蒸汽管道的设计与安装1

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1、筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 筑龙暖通 蒸汽管道的设计与安装蒸汽管道的设计与安装 摘摘 要：要：本文从蒸汽管道设计、安装过程出发，重点分析了蒸汽管道设计、安 装中的基本技术问题，并阐述了如何避免管道运行中的水击现象。 关键词：关键词：蒸汽；管道；设计；安装；保温；热补偿；水击 Design and Installation of The Steam Pipe Abstract:Form the process of the design and installation of steam pipes, the article analyses some fundamental tec

2、hnological issues especially, and explains how to preventing the phenomenon of water hitting while the steam pipes operate. Key word: Steam; Pipe; Design; Installation; Insulation; Hot Compensation; Water hitting 1、 前言前言 近年来，我国大气污染日趋严重，人们要求保护环境，净化天空的呼声日益 增高，而造成此种现象的主要原因是城市燃煤锅炉所排放的粉尘和有害气体所 致。所以，国家现在正

3、在逐步取缔城市燃煤小锅炉，大力倡导发展集中供热。 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。 2、 蒸汽管道布置原则蒸汽管道布置原则 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 1 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 筑龙暖通 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。 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

4、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。 3、 蒸汽管道设计蒸汽管道设计 蒸汽管道设计的是否合理，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蒸汽管道设计工作。蒸 汽大都是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。 3.1 蒸汽管道最大流量的确定蒸汽管道最大流量的确定 蒸汽热力网热介质的最大允许流速，按暖通规范一般在 4080m/s

5、取值。 在设计时，可根据管道管径确定其相应的最大介质流量。 G=3600 4 d 2 式中 G 管道的流量，Kg/h； d 管径， m； 蒸汽密度， Kg/m3； 蒸汽流速， m/s。 3.2 管道壁厚的确定管道壁厚的确定 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 2 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 筑龙暖通 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理论壁厚，也可根据经验取值。下式是确定蒸汽管道 理论壁厚的计算公式。 t = Pd DPd + 2 0 式中 t 管道理论计算壁厚，m； Pd 管道的计算压力，

6、Mpa； D0 钢管外径， m； 钢材在计算温度下的基本许用应力， Mpa； 基本许用应力修正系数（无缝钢管=1） 。 3.3 管道支架允许跨距管道支架允许跨距 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在计算温度下 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。 3.3.1 按强度条件计算跨距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 t w q

7、 1 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， cm3； 3 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 筑龙暖通 管道横向焊缝系数（0.60.8） ； t钢管许用应力， Mpa。 3.3.2 按刚度条件计算跨距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： Lmax=0.193 0 100 iJE q 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； Et 钢材弹性模数， Mpa； J 管道断面惯性矩， cm4； 管道放水坡度（i0.002） 。 0 i 在工程设计时，按

8、强度和刚度两个条件，取两者中最小值，作为管道支架间距。 3.4 管道保温厚度的确定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 “经济保温厚度” 。 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

9、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。 4 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 筑龙暖通 3.4.1 单层保温经济厚度计算方法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 量等于保温层外表面散失的热量，故： 方程，通过单层保温层传递的热 q= 221 2 10 21 1 ln 2 11 add d ad tt + (a) 图 1 单层保温结构 若管内流体为饱和蒸汽，管内流体到管壁的放热系数 a1的数值很大，分 管道热损失，W/m； 度，； m； 周围介质 保温材料的平均导热系数，W/(m)。 行费 Y

10、 等于全年热损 Y= bQ+PS= 母中第一项可忽略。 式中 q单位长度 t1、t2管内流体温度、周围介质温 d0、d1、d2管内径、管外径、保温层的外径， a1、a2管内流体到管壁的放热系数、保温层外表面到 的放热系数； 最经济的保温厚度应该使全年运行费用 Y 为最小。 全年运 失值 bQ 与设备折旧费用 PS 之和，即 Y=bQ+PS 6 10)( ttmb 3 2 1 2 2 221 2 21 10)( 41 ln 2 1 + + addP dad d (b) 式中 Q单位长度管道全年热损失； m管道年运行时间； b1MJ 热损失的价格； 5 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 筑龙

11、暖通 P保温材料的年折旧费，一般为 12%15%； 可通过求得经济保温厚度。在实际工程设计中可利用计 .4.2 双层保温经济厚度计算方法双层保温经济厚度计算方法 温层传递的热量等于保温层外表面散失的热 量 Q= S单位长度管道保温的一次投资； 保温材料密度； a保温材料单价。 对（b）式做微分处理， 算机进行求解。 3 根据稳态传热方程，通过双层保 ，故： 2 3 21 2 1 1 ln 1 ln 1 )(2 r r r r tt w + =aT2r3(tw-t3) 图 2 双层保温结构 其中 aT=9.4+0.052（tw-t3） 径、内保温外径、外保温外径，m； ，； 保温投 以保温投资费

12、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。 式中 r1、r2、r3管道外 t1、tw、t3管内流体温度、保温外壁温度、周围介质温度 1、2内、外保温材料的平均导热系数，W/(m)。 资费用 S1=（r22-r12）B1+（r32-r22）B2 散热损失 S2=Qb 式中 B1、B2单位体积的内、外保温层造价 元/m3； b1MJ 热损失的价格。 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双层保温结构。 6 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 筑龙暖通 4 蒸汽管道安装蒸汽管道安装 建设单位工程技术人员要严格按照施工图纸进行测量放线，打好 管 直接影响管道使用寿命，在

13、施工中要求钢管表面不得有裂纹、腐 蚀 向勘测、钢管检验等工作后，可以进行管道的安装。由于蒸汽管 道 图 3 地埋管道排潮示意图 .4 管道的热补偿管道的热补偿 4.1 勘测放线勘测放线 施工单位与 线走向的重要点。转角点需著明角度及切线长。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。 4.2 钢管检验钢管检验 钢管的质量 、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） 。 4.3 管道安装管道安装 经过管线走 有架空敷设方式和地埋敷设方式之分，所以在施工中有不同的施工方法。

14、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 1.52 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（图 3） 。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。 4 7 筑龙网 WWW.ZHULONG.COM 筑龙暖通 为使管道在工作状态下稳定、安全运行，在工程设计时，应对管道因受热时 的 蒸汽管道敷

15、设时每隔一撑管道、附件、保温 ，并承受管道作用力。支吊架分为固定支架、导向支架、活 动 冷凝水，保持蒸汽干燥，提高蒸汽利用效率。蒸汽管道疏水 器 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、安装的蒸汽管道多采用轴向型钢套钢波纹管补偿器，运行效果很好，在 补偿器安装时（图 4） ，补偿器距固定支架的距离 L1=4D，补偿器距第一个导向 支架的距离 L24D，距离第二个导向支架的距离为 L3=14D（D 为管径） 。另 外，也可利用蒸汽管线走向的各种折弯（如 L 型、Z 型等）进行自然补偿，由 此减少补偿器的数量，从而降低蒸汽管道的工程造价。 4.5 支吊架的安装支吊架的安装 图 4 补偿器与各管架的相对位置 定距离需要设置一支撑点，以支 层及管道中的水重 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。 4.6 疏水器的安装疏水器的安装 在蒸汽管道上必须设置疏水器，其作用是自动阻止蒸汽泄