蒸汽管道计算实例41148范本模板.docx
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蒸汽管道计算实例41148范本模板
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》）１—３得蒸汽在该状态下的密度ρ1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1—３得蒸汽在该状态下的密度ρ2为２.98kｇ/m3。
（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
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
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/s２；
υｐ－介质的平均比容,m3/kg;ﻫ 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;ﻫΣξ—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;ﻫ 1／Vp=ρp-平均密度,kg/m3;ﻫ 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
在上式中:
5·Wｐ2/gυp=5·Ｗｐ２ρp/ｇ表示速度头（动压头）
λ１03L/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—3/（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）;ﻫ 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（t2—t1） ㎝
式中L—计算管长,m，3-４管段的长度为46。
５7ｍ;ﻫ 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（℃）;ﻫ 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。
０002tｐ（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·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（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
2０0
２50
10
ＧB8163
≤１0
335
205
101
92
20
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/㎝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
㎝２
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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