蒸汽管道的設(shè)計與施工

【摘 要】探討了蒸汽管道設(shè)計、施工安裝與布置，重點(diǎn)分析了蒸汽管道設(shè)計過程中管材、管徑的選取及所遇到的基本問題。蒸汽管道的布置方式的一般原則和補(bǔ)償類型， 蒸汽系統(tǒng)的排氣以及疏水閥的選取。支吊架的放置以及在蒸汽管道的設(shè)計中需要考慮的套管變形，保溫及水擊現(xiàn)象等問題的處理解決辦法。

【關(guān)鍵詞】蒸汽管道；蒸汽管道設(shè)計；蒸汽管道安裝；疏水器；支吊架

1.引言

眾所周知，最近幾年來，我國大氣污染越來越嚴(yán)重，霧霾曾一次又一次地襲擊各地方城市。而造成此種現(xiàn)象的部分原因是城市燃煤鍋爐所排放的氣體和有害粉塵。所以要倡導(dǎo)和大力發(fā)展集中供熱，逐步取締城市燃煤小鍋爐。目前，城市集中供熱熱源主要有熱電廠、集中鍋爐房等，蒸汽作為一種環(huán)保、高效的供熱介質(zhì)在工業(yè)生產(chǎn)和日常生活中應(yīng)用，通過管道進(jìn)行輸送。因此供熱管道的設(shè)計、設(shè)置、施工、安裝正確與否將直接影響整個供熱管網(wǎng)的安全及供熱運(yùn)行。

2. 蒸汽管道布置的總原則和要求

（1）蒸汽管道布置的總的原則是技術(shù)上可靠、經(jīng)濟(jì)上合理和施工維修方便。管道布置力求短直，主干線應(yīng)通過熱用戶密集區(qū)，并靠近熱負(fù)荷大的用戶；管道的走向宜平行與道路或建筑物。

（2）管道布置時，應(yīng)盡量利用管道的自然彎角作為管道受熱膨脹時的自然補(bǔ)償。如采用方形補(bǔ)償器，則方形補(bǔ)償器應(yīng)盡可能布置在兩固定支架之間的中心點(diǎn)上；采用地上敷設(shè)時，在設(shè)計中一定要注意美觀，一般工業(yè)廠區(qū)多采用地上架空敷設(shè)，此方式總體造價相對較低。

3. 蒸汽管道設(shè)計的要點(diǎn)

為了確保管網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)、可靠的運(yùn)行必須做好蒸汽管道的設(shè)計工作。飽和蒸汽管道在輸送途中會產(chǎn)生凝結(jié)水，輸送距離不宜過長，常用于工廠區(qū)內(nèi)的供熱系統(tǒng)。供汽壓力根據(jù)生產(chǎn)工藝要求的壓力和溫度確定，一般蒸汽壓力小于或等于1.6MPa。過熱蒸汽管道熱源處蒸汽壓力和溫度的確定，要考慮輸送管網(wǎng)的熱損失和壓力損失，保證每個用戶處的蒸汽壓力和溫度滿足工藝要求，并高于飽和溫度。管子所用鋼材應(yīng)符合國家或冶金部現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。當(dāng)需要采用新鋼種時，應(yīng)經(jīng)有關(guān)部門鑒定后方可采用。

3.1 管徑的選擇。

3.1.1 主蒸汽、高壓給水等主要管道的管徑尺寸，宜通過投資和運(yùn)行費(fèi)的優(yōu)化計算確定。單相流體的管道，根據(jù)推薦的介質(zhì)流速，按下式計算：

Di=594.7Gvω

或 Di=18.81Qω

式中 Di——管子內(nèi)徑（mm）；

G——介質(zhì)質(zhì)量流量（t/h）；

ν——介質(zhì)比體積（m3/Kg）；

ω——介質(zhì)流速（m/s）；

Q—— 介質(zhì)容積流量（m3/h）。

3.1.2 對于汽水兩相流體的管道，應(yīng)按兩相流體管道的計算方法計算，求取管徑或核算管道的通流能力。

推薦的管道介質(zhì)流速：

主蒸汽管道 40 ～ 60

抽汽或輔助蒸汽管道：

過熱汽 35 ～ 60

飽和汽 30 ～ 50

濕蒸汽 20 ～ 35

3.1.3 在推薦的介質(zhì)流速范圍內(nèi)選擇具體流速時，應(yīng)注意管徑大小、參數(shù)高低的影響對于直徑小、介質(zhì)參數(shù)低的管道，宜采用較低值。

