煤气管道设计

煤气管道设计第一章煤气管道的设计1、管径的选择：管径的确定首先根据煤气流量及允许的阻力损失，选定合适的流速然后决定管径。2、压力损失的计算：a.摩擦阻损按下式计算：H＝λgD2v2γ×273273tMM水柱/M式中λ－摩擦系数：钢材管采用0.03～0.04水泥或衬砖管取0.05～0.06.D－管道直径MV－煤气流速M/SeCÕ-煤气重度kg/NM3(高炉煤气为1.3焦炉煤气为0.45发生炉煤气为1.16混合煤气需按其组成另行计算)g—重力加速度9.81M/SeC2t－煤气温度30～35℃对高炉煤气H＝0.0022Dv2MM水柱/M对焦炉煤气H＝0.00076Dv2,MM水柱/M对混合煤气（各种发热量）的H值列表如下：（高炉煤气按900kcae/NM3及1.3kg/NM3,焦炉煤气按4300kcae/NM3及0.45kg/NM3计算的）各种发热量的混合煤气H值表表一发热量kcae/M3温度℃重度kg/NM3HMM水柱/M备注1150301.2360.00208Dv21200..1.2260.00206Dv21400..1.1750.00197Dv21800..1.0740.00180Dv22000..1.0260.00172Dv22200..0.9770.00164Dv2对压力较高的煤气还应计算压力校正系数H=λgDv22γ×273273t×P1000010000MM水柱式中P－煤气工作压力MM水柱。煤气的重度可由组成的体积百分比按下式计算：γ＝0.01(1.977Co2+1.539H2S＋1.261CmHn＋1.429O2＋1.25Co＋0.09H2＋0.717CH4＋1.251N2)kg/NM3当煤气温度为t℃时其重度γt=γ0t273273kg/M3混合煤气的重度可按下式计算：γ＝高炉煤气的重度×体积百分比数＋焦炉煤气的重度×体积百分数b.局部阻损通常按总摩擦阻损的10～15%计算，主要是弯头，异径管闸阀和流量孔，其详细计算如下：一般闸阀以煤气管道的当量长度来计算：表2闸阀直径D50060070080090010001200130014001500当量长度50D61D78D85D97D100D135D148D162D176D流量孔阻损按30～50MM水柱计算，其它弯头三通等采用下列公式：H=§gDv22γ×273273t式中，§－局部阻损系数（见44、45、46页）C．影响阻损的几个原因：⑴煤气温度越高体积增大，阻损也相对增加.⑵含灰越多摩擦阻损越大，因之含尘量越小越好⑶焦炉煤气中的萘焦油等易沉积于管壁上减小管道的有效断面，因之含萘量要在0.05g/NM3左右並应在生产时定期用蒸汽吹刷。3、跨距计算：用于薄壁煤气管道上的跨距按简支樑公式计算，一般的跨距可按47、48、49页I.II.III类负荷选用特殊情况下需另作计算。跨距按下列原则计算：正常操作时冷凝水负荷的选用，φ900直径以下水高按100MM考虑，φ100以下管子按充满水计算φ1500直径以下水高按150MM考虑φ1600直径以上水高按200MM考虑当排水器之排水管堵塞事故负荷时的冷凝水高为：当管径小于或等于500时按充满水计算。当管径大于500时按500计算。附加荷重的考虑：按实有的附加管道的重量加上今后予加的管道重量等于总的附加负荷。予加的管道重量是按（煤气管金属＋操作冷凝水重）的20%.因此当坡度0.005时煤气管道的跨距可按挠度f=600l计算，荷重按操作负荷计算其管壁应力一般在1300kg/cm2以下，当发生事故时，冷凝水高度增高道500MM，这时的管壁暂时应力部大于1800kg/cm2此时的挠度可降至250l。α.没有附加负荷时的跨距计算.(当fι/600时)ι＝2.983QJM管壁应力：δ＝WM=WlQ08.0.2kg/cm2挠度f＝JQl1614cm式中：J－断面惯性矩＝64π(D4–d4)cm4W-断面系数DJ2cm3M-弯矩kg-MQ-管道每M总负荷kg/Mb.