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目前,城市集中供热热源主要有热电厂、集中锅炉房等,这些热源要在工业生产和日常生活中得到应用,必须通过管道进行输送。因此供热管道的设计、设置、安装正确与否将直接影响整个供热管网的安全运行。
高压蒸汽管道布置原则高压蒸汽管道布置应在城市建设规划的指导下,考虑热负荷分布、热源位置、与各种地上、地下管道及构筑物、园林绿地的关系和水文、地质条件等多种因素。高压蒸汽管道敷设方式一般采用地上敷设(架空) 和地下敷设(地沟),采用地上敷设方式时,在设计中一定要注意美观,与周围建筑物要协调一致,一般工业厂区多采用地上架空方式敷设,此种方式造价相对较低。
高压蒸汽管道设计高压蒸汽管道设计得是否合理,将直接关系到供热管网运行的可靠性、经济性、安全性和方便性。因此,要确保管网正常运行必须做好高压蒸汽管道设计工作。蒸汽大都通过一次能源加热水而产生,所以减少热损失,不仅有利于热利用率的提高,生产成本的降低,而且也是节约能源的重要手段。
根据《暖通规范》要求,城市高压蒸汽管道一般采用无缝钢管、钢板卷焊管。采用钢管是因钢管连接方便、能承受较大的内压和动荷载
高压蒸汽管道最大流量的确定
由于管道内流体压力作用所产生的应力会作用于管壁,所以输送蒸汽的管道必须具有一定的壁厚, 否则,将会给以后管网正常运行带来隐患。在工程设计中可通过计算确定管道的壁厚,也可根据经验取值。下式是确定高压蒸汽管道理论壁厚的计算公式。
管道支架允许跨距
高压蒸汽管道支承在活动支架上, 管道断面承受由内压和持续外载产生的应力。管道在工作状态时, 由内压和持续外载产生的应力不得大于钢材的计算温度下的基本许用应力。因此, 在工程设计时应考虑管道支架的最大允许跨距, 以确保管道的安全运行。同时,在确保安全运行前提下,应尽可能扩大活动支架的间距,以节约蒸汽管线的投资费用。
按强度条件计算跨距
连续敷设, 均布荷载的水平直管道的支架跨距为:
Lmax =2. 24 1 qw•Ф•[ 9 ]t m
式中 Lmax — 管道支架最大允许跨距,m ; q 管道单位长度计算荷载,N/ m; w 管道断抗弯矩,cm 3 ; Ф — 管道横向焊缝系数(0. 6～0.8) ;
[ 9 ]t 钢管许用应力,MPa 。
按刚度条件计算跨距
连续敷设,均布荷载的水平直管道的支架跨距为:
3
Lmax =0. 19 100Et •J •i0 m
q
式中 Lmax — 管道支架最大允许跨距,m ;
q 管道单位长度计算荷载,N/ m;
Et — 钢材弹性模数,MPa ;
J 管道断面惯性矩,cm 4 ;
i0 — 管道放水坡度(i ≥0. 002) 。
在工程设计时,按强度和刚度两个条件,取两者中最小值,作为管道支架间距。
管道保温厚度的确定
为了防止蒸汽输送过程中向周围散发热量,故供热管道及附件外表均需保温,其作用是提高热效率。特别在长距离输送蒸汽时,用保温层来减少热损失,以满足生产所需温度。另外保温层还可以在严寒的冬季防止热媒冻结,平时则维持管道外表面温度低于50 ℃,以免烫伤人,它还可以保护管道不受外界的侵蚀破坏。
在工程设计中,在计算管路散热损失的基础上, 管道保温层厚度通常按技术经济分析得出
温厚度”。显而易见,保温层越厚,则管路散热损失越小,节约了燃料;但由于厚度加大,保温结构费用增加,增加了投资费用。“经济保温厚度”是考虑管道保温结构的基建投资和管道散热损失的年运行费用之和最小为依据计算得出。
单层保温经济厚度计算方法
