淺談氧氣壓縮機(jī)管道設(shè)計(jì)

傅娜 李博 傅貴

一、氧氣壓縮機(jī)管道特點(diǎn)

氧氣壓縮機(jī)管道中介質(zhì)是高純度氧氣，因此，氧氣壓縮機(jī)管道易燃易爆，屬高危險(xiǎn)系數(shù)管道。

二、氧氣壓縮機(jī)管道相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算

（一）流速確定

流速應(yīng)是在不同工作壓力范圍內(nèi)的管內(nèi)氧氣流速，并應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）氧氣工作壓力為10MPa或以上時(shí)，不應(yīng)大于6m/s；

（2）氧氣工作壓力大于0.1MPa至3MPa或以下時(shí)，不應(yīng)大于15m/s；

（3）氧氣工作壓力為0.1MPa或以下時(shí)，應(yīng)按該管系允許的壓力降確定。

（二）管徑確定

管徑應(yīng)根據(jù)流體的流量，性質(zhì)，流速及管道允許的壓力損失等確定。

（1）設(shè)定平均流速并按照下式計(jì)算內(nèi)徑，再根據(jù)工程設(shè)計(jì)規(guī)定的管子系列調(diào)整為實(shí)際內(nèi)徑，最后復(fù)核實(shí)際平均流速。

（2）以實(shí)際的管子內(nèi)徑與平均流速核算管道壓力損失，確認(rèn)選用管徑為可行。如壓力損失不滿(mǎn)足要求時(shí)，應(yīng)重新計(jì)算。

（三）管道壓力損失計(jì)算

液體管道摩擦壓力損失的計(jì)算，應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）圓形直管的摩擦壓力損失，應(yīng)按下式計(jì)算。

（2）局部的摩擦壓力損失計(jì)算，可采用當(dāng)量長(zhǎng)度法和阻力系數(shù)法。

液體管道總壓力損失為直管的摩擦壓力損失與局部的摩擦壓力損失之和，并應(yīng)計(jì)入適當(dāng)?shù)脑６?。其裕度系?shù)宜取1.05～1.15.

氣體管道摩擦壓力損失的計(jì)算，應(yīng)符合下列規(guī)定：

（1）當(dāng)總體壓力損失小于起點(diǎn)壓力的10%時(shí)，可采用式3、4、5計(jì)算摩擦壓力損失。

（2）當(dāng)總體壓力損失為起點(diǎn)壓力的10%-20%時(shí)，仍可采用式3、4、5但單應(yīng)以平均密度計(jì)算摩擦壓力損失。

（3）對(duì)于某些系統(tǒng)總壓力損失大于起點(diǎn)壓力的20%時(shí)，應(yīng)把管道分成足夠多的段數(shù)，逐段進(jìn)行計(jì)算，最后得到各段壓力損失之和。各段仍按照式3、4、5計(jì)算。

（四）管道支吊架的計(jì)算

水平管道支吊架最大間距應(yīng)滿(mǎn)足剛度和強(qiáng)度條件。強(qiáng)度條件是控制管道自重彎曲應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)設(shè)計(jì)溫度下材料許用應(yīng)力的一半。剛度條件是限制管道自重產(chǎn)生彎曲繞度，一般管道設(shè)計(jì)繞度不應(yīng)超過(guò)15mm。裝置外管道的繞度允許適當(dāng)方寬，但不應(yīng)超過(guò)38mm。

剛度條件：管道的一階固有頻率大于3.5Hz，即單跨管道按簡(jiǎn)支梁計(jì)算，氣最大繞度值不應(yīng)2.62mm。

三、氧氣壓縮機(jī)管道布置

（1）氧氣管道宜架空敷設(shè)。當(dāng)架空有困難時(shí)可采用不通行地溝敷設(shè)或直接埋地敷設(shè)。

（2）氧氣管道可以與各種氣體、液體（包括燃?xì)?、燃油）管道共架敷設(shè)。共架時(shí)，氧氣管道宜布置在其他管道外側(cè)，并宜布置在燃油管道上面。各種管線(xiàn)之間的最小凈距，應(yīng)按照相關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

