主蒸汽管道分支接管座设计探讨
发电站蒸汽管道支管及接管座温度场和热应力分析
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学位论文作者签名： 梁木子
指导教师签名：程先华
日期：2007 年 2 月 26 日
日期：2007 年 2 月 26 日
上海交通大学硕士学位论文
第一章 绪论
1.1 课题提出和背景
火力发电厂主蒸汽管道可能有凝结水的支管连接部位以及与之相连接的支管(疏 水管、放空管、压力表接管、较长的死管以及不经常使用的联络管等)接管座处常有 热疲劳裂纹出现。随着机组参加调峰的日益频繁,这些裂纹的形成与扩展有加快的趋 势,严重的裂纹在机组运行 4 到 5 年的时间内,就对与主蒸汽管道连接的支管的安全 构成威胁。此类现象在国内 125MW 发电机组配套锅炉的蒸汽管道支管中时有发生, 严重影响了发电机组的正常安全运行。 包头第一热电厂的型号为ΠK-10-2的4号锅炉[1]。工作压力为9.8MPa(由于属于 超期服役机组,于2003年调为9.0MPa),产气量为220t/h,工作温度为540℃。2003年10 月,依据锅炉压力容器定期检验计划,对主蒸汽上排空气管接管座角焊缝进行了着色 检验,发现沿角焊缝径向开裂并裂向母材的裂纹,其长度为15 mm。对此接管座全部 割除,进行进一步的探伤检查后发现,管孔内壁有大量裂纹,裂纹主干相互平行且呈 纵向分布,裂纹间相隔2-8 mm,纵向裂纹间有环状横向裂纹,为较典型的龟状裂纹,由 管孔内壁向径向及壁厚方向扩展,部分裂纹贯穿了整个壁厚。 山西娘子关发电厂100MW火力发电机组配套锅炉[2]。工作压力为8.83MPa,产气量 为410t/h,工作温度为535℃。机组投产运行10万小时之后主蒸气管道上靠近主蒸气 机侧4.5m处的压力表座处发生泄漏事故。经磁粉探伤检查发现主蒸汽管开孔处有3 条放射状裂纹,最长达8mm。对割下的管段进行检测,发现表管开孔处及后方向上有 多条裂纹存在。 四川豆坝发电厂1号50MW火力发电机组配套锅炉[3]。工作压力为9.0MPa,产气量 为220t/h,工作温度为540℃。机组投产运行18万小时之后检测主汽门附近旁潼关管 孔内壁,发现有放射性裂纹。管孔裂纹均为从主蒸汽管内壁管孔倒角处开始,向外扩 展。检测得到的裂纹最大宽度约3mm,最大裂纹深度约20mm。 以上诸多案例表明,火力发电厂主蒸汽管道可能有凝结水的支管连接部位以及与 之相连接的支管的接管座处常有热疲劳裂纹出现已经成为一类常见的问题。对此,电 站的专家学者已经做了大量的测量分析和研究,得到一致结论为：局部散热导致部分 支管内不流动的过热蒸汽凝结,到一定量后,淋落到管孔内壁,形成的冷凝水周期性回 流或溢流至再热器外接管内侧,使管内壁受到冷却而收缩,相邻区域限制其收缩,在温
蒸汽长输管道设计的难点及建议
蒸汽长输管道设计的难点及建议【摘要】蒸汽长输管道设计是一个复杂且重要的工程，需要考虑到多方面的因素。
在选择管道材质时，设计人员面临困难，需要综合考虑强度、耐压性等因素。
控制蒸汽压力和温度也是一个挑战，需要确保管道不会因温度过高而受损。
防腐蚀设计同样是一个难点，设计人员需要考虑到蒸汽在管道内引起的腐蚀问题。
管道热胀冷缩也会引起应力分析的复杂性，设计人员需要进行详细的计算和分析。
管道安全性是设计中至关重要的考量因素，设计人员应加强监测和维护工作，确保管道运行安全稳定。
综合考虑各方面因素进行管道设计，并加强监测和维护工作是保障蒸汽长输管道安全运行的关键。
【关键词】蒸汽长输管道设计、重要性、复杂性、管道材质选择、蒸汽压力温度控制、防腐蚀设计、热胀冷缩、应力分析、安全性、综合考虑、监测、维护。
1. 引言1.1 介绍蒸汽长输管道设计的重要性蒸汽长输管道设计的重要性在于，它承担着将高温高压的蒸汽从生产地点输送到各个用户单位的任务，保障了蒸汽能源的有效利用和供给。
