廠區(qū)外網(wǎng)供氧管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘 要：我廠氧氣使用量大，但前期用氧主要依靠氧氣瓶或者氧氣匯流，效率低下且安全性差，采用供氧管道的方式，效率高及安全保障高，本文以此為基點(diǎn)，介紹廠區(qū)外網(wǎng)供氧管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的選取，氧氣設(shè)計(jì)流量和主要設(shè)計(jì)步驟，包括：氧氣管道系統(tǒng)的管線布置及管材選用，管徑及管壁厚，氧氣管道系統(tǒng)的壓力試驗(yàn)等。

關(guān)鍵詞：供氧管 設(shè)計(jì) 安全

中圖分類號：TU998 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1672-3791（2013）05（c）-0000-01

我廠是一個機(jī)械制造廠，在80、90年代廠內(nèi)車間用氧，主要依靠空分設(shè)備制氧、充裝氧氣瓶、再運(yùn)往各個車間、分散使用氣瓶或氧氣匯流排等一系列繁瑣過程。該供氧系統(tǒng)投資大、操作復(fù)雜、維護(hù)保養(yǎng)難、效率低下、供氧壓力不足、流量不穩(wěn)且安全性較差，近十年我廠制造能力的不斷提高及周邊單位用氣量的增大，氧氣供應(yīng)與生產(chǎn)需求量之間的矛盾日漸突出，基于周邊用氣量及我廠鉚焊、鑄工、下料等主要生產(chǎn)車間用氣的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一套以液氧儲罐為氣源的供氧系統(tǒng)即：一路以低壓供氧管道直接輸送至用氣車間，一路以高壓充裝管道輸送至充裝間。該系統(tǒng)不僅生產(chǎn)效率高、安全性好而且經(jīng)濟(jì)成本相當(dāng)?shù)停ㄓ稍瓉淼?0幾人操作減至4人）。高壓供氧管路及液氧罐的設(shè)計(jì)、安裝均由供應(yīng)廠家設(shè)計(jì)實(shí)施，現(xiàn)將廠區(qū)低壓供氧外網(wǎng)管路的設(shè)計(jì)闡述如下：

1 設(shè)計(jì)要求

（1）用氧車間的供氧管路一般工作壓力在1.6 Mpa以下，屬于常溫、低壓操作的供氧管路，目前車間用氧的最大工作壓力為1Mpa；（2）供氧管材、閥門及附件的選擇應(yīng)根據(jù)氧氣工作壓力及《氧氣及相關(guān)氣體安全技術(shù)規(guī)程》選用；（3）管徑大小應(yīng)滿足所有用氧車間同時使用時的最大用氣量。

2 氧氣設(shè)計(jì)流量

2.1 下料車間氧氣流量

四臺四割嘴的數(shù)控火焰切割機(jī)、一臺兩割嘴的數(shù)控火焰切割機(jī)、2-3把手工割炬，數(shù)控火焰切割機(jī)每只割嘴的最大氧氣消耗量是15m3/h，其工作壓力為0.8Mpa；每只手工割嘴的最大氧氣消耗量為6 m3/h（以3號割嘴割70㎜鋼板計(jì)算），其工作壓力為0.4Mpa，

其工作狀態(tài)下的氧氣流量為：Q=Q2（273+t）/2730P

式中：Q——工作狀態(tài)下氣體流量，m3/h；Q2——自由狀態(tài)下氣體流量，m3/h；t——工作狀態(tài)下氣體溫度，一般取t=30℃；P——工作狀態(tài)下氣體壓力Mpa；

Q2切割機(jī)=15×（4×4+2）=270 m3/h；Q2手工=6×3=18 m3/h；Q切割機(jī)=270×（273+30）/（2730×0.8）≒38 m3/h；Q手工=18×（273+30）/（2730×0.4）≒5 m3/h；Q下料= Q切割機(jī)+ Q手工=43 m3/h。

2.2 鉚焊車間、鑄工車間氧氣流量

鉚焊車間兩臺機(jī)器手坡口機(jī)，其氧氣最大消耗量為7.84 m3/h ，工作壓力為0.8 Mpa ；6-8只手工割嘴，每只手工割嘴的最大氧氣消耗量為6 m3/h（以3號割嘴），其工作壓力為0.4Mpa；鑄工車間4-6只手工割嘴，每只手工割嘴的最大氧氣消耗量為10.5 m3/h（以5號割嘴割120㎜鋼板計(jì)算），其工作壓力為0.5Mpa，

Q2鉚焊機(jī)=7.84×2=15.68 m3/h；Q2鉚焊手=6×8=48 m3/h；Q2鑄工=10.5×6=63 m3/h；Q鉚焊機(jī)=15.68×（273+30）/（2730×0.8）≒2 m3/h；Q鉚焊手=48×（273+30）/（2730×0.4）≒13 m3/h；Q鑄工=63×（273+30）/（2730×0.5）≒14 m3/h；Q鉚焊、鑄工= Q鉚焊機(jī)+ Q鉚焊手+ Q鑄工=29 m3/h；Q全廠= Q下料+ Q鉚焊、鑄工=43+29=72 m3/h。

