長輸蒸汽管道補償及支架設(shè)計

于蘭（大連市化工設(shè)計院有限公司，遼寧 大連 116039）

長輸蒸汽管道補償及支架設(shè)計

于蘭（大連市化工設(shè)計院有限公司，遼寧 大連 116039）

近年來，隨著人們物質(zhì)生活水平的不斷提高，人們對于生活環(huán)境的要求也變得越來越高。特別是在供熱方面的要求，往往需要運用到長輸蒸汽管道來進行蒸汽輸送，從而實現(xiàn)用戶供熱的目的。為了確保用戶能夠享受更好的生活，需要對長輸蒸汽管道做好相應(yīng)的補償以及支架設(shè)計的工作。本文主要對這兩方面進行了探討。

長輸蒸汽管道；管道補償；支架設(shè)計

隨著我國工業(yè)化程度越來越高，環(huán)境污染問題也變得越來越嚴重，這對于人類的健康生活以及可持續(xù)發(fā)展是非常不利的。而利用蒸汽對千家萬戶進行供熱，就是一項有效的保護生態(tài)環(huán)境的措施。因為利用現(xiàn)有熱源和規(guī)劃熱源，發(fā)展長距離供熱技術(shù)，可以有效的減少工業(yè)和生活對燃煤的需求，從而實現(xiàn)對環(huán)境的有效保護。不過，在利用這項技術(shù)的時候，一定要做好長輸蒸汽管道的補償及支架的設(shè)計工作。

1 長輸蒸汽管道設(shè)計中應(yīng)注意的問題

1.1 管道類別

長輸蒸汽管道一定要根據(jù)工程實際情況對具體管道壓力類別進行確定，根據(jù)《壓力容器壓力管道設(shè)計許可規(guī)則TSG R1001-2008》中壓力管道類別、級別劃分規(guī)定，長輸蒸汽管道壓力等級可能為工業(yè)管道（GC類）、動力管道（GD類）、公用管道（GB類）、長輸管道（GA類）。長輸蒸汽管道作為壓力管道的一種，在設(shè)計時首先要明確管道所屬的壓力類別，它決定著管道驗收、設(shè)計、制作、施工的標(biāo)準(zhǔn)，是管道安全運行、穩(wěn)定的重要保障，同時，管道的工程安裝、驗收標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計也應(yīng)相對應(yīng)。另外，當(dāng)管道屬于GC1類壓力管道時，還應(yīng)注明是GC1級中的第幾項，如GC1（3）。

1.2 管道布置

長輸蒸汽管道宜架空敷設(shè)，需要具備一定的剛性，才能防止動態(tài)荷載產(chǎn)生的沖擊；長輸蒸汽管道也需要具備足夠的柔性，才能滿足管嘴推力的要求。長輸蒸汽管道排液設(shè)施及位置應(yīng)合理設(shè)計，順坡時排液設(shè)施間距不宜大于300m，逆坡時不宜大于200m。所有蒸汽支管應(yīng)從主管的頂部引出，當(dāng)工藝要求支管上設(shè)置切斷閥時，切斷閥應(yīng)布置在靠近主管的水平管段上。

1.3 應(yīng)力計算

目前，美國CODADE公司編制的CAESARⅡ軟件在長輸蒸汽管道應(yīng)力計算方面的應(yīng)用越來越廣泛，該軟件可以模擬非線性約束，用戶可以根據(jù)自身的要求進行配置計算選項，工況組合。軟件內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)為ASME標(biāo)準(zhǔn)，故管道材質(zhì)的匹配問題以及在使用時的單位換算要特別注意。

2 管道支架跨距的確定

支架的跨距決定著管道支架的數(shù)量，跨距的大小影響著投資，所以在保證安全和正常運行的條件下，應(yīng)盡可能增大管道支架的跨距來降低支架費用，管道支架的允許跨距取決于管材的強度、管子截面剛度、外荷載的大小、管道的敷設(shè)坡度及管道允許的最大撓度，管道支架允許跨距的計算按強度和剛度兩個條件進行，按《石油化工管道支吊架設(shè)計規(guī)范SH/T3073-2004》中規(guī)定“連續(xù)水平敷設(shè)的管道，其基本跨距，應(yīng)按三跨連續(xù)梁承受均布荷載的剛度條件和強度條件計算，并取兩者中的小值”。