合理的管道设计不仅可以提高蒸汽输送效率，减少能源损耗，还能确保蒸汽输送过程中不会出现泄漏、爆炸等安全事故，保障生产和人员的安全。
蒸汽长输管道设计的重要性不言而喻。
只有通过科学合理的设计，考虑到各种因素和风险，才能确保蒸汽长输管道的安全运行。
在设计过程中，需要充分考虑管道材质选择、蒸汽压力温度控制、防腐蚀设计、热胀冷缩应力分析等方面的难点，才能保证管道设计的质量和可靠性。
1.2 说明蒸汽长输管道设计的复杂性蒸汽长输管道设计的复杂性主要体现在多个方面。
蒸汽长输管道设计涉及到大量的工程知识和专业技术，需要考虑到蒸汽流量、压力、温度等多个因素的影响。
蒸汽长输管道设计中需要考虑到蒸汽对管道的影响，例如蒸汽的高温高压对管道材质的耐热性、耐压性的要求较高。
由于蒸汽长输管道通常需要跨越不同的地质条件和环境条件，设计过程中还需要考虑地质特征、地貌条件等因素，增加了设计的难度。
化工工艺装置蒸汽管道配管设计分析
化工工艺装置蒸汽管道配管设计分析蒸汽管道配管设计在化工工艺装置中起着非常重要的作用。
一个合理的蒸汽管道配管设计能够保证化工工艺装置正常运行，提高生产效率，并保证人员和设备的安全。
蒸汽管道配管设计需要考虑以下几个方面：1. 管道材料选择：蒸汽管道一般选用碳钢、不锈钢和合金钢等材料。
选用合适的材料可以保证管道的耐腐蚀性和耐压性，提高使用寿命。
2. 管道直径选择：蒸汽管道直径应根据工艺装置的需要进行选择。
直径太小会导致流量不足，影响生产效率；直径太大则会造成原材料的浪费和投资成本的增加。
需要根据具体情况选择合适的管道直径。
3. 管道布局：蒸汽管道的布局应遵循短管道、少转弯的原则，减少阻力和能耗。
需要考虑安全因素，避免管道与设备、结构物等发生碰撞。
4. 管道支撑和固定：蒸汽管道需要合理的支撑和固定，以保证管道稳定运行。
支撑和固定的方式应符合工艺装置的要求，同时考虑管道的伸缩、热胀冷缩等因素。
5. 管道绝热：由于蒸汽会带走大量的热量，蒸汽管道需要进行绝热处理，减少热量损失。
绝热层的厚度和材料的选择需要根据工艺装置的要求进行决定。
6. 管道连接：蒸汽管道的连接方式一般选用焊接、螺纹连接等。
连接处需要确保密封性和安全性，防止泄漏和事故的发生。
在蒸汽管道配管设计的过程中，还需要进行一些分析和计算。
需要计算管道的流量和压降，以确定合适的管道直径；需要进行应力分析，以保证管道在运行过程中不会出现破裂等问题。
蒸汽管道配管设计是化工工艺装置设计中的重要环节，需要综合考虑材料选择、直径选择、布局、支撑固定、绝热等方面的因素，以保证工艺装置的正常运行和安全性。
还需要进行一些分析和计算，以确定合适的管道尺寸和保证管道的强度。
浅谈厂区蒸汽管道设计
浅谈厂区蒸汽管道设计摘要: 探讨了蒸汽管道的布置方式和补偿, 蒸汽系统的排气以及疏水阀的选取。
关键词: 蒸汽系统；蒸汽管道布置；排气；疏水；凝结水Abstract: discusses the steam pipe arrangement and compensation, the steam system of exhaust and the selection of the trap.Keywords: steam system; The steam piping layout; Exhaust; Scanty water; condensate蒸汽作为一种环保、高效的供热介质, 在石油化工行业中得到广泛应用,下面就从设计中常遇到的问题对蒸汽管道系统设计进行探讨。
1.蒸汽管道的布置和补偿1.1蒸汽管道的布置由工厂系统进入装置的主蒸汽管道，宜布置在管廊的上层，蒸汽管道应按照下列要求布置：a) 蒸汽支管应从主管的顶部引出，当工艺要求支管上设置切断阀时，切断阀应布置在靠近主管的水平管段上；b) 支管不得从用气要求很严格的蒸汽管道上接出；c) 蒸汽主管进入装置界区的切断阀上游和主管末端应设排水设施；d) 蒸汽管道的低点宜设排液设施，排液设施应根据不同情况设放净阀、分液包、或疏水阀；e) 蒸汽管道应设置高点放空，放空阀宜采用闸阀，直接排至大气的蒸汽放空管，宜在阀门下游开一个Φ6～Φ10mm的排液孔，并引至安全位置。