（3）除氧氣管道專(zhuān)用的導(dǎo)電線(xiàn)路之外，其他導(dǎo)電線(xiàn)路不應(yīng)與氧氣管道敷設(shè)在同一支架上。

（4）進(jìn)入用戶(hù)車(chē)間的氧氣主管，應(yīng)在車(chē)間入口處便于接近操作、檢修的地方裝設(shè)切斷閥，并宜在適當(dāng)位置裝設(shè)放散管，放散管口應(yīng)伸出墻外并高出附近操作面4m以上的空曠、無(wú)明火的地方。

（5）通往氧氣壓縮機(jī)的氧氣管道以及裝有壓力、流量調(diào)節(jié)閥的氧氣管道上，應(yīng)在靠近機(jī)器入口處或壓力、流量調(diào)節(jié)閥的上游側(cè)裝設(shè)過(guò)濾器，過(guò)濾器的材料應(yīng)為不銹鋼或銅基合金。

（6）通過(guò)高溫作業(yè)以及火焰區(qū)域的氧氣管道，應(yīng)在該管段增設(shè)隔熱措施，管壁溫度不應(yīng)超過(guò)70℃。

（7）穿過(guò)墻壁、樓板的管道，應(yīng)敷設(shè)在套管內(nèi)，并應(yīng)用石棉或其他不燃材料將套管端頭間隙填實(shí)。

（8）氧氣管道不應(yīng)穿過(guò)生活間、辦公室，并不宜穿過(guò)不使用氧氣的房間，當(dāng)必須通過(guò)不使用氧氣的房間時(shí)，則在該房間內(nèi)的管段上不應(yīng)有法蘭或螺紋連接接口。

四、氧氣壓縮機(jī)管道應(yīng)力計(jì)算和柔性計(jì)算

布置好的管道應(yīng)利用CAESAR管道應(yīng)力分析程序進(jìn)行管道的動(dòng)應(yīng)力和靜應(yīng)力的綜合分析，進(jìn)行壓縮機(jī)管口校核。

五、氧氣壓縮機(jī)其他要求

（一）材料選取

1.直管

氧氣管道管材的選用

注：（1）表中鋼板卷焊管，只宜用于工作壓力小于0.1MPa，且管徑超過(guò)現(xiàn)有焊接鋼管、電焊鋼管、無(wú)縫鋼管產(chǎn)品管徑的情況下。

（2）壓力或流量調(diào)節(jié)閥組的下游側(cè)（順氣流方向，以下同），應(yīng)有一段不銹鋼管（GB2270-80）或鋼基合金管，其長(zhǎng)度為管外徑的5倍（但不應(yīng)小于1.5m）。閥組范圍內(nèi)的連接管道，應(yīng)采用不銹鋼或銅基合金材料。

（3）位于氧氣放散閥下游側(cè)的工作壓力大于0.1MPa的氧氣放散管段，應(yīng)采用不銹鋼管。

（4）銅基合金管是指銅管（GB1529-79）或黃銅管（GB1529-79）。

（5）本表引用的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)進(jìn)行全面修訂時(shí)，應(yīng)按修訂后的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。

2.管件

（1）氧氣管道嚴(yán)禁采用折皺彎頭。當(dāng)采用冷彎或熱彎彎制碳鋼彎頭時(shí)，彎曲半徑不應(yīng)小于管外徑的5倍；當(dāng)采用無(wú)縫或壓制焊接碳鋼彎頭時(shí)，彎曲半徑不應(yīng)小于管外徑的1.5倍；采用不銹鋼或銅基合金無(wú)縫或壓制彎頭時(shí)，彎曲半徑不應(yīng)小于管外徑。對(duì)工作壓力不大于0.1MPa的鋼板卷焊管，可以采用彎曲半徑不小于管外徑的1.5倍的焊制彎頭，彎頭內(nèi)壁應(yīng)平滑，無(wú)銳邊、毛刺及焊瘤；

（2）氧氣管道的變徑管，宜采用無(wú)縫或壓制焊接件。當(dāng)焊接制作時(shí)，變徑部分長(zhǎng)度不宜小于兩端外徑差值的3倍；其內(nèi)壁應(yīng)平滑，無(wú)銳邊、毛刺及焊瘤；

