /g表示速度頭（動(dòng)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(jì)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(duì)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(shí)，由于對(duì)周?chē)h(huán)境的散熱損失，過(guò)熱蒸汽溫降按下式計(jì)算：t=Q·10-3/（G·CP）式中Q所計(jì)算蒸汽管段對(duì)周?chē)h(huán)境的散熱損失（千卡/時(shí)）；G管段計(jì)算蒸汽流量（噸/時(shí)）；Cp在管段平均蒸汽參數(shù)時(shí)，過(guò)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(shí)蒸汽流量：11.5+9.0=20.5 噸小時(shí)定壓比熱：Cp查管道設(shè)計(jì)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(duì)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(jì)算結(jié)果和假設(shè)相一致。三、管道伸長(zhǎng)量和補(bǔ)償計(jì)算（以管段3-4為例）（一）伸長(zhǎng)量： 公式： L=·L(t2-t1) 式中L計(jì)算管長(zhǎng)，m，3-4管段的長(zhǎng)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(bǔ)償器的補(bǔ)償量150mm，及本段管道在受熱時(shí)不會(huì)因線性膨脹而損壞。（二）補(bǔ)償器選型及校核計(jì)算：采用的補(bǔ)償方式為人工補(bǔ)償，選取的補(bǔ)償器為矩型補(bǔ)償器，其型號(hào)為：150-2型，其補(bǔ)償能力為150mm，所以3-4管段的伸長(zhǎng)125.7mm<150mm補(bǔ)償器能滿足要求。其它管段的伸長(zhǎng)及補(bǔ)償情況見(jiàn)下表： 表（二）管段號(hào)管 長(zhǎng)（m）線膨脹系數(shù)補(bǔ)償類(lèi)型補(bǔ)償器類(lèi)型熱伸長(zhǎng)量（）備注1-236.5212自然補(bǔ)償8.76滿足補(bǔ)償要求2-326.4012自然補(bǔ)償6.34滿足補(bǔ)償要求3-446.75712人工補(bǔ)償矩形補(bǔ)償器12.57滿足補(bǔ)償要求4-535.612人工補(bǔ)償矩形補(bǔ)償器8.54滿足補(bǔ)償要求

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

9、于超細(xì)玻璃棉的纖維細(xì)而柔，呈白色棉狀物，其單纖維直徑4微米，對(duì)人的皮膚無(wú)刺癢感。超細(xì)玻璃棉優(yōu)點(diǎn)很多，其容重小，導(dǎo)熱系數(shù)底，燃點(diǎn)高、不腐蝕是良好的保溫、吸聲材料。同時(shí)有良好的吸附過(guò)濾性能，用途十分廣泛。因此在本次設(shè)計(jì)中保溫我材料的是選擇超細(xì)玻璃棉。保護(hù)層采用玻璃布。（二）保溫層厚度的確定：根據(jù)國(guó)標(biāo)保溫層厚度表（動(dòng)力設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)圖集R410-2）超細(xì)玻璃棉制品保溫層的厚度為70mm。（三）保溫層單位散熱量計(jì)算：公式： 千卡/米·時(shí)q管道單位長(zhǎng)度熱損失（千卡/米·時(shí)）；t介質(zhì)溫度（）；t0周?chē)h(huán)境溫度（）；保溫材料在平均溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)（千卡/米·時(shí)·）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(shí)·；保溫結(jié)構(gòu)外表面向周?chē)諝獾姆艧嵯禂?shù)（千卡/米2時(shí)） 千卡/米2時(shí) 千卡/米·時(shí)所以，每米長(zhǎng)管道在每小時(shí)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(xì)玻璃棉氈包扎在管道上，再用鐵絲綁扎起來(lái)。保護(hù)層采用油氈玻璃布，第一層，用石油瀝青氈（GB32573）、粉氈350號(hào)。在用18#鍍鋅鐵絲直接捆扎在超細(xì)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(jì)和選擇（一）管道選型：本設(shè)計(jì)所選擇的管道為GB8163-87219×6DN200無(wú)縫鋼管。其許用應(yīng)力：鋼 號(hào)鋼管標(biāo)準(zhǔn)壁厚（mm）常溫強(qiáng)度指標(biāo)溫度（）b MPas MPa20025010GB8163103352051019220GB816310390245123110由于本設(shè)計(jì)蒸汽的最高壓力為1.0MP遠(yuǎn)低于92MP，所以所選管道安全可行。（二）減壓閥選型：因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)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(jì)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