蒸汽管道计算实例

前言

本设计目的是为一区VOD-40t钢包精练炉提供蒸汽动力。设计参数是由动力一车间和西安向阳喷射技术有限公司提供的。

主要参数：蒸汽管道始端温度 250℃，压力；蒸汽管道终端温度240℃，压力（设定）；

VOD用户端温度 180℃，压力；

耗量主泵 h 辅泵 h

一、蒸汽管道的布置

本管道依据一区总体平面布置图所描述的地形进行的设计，在布置管道时本设计较周详地考虑到了多方面的内容：

1、蒸汽管道布置时力求短、直，主干线通过用户密集区，并靠近负荷大的主要用户；

2、蒸汽管线布置时尽量减少了与公路、铁路的交叉。

3、在布置蒸汽管线时尽量利用了自然弯角作为自然补偿。并在自然补偿达不到要求时使用方型补偿器。

4、在蒸汽管道相对位置最低处设置了输水阀。

5、蒸汽管道通过厂房内部时尽量使用厂房柱作为支架布置固定、滑

动支座。

6、管道与其它建、构筑物之间的间距满足规范要求。

二、蒸汽管道的水力计算

已知：蒸汽管道的管径为Dg200，长度为505m。

蒸汽管道的始端压力为，温度为250℃查《动力管道设计手册》第一

册热力管道（以下简称《管道设计》）1—3得蒸汽在该状态下的密度ρ

1为m3。

假设：蒸汽管道的终端压力为，温度为240℃查《管道设计》表1—3

为m3。

得蒸汽在该状态下的密度ρ

2

（一）管道压力损失：

1、管道的局部阻力当量长度表（一）

2、压力损失

2—1

式中Δp—介质沿管道内流动的总阻力之和，Pa；

Wp—介质的平均计算流速，m/s；查《管道设计》表5-2取

Wp=40m/s ；

g—重力加速度，一般取s2；

υp—介质的平均比容，m3/kg；

λ—摩擦系数，查《动力管道手册》（以下简称《管道》）表4—9得管道的摩擦阻力系数λ= ；

d—管道直径，已知d=200mm ；

L —管道直径段总长度，已知L=505m ；

Σξ—局部阻力系数的总和，由表（一）得Σξ=36； H 1、H 2—管道起点和终点的标高，m ； 1/Vp=ρp—平均密度，kg/m 3； —安全系数。

在蒸汽管道中，静压头(H2-H1)10/Vp 很小，可以忽略不计所以式2—1变为

2—2

在上式中： 5·Wp 2/gυp=5·Wp 2ρp /g 表示速度头（动压头） λ103L/d 为每根管子摩擦阻力系数。 把上述数值代入2—2中得

Δp=×5×402× ×103×505/200+36)/

= Mp

计算出的压力降为，所以蒸汽管道的终端压力

P2=P1-Δp= Mp。

相对误差为：（）/=% 。所以假设压力合理

（二）管道的温度降：

1、蒸汽在管道中输送时，由于对周围环境的散热损失，过热蒸汽温降按下式计算：

）℃

Δt=Q·10-3/（G·C

P

式中Q—所计算蒸汽管段对周围环境的散热损失（千卡/时）；

G—管段计算蒸汽流量（吨/时）；

Cp—在管段平均蒸汽参数时，过热蒸汽的定压比热（千卡/千克·℃）。

总散热损失：Ｑ＝·q·Ｌ＝··505=89991 千卡／小时

蒸汽流量：Ｇ＝+= 吨／小时

定压比热：Cp查《管道设计》图５－５得Cp＝千卡/千克·℃。

Δt=（·）= ℃

2、蒸汽管道的出口温度为t2=t1-Δt== ℃ 。

3、相对误差：250=% 。

蒸汽管道终端的出口参数为：压力 温度 ℃ ，其计算结果和假设相一致。

三、管道伸长量和补偿计算 （以管段3-4为例） （一）伸长量：

公式： ΔL=а·L(t 2-t 1) ㎝

式中L —计算管长，m ，3-4管段的长度为；

а—管道的线膨胀系数，㎝/（m·℃），查表5-1得α=㎝/（m·℃）； t 2—管内介质温度，℃，已知t 2=220； t 1—管道安装温度，℃，已知t 1=20。 ΔL=12·(245-20)=㎝

所以，管段3—4的热膨胀量为小于补偿器的补偿量150mm ，及本段管道在受热时不会因线性膨胀而损坏。

（二）补偿器选型及校核计算：

采用的补偿方式为人工补偿，选取的补偿器为矩型补偿器，其型号为：150-2型，其补偿能力为150mm，所以3-4管段的伸长<150mm补偿器能满足要求。

其它管段的伸长及补偿情况见下表：

表（二）

由上表可以看出整个VOD管道能在等于或低于设计参数的工况下正常运行。

四、管道的保温防腐设计

为了节约能源，提高经济效益，减少散热损失，满足工艺要求，改善工作环境，防止烫伤，一般设备、管道，管件、阀门等（以下对管道、管件、阀门等统称为管道）必须保温。

（一）保温材料的选择：

由于超细玻璃棉的纤维细而柔，呈白色棉状物，其单纤维直径4微米，对人的皮肤无刺痒感。超细玻璃棉优点很多，其容重小，导热系数底，燃点高、不腐蚀是良好的保温、吸声材料。同时有良好的吸附过滤性能，用途十分广泛。因此在本次设计中保温我材料的是选择超细玻璃棉。保护层采用玻璃布。

（二）保温层厚度的确定：

根据国标保温层厚度表（动力设施标准图集R410-2）超细玻璃棉制品保温层的厚度为70mm。

（三）保温层单位散热量计算：

公式：千卡/米·时

q—管道单位长度热损失（千卡/米·时）；

t—介质温度（℃）；

t

—周围环境温度（℃）；

λ—保温材料在平均温度下的导热系数（千卡/米·时·℃）查《管道与设备保温》表2-45得λ=+（ t

—保温层平均温度查《管道与设备保

p

=145℃）λ= 千卡/米·时·℃；

温》表3—8得t

p