（3）氧氣管道的分岔頭，宜采用無(wú)縫或壓制焊接件。當(dāng)不能取得時(shí)，宜在工廠(chǎng)或現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制并加工到無(wú)銳角、突出部及焊瘤。不宜在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)孔、插接。

（二）檢驗(yàn)、檢查、試驗(yàn)

（1）為進(jìn)行焊接檢驗(yàn)，氧氣管道的分類(lèi)，應(yīng)根據(jù)管道材料、溫度及壓力等參數(shù)，按現(xiàn)行的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《工業(yè)管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》金屬管道篇規(guī)定的分類(lèi)上升一類(lèi)，其射線(xiàn)探傷數(shù)量按原規(guī)定執(zhí)行；

（2）管道、閥門(mén)、管件及儀表，在安裝過(guò)程中及安裝后，應(yīng)采取有效措施，防止受到油脂污染，防止可燃物、鐵屑、焊渣、砂土及其他雜物進(jìn)入或遺留在管內(nèi)，并應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格的檢查；

（3）強(qiáng)度及嚴(yán)密性試驗(yàn)的檢驗(yàn)，應(yīng)符合下列要求：

用空氣或氮?dú)庾鲝?qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)在達(dá)到試驗(yàn)壓力后穩(wěn)壓5min，以無(wú)變形、無(wú)泄漏為合格。用水作強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)在試驗(yàn)壓力下維持10min，應(yīng)以無(wú)變形、無(wú)泄漏為合格。

嚴(yán)密性試驗(yàn)，應(yīng)在達(dá)到試驗(yàn)壓力后持續(xù)24h，平均小時(shí)泄漏率對(duì)室內(nèi)及地溝管道應(yīng)以不超過(guò)0.25%；對(duì)室外管道應(yīng)以不超過(guò)0.5%為合格。泄漏率（A）應(yīng)按下式計(jì)算：

（4）嚴(yán)密性試驗(yàn)合格的管道，必須用無(wú)油、干燥的空氣或氮?dú)?，?yīng)以不小于20m/s的流速吹掃，直至出口無(wú)鐵銹、焊渣及其他雜物為合格。

（三）吹掃、清洗、脫脂

（1）氧氣管道、閥門(mén)及管件等，應(yīng)當(dāng)無(wú)裂紋、鱗皮、夾渣等。接觸氧氣的表面必須徹底除去毛刺、焊瘤、焊渣、粘砂、鐵銹和其他可燃物等，保持內(nèi)壁光滑清潔，管道的除銹應(yīng)進(jìn)行到出現(xiàn)本色為止；

（2）管道、閥門(mén)、管件、儀表、墊片及其他附件都必須脫脂，閥門(mén)及儀表當(dāng)在制造廠(chǎng)已經(jīng)脫脂，并有可靠的密封包裝及證明時(shí)，可不再脫脂。對(duì)黑色及有色金屬的脫脂件，宜采用四氯化碳或其他無(wú)機(jī)溶劑脫脂；石棉墊片等非金屬脫脂件，宜采用四氯化碳脫脂。脫脂后宜用紫外線(xiàn)檢查法或溶劑分析法進(jìn)行檢查，達(dá)到合理標(biāo)準(zhǔn)為止。脫脂合格后的管道，應(yīng)及時(shí)封閉管口并宜充入干燥氮?dú)猓?/p>

（3）碳鋼管道的焊接應(yīng)采用氬孤焊打底；

（四）安裝

1.基礎(chǔ)要求

（1）管道有關(guān)的土建工程經(jīng)檢查合格，滿(mǎn)足安裝要求；

（2）管道連接的機(jī)器、設(shè)備已固定、找正完畢；

（3）管子、管件、閥門(mén)已按設(shè)計(jì)要求核對(duì)無(wú)誤，經(jīng)檢驗(yàn)合格，并具備有關(guān)的技術(shù)證件。其內(nèi)部已清理干凈，沒(méi)有雜物；

（4）須在安裝之前完成的工作，如清洗、內(nèi)部防腐、脫脂或襯里等已進(jìn)行完畢。

2.安裝順序

先地下管后地上管；先大管侯小管；先高壓管后低壓管；先不銹鋼、合金管后碳鋼管；先夾套管后單體。