1.2蒸汽管道的铺设方式蒸汽管道的铺设方式分为地上和地下。
地上铺设即架空铺设，按管架高度可分为高、中、低三个档次，高管架h≥4.5m、中管架2.5m≤h＜4.5m、低管架0.3≤h ＜2.5m。
地下铺设可分为地沟和直埋铺设，地沟铺设一般有通行地沟、半通行地沟和不通行地沟。
直埋铺设投资小，但维修不方便，补偿能力不足，目前一般不宜采用；地沟铺设投资较高, 容易积水, 管道易被淹泡, 不便于维护管理, 目前一般也较少采用。
化工工艺装置蒸汽管道配管设计分析
化工工艺装置蒸汽管道配管设计分析
在化工工艺装置中，蒸汽管道的配管设计是非常重要的，它关系到整个装置的运行效率和安全性。
本文将对蒸汽管道的配管设计进行分析，并提出一些建议。
蒸汽管道的设计应考虑到蒸汽的流量和压力。
蒸汽的流量决定了管道的尺寸，而蒸汽的压力决定了管道的材质和壁厚。
在设计中，应根据需要确定蒸汽的流量和压力，然后选择合适的管道尺寸和材质。
蒸汽管道的设计还应考虑到防腐和绝热。
蒸汽中含有一定的腐蚀性物质，因此管道的内壁应采用耐腐蚀材料，如不锈钢等。
为了减少能量的损失，管道还应进行绝热处理，以提高传热效率。
蒸汽管道的布置也需要特别关注。
蒸汽管道的布置应尽量简洁、紧凑，避免过长和复杂的管道，以减少能量和压力损失。
为了方便维护和检修，管道应布置在易于接近和操作的位置。
在蒸汽管道的设计中，还需要考虑到安全性问题。
蒸汽管道是一个高温高压的系统，因此在设计中应注意防止泄漏和爆炸等安全事故的发生。
为了保证安全，需要正确选择和安装阀门、安全阀等安全装置，并确保其正常运行。
蒸汽管道的配管设计应综合考虑流量、压力、防腐、绝热、布置和安全等因素。
只有通过科学合理的设计，才能保证蒸汽管道的正常运行和安全性。
在化工工艺装置中进行蒸汽管道的配管设计时，应严格按照相关规范和标准，结合具体情况进行分析和设计。
蒸汽管道设计中应注意的问题探讨
蒸汽管道设计中应注意的问题探讨蒸汽作为一种特殊介质在我们的日常生活中得到广泛地应用。
工业生产中，蒸汽能够实现特定压下的间接或直接加热；电力行业中蒸汽可用于发电；城镇的集中供热多数是用蒸汽来实现的。
蒸汽的输送是通过管道完成的，蒸汽管道作为压力管道的一种，具有高压、高温、高流速等特点，国家对于压力管道的设计有明确的法律、规范条文，以确保蒸汽管道安全、稳定、高效地运行。
文章就蒸汽管道设计中需要注意的问题进行讨论。
标签：蒸汽管道；设计；问题1 概述随着我国工业的飞速发展，管道运输的低成本、低损耗，输送量大、占用土地少等优势日益明显，蒸汽管道的应用也日益增多。
在这过程中也出现了一些问题，管道设计参数的选择、管道材料的选择、管道布置、应力计算等方面。
因此必须重视蒸汽管道设计中存在的问题，解决办法就是严格按照规范要求，理论和实际相结合，优化蒸汽管道的设计等。
2 蒸汽管道设计中需要注意的问题2.1 管道类别的确定蒸汽管道作为压力管道的一种，在设计时首先必须明确管道所属的类别，这一步非常重要，它是设计者必须明确的要点，决定着管道设计、制作、施工、验收的标准，是管道安全、稳定运行的重要保障。
压力管道类别分：长输管道（GA类）、城镇管道（GB类）、工业管道（GC 类）、动力管道（GD类）。
蒸汽管道的类别可能为GB管道中的第2类、GC管道、GD管道，具体类别必须根据工程实际情况来确定。
工程设计、安装、验收标准也应相对应。
当管道属于GC1时还应注明是其中的第几项，如GC1（3）。
