蒸汽管道压降及温度复核计算实际应用

蒸汽管道压降及温度复核计算实际应用
摘要在实际设计工作中,经常遇到需计算蒸汽管道压降和温度降的情况。

对此,运用复核计算方法,是蒸汽管道压降及温度复核计算的有效方法。

关键词蒸汽管道;压降;温度复核;应用
在实际设计工作中,经常会遇到需计算蒸汽管道压降和温度降的情况。

计算方法可通过下面的计算实例进行说明。

某公司原有从热电站至生产车间的过热蒸汽管线运行参数如下:
蒸汽流量:9.5t/h;
管道材质:20无缝钢管(GB/T8163);
管道规格:φ159×5.0;
管道长度:1683m;
管件当量长度:260m;
蒸汽从电站出口参数:1.57Mpa(表压),365℃;
蒸汽到生产车间分汽缸参数:1.20MPa(表压),230℃;
现该公司欲将蒸汽电站出口参数提至1.80MPa,380℃。

需要解决的问题如下:
1)继续使用此条管线,其材质、壁厚是否能满足要求;
2)送至生产车间分汽缸的蒸汽压力是否能达到1.4MPa(表压)的生产需求;
3)现有生产车间分汽缸设计温度为250℃,过热蒸汽改变参数后到达分汽缸时的温度是否在分汽缸设计温度范围内,分汽缸是否能满足此时生产需要;
4)生产车间分汽缸处安全阀型号的选择。

具体核算步骤如下:
1)经查资料得GB/T8163标准的20无缝钢管在380℃时的许用应力为88MPa
理论壁厚
=1.792mm
管道壁厚负偏差取15%
则C1=δ×15%=0.269mm
管道壁厚腐蚀裕量C2取1mm
管道设计壁厚为
δs=δ+C1+C2=3.061mm
现有管道壁厚为5mm,大于管道设计壁厚 3.061mm,故原管道材质和壁厚能够满足继续使用的要求。

2)现有蒸汽管道从电站出口参数为:P=1.57MPa,t=365℃,流量Q=9.5t/h。

查得过热蒸汽密度为5.835kg/m3,
通过流量计算其流速为:25.59m/s
压力降计算公式
公式中相对于很小,可以忽略不计,所以公式可取
公式中其他参数已知,只有λ是未知,而λ是根据钢管绝对粗糙度K值而确定的。

无缝钢管绝对粗糙度通常取值范围为0.02mm~0.1mm,现假设K值为0.1mm,则λ为0.0178,代入公式如下:
=443463.6Pa=0.4435MPa
因为0.4435MPa大于现有实际压力降(1.57-1.2)=0.37MPa,分析原因应该是λ与K值取值过大造成的,所以K=0.1mm不准确,可用实际压力降低反算λ值。

P=0.37MPa=37000Pa
计算后得λ=0.01485,则绝对粗糙度K值可用下式求得:
∴K=0.0436mm
此K值在无缝钢管绝对粗糙度取值范围(0.02mm~0.1mm)内,是现有管道的实际K值。

当蒸汽管道在电站出口处参数提至压力为1.8MPa(表压)、温度380℃时,查得
过热蒸汽密度为 6.493kg/m3,计算出流速为23m/s,将上一步已计算出的K=0.0436,λ=0.01485带入压力降计算公式中:
=332570.76Pa=0.3326MPa
故生产车间分汽缸处压力应为
1.8-0.3326=1.4674MPa(表压)
此压力大于车间生产要求压力 1.4MPa,所以能够满足生产车间目前生产需要。

3)查得现有工况下的蒸汽参数如下:
1.2MPa(表压)、230℃过热蒸汽比焓为2883.51KJ/kg
1.57MPa(表压)、365℃过热蒸汽比焓为3176.47KJ/kg
故现有管道实际热损失值为:Qt=(3176.47-2883.51)*9500kg/h=2783120KJ/h
保温管道热损失计算公式为:
因现有管道不变,故热损失公式中的分母项是一个定值,它与蒸汽压力、温度的变化没有关系。

蒸汽参数改变后的管道热损失Qt′只与管道温度TV和环境温度TA有关,取公司所在地长年环境温度为0℃,则蒸汽参数改变后的管道热损失Qt′计算如下:
(提压后热损失)
查得 1.8MPa(表压),380℃的过热蒸汽比焓为3205.14KJ/kg,则到生产车间分汽缸处的过热蒸汽比焓应为3205.14-(Qt′/9500)=3205.14-(2897494.8/9500)=2900.14KJ/kg
又知此时生产车间蒸汽压力为 1.467MPa,查得此压力下比焓值为2900.14KJ/kg的过热蒸汽温度为242℃,小于分汽缸设计温度250℃,所以现有分汽缸能够满足此时生产需要。

4)过热蒸汽安全阀计算公式如下:
式中
额定排放量=9500kg/h
过热蒸汽校正系数φ可取0.8—0.88
安全阀排放压力P1=2.1MPa
故A=10.48~11.53cm2
查表确定可选用喉部直径为50mm,即入口公称通径为DN80的弹簧全启式安全阀,阀门型号为A48Y—40。

该公司根据以上计算结果对电站蒸汽出口参数调整后,实际生产运行情况与以上计算结果基本符合。

因此,以上计算方法可以应用于实际生产的蒸汽管道复核计算。