直埋式钢套钢蒸汽保温管的布置设计过程

直埋式钢套钢蒸汽保温管的布置 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 过程 2009年第6期 第36卷总第194期 广东化工 www.gdchem.com207 直埋式钢套钢蒸汽保温管的布置设计过程 康银江 (广东省石油化工建设集团公司工管科,广东广州510235) 【摘要】文章主要论述工业厂房的直埋式钢套钢蒸汽保温管的布置设计过程,尤 其是针对如何消除热膨胀量问题给出了详细 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ,为今后相 似的工程提供了参考. [关键词】直埋式钢套钢蒸汽保温管;热膨胀量;散热损失;强度校核 [中图分类号]TH【文献标识码】A[文章编号11007—1865(2009)06-0207-03 BuriedSteel-SteelSteamPipeInsulationoftheLayoutDesignProcess KangYinjiang (GuangdongPetroChemicalEngineeringConstructionGroupCorporation,Guangzhou51 0235,China) Abstract:Thepaperfocusedontheuseofindustriallandofburiedsteel-steelsteampipeinsulat ionofthelayoutdesignprocess,especiallyhowtoeliminatethe problemofthermalexpansionofthevolumegivesadetailedprogramforfuturesimilarproject stoprovideareference Keywords:Buriedsteel?steelsteampipeinsulation;amountofthermalexpansion;heatloss;s trengthcheck 直埋式钢套钢蒸汽保温管由工作钢管,隔热式内滑动支 架,内固定支架,主保温层(或空气层),外套钢管和外套防腐 层构成,广泛用于昼夜温差大的北方地区集中供热,制冷,石 化等需要保温的管道工程,既可以减少占地,节约能耗,又有 运行可靠,寿命长的优点.但由于造价偏高和使用环境差异, 目前此种产品在南方地区使用较少. 1考虑重点 直埋式钢套钢蒸汽保温管的安全性取决于管道的应力,管 道中的应力可分为: (1)一次应力:管道在内压和管道自重产生的应力; (2)二次应力:由于热膨胀变形不能释放而产生的周向温 差应力; (3)峰值应力:直管向结构不连续的管件释放的变形,在 该管件上产生的应力. 由于直埋入土,土壤的支撑可以看成连续不断的支架,因 此管道自重产生的一次应力很小.由于存在土壤的摩擦作用, 使得管道的热膨胀不能自由释放,在管道中产生了很大的温差 二次应力,二次应力远大于一次应力.直埋式钢套钢蒸汽保温 管的安全性主要取决于二次应力. 为使直埋式钢套钢蒸汽保温管在工作状态下安全稳定运 行,在工程设计中必须考虑如何对管道因受热而产生的热膨胀 量进行补偿,从而减小管道因温差变化而产生的冷热应力,避 免因应力集中对管线造成破坏,因此核算本次直埋式钢套钢蒸 汽保温管的热膨胀参数是设计过程的重点. 2方案设计过程 2.1计算直埋式钢套钢预制蒸汽保温管的热膨胀量 管道的热膨胀量是此次热力管道设计计算中首先要考虑 的因素.因为直埋式钢套钢预制蒸汽保温管的工作钢管为 ~o219x6,外套钢管为0426x7,选用的玻璃棉保温层厚度为 70min,设计输送过热蒸汽压力为1.25MPa,设计温度为194 ?,管道安装温度为30?