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向阳喷射技术提供的。

主要参数：蒸汽管道始端温度250℃，压力1.0MP；蒸汽管道终端温度240℃，压力0.7MP（设定）；

VOD用户端温度180℃，压力0.5MP；

耗量主泵11.5t/h 辅泵9.0t/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1.0MP，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ρ1为4.21kg/m3。

假设：蒸汽管道的终端压力为0.7Mp，温度为240℃查《管道设计》表1—3得蒸汽在该状态下的密度ρ2为2.98kg/m3。（一）管道压力损失：

1、管道的局部阻力当量长度表（一）

器R=3D

2、压力损失

2—1 式中Δp—介质沿管道流动的总阻力之和，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9.8m/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=0.0196 ；

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；

H1、H2—管道起点和终点的标高，m；

1/Vp=ρp—平均密度，kg/m3；

1.15—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·Wp2/gυp=5·Wp2ρp /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=1.15×5×402×3.595

(0.0196×103×505/200+36)/9.8

=0.316 Mp

计算出的压力降为0.447Mp，所以蒸汽管道的终端压力

P2=P1-Δp=1.0-0.316=0.684 Mp。

相对误差为：（0.7-0.684）/0.7=2.3% 。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＝1.2·q·Ｌ＝1.2·148.5·505=89991 千卡／小时

蒸汽流量：Ｇ＝11.5+9.0=20.5 吨／小时

定压比热：Cp查《管道设计》图５－５得Cp＝0.515 千卡/千克·℃。

Δt=89.991/（20.5·0.515）=8.524 ℃

2、蒸汽管道的出口温度为t2=t1-Δt=250-8.524=241.48 ℃。

3、相对误差：8.524/250=3.4% 。

蒸汽管道终端的出口参数为：压力0.684MP 温度

241.48℃，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(t2-t1) ㎝

式中L—计算管长，m，3-4管段的长度为46.57m；

а—管道的线膨胀系数，㎝/（m·℃），查表5-1得α=12.25㎝/（m·℃）；

t2—管介质温度，℃，已知t2=220；

t1—管道安装温度，℃，已知t1=20。

ΔL=12·46.57(245-20)=12.57㎝

所以，管段3—4的热膨胀量为125.7mm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125.7mm<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（℃）；

t0—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=0.028+0.0002t p（t p—保温层平均温