在對水平彎管管道支架允許跨距進行確定的時候，需要確保水平90°彎管兩支架間的管道展開長度，應(yīng)為水平直管跨距的0.6倍～0.7倍；水平管道末端直管的允許跨距，應(yīng)為水平直管跨距的0.7倍～0.8倍。

3 管道支架、補償?shù)脑O(shè)計計算

本文以某企業(yè)的長輸管道支架以及補償設(shè)計為例，對其相應(yīng)的設(shè)計計算進行了探討。在該項目中，從該裝置旁的公司引入一根臨時蒸汽管作為過渡，從接入點到使用點約800米，其中跨公路兩次，其余均高出場平地面500mm。

3.1 管道熱補償

管道熱補償?shù)姆椒ㄓ袃煞N：一種是管道自身彎曲自然補償，另一種是采用補償器。

（1）管道熱伸長量的計算

管道熱伸長量：M=Lα（t2-t1）（4-1）：在整個式子中，M表示的是管道的熱伸長量，單位是cm。L表示的是計算管長，單位是m。α表示的是管道的線膨脹系數(shù)，單位是cm/（m·℃）。 t2-表示的是管內(nèi)的介質(zhì)溫度，單位是℃。t1表示的是管道安裝的溫度，單位也是℃。

（2）管道的自然補償

此段跨路蒸汽管后有134米的直管段，所以跨路段管線最好利用自身的彎曲進行自然補償，此段可做四個L型補償，也可做2個Z型補償，鑒于此段管線短，為減少固定支架數(shù)量，我們做2個Z型自然補償，則S4設(shè)為固定點，接入點是在設(shè)備上，可看做是一個固定點，則Z型補償器L2=14m，短臂L1=1.530m，

長臂熱伸長量=L2α（t2-t1）=14*11.72*10-4（164-20）= 2.36cm

短臂熱伸長量=L1α（t2-t1）=1.53*11.72*10-4（164-20）= 0.258cm

所以熱伸長量=2.36+0.258=2.62cm

（3）空間自然補償管段

固定管架S10后是一段長96米的直管段，對于直管段不能夠自然補償，為應(yīng)對管線的熱膨脹通常采用方形補償器，方形補償器由四個90°彎頭組成

根據(jù)相應(yīng)的規(guī)定可知，DN150的熱力管道兩固定支架的最大間距為80米，即以8m一個管架設(shè)置，依此類推管架S20為固定支架，S10和S20兩固定管架之間管道熱伸長量按（4-1）計算：

熱伸長量M=Lα（t2-t1）=80*11.72*10-4（164-20）=13.5cm= 135mm。

因此，兩固定管架之間熱伸長量為135mm。按照《動力管道設(shè)計手冊》表6-2，補償形式選擇1型（b=2a），外臂伸長H=a+2R=2120，彎頭半徑R=1.5D。

此段直管段結(jié)束后，管線要穿過廠區(qū)大門，所以管線向上走到大門頂部，借助大門作為支架，此處管線較短，所以在拐彎處為防止管線偏移設(shè)置了導(dǎo)向支架，同時，根據(jù)《石油化工管道支吊架設(shè)計規(guī)范SH/T3073-2004》中規(guī)定，DN150蒸汽管道允許導(dǎo)向支架間距推薦值為24.4米，本次設(shè)計取24米，其余為滑動支架。

4 結(jié)語

綜上所述，做好長輸蒸汽管道的補償設(shè)計，以及對支架進行合理的設(shè)計是非常重要的。因此，作為相關(guān)的設(shè)計人員，需要不斷進行學(xué)習(xí)和總結(jié)，從而確保長輸蒸汽管道的設(shè)計能夠做得更好。

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［2］王新秀：《淺析熱力管網(wǎng)工程的施工管理》［J］，《價值工程》，2013年第2期.

［3］蘇文濤.斯琴供熱管網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計［J］.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟，2015，（12）：189-192.