淺談?wù)羝芫W(wǎng)的設(shè)計(jì)

裴玉慶，朱 浩，曹紅忠，賀建剛，樊 旭

(山西陽(yáng)煤化工工程有限公司，山西 太原 030021)

引 言

隨著時(shí)代的進(jìn)步與發(fā)展,人們逐漸認(rèn)識(shí)到大氣污染防治的有效與否會(huì)直接影響到人類的可持續(xù)發(fā)展。我國(guó)大氣污染的整體形勢(shì)依然嚴(yán)峻，特別是京津冀及周邊地區(qū)進(jìn)入秋、冬季以來頻繁出現(xiàn)重污染天氣，持續(xù)給社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的的協(xié)調(diào)發(fā)展造成突出矛盾。根據(jù)國(guó)家環(huán)保部出臺(tái)的環(huán)大氣[2017]110號(hào)文件《京津冀及周邊地區(qū)2017年-2018年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅(jiān)行動(dòng)方案》，上述地區(qū)需要對(duì)燃煤鍋爐、茶水爐、經(jīng)營(yíng)性小煤爐以及煤氣發(fā)生爐進(jìn)行全面排查，并開展集中整治、不留盲區(qū)。與此同時(shí)，進(jìn)一步擴(kuò)大燃煤小鍋爐淘汰范圍。僅2017年，全國(guó)需全部“清零”4.4萬臺(tái)燃煤鍋爐，其中包含山西省969臺(tái)。所有關(guān)停的燃煤鍋爐必須拆除煙囪或物理切斷煙道，確保其不可復(fù)產(chǎn)。山西省作為能源生產(chǎn)與消耗大省，明確表示在2017年10月底前，在城區(qū)淘汰20 t及以下、縣城淘汰10 t及以下燃煤鍋爐。淘汰方式可多樣化，如取締關(guān)閉、煤改氣、煤改電，進(jìn)行集中供熱替代，或改用地?zé)?、風(fēng)能、太陽(yáng)能以及配備布袋除塵器的生物質(zhì)能等。

為了積極響應(yīng)國(guó)家環(huán)保政策，同時(shí)不影響企業(yè)用汽需求，金沙灘生物醫(yī)藥園區(qū)決定全面關(guān)停區(qū)域內(nèi)眾多企業(yè)的小型燃煤鍋爐，并配套建設(shè)蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)，此舉將對(duì)園區(qū)內(nèi)各企業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展產(chǎn)生積極作用。

本設(shè)計(jì)擬在金沙灘生物醫(yī)藥園區(qū)內(nèi)建設(shè)蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)，線路從園區(qū)內(nèi)的熱力公司途經(jīng)玉龍北門穿傅山街、諾成至華元北部，共有5家用汽企業(yè)。

1 各企業(yè)用汽情況

根據(jù)園區(qū)提供數(shù)據(jù)，各企業(yè)蒸汽用量為82.225 t/h(各用汽單位年基準(zhǔn)時(shí)間按8 000 h計(jì))，詳見表1。

表1 各企業(yè)用汽匯總表

2 蒸汽規(guī)格

本工程所用蒸汽操作壓力為0.981 MPa，操作溫度為230 ℃，密度為4.882 3 kg/m3，比容為0.204 82 m3/kg，為過熱蒸汽。

蒸汽管道設(shè)計(jì)壓力為1.161 MPa，設(shè)計(jì)溫度為250 ℃。

3 蒸汽輸送方案

3.1 管道走向

本工程蒸汽管道從玉龍飛熱力有限公司接出，向北穿過馬路，沿著玉龍化工廠區(qū)圍墻向北敷設(shè)，穿過傅山街后進(jìn)入山西諾成制藥有限公司廠區(qū)，在廠區(qū)東部繼續(xù)向北敷設(shè)，在諾成廠區(qū)北面跨越一條馬路之后進(jìn)入山西華元醫(yī)藥生物技術(shù)有限公司，管道沿著東圍墻向北敷設(shè)至鍋爐房附近。

蒸汽管道總長(zhǎng)度約2 600 m，其中，1 110 m為直徑DN600的利舊管道，其余為新增管道，新舊管道的分界點(diǎn)位于玉龍化工西圍墻的中部，分界點(diǎn)以南至玉龍飛熱力有限公司是利舊管道，分界點(diǎn)以北至管道終點(diǎn)是新增管道。本次設(shè)計(jì)的范圍是新增蒸汽管道。

3.2 管路計(jì)算

蒸汽流量為82.225 t/h；各用汽企業(yè)需要的蒸汽壓力為0.7 MPa。

現(xiàn)有蒸汽管網(wǎng)：管道直徑為DN600(Φ630 mm×9.0 mm)，由《蒸汽流速計(jì)算》軟件可得出：管道流速：17 m/s，比摩阻：16.56 Pa/m。根據(jù)管道走向圖現(xiàn)有管道長(zhǎng)度為1 110 m，因此，現(xiàn)有管道末端蒸汽壓力為0.963 MPa。