3.2 壁厚計算。

對于D0Di 1.7承受內(nèi)壓力的汽水管道，直管的最小壁厚Sm應(yīng)按下列規(guī)定計算

按直管外徑確定時：

Sm=PD02[σ]tη+2YP+α

按直管內(nèi)徑確定時：

Sm=PD+2[σ]tηα+2YPα2[σ]tη-2P（1-Y）

式中p——管道承受壓力（MPa）；

Sm——直管的最小壁厚（mm）；

D0——管子外徑，取用公稱外徑（mm）；

Di——管子內(nèi)徑，取用公稱內(nèi)徑（mm）；

Y——溫度對計算管子壁厚公式的修正系數(shù)；

η——許用應(yīng)力的修正系數(shù)；

α——考慮腐蝕、磨損和機(jī)械強(qiáng)度要求的附加厚度（mm）。

直管的計算壁厚和取用壁厚按下式計算

SC=Sm+C

SC——直管的計算壁厚（mm）；

C——直管壁厚負(fù)偏差的附加值（mm）。

3.3 蒸汽管網(wǎng)水力計算。

（1）長距離輸送的蒸汽管網(wǎng)因沿途壓力和熱能損失，蒸汽密度變化較大，需要分段進(jìn)行水力計算和熱力計算。計算時先假定蒸汽參數(shù)、管徑和保溫厚度，經(jīng)過反復(fù)試算確定計算管段的壓力損失、熱損失和末點(diǎn)壓力、溫度。

（2）蒸汽管道應(yīng)按設(shè)計流量進(jìn)行計算，再按最小流量進(jìn)行校核，才能確定管徑和保溫厚度，以保證在任何工況下最不利用戶的壓力和溫度的要求。

4. 蒸汽管道安裝

4.1 管道安裝。

經(jīng)過管線走向勘測、鋼管檢驗(yàn)等工作后，可以進(jìn)行管道的安裝。由于蒸汽管道有架空敷設(shè)方式和地埋敷設(shè)方式之分，所以施工方法不同。架空敷設(shè)時，管道安裝完畢，在進(jìn)行保溫施工前，須對管道進(jìn)行水壓試驗(yàn)。對于長距離的蒸汽管道可做分段試壓。試壓前，在管路最高點(diǎn)安裝放空閥，在最低點(diǎn)安裝疏水閥。試壓壓力為設(shè)計壓力的1.5倍，在試壓時，試壓表計須校驗(yàn)，其精度不得低于1.5倍，表的滿刻度值應(yīng)為被測最大壓力的1.5～2倍，壓力表不得少于兩塊。地埋敷設(shè)與架空敷設(shè)不同在于，在安裝管道時要在外套管做排潮管。進(jìn)行完水壓試驗(yàn)后須做氣密性試驗(yàn)，氣密性試驗(yàn)壓力為0.4MPa。

4.2 管道的熱補(bǔ)償。

為使管道在工作狀態(tài)下穩(wěn)定、安全運(yùn)行，應(yīng)對管道因受熱時的熱伸長量進(jìn)行補(bǔ)償，減小管線因溫度變化而產(chǎn)生的冷熱應(yīng)力；避免因應(yīng)力集中對管線造成破壞。管道熱補(bǔ)償?shù)姆绞接泻芏喾N，可以安裝補(bǔ)償器，也可利用蒸汽管線走向的各種彎折（如L型、Z型等）進(jìn)行自然補(bǔ)償，由此減少補(bǔ)償器的數(shù)量，從而降低蒸汽管道的工程造價。

4.3 疏水器的安裝。

在蒸汽管道上必須設(shè)置疏水器，蒸汽管道疏水器設(shè)置位置：（1）管道的最低點(diǎn)；（2）被閥門切斷的各管段最低點(diǎn)；（3）垂直升高前的管段最低點(diǎn)。一般順坡情況下每隔400～500米，逆坡時每隔200～300米設(shè)置啟動疏水和經(jīng)常疏水裝置。

4.4 支吊架的安裝。

蒸汽管道敷設(shè)時每隔一定距離需要設(shè)置一支撐點(diǎn)，以支撐管道、附件、保溫層及管道中的水重，并承受管道作用力。支吊架分為固定支架、導(dǎo)向支架、活動支架、彈簧支吊架等形式。在實(shí)際工程施工中，彈簧支吊架用于垂直位移的支撐點(diǎn)，當(dāng)有水平位移時，彈簧支架應(yīng)加裝滾柱。在設(shè)計安裝時應(yīng)對固定支架做推力和應(yīng)力驗(yàn)算。

5. 結(jié)語

良好的蒸汽管道設(shè)計是蒸汽管道安裝質(zhì)量的保證。本文只是淺顯的對蒸汽管道相關(guān)問題做了論述，仍有很多問題尚未解決，需要在不斷的學(xué)習(xí)實(shí)踐中進(jìn)一步完善。

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[文章編號]1619-2737（2014）12-18-929

[作者簡介] 黃青青（1986.4-），女，學(xué)歷：大學(xué)，工學(xué)學(xué)士，職稱：助理工程師。