蒸汽管道计算实例

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前言

本设计目的是为一区VOD-40t 钢包精练炉提供蒸汽动力。设计参数是由动力一车间和西安向阳喷射技术有限公司提供的。

主要参数：蒸汽管道始端温度250C，压力1.0MP;蒸汽管道

终端温度240C，压力0.7MP （设定）；

VOD用户端温度180C，压力0.5MP;

耗量主泵11.5t/h 辅泵9.0t/h

一、蒸汽管道的布置

本管道依据一区总体平面布置图所描述的地形进行的设计，在布置管道时本设计较周详地考虑到了多方面的内容：

1、蒸汽管道布置时力求短、直，主干线通过用户密集区，并靠

近负荷大的主要用户；

2、蒸汽管线布置时尽量减少了与公路、铁路的交叉

3、在布置蒸汽管线时尽量利用了自然弯角作为自然补偿。并在自然补偿达

不到要求时使用方型补偿器。

4、在蒸汽管道相对位置最低处设置了输水阀。

5、蒸汽管道通过厂房内部时尽量使用厂房柱作为支架布置固定、滑动支座。

6、管道与其它建、构筑物之间的间距满足规范要求。

二、蒸汽管道的水力计算

已知：蒸汽管道的管径为Dg200,长度为505m。

蒸汽管道的始端压力为1.0MP，温度为250C查《动力管道设计手册》第一册热力管道（以下简称《管道设计》）1 —3得蒸汽在该状态下的密度p为

4.21kg/m3。

假设：蒸汽管道的终端压力为0.7Mp，温度为240C查《管道设计》表1 —3得蒸汽在该状态下的密度p为2.98kg/m3。

（一）管道压力损失：

2、压力损失

式中△ p —介质沿管道内流动的总阻力之和，Pa;

Wp —介质的平均计算流速，m/s ;查《管道设计》表5-2 取

Wp=40m/s ;

g —重力加速度，一般取 9.8m/s ";

u p —介质的平均比容，m 3/kg ;

入—摩擦系数，查《动力管道手册》（以下简称《管道》）

表4— 9得 管道的摩擦阻力系数 入=0.0196 ;

d —管道直径，已知d=200mm ; L —管道直径段总长度，已知 L=505m ;

艺E —局部阻力系数的总和，由表（一）得 艺E =36

H 1、战一管道起点和终点的标高，m ; 1/Vp= p p —平均密度，kg/m 3 ; 1.15—安全系数。

在蒸汽管道中，静压头（H2-H1）10/Vp 很小，可以忽略不计所以

2 103

d

厶+工© + （禺+駕）-1。5 2— 1

式2—1变为

4= 1 15 -------- （ ----- £+》◎

叫d2—2

在上式中：5 Wp2/g U p=5 •2Pfp /g表示速度头（动压头）

入13L/d为每根管子摩擦阻力系数。

把上述数值代入2—2中得

△p=1.15 X 5X 402X 3.595 （0.0196 X 103X 505/200+36）/9.8 =0.316 Mp

计算出的压力降为0.447Mp,所以蒸汽管道的终端压力

P2二P1-A p=1.00.316=0.684 Mp。

相对误差为：（0.7-0.684）/0.7=2.3%。所以假设压力合理

（二）管道的温度降：

1、蒸汽在管道中输送时，由于对周围环境的散热损失，过热蒸

汽温降按下式计算：

△t=Q - 10 (GC P)C

式中Q—所计算蒸汽管段对周围环境的散热损失（千卡/时）；

G—管段计算蒸汽流量（吨/时）；

Cp—在管段平均蒸汽参数时，过热蒸汽的定压比热（千卡/千克c）o

总散热损失：Q= 1.2q・L = 1.2 148.5 505=89991千卡/小时

蒸汽流量：G= 11.5+9.0=20.5吨/小时

定压比热：Cp查《管道设计》图5-5得Cp= 0.515千卡/千克；C。

△t=89.991/（20.5 0.515）=8.524 C

2、蒸汽管道的出口温度为t2=t1- △ t=2508.524=241.48 C。

3、相对误差：8.524/250=3.4% 。

蒸汽管道终端的出口参数为：压力0.684MP 温度241.48C ，其计算结果和假设相一致。

三、管道伸长量和补偿计算

/以管段3-4为例）

/一）伸长量：

公式：△ L= a • 2-(t) cm 式中L—计算管长，m, 3-4管段的长度为

46.57m;

a—管道的线膨胀系数，cm / (m・C)，查表5-1得a =12.25 cm/( m-°C);

t2—管内介质温度，C,已知t2=220;

ti—管道安装温度，C,已知ti=20。

△ L=12 - 46.57(2420)=12.57 cm

所以，管段3—4的热膨胀量为125.7mm小于补偿器的补偿量150m m,及本段管道在受热时不会因线性膨胀而损坏。

(二)补偿器选型及校核计算：

采用的补偿方式为人工补偿，选取的补偿器为矩型补偿器，其型号为：150-2型，其补偿能力为150mm,所以3-4管段的伸长125.7mm<150mm补偿器能满足要求。

其它管段的伸长及补偿情况见下表：

表(二)

由上表可以看出整个管道能在等于或低于设计参数的工况

下正常运行

四、管道的保温防腐设计

为了节约能源，提高经济效益，减少散热损失，满足工艺要求，改善工作环境，防止烫伤，一般设备、管道，管件、阀门等（以下对管道、管件、阀门等统称为管道）必须保温。

（一）保温材料的选择：

由于超细玻璃棉的纤维细而柔，呈白色棉状物，其单纤维直径4

微米，对人的皮肤无刺痒感。超细玻璃棉优点很多，其容重小，导热系数底，燃点高、不腐蚀是良好的保温、吸声材料。同时有良好的吸附过滤性能，用途十分广泛。因此在本次设计中保温我材料的是选择超细玻璃棉。保护层米用玻璃布。

（二）保温层厚度的确定：

根据国标保温层厚度表（动力设施标准图集R410-2 ）超细玻璃

棉制品保温层的厚度为70mm。

（三）保温层单位散热量计算:

(t - tO)

丄宀1

公式：匸…二工1-''L千卡/米时

q—管道单位长度热损失（千卡/米时）；t—介质温度（°C）;

t o—周围环境温度（C）;

入—呆温材料在平均温度下的导热系数（千卡/米时C）查《管道与设备保