以单位长度管道为计算基准。根据稳态传热方程,通过单层保温层传递的热量等于保温层外表面散失的热量,故以保温投资费用和热损失之和最小为前提,通过计算求得双层保温经济厚度。由于双层保温效果比单层好,所以在实际工程设计中多采用多层保温结构。
高压蒸汽管道安装
施工图纸进行测量放线,打好管线走向的重要点。转角点需注明角度及切线长。若管道沿线遇到地下隐蔽工程时,放线应在交叉范围两端作出明显标志。
钢管检验
钢管的质量直接影响管道使用寿命,在施工中要求钢管表面不得有裂纹、腐蚀、结疤和凹痕等缺陷,钢管和管件需具备出厂质量证明书等技术资料, 各种技术指标必须符合管道行业有关标准和规定(如力学性能、化学成分、强度、韧性等) 。
管道安装
经过管线走向勘测、钢管检验等工作后,可以进行管道的安装。由于高压蒸汽管道有架空敷设方式和地埋敷设方式之分,所以施工方法不同。架空敷设时, 管道安装完毕,在进行保温施工前,须对管道进行水压试验。对于长距离的高压蒸汽管道可做分段试压。试压前,在管路最高点安装放空阀,在最低点安装疏水阀。试压压力为设计压力的1. 5 倍,在试压时,试压表计须校验,其精度不得低于1.5 级,表的满刻度值应为被测最大压力的1. 5～2 倍,压力表不得少于两块。地埋敷设与架空敷设不同在于,在安装管道时要在外套管做排潮管 。进行完水压试验后须做气密性试验,气密性试验压力为0. 4MPa 。
管道的热补偿
为使管道在工作状态下稳定、安全运行,工程设计时,应对管道因受热时的热伸长量进行补偿,减小管线因温度变化而产生的冷热应力;避免因应力集中对管线造成破坏;防止事故发生。管道热补偿的方式有好多种,目前我单位设计、安装的高压蒸汽管道多采用轴向型钢套钢波纹管补偿器,运动效果很好,在补偿器安装时(图4) ,补偿器距固定支架的距离L1=4 D,补偿器距第一个导向支架的距离L2 ≤4 D, 距离第二个导向支架的距离为L3 =14 D(D 为管径) 。
另外,也可利用蒸汽管线走向的各种折弯(如L 型、是管内不稳定流动所引起的一种特殊振荡现象。Z 型等) 进行自然补偿,由此减少补偿器的数量,从而降低高压蒸汽管道的工程造
使高压蒸汽管道的使用寿命缩短,严重时甚至会造成管道、阀门等设备的破裂损坏。所以在高压蒸汽管道设计和生产操作过程中要尽可能避免发生水击。一般可通过以下方法避免和减轻水击对高压蒸汽管道的影响。
①在管道设计安装时,必须使管道具有足够的坡度,并尽可能保持汽、水同向流动。
②在停送汽时,延缓阀门的调节时间,使管内流体的流速变化很小,减小管内流体的不稳定流动。
③合理的管路设计也是避免水击发生的有效措施。
支吊架的安装
高压蒸汽管道敷设时每隔一定距离需要设置一支撑点,以支撑管道、附件、保温层及管道中的水重,并承受管道作用力。支吊架分为固定支架、导向支架、活动支架、弹簧支吊架等形式。在实际工程施工中,当需要减少支架水平位移的摩擦力时,可采用滚动支架。弹簧支吊架用于有垂直位移的支撑点,当有水平位移时,弹簧支架应加装滚柱。在设计安装时应对固定支架做推力和应力验算。
在高压蒸汽管道上必须设置疏水器,其作用是自动防止蒸汽泄漏而且迅速排出用热设备及管道中的冷凝水,保持蒸汽干燥,提高蒸汽利用效率。高压蒸汽管道疏水器设置位置:1 、管道的最低点;2 、被阀门切断的各管段最低点;3 、垂直升高前的管段最低点。一般顺坡情况下每隔400～500 米,逆坡时每隔200～300 米设置启动疏水和经常疏水装置。
水击现象及避免措施蒸汽管线停送汽时,有时能听到“咣咣”的声音, 这就是水击现象。水击现象是介质流动状态忽然改变,管内流体动量发生变化而产生的压力瞬变过程
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