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。
1.1 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。
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。
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。
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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