附加有蒸汽或氧气管道时：先选定跨距，再按δ＝M/N（当只考虑管道负荷而不考虑很多外加负荷时应力δ不超过1300kg/cm2以下）及f《ι/600来验算已选定的跨距.其中M＝My+Mr+MZ1+MZ2+MZ3+………………f＝fg+fr+fz1+fz2+fz3………………式中Mgfg－煤气管道Mrfr－氧气管道Mz1fz1Mz2fz2－蒸汽管道由于附加负荷的间距不一致，其附加弯矩何挠度按下表公式求得（设＆－附加管道每一米长度之重量kg/M）煤气管道上附加其它管道时之弯矩及挠度计算Q-kg/MM-kgMP-kgf-cm＆－kg/ML-MJ-cm4ι-cm荷重分布形式弯矩公式挠度公式均布载荷M=BLQ2.集中载荷M=lalaP)(.f=84.35EJQl4f=EJlaP3.3)(22al23P=2.LδM=4.2LP=8.2Lδf=EJlP48.3=EJl9600.4δP=3.lδM=3.lP=9.2lδf=EJPl648233=0.000118JEl..4δP=4.LδM=2.LP=8.2Lδf=EJlP384.193=0.000124JEl..4δP=5.LδM=5.3LP=33.8.2Lδf=EJlP1000.633=0.000126EJl4.δP=6.LδM=4.3LP=8.2Lδf=EJPl144113=0.000127EJl4.δ(例)φ1520×6煤气管道，金属重224kg/M冷凝水重：操作时92kg/M事故时520kg/M予加负荷63kg/M附加荷重：100kg/M总负重：操作时479kg/M事故时907kg/M求其最大跨距和管壁应力：⑴、跨距按操作荷重计算：L=2.983479681600=33.5M⑵、管壁应力：δ＝WQl08.02=898008.05.33479=775kg/cm24、标高的决定：管道和铁路交叉时，管底面距轨面一般为6M与公路交叉时最低为4.5M,沿公路敷设，不跨铁路和公路的管线，一般可低至3.0M,与电线交叉时按电压不同确定，其范围为具体要求参看有关规定。为了排出冷凝水管道应有一定的坡度其数值与挠度有关：当f达到1300l时，坡度要0.003f……800l时，………0.004f……600l时，…………0.0055、推力计算：管道由于温度变化而引起的伸缩为：△ι＝λ（t1-t2）0.012mm/M式中：λ－膨胀系数，钢取0.000012t1－管壁最高温度（考虑通蒸汽时及夏天受太阳照射时的最高温度）一般采用60℃t2－按各地冬季最低平均温度采用（如－20℃）例如最高温度为60℃最低温度为－20℃时△ι＝0.000012×80＝0.96MM/M这些伸缩由膨胀器承受，由于膨胀器的刚度而产生的弹性回击力，就对固定支架发生推力S0一般所用膨胀器是鼓型的，因之内部煤气压力也对固定支架发生推力，内部煤气压力所产生的力有两个，即盲板力H和鼓形段上的力P，有关S.H.P之数值见5354至55页。采用时，煤气计算压力是以在加压机后为0.2kg/cm2.加压机之前为0.1kg/cm2计算的。S值的计算：S＝膨胀器的级数l×S0S0－是膨胀器一级伸缩1cm之力。a.中间固定支架（见图）当管径相等ι1≈ι2时P1=P2,H1=H2F2=S2+P2+H2F1=S1+H1+P1F=F1-F2若两边管径相同，则理论上F应等于0，但考虑到不均衡的情况，推力可取1/4S1或1/4S2（取大数）b.90℃弯头固定支架（见图）F1=S1+P1+H1F2=S2+P2+H2推力取上述F1,F2.c.一般角度弯头固定支架（见图）F1=S1+P1+H1F2=S2+P2+H2轴向推力为F1－F2COSα横向推力为F2.Sinαd.三通处固定支架（见图）轴向推力为1/4S1或1/4S2（假定管径相等）横向推力为F3=S3+P3+H36.自由膨胀的计算：煤气管道在设计中尽可能利用自由膨胀，自由膨胀的计算方法较正确的是利用弹性中心的公式计算。