3 氧氣管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 管線布置及管材選用

氧氣是一種助燃?xì)怏w，敷設(shè)供氧管道必須先考慮其安全性，根據(jù)用氧氣車間的地理位置及周圍建筑特點(diǎn)，供氧管道采用架空敷設(shè)，即：沿供暖管道走向，在原供暖支架上加高250mm，采用非燃燒體的支架。管材選擇，取決于管內(nèi)所輸送介質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)對管材的特殊要求，由于我廠氧氣源是由液氧經(jīng)氣化器氣化后輸送至各個車間，氧氣溫度偏低，碳素鋼管在低溫條件下（-40℃）會變脆，架空敷設(shè)外表面腐蝕嚴(yán)重，故外網(wǎng)管道一律采用不銹鋼管，車間內(nèi)采用碳素?zé)o縫鋼管。

3.2 管徑及管壁厚的計(jì)算

3.2.1 管內(nèi)徑計(jì)算（按體積流量）：d=18.8（Q/V）1/2

式中：d——管內(nèi)徑，㎜；Q——工作狀態(tài)下氣體體積流量，m3/h；V——?dú)怏w流速，

m/s，氧氣流速取10m/s。

d全廠=18.8（Q全廠/V）1/2=18.8×（72/10）1/2≒50mm；d下料=18.8（ Q下料/V）1/2=18.8×（43/10）1/2≒39mm；d鉚焊=18.8（ Q鉚焊/V）1/2=18.8×（15/10）1/2≒23mm；d鑄工=18.8（ Q鑄工/V）1/2=18.8×（14/10）1/2≒22mm。

3.2.2 管壁厚的計(jì)算

δ=PSd/（2﹒[σs]ψ/1.3-Ps） +C

其中：δ——鋼管壁厚㎜；PS——水壓試驗(yàn)壓力Mpa，（水壓試驗(yàn)壓力等于1.5倍

工作壓力）；d——鋼管內(nèi)徑㎜；σs——常溫下材料的屈服強(qiáng)度MPa；（不銹鋼管為205.8Mpa；碳鋼管為235.2MPa）；ψ——焊縫減弱系數(shù)（無縫鋼管取1）；C——管壁附加量㎜，（對單面腐蝕管道C>2，對雙面腐蝕管道C>3）；

δ全廠=1.5×50/（2×205.8×1/1.3-1.5） +2=45/321.58 +2=0.24+2=2.24㎜

全廠供氧管不銹鋼管管徑和壁厚的理論值為Φ54.48×2.24，根據(jù)不銹鋼管管徑、壁厚規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)及安全性，將管徑、壁厚修正為Φ60×3.0，即廠區(qū)外網(wǎng)供氧管道采用Φ60×3.0的不銹鋼管。

δ下料=1.5×39/（2×235.2×1/1.3-1.5） +3=3.16㎜

δ鉚焊=1.5×23/（2×235.2×1/1.3-1.5） +3=3.10㎜

δ鑄工=1.5×22/（2×235.2×1/1.3-1.5） +3=3.09㎜

按無縫鋼管規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)下料車間、鉚焊車間、鑄工車間的供氧管分別修正為Φ48×3.5、Φ30×3.2、Φ28×3.2.

3.2.3 其它附件的參數(shù)選用

氧氣輸送需要恒穩(wěn)的壓力、較好的安全性以及維修時能及時切斷氣源的方便性，在主干管兩端分別設(shè)一只法蘭截止閥J41W-25P，且干管末端閥門之前設(shè)一套放氣裝置（DN15不銹鋼管、截止閥）及一壓力表（型號Y-100，其量程為0～2.5Mpa），在氣化器出口處設(shè)一減壓閥Y43-25P，安全閥PN-20，一壓力表（型號Y-100，其量程為0～2.5Mpa），每一支管入口處分別設(shè)一法蘭截止閥。廠區(qū)架空氧氣管道每隔80～100m應(yīng)設(shè)有防雷、防靜電接地措施；廠房內(nèi)氧氣管道應(yīng)有防靜電接地措施，接地電阻小于10Ω。氧氣管道的法蘭、螺紋接口兩側(cè)應(yīng)用導(dǎo)線作跨接，其電阻應(yīng)小于0.03Ω。

3.2.4 系統(tǒng)的壓力試驗(yàn)

管道安裝完畢之后，應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)和嚴(yán)密性試驗(yàn)。

強(qiáng)度試驗(yàn)，一般采用水壓試驗(yàn)，其試驗(yàn)壓力為1.5MPa，水應(yīng)潔凈，試壓泵應(yīng)無油，當(dāng)壓力升至所要求的試驗(yàn)壓力時，觀測 10分鐘，如壓力不降，再降至工作壓力進(jìn)行外觀檢查，如無破裂、變形和滲水等現(xiàn)象，則認(rèn)為試驗(yàn)合格。

嚴(yán)密性試驗(yàn)，強(qiáng)度試驗(yàn)合格后再作嚴(yán)密性試驗(yàn)。采用氣壓試驗(yàn)，其介質(zhì)為氮?dú)?，壓力升?.0Mpa，所有接口處涂肥皂水檢查，并觀測24小時，如無缺陷且平均小時漏氣率不超過1%為合格。

嚴(yán)密性試驗(yàn)合格后，管道用氮?dú)獯邓?，其流速度不小?0m/s，連續(xù)吹刷8小時，所有管道都應(yīng)吹刷到，在氣流出口處放一張白紙，如無灰塵微粒及水分痕跡管道系統(tǒng)為合格。

4 結(jié)語

用供氧管道取代匯流排及氧氣瓶，既解決了供氧壓力不穩(wěn)、流量不足的問題，又極大地降低了生產(chǎn)成本，同時提高了生產(chǎn)的安全性和企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，有利于企業(yè)的持續(xù)發(fā)展。