2.2 管道设计参数确定管道类别确定以后，在选择管道设计参数时，如果是动力管道（GD类）就要根据《火力发电厂汽水管道设计技术规程》或《电厂动力管道设计规范》来确定设计压力、温度；如果是工业管道（GC类）则要根据《压力管道安全技术监察规程（工业管道）》或《工业金属管道设计规范》或《压力管道规范工业管道》来确定设计压力、温度；如果是GB2类管道就要参考《城镇供热管网设计规范》来确定设计压力、温度。
化工工艺装置蒸汽管道配管设计分析
化工工艺装置蒸汽管道配管设计分析在化工工艺装置中，蒸汽是一种非常重要的介质，它被广泛应用于加热、蒸发、烘干、运输等方面。
在蒸汽管道的配管设计中，需要考虑很多因素，例如管道的材质、直径、壁厚、支撑方式、安装方式等，这些因素直接影响到蒸汽管道的安全性、稳定性和运行效率。
本文将从配管设计的角度出发，对蒸汽管道的设计分析进行探讨。
一、材质的选择蒸汽管道一般采用合金钢、不锈钢、碳钢等材料，其中合金钢的强度和耐腐蚀性较好，适用于高温、高压的蒸汽传输；不锈钢具有优良的耐腐蚀性，适用于高温、高压、酸碱性强的蒸汽传输；碳钢的强度和成本相对较低，适用于低温、低压的蒸汽传输。
在材质的选择上，需要结合具体的工艺参数和经济成本进行权衡，同时也要考虑管道的使用寿命和安全性。
二、管道的直径和壁厚管道的直径和壁厚是决定管道承受能力和阻力大小的重要因素。
一般情况下，蒸汽管道的直径越大，流量越大，但是成本也会相应提高；管道的壁厚越大，承受能力也越强，但是成本也会相应提高。
对于管道设计，在保证安全、符合规范的前提下，应尽量减小直径和壁厚，以降低成本。
三、支撑方式对于长距离蒸汽管道，在安装过程中，需要将管道固定在支架上，以支撑管道的重量和传递运行中产生的热膨胀力。
在支撑方式的选择上，应根据管道的直径、长度、温度等参数进行评估，一般建议采用冷弯、冷挤、焊接等方式。
此外，在支架的设计上，需要考虑管道热膨胀引起的应力和变形，防止管道的形变和脱落。
四、安装方式在管道的安装过程中，需要注意管道的下垂和弯曲问题，以保证管道的正常运行。
同时，还应对管道的管端进行保护和密封，防止管道中的蒸汽泄漏，对人员和环境造成损害。
总之，在蒸汽管道的设计中，要充分考虑管道的使用寿命、安全性和经济成本，选择合适的材料、直径和壁厚，并采用适当的支撑方式和安装方式，确保管道的正常运行。
蒸汽长输管道设计的难点及建议
蒸汽长输管道设计的难点及建议蒸汽长输管道设计是工程中的重要环节，涉及到很多难点。
本文将主要探讨蒸汽长输管道设计的难点，并提出一些建议。
蒸汽长输管道设计的难点之一是蒸汽的高温和高压。
蒸汽常常在高温高压下工作，这给管道的材料和结构带来了很大的挑战。
在设计中，需要选择能够承受高温高压的合适材料，并结合合适的管道厚度和结构设计，以确保管道的安全运行。
还需要考虑蒸汽泄漏和失控的情况，并采取相应的措施来预防和处理。
另一个难点是管道的热膨胀问题。
由于蒸汽的高温，管道在工作过程中会发生热膨胀。
这会给管道的设计和施工带来很大的挑战。
在设计中，需要考虑管道的热膨胀量，并采取相应的措施，如设置膨胀节和伸缩支座，以减少热膨胀对管道的影响。
还需要注意管道的布置和支撑，以确保管道在膨胀过程中不产生过大的应力和变形，从而影响管道的安全运行。
蒸汽长输管道设计还需要考虑流体阻力和能量损失的问题。
由于管道中的蒸汽流动，会导致一定的摩擦阻力和能量损失。
在设计中，需要合理选择管道的直径和流速，以减小阻力和能量损失。
还需要考虑管道的布置和弯头的设置。
合理的布置和设置能够减小管道的阻力和能量损失，提高蒸汽的输送效率。
对于蒸汽长输管道设计的建议，首先是选择合适的材料。
蒸汽常常在高温高压下工作，因此需要选择能够承受高温高压的合适材料，如碳钢、合金钢等。
需要合理选择管道的直径和壁厚。
合适的直径和壁厚能够减小阻力和能量损失，提高管道的输送效率。
还需要合理布置和设置管道的支撑和伸缩节，以减小热膨胀对管道的影响。