(深圳观澜07年9,10月平均气温 值),则单位长度管道的热膨胀量?1核算如下: 查表得钢材的线膨胀系数6c为11.2x10m/(m~C),管道的 长度,J为1m,管道的工作温度t为194?,管道的安装温度 to为30?,因此上述数据带入工作钢管的单位长度热膨胀量 公式 zSl=aL(t—to),得: AI=I1.2x10×1x(194—30)=0.0018368m 故200米管道的热膨胀量为: 0.0018368mx200=O.36736m=36.736cm 所以,当200m直埋式钢套钢预制蒸汽保温管是直线时, 它的总热膨胀量为0.36736m. 2.2计算直埋式钢套钢预制蒸汽保温管的散热损失 及外套钢管外表面温度 由于设计图中,需要保持管线水平铺设,坡度很小,所以 在不同位置的管顶敷土深度不同,据设计图可知最小深度为 O.4m,最大深度为1.2m.因此最小值若满足要求,则所有深 度均满足要求. 因为直埋式钢套钢预制蒸汽保温管,最小设计管顶敷土深 度O.4m,即根据上述条件,则散热损失核算如下: [收稿目期]2008—12—16 [f乍者简介】康银~(1981-),男,广东增城人,本科,助理工程师,主要从事机电工程安 装工作. 208 广东化工 www.gdchem.com 2009年第6期 第36卷总第194期 蒸汽温度户194?,查得此处管中心深处土壤的自然温度 t0=20?,玻璃棉保温层及空气层的综合导热系数= 0.045+0.00015『(194+50)/2—70]=00528W/m?,外套管内径 D2=0.426m,工作钢管外径D1=0.219m,查得此处土壤 的导热系数2=1.5W/m~C,管中心至地面深度h= 0.4+0.213=0.613m,带入单位长度散热损失量g计算式: g l--to 2Dl2,D2 所以得单位长度散热损失量q为71.02W/m. 再把各个值带入外表面温度公式: 得外表面温度tw为32.28?. 当钢套钢蒸汽保温管未覆土,大气气温为20?时,外套 钢管外壁温度仅为32.28?,散热损失为71.02W/m.可见钢 套钢蒸汽保温管道的保温效果相当好.因为当管顶覆土深度大 于0.4m时,如果外套钢管外表面温度小于60?,一般就认 为直埋管道对周围其他管道或地表草皮几乎没有影响,本 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 效果远好于上述要求,故设计埋深0.4,1.2m都是没有问题 的. 2.3计算如何消除2.1小节求出的热膨胀量,首先考 虑设置Z型自然补偿管段来消除一部分 根据直埋式钢套钢预制蒸汽保温管的热损失及外套钢管 外表面温度计算中的数据,直埋式钢套钢预制蒸汽保温管的中 间臂长与合理布置非限位滑动支架初步设计如图1所示: 膨胀量495936cm 图1中间臂长与合理布置非限位滑动支架布置 Fig.1Inthemiddlelongarmrationallayoutandlimitthe noD_一slidingsuppo~arrangement 由第一步,得1=0.0018368m,所以右上部12m管的膨 胀量为2.20416cm,左下部27m管的膨胀量为4.95936cm. 因此两者的膨胀量之和为2.20416+4.95936=7.16352cm.由z 型自然补偿管段线算图2. 1 18 7 j; 1 1 2 3 8 9 6_l' 6 7 g ; 誊3导 __『一0一/,j寸一_二L一 — 40:L?…}?一 , }一+斗…0,?…一 }卜,I—一—l?一' … ll;…一…. 一… L一一:?1 } 一7一7?一…},j;一 瓤袁一 r《, 一0劳争f?