水泥厂热风管道设计及计算

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1、1 目 录 一、 热风管道一般计算.4 1 热风管道管径计算.4 （1）一般地区.4 （2）高海拔地区.4 2 管道不同状况下的风速.4 3 热风管道标准管径及法兰尺寸.5 4 管道管径与壁厚关系.6 5 管道阻力计算.6 （1）阻力计算公式6 （2）摩擦阻力系数 计算7 （3）局部阻力系数“”值9 （4）阻力平衡计算9 二、 管道重量计算.11 1、圆形风管自重11 2、保温材料重量11 3、风管内积灰重量12 4、 事故荷载系数12 三、 膨胀节选型计算.13 1、 膨胀节的作用13 （1）金属膨胀节构造及用途13 （2）非金属膨胀节构造及用途13 2 （3）膨胀节技术参数14 2、 膨胀

2、节选型计算15 （1）膨胀量计算15 （2）膨胀节自振频率计算16 （3）膨胀节推力计算17 （4）膨胀节预拉伸计算18 3、 膨胀节的安装位置及注意事项18 （1）安装位置18 （2）安装注意事项18 四、 管道支座及支架.19 1、 支座形式19 （1）固定支座19 （2）滑动支座19 （3）导向支座19 2、 支座设置位置.19 3、 管道支架形式20 （1）普通钢支架20 （2）铰杆支架21 （3）支架的位置21 4、 管道支座受力计算22 （1）计算步骤22 （2）同一平面内单一风管支座计算22 3 （3）空间分叉风管支座计算25 （4）支座间允许最大跨度计算29 五、 管道及收尘设

3、备保温计算.32 1、 热风管道保温层厚度32 2、 收尘设备保温层厚度33 3、 设备保温经济厚度34 4、 常用保温材料性能表36 六、 热风管道工艺布置要求.37 七、附录表： 附录（一）常用设备风量，含尘浓度积气体温度39 附录（二）除尘管道计算表40 附录（三）常用管件局部阻力系数表41 附录（四）膨胀节选型表55 附录（五）管道支座选型表.68 4 一、热风管道一般计算 1热风管道管径计算 对于海拔高度25m/s 阻力 大，不经济；15m/s 时，风管壁 厚适当加大。 （3）为防止大型风管的刚度变形，在其长度方向每隔 2.5m 增加一 道加固圈，加固圈 可用宽 5080，厚度为 5

4、8mm 的扁钢制作。 （4）风管的法兰规格，螺栓孔径，数量等均应按表中给定尺寸确定。 5、管道阻力计算 （1） 阻力计算公式 风管系统阻力应为管道的摩擦阻力与局部阻力之和： 管 径 D(mm) 100630 710100011201700 18002650 28005600 管壁厚 (mm) 34568 风管壁厚度 表 3 （3） 7 圆管摩擦阻力系数；见表 L风管长度，m； D风管直径，m； 管件及变径点阻力系数，查工艺手册（下）1418 页； 风管中流速，m/s； 空气密度，Kg/m3，20时 r=1.29； K0阻力附加系数，K0=1.151.20； （2）摩擦阻力系数 计算 管道内摩擦

5、阻力系数“”值与介质流动状态、雷诺数 Re 及管壁 粗糙度 等因素有关，对于钢板焊接的管道其摩擦系数 计算如 下： =1.42/(lg1.274Q/)2 （4） -摩擦阻力系数，mm 见表 5a、5b Q-管内气体流量，m3/h; -管内气体流速，m/s; -管壁粗糙度，mm 一般取 =0.1mm 值 表 4 管道类别绝对粗糙度 /mm 新无缝或镀锌钢管 0.01-0.05 轻度腐蚀的无缝钢管 0.2-0.3 重度腐蚀的无缝钢管 0.5 (0.6-0.7) 2 1 (2l1.14) de g 8 （5） de-当量直径，m -管壁粗糙度，m 摩擦阻力系数“”值 表 5a 管壁粗糙度 =0.00

6、02 当量直径（de） 0.10.20.30.40.5 摩擦阻力系数 值 0.0230.0200.0180.0170.016 续表 5a 管壁粗糙度 当量直径 （de） 摩擦阻力系 数 值 管壁粗糙度 当量直径 （de） 摩擦阻力系 数 值 0.10.0280.9-1.00.016 0.20.0231.50.015 0.30.0212.00.014 0.40.0202.5-3.00.013 0.50.0193.5-4.00.012 0.60.0184.50.0117 =0.0004 0.7-0.80.017 =0.0004 5.00.0115 管道有内衬的“”值 表 5b 当量直径 de(mm

7、)焊接的钢烟气管焊接的钢煤粉管 9 8000.0150.017 （3）局部阻力系数“”值 该系数指动压头单位的局部损失数，由于气流经各种管件 （三通、弯头、变异管、阀门等）流向变换、冲击或流速变化引起 的压力损失。清洁气体局部系数按表附录三选用，但带粉尘的局部 阻力系数应加以修正，公式如下： F=0(1+J) (6) 0-清洁气体局部阻力系数见表 F-带粉尘的气体局部阻力系数； J-根据测试确定系数，取 0.8-1.0； -气体混合物浓度，kg/kg。 （4）阻力平衡计算 水泥厂除尘管道设计时，个别车间有多个收尘点（包装车间） ， 形成多个支管路，而这些支管与总干管交汇处压力必须达到平衡， 以