需要进行全面的安全评估和风险分析，确保设计的管道能够满足工程的安全运行要求。
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主蒸汽管道分支接管座设计探讨
摘要：AP1000项目中，蒸汽发生器（SG）至主蒸汽隔离阀（MSIV）管路上，主
蒸汽凝结水疏水管线、主蒸汽安全阀入口管线、大气释放阀入口管线与主蒸汽管
道均通过Sweepolet接管座相连。
该接管座为AP1000工艺系统分支管路设计中首次采用，具有比以往焊接接管座强度高、应力分布均匀等优点，但其设计相比其
他接管座复杂。
本文根据ASME NC分卷设计Sweepolet接管座，并采用补强计算
与一次应力指数、应力增强系数计算的方法对Sweepolet接管座设计的合理性与
可靠性进行了分析计算，提出了该接管座的设计方案。
关键词：主蒸汽管道；Sweepolet接管座；补强计算；一次应力指数；增强系数
1、引言
主蒸汽管道是核安全二级部件，为核电站中从蒸汽发生器（SG）出口到主蒸
汽隔离阀（MSIV）之间的管道，其设计的合理性、安全性与可靠性一直备受关注。
在主蒸汽管安全壳贯穿件到主蒸汽隔离阀之间的管道上，集中布置有主蒸汽凝结
水疏水管线、主蒸汽安全阀（MSSV）入口管线、大气释放阀（PORV）入口管线
等分支管，这些支管由于受到标准管件异径三通的尺寸规格限制，在很多情况下
必须采用管道开孔的方法来实现不同管径主管和支管之间的连接。
管道开孔后，
由于整体性被破坏，其强度受到影响，一般来说，管道上的开孔孔径越大，管道
强度下降越明显。
AP1000项目中，主蒸汽凝结水疏水管线（1根）、主蒸汽安全
阀入口管线（6根）、大气释放阀入口管线（1根）与主蒸汽管道均通过Sweepolet接管座相连。
本文使用补强计算与一次应力指数、应力增强系数计算
相结合的方法对AP1000项目中位于主蒸汽管道上的Sweepolet接管座是否需要补强进行了计算和分析。
根据上述计算，对该接管座的几何形状设计方面进行了针
对性的探讨，最后提出了目前可应用于标准化设计及后续项目的合理化修改方案。
2、背景
核电站一回路工艺系统管道布置设计中，无法选用标准三通的分支管设计，
一般采用对接焊接管座（Weldolet），以弥补由于主管开孔引起的强度下降。
Weldolet这种接管座制造相对容易，但其与主管连接的焊缝为角焊缝一般只能进
行MT或PT检查，而在核级管道设计中，支管大于等于4英寸的接管座焊缝需进行RT或者UT检查才能比较好地保证其质量。
因此出于主蒸汽隔离阀前核二级主
蒸汽管道的重要性和安全性考虑，AP1000项目首次用Sweepolet（Bonney Forge
产品）代替Weldolet用于主蒸汽管道和分支管的连接（主蒸汽凝结水疏水管线、
主蒸汽安全阀入口管线、大气释放阀入口管线），Sweepolet接管座具有马鞍型
外形，与主蒸汽管道相互交接处具有良好的形状，能够保证对接焊缝进行RT或
UT检查。
目前ASME规范以及国标中都没有相关接管座外形尺寸及制造标准，AP1000
项目中西屋指定的制造商Bonney Forge通过多年的摸索、研发和测试，积累了大
量的试验数据，并在包括核一级管道在内的关键领域应用中得到认可，也证实了Sweepolet接管座用于核电站的可靠性。
Bonney Forge采用MSS-SP-97行业标准，进行了Sweepolet的设计。
根据三门依托项目的要求，设计用于主蒸汽凝结水疏水管线、主蒸汽安全阀、大气释放阀
与主蒸汽管道连接的接管座。
同时，西屋公司要求该产品必须采用Bonney Forge
公司的Sweepolet形式接管座，而Bonney Forge公司产品样本系列中仅对接管座
外形尺寸中的宽度和高度进行了规定，如图2-1所示。
其详细加工尺寸仅作公司内部资料不作公开，这给本次设计以及AP1000后续项目的采购带来了极大的困难。