現(xiàn)有DN600管網(wǎng)末端蒸汽參數(shù)為：壓力：0.963 MPa(G)，溫度：230 ℃(忽略溫度損失)。

由《水和水蒸汽熱力性質(zhì)的計(jì)算程序》軟件可得出：此溫度壓力下的蒸汽為過熱蒸汽，密度為4.796 9 kg/m3，比容為0.20 847 m3/kg，焓值為2 894 kJ/kg。

新建蒸汽管網(wǎng)：選取管道直徑為DN450(Φ480 mm×9.0 mm)，由《蒸汽流速計(jì)算》軟件可得出：

管道流速：28 m/s，比摩阻：66.45 Pa/m。根據(jù)管道走向初步計(jì)算管道長(zhǎng)度為1 490 m。

因此，末端用汽壓力為0.864 MPa。

4 管道布置及支撐

4.1 管道敷設(shè)

本次設(shè)計(jì)的蒸汽管線管徑選用DN450(Φ480 mm×9.0 mm)，連接現(xiàn)有DN600管道繼續(xù)向北敷設(shè)。管道沿地面架空敷設(shè)，敷設(shè)高度1 m，管道補(bǔ)償采用Π型補(bǔ)償器，本著有效利用空間的原則，Π型補(bǔ)償器與地面垂直放置。管道坡度依就地勢(shì)，約為0.1%～0.5%。

管道材質(zhì)選用20#鋼(GB3087-2008)，管道支撐點(diǎn)設(shè)置管托，管道溫度100 ℃

蒸汽主管在接口處配有切斷閥，并設(shè)置流量計(jì)及閥組，為各用汽企業(yè)預(yù)留接口并配有切斷閥門及計(jì)量裝置。蒸汽主管切斷閥選用PN16 DN450閘閥，型號(hào)：Z41H-16C，閥門材質(zhì)：WCB/13Cr。

蒸汽管道應(yīng)高點(diǎn)放空，低點(diǎn)排凈，放空閥和排凈閥均采用雙閥門設(shè)計(jì)，在操作閥門時(shí)，操作人員應(yīng)做好防燙保護(hù)措施，切勿靠近蒸汽出口，以免燙傷。

4.2 Π型補(bǔ)償器的設(shè)置

蒸汽管道固定點(diǎn)距離約為36 m～38 m，固定點(diǎn)之間設(shè)置Π型補(bǔ)償器，Π型補(bǔ)償器H=7 m，l3=5.3 m，R=4D。Π型補(bǔ)償器采用獨(dú)立式管架支撐，并根據(jù)管道應(yīng)力分析結(jié)果，設(shè)置適當(dāng)?shù)膹椈芍Ъ堋?/p>

Π型補(bǔ)償器形式見圖1。

圖1 Π型補(bǔ)償器示意圖

4.3 球形補(bǔ)償器的設(shè)置

此蒸汽管線途中需跨越一處廠區(qū)大門(寬約17.9 m)，緊接著需要跨越一條馬路，馬路包括兩側(cè)綠化帶、人行道和中間的機(jī)動(dòng)車道，設(shè)計(jì)時(shí)采用廠區(qū)大門和馬路聯(lián)合跨越的方案，4個(gè)桁架串聯(lián)，其管道長(zhǎng)度約150 m，熱伸長(zhǎng)量約450 mm，從安全和美觀的角度考慮，宜使用球形補(bǔ)償器，分別在兩側(cè)的豎管上各設(shè)置一組(2臺(tái))DN450的球形補(bǔ)償器，并根據(jù)管道應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，設(shè)置彈簧支架、導(dǎo)向支架、滑動(dòng)支架(見圖2)。

圖2 球形補(bǔ)償器安裝管段

4.4 管架

本次設(shè)計(jì)管架采用鋼結(jié)構(gòu)，管架形式采用獨(dú)立式管架、縱梁式管架、桁架式管架三種，其中以獨(dú)立式管架為主，管架寬度1.5 m，高度包含1 m和8 m兩種情況，共計(jì)111個(gè)獨(dú)立式管架；跨越馬路、廠區(qū)大門時(shí)，根據(jù)跨越距離，采用縱梁式管架或桁架，管架跨度9 m

蒸汽管線在跨越一個(gè)路口時(shí)與現(xiàn)有的10 kV架空電纜交叉，電纜高度約9.5 m，根據(jù)《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 34-2010)規(guī)定，蒸汽管道與電纜垂直距離不小于2 m，再根據(jù)《工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50187-2012)規(guī)定，管架跨越道路的最小凈距不小于5.0 m，因此，此處管架高度為6.5 m，與路面凈距約6 m。

管架基礎(chǔ)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎(chǔ)，鋼柱腳為剛性固定。

5 結(jié)語

蒸汽管道的設(shè)計(jì)首先根據(jù)蒸汽的溫度、壓力、流量等確定管徑，再根據(jù)管道走向布置管架并設(shè)置固定點(diǎn)，根據(jù)固定點(diǎn)設(shè)置Π型補(bǔ)償器和球形補(bǔ)償器，最后進(jìn)行管道應(yīng)力計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果設(shè)置彈簧支架、導(dǎo)向支架和滑動(dòng)支架。