8、保证各点收尘效果。 阻力平衡一般有两种方法：一种是在管道设计时以改变管径、 弯头曲率半径或改变风量达到阻力平衡；另外一种是在现场投产前 进行逐点测试，以每支管阀门开度大小来求阻力平衡。此法比较繁 琐，难以达到平衡。不如在设计中就使阻力达到平衡为好，计算方 10 法如下： 当支管与总管交汇处压力差20%时，改变阻力大的管径，降低流 速，从而减小阻力。 例 a 总管长度 L1=5.2m，如图示： 风量 Q1=1045m3/h 风速 v1=15m/s 局部阻力系数 1=0.5 支管长度 L2=4.5m 风量 Q2=850m3/h 风速 v2=18m/s 局部阻力系数 2=0.55 b 计算：由 Q1

9、、v1查除尘管道计算表知： 当量阻力系数 1/d1=0.11,动压头 2/2=135Pa,管径 d1=160mm。 总管阻力： (7) 2 111 () 2 PL = =（0.115.2+0.5)135=144.7Pa0.115.2+0.5)135=144.7Pa 支管阻力： 2 2 222 2 ()(0.14 4.5 0.55) 194.4229.4 2 v PLPa d 由 Q2、v2查表知：当量阻力系数 2/d2=0.14,动压头 v2/2=194.4Pa，管径 d2=130mm 1L =5.2m 1 3 v =15m/s=0.5 11 L =4.5m 2 =0.55 2 =18m/s2

10、 2 Q =1045m/h Q =850m/h 3 11 支管阻力：阻力差：（229.4-144.7）/229.4=36%20% 对支管管径 d2进行调整 d2=d2（P2/P1)0.225 =130(229.4/144.7)0.225=1301.11=144.3mm 取 145mm 重新查表计算： d2=145mm，Q2=850m3/h，2数为 14.5m/s 2/d2=0.14 2/2=126.15Pa P2=（0.124.5+0.55）126.15=137.5Pa 阻力差：（144.7-137.5）/144.7=4.9%70，可以不予考虑。 4、 事故荷载系数 由于生产中难免的事故，为安

11、全起见，应乘以一个系数：安全 系数取 1.2-1.3。 三、膨胀节选型计算 1、 膨胀节的作用 热风管道在正常生产时，受管内热风的影响而产生膨胀。 与其相连接的设备、风管支座，一般都固定在常温状态下的土 建基础上，当受高温影响时，风管热膨胀产生的巨大应力传递 到设备和支座上，轻则导致设备动作不灵，支座变形，重责损 坏设备和土建基础。为了满足生产正常进行。在热风管道的适 当位置通常都安装有膨胀节，以吸收热膨胀量。 （1） 金属膨胀节构造及用途 金属膨胀节种类较多，水泥厂常用的是“U”型波纹管 膨胀节。该膨胀节由厚度 0.81.0mm 不锈钢板 （1Cr18Ni9Ti 或 0Cr18Wi19Ti）

12、压制而成，一般为“U”断 面，波纹管两端与短管焊接，内外筒间隙吸收轴向膨胀时的 自由运动，波纹内填充耐高温的保温层，以防波管磨损及热 量散失。有高低温之分，适用不同的压力范围。此种膨胀节 耐高温、高压、使用寿命长，但价格高，单个使用只能吸收 14 轴向膨胀量，若需要吸收径向膨胀量，只能用两个膨胀节加 中间节来吸收，但增加了费用。此种膨胀节多用于窑尾预热 器系统、三次风管以及生料粉磨管道系统等位置中。 （2） 非金属膨胀节构造及用途 此种膨胀节是由合成纤维或是玻纤布外层涂以橡胶而制成 的，可以吸收轴向和径向移位量，具有吸收、隔绝震动传递、 无力传递特点，因此常用在锅炉、风机进出口、磨机出气罩等

13、处，可耐温度为 200500。用以补偿烟气因温度变化引起的 移位，以及机械振动、基础下沉等不同情况引起的移位。近来 为简化设计，节省投资，目前大量选用非金属膨胀节。 （3） 膨胀节技术参数 金属波纹管轴向型膨胀节技术参数 例： 低温型：TG-2000-4（代号-通径-波数） 单位低温轴向型 TG 系 列 高温轴向型 SY 系列 通径 DN mm40030004003000 温度 T 400 400（C）600（L） 800（B） 压力 Mpa0.10.1 补偿量 mm 以管径及波数而定 工作介质热风，烟气热风，烟气 表 6 15 高温型：SYB-2000-4（代号 800-通径-波数） 非金属

14、膨胀节参数 此种膨胀节只适用于热膨胀引起的轴向、径向位移，其 位移指受压缩时的位移，不能承受拉伸位移。 非 金 属 膨 胀 节 技 术 参 数 表 7 系列号圆型 SFYY SFYE SFYS 温度代号 100(Y) 200(E) 300(S) 工作压力 KPa10 SFYY-2020-550(圆形 100接管外径轴向长度) 2、 膨胀节选型计算 （1） 膨胀量计算 ，mm (11) LLt L管道热膨胀量，mm； L两个相邻固定支座间风管长度，m； 管道内介质与外界温度差，；tD 管材线膨胀系数，mm/mm。 常用管材 Q235-A 的线膨胀系数，10-6mm/mm。 表 表 8 16 膨胀

15、节选型举例 已知条件：热风管道长 50m，管径 2200mm，热风温度 360，室外温度 30。 计算膨胀量为： 6 13.62 1050000 (35030) 0.00001362 50000 320 218 LLt mm 根据膨胀量计算结果，查武汉航天波纹管厂样本知: 选用低压(0.1Mpa)，350复式膨胀节,即 WHFL2200-J 型。 管径：2200mm； 位移：240mm 总长：520mm。 温度/系数/温度/系数/温度/系数/ 10012.2027013.3235013.67 15012.6028013.3640013.90 20013.0029013.45500 22013.0930013.4560014.30 23013.1431013.4970015.00 24013.1832013.54 25013.2333013.58 260 13.2