=__=:!t二: 一 瓷篷一J1,,{一一一}一{…;…一— —r,一ll{lIr o123456789101'12'31415161718 7.16:152cI 瓢侧髓膨胀^鲢之和cm 图2Z型自然补偿管段线算图 Fig.2Z—naturallineofpipesectionscompensationrendering z型管段的中间臂的长度必须能满足两侧臂的热膨胀要 求,中间臂长可由线算图查得.查得中间臂长为6.1m,在中 间臂上应布置两个平面滑动支架. 为充分利用保温层与外套管之间的膨胀间隙,安装时工作 钢管应冷拉,两侧臂同时冷拉.不过,此次选择的弯头有分上 弯下弯,其膨胀方向各不同.弯头在设计时已考虑到其热膨胀 方向而在制造时已反方向拉回一段距离,因此施工中不需再要 冷拉,这为施工提供了方便. 从上述分析可以看出"弯头+中间臂+弯头"的组合只能 消除7.16352cm的热膨胀量,这只占总热膨胀量36.736cm的 19.5%,成本大而效果不明显.看来"弯头+中间臂+弯头" 的组合只适合用于解决管道高度升降问题,不适合热膨胀问 题,必须另辟新径. 2.4考虑安装外压轴向型波纹管补偿器来消除其余 的热膨胀量 本工程的直管段部分采用外压轴向型波纹管补偿器,从其 产品质量证明书上可以很明显的看到它的补偿量为12cm/件, 因此36.736+12~3.06(个),即4个外压轴向型波纹管补偿器就 消除直埋式钢套钢预制蒸汽保温管的总热膨胀量,但是还必须 考虑到外压轴向型波纹管补偿器的补偿量是否大于两固定支 架支架的热膨胀量. 外压轴向型波纹管补偿器的疲劳寿命与实际工作补偿量 和实际工作压力有较大关系.由于实际工作补偿量和实际工作 压力的变化,导致外压轴向型波纹管补偿器寿命发生变化.当 实际工作补偿量和实际工作压力比外压轴向型波纹管补偿器 额定补偿量和额定压力相比较低时,外压轴向型波纹管补偿器 实际疲劳寿命将大大提高.当现场使用要求较高时,可选用外 压轴向型波纹管补偿器额定补偿量大于实际补偿量. 由于外压轴向型波纹管补偿器价格比较高,对于本工程 27m宽的沟底(即从西门171主道路过的那段)是否要加装外压 轴向型波纹管补偿器问题,笔者咨询了集团公司总工程师后, 认为取消此处的外压轴向型波纹管补偿器影响不大,这个成本 可以节省. 2.5校核内固定支架强度 由于内固定支架与波纹管补偿器的搭配需按"波纹管补偿 嚣器鬈? 2009年第6期 第36卷总第194期 广东化工 www.gdchem.com209 器+内固定支架+波纹管补偿器"的方式组合,则假设按图3布置方式 内固定支架 [二二三 内固定支架1 波纹管补偿器波纹管补偿器内固定支架2 L 图3"波纹管补偿器+内固定支架+波纹管补偿器"布置方式 Fig.3''Bellowscompensator++fixationbellowscompensation"arrangement 现分析选择波纹管补偿器并对内固定支架1和内固定支 架2的在水压试验压力为"1.875MPa"和"正常运行"两种 情况下的推力情况: 两固定支架之问的间距为5Om(一般经验是每隔50m设 置一组"波纹管补偿器+内固定支架+波纹管补偿器"组合), 其热膨胀量为9l,84mm. 查补偿器产品检测报告上的数据,得该补偿器的轴向刚度 为250N/mm,有效面积为0.078m. (1)水压试验压力为1.875MPa时,内固定支架的推力计 算:在固定支架受力分析时,可以将波纹管补偿器看作柔性连 接. 管道水压试验时没有温度变化,内固定支架只承受管端及 补偿器因水压试验压力所产生的盲板力.对于内固定支架1 来说,只承受波纹管补偿器所产生的盲板力,并且两补偿器对 内固定支架1的盲板力,大小相等,方向相反,所以理论上内 固定支架1的推力为零. 