普通钢制蒸汽分汽缸的快速设计与实例

普通钢制蒸汽分汽缸的快速设计与实例

文章简述了蒸汽分汽缸的结构与用途，并进行了分汽缸的快速设计，通过实例设计计算，确定了分汽缸最基本的外形尺寸大小及用钢厚度，从而保证用缸的合理性与安全性。

标签：蒸汽分汽缸；快速设计；实例

1 概述

蒸汽，由于其具有热焓值大、效率高等诸多优点，在工业及民用换热系统中被广泛作为热媒使用[1]。分汽缸，作为蒸汽换热设备系统中的汽体缓冲及用汽的集中管理设备，被广泛使用[2]。分汽缸的主要作用主要有：（1）缓冲蒸汽。由于供汽设备压力不稳，故需分汽缸储汽，并调节气体压力。（2）分流汽体。通过分汽缸可使压力均衡地分出多路支管，供汽给不同用汽设备。（3）滤除杂质。由于蒸汽在管道输送过程中难免掺杂进一些固体颗粒。（4）汽水分离[3]。

分汽缸属于压力容器范畴。本体结构一般包括：筒体、封头、上排孔管接头（输汽管、压力表管）以及下孔管接头（疏水）。在用户选择成套锅炉后，对用汽点在两个以上的锅炉房都应设置蒸汽分配缸，便于用汽的管理和避免在蒸汽母管上开孔。由于不同用户需求不同，因此分汽缸很难做为通用设备类的定型产品。文章描述对分汽缸的简单设计计算及实际实例设计。

2 分汽缸各参数的确定

2.1 缸筒体直径的确定

除用户提出要求外，亦可通过热力计算根据介质流速来确定筒体直径，其方法如下：

式中：Q-介质的容积流量，m3/h；G-介质的重量流量，即产（用）汽量，t/h；ν-介质的比容，m3/kg（查饱和蒸汽表）；ω-介质的流速，m/s（根据经验可取ω=2～8m/s较为合适）；D-筒体的内径，mm。

在确定筒体直径时，必须考虑锅炉主蒸汽管管径（d）大小对分气缸筒体强度的影响。筒体上最大孔径d应≤D/2。

2.2 缸长度的确定

分汽缸筒体两孔之间的中心称为节距，用l表示，节距（见图1）应满足：（1）两孔间接管法兰、阀门仪表等操作的最小距离；（2）开孔不需另行补强以及端部孔对筒体边缘焊接及截面形状影响的最小距离。因此：

a.当开孔d为Ф57mm及以下排管时，节距l值为：ln=dn-1+dn+120

b.当开孔d为Ф63.5mm及以上排管时，节距l值为：ln=2（dn-1+dn）

这样确定的l值既不影响管道阀门安装操作，又使强度减弱系数Ф值小于0.75而过多地增加筒体板厚。另根据GB150-2011中有关规定，以开孔中心为圆心，1.5倍开孔直径的圆中所包含的焊缝须进行100%射线或超声波探伤。因此可将端部焊缝之间的距离l0及ln规定为等于2倍的接管外径。

2.3 缸壁厚的确定

式中：δ-筒体计算壁厚，mm；Pc-计算压力，MPa；Di-封头的直径，mm；[σ]t-设计温度（即饱和蒸汽或过热蒸汽温度）下材料的许用应力，MPa；Ф-焊接接头系数；开孔减弱系数，取最小值；C-厚度附加值，mm；C=C1+C2，C1为厚度负偏差，取2mm（即满足GB3087-2013中壁厚乘以偏差系数的要求），C2为腐蚀余量，一般C2=1mm。

2.4 缸封头厚度的确定

封头结构一般根据筒体直径、压力和制造条件选取，按GB150-2011规定，应首选椭球型封头。标准椭球型封头的长短轴之比为2。受内压的标准椭球形封头的计算壁厚按下式计算：

3 实例

背景：南方某制药厂因扩建需要，安装成套整装锅炉2台，两台锅炉同时运行。分汽缸直径为400mm，锅炉设计压力为1.45MPa，主蒸汽管道为Ф159×4.5，内径为150mm，锅炉蒸发量为4t/h，工作介质为饱和蒸汽，设计温度为200℃。缸上开孔分别为：Ф159，Ф159，Ф159，Ф89，Ф89，Ф57，Ф57。所以：

（1）由上述2.1中公式复核分汽缸中蒸汽的流速为：

（2）由2.2中所述计算分汽缸总长度为：

L总=l0+l1+l2+l3+l4+l5+l6+l7=2×159+2×（159+159）+2×（159+159）+2×（159+89）+2×（89+89）+（89+57+120）+（57+57+120）+2×57=3050mm，将尾数调整为零，最后取缸长度为3100mm。

（3）由2.3中的计算压力Pc=1.45×1.06（整装锅炉安全阀系数）=1.537Mpa。设计温度下的材料许用应力为134Mpa。Ф取0.75。计算壁厚得：δ=7mm。

（4）由2.4中得：δ封头=7mm+0.1δ封头，算的δ封头=8mm。

4 结束语

分汽缸虽为锅炉的主要附件之一，但属于压力容器，受工作压力、工作温度、规格直径、主体材料、全容积、现场工况等多种条件限制，几何尺寸、结构均有较大的差异。上述是对缸的基本设计，诸多细节例如：各接管上的接管法兰应比管压力高一个等级等未详述。分汽缸作为非通用设备，但其压力容器身份，应自设计、制造、监督检验均应受重视。

参考文献

[1]江苏省机械工业锅炉科技情报网.工业锅炉实用手册[M].机械工业出版社，1991.

[2]徐宁.钢制蒸汽分汽缸的设计[J].工程建设与设计，2003（8）：28-29.

[3]杨晨，等.分汽缸、分水器、集水器的作用及设计中应注意的问题[A].2010年全国给水排水技术信息网年会论文集[C].191.

[4]GB150-2011.钢制压力容器[S].

[5]GB3087-2013.锅炉用无缝钢管[S].

作者简介：唐李琪（1985-），男，工程师，从事工程管理与技术工作。