但由于弹性中心法计算时比较复杂，为简化计算现利用悬梁计算公式加以修正经过了多次的核算基本上符合弹性中心计算的结果，因此今后在计算自然补偿的推力时，拟采用修改后的公式，并在实践中进行考验。a当ι1ι2α＝90℃时，F＝3212llEJkgF1＝3122llEJkg“C”点弯头处的应力Δc=222)5.0(5.1lEdl(1+k)kg/cm2b.当ι1ι2α900时F＝3121)cos(2llEJF1照上式类推.“C”点处的管壁应力Δb=222)5.0(5.1lEdl11cot)13()sin1(ααkkkkg/cm2以上式中：K＝21ll之比一定要等于2或小于2的情况下才能适用于计算方法。d－管直径cm.7.扭力计算：a.当煤气管道上敷设其它管道如焦炉煤气管，氧气管，蒸汽管及复水管等，如果上述管道敷设的位置，在煤气管道一侧，则其对管道本身产生扭转力矩，因此必须考虑管道上因敷设其它管道而引起管道强度问题的验算。b.如果煤气管道上所敷设的其它管道是对称的，则应以外加负荷较大的一边作为计算外加负荷，对管道本身的扭力。c.管道上敷设的其它管道对管道的本身，所产生的扭力为纯剪应力，必须小于制成管道的钢材所规定的许可剪力。d.由下列公式可求管道因受附加扭转力矩时，管道产生的最大剪应力S0T=ScZ0式中：T－外加负荷对煤气管道中心的扭转力矩.Kg-cm2Sc－最大剪应力kg/cm2Zo－极截面模数（按下式求）cm3Zo＝1424116)DDDπ（cm3D1煤气管道外径cmD2煤气管道内径cm第二章煤气管道的布置及要求1、线路布置.(参见22.23.24.25页).a.线路布置的原则是⑴.线路要短.⑵.流向要顺.⑶.尽量利用管道的自由膨胀支架分以下三种：⑴固定支架是管道的固定点承受轴向和横向推力⑵单片支架在管道轴线方向可以有位移和横向有刚度⑶绞接支架仅承受垂直力，允许管道在平面上作任何方向的移动。一般布置在自由膨胀的拐弯点处.b.支架布置：⑴在布置支架时应符合支架间的距离不超过允许的最大跨距，而且最好采用等距离。⑵两相邻固定支架间的距离一般不超过300M,（必须按当地冬季最低温度而定）。⑶膨胀器安在两固定支架的中间，用两个单片支架支持。⑷共线管道的布置：其中心距应大于221DD+600,但φ400以下者其中心距可适当减少，一般用上下布置，大管在上，小管在下，大管上可附设蒸汽管和氧气管，若按大管布置跨距，则小管吊在大管上，若采用平行布置，则佔地较大，支架大小和上下布置的相差无几，而推力对支架的作用则比较复杂。2．附属设备的布置及要求：煤气管道上常见的附属设备有以下几种：⑴闸阀－又名截门和闸门，是切断煤气的设备，材料是铸铁制造的，有球型和闸板型两种，φ50以下可以采用球型，φ50以上采用闸板型的。传动方式有电动，链轮，手轮三种。随着管径的大小，采用不同的型式，一般在φ1000以上可以采用电动φ1000～φ600可以采用链轮的，φ500以下采用手轮的，采用手轮的或链轮的应视安装位置而定。选用闸阀时，一定要按产品标准，如与管道直径不相符合应采用特殊的管接头（如异径管）决不能迁就管道的尺寸，而要求设计特殊尺寸的闸阀。闸阀应垂直安装，一般不应水平安装，但特殊情况例外。闸阀的安装位置应靠近支架的旁边，不要把闸阀安装在两个支架中间部分的管道上或装在固定支架当中，安装手轮操作的闸阀应当考虑操作手轮的方便，电动闸阀应考虑链轮及排水管道的小闸阀的操作，马达的检修和浇油，所有闸阀的安装都应考虑除灰及螺栓连接处的检修等。⑵膨胀器－作为煤气管道在热胀冷缩时吸收变形量，一般安装在两个固定支架之间的煤气管道上，在布置膨胀器时，因考虑到膨胀器本身的重量及因煤气管道膨胀收缩时不受扭曲，必须用两个单片支架平均支持膨胀器的重量，此两个单片支架的跨距，一般为3～4M车间内部最大不能超过6M.在煤气管道上常用的膨胀器有三种：a.鼓形：有一级，二级，三级三种，设计中根据需要的补偿量来选择。b.波形：使用钢板压制焊接而成，用于较小的管道上，