蒸汽管道计算实例.doc

1、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 250，压力 1.0MP；蒸汽管道终端 温度 240，压力 0.7MP（设定）；VOD 用户端 温度 180，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

2、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 250查动力管道设计手册第一册 热力管道（以下简称管道设计）13 得蒸汽在该状态下的密度 1 为 4.21kg/m3。假设：蒸汽管道的终端压力为 0.7Mp，温度为 240查管道设计表 13 得 蒸汽在该状态下的密度 2 为 2.98kg/m3。（一）管道压力损失：

3、1、管道的局部阻力当量长度 表（一）名 称阻力系数（）数量管子公称直径（毫米）总阻力数止回阀 旋启式 3 1 200 3煨 弯 R=3D 0.3 10 200 3方型伸缩 器煨弯 5 6 200 30R=3D2、压力损失21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/s2；p介质的平均比容，m 3/kg； 摩擦系数，查动力管道手册（以下简称管道）表 49 得 管道的摩擦阻力系数 =0.0196 ；d管道直径，已知 d=200mm ；L管道直径段总长度，已知 L=505m ；局部阻力

4、系数的总和，由表（一）得 =36；H 1、H 2管道起点和终点的标高，m ；1/Vp=p平均密度，kg/m 3；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 21 变为 22在上式中： 5Wp2/gp=5Wp2p /g 表示速度头（动压头）10 3L/d 为每根管子摩擦阻力系数。把上述数值代入 22 中得p=1.1554023.595 (0.0196103505/200+36)/9.8=0.316 Mp计算出的压力降为 0.447Mp，所以蒸汽管道的终端压力P2=P1-p=1.0-0.316=0.684 Mp。相对误差为：（0.7-0.684）/0.

5、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=Q10 -3/（GC P）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：1.2q1.2148.5505=89991 千卡小时蒸汽流量：11.5+9.0=20.5 吨小时定压比热：Cp 查管道设计图得 Cp0.515 千卡/千克 。t=89.991/（20.50.515）=8.524 2、蒸汽管道的出口温度为 t2=t1-t=250-8.524=241.4

6、8 。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： L=L(t2-t1) 式中 L计算管长，m，3-4 管段的长度为 46.57m； 管道的线膨胀系数， /（m），查表 5-1 得=12.25/（m ）；t 2管内介质温度，已知 t2=220；t 1管道安装温度，已知 t1=20。L=1246.57(245-20)=12.57所以，管段 34 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

7、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125.7mm150mm 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 12 自然补偿 6.34满足补偿要求3-4 46.757 12 人工补偿 矩形补偿器 12.57满足补偿要求4-5 35.6 12 人工补偿 矩形补偿器 8.54 满足补偿要求5-6 48.39 12 人

8、工补偿 矩形补偿器 11.63满足补偿要求6-7 61.41 12 人工补偿 矩形补偿器 14.74满足补偿要求7-8 72.85 12 自然补偿 17.48满足补偿要求8-9 31.5 12 自然补偿 7.44满足补偿要求9-10 54 12 人工补偿 矩形补偿器 12.96满足补偿要求10-11 48 12 人工补偿 矩形补偿器 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

9、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：公式： 千卡/米时q管道单位长度热损失（千卡/米时）；t介质温度（）；t 0周围环境温度（）； 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

10、温表 2-45 得 =0.028+0.0002tp（ tp保温层平均温度查管道与设备保温表 38 得 tp=145）=0.057 千卡/ 米 时；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 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（GB32573）、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

11、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 GB8163-872196DN200无缝钢管。其许用应力：常温强度指标 温度（）钢 号 钢管标准壁厚（mm） b MPa s MPa 200 25010 GB8163 10 335 205 101 9220 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/2h；2、已知蒸汽流量为 20.5t/h，求得所需减压阀阀座面积为 2