内固定支架2的推力=补偿器及管端盲板力=补偿器 效面积×管道水压试验压力=0.078x1875000=146250N 即内固定支架2在水压试验压力为1.875MPa时,推力 为14.625t. (2)管道运行时,内固定支架的推力计算:管道运行时, 内固定支架所承受的推力主要有管端及补偿器因运行压力所 产生的盲板力,波纹管因变形而产生的弹性反力,因管道自重 引起的摩擦反力. 对于内固定支架1来说,只承受波纹管补偿器所产生的盲 板力,并且两补偿器对内固定支架1的盲板力,大小相等,方 向相反,故理论上内固定支架1的推力为零.内固定支架2 的推力=补偿器及管端盲板力+补偿器弹性反力+管道自重 引起的摩擦阻力.其中,补偿器及管端盲板力=补偿器有效面 积×管道工作压力补偿器弹性反力=补偿器轴向刚度×补偿器 位移量管道自重引起的摩擦反力=一条cp219的工作钢管及保 温层重量×支架与外套管内壁的摩擦系数 所以,内固定支架2的推力为: 0.078~1250000+250x91.84+22590x0.1=122719N 即内固定支架2在管道运行时的推力为12.2719t. 因此,可以看出无论是试压时,还是正常运行,内固定支 架所承受的推力是相当的大. 根据内固定支架的结构特点,最危险的截面为与外套管相 连的固定钢板和与外套管连接处的截面.由于剪应力较小,最 危险截面内的应力核算只需考虑弯矩产生的最大应力‰. rYm=/(其中=凡,?=nbh/6) 式中,最大推力F=146250N,量得力臂L=0.12m,量 得截面钢板厚度b=0.016m,截面钢板长度h=0.12m,固定 板的个数一=8,把上述数据代入公式,得弯矩产生的最大应 力为57.13MPa. 由于20#钢在60~C的许用应力为142MPa,可见最危险 截面的应力小于许用应力,故内固定支架是安全的.至此,全 部的直埋式钢套钢预制蒸汽保温管热膨胀设计参数基本完成. 最后设计得本次直埋式钢套钢蒸汽保温管的全景见图4. 图4全景图 Fig.4Panorama 3结语 该类工程中的 注意事项 软件开发合同注意事项软件销售合同注意事项电梯维保合同注意事项软件销售合同注意事项员工离职注意事项 : (1)南方地区雨水多,地下水位浅,焊接外套管时一定认 真,最后一定要做外套管试验确保直埋式钢套钢蒸汽保温管全 程密封,以完全杜绝进水的可能性. (2)固定支架要埋地,才起作用! (3)伸缩节+固定支架+伸缩节! (4)伸缩节上的拉杆和"耳"试压前必须松开,试压后必须 去掉. (下转第273页) 2009年第6期 第36卷总第194期 (上接第204页) 的压缩量大15%,30%为宜. (4)辅助措施采用自冲洗及密封无折流板急冷,改善摩擦 副润滑环境.同时通过冲洗来提高密封腔压力以防止抽空造成 的密封干摩擦. 3结语 要是通过调整波纹管的压缩量来实现,一般比通常使用中 所给正确合理地选择机械密封结构,材料以及采取合适的辅助 措施,可以提高机械密封的使用寿命,降低设备的故障率,确 保石化行业生产装置的平稳运行. 参考文献 [1]顾永泉.机械密封实用技术IM].北京:机械工业出版社,2001 [2]吕康.泵用机械密封的选型研究[J].水泵技术,1994(3):20-24 (本文文献格式:马善鹏.炼化行业泵用机械密封的选择[J].广 东化工,2009,36(6):204) (上接第206页) 触时就构成了一个微电池,锌为阳极,铁为阴极,在介质中锌 被腐蚀,铁得到保护. 在具体使用中,牺牲阳极的安装方法可采用将牺牲阳极焊 在设备的构件上,也可以用螺栓进行固定.在采用螺栓固定时, 必须注意阳极与金属本体问的绝缘,一般用橡胶垫,尼龙垫等 来隔离;而如果是将阳极直接焊接在构件上,必须注意阳极本 身与被保护金属本体之问有一定距离,而不能直接接触.此外, 牺牲阳极的面积与被保护设备的表面积应有一定比例,通常是 被保护金属面积的1%,5%,分布在被保护金属的表面上. 目前,各国已广泛应用牺牲阳极保护法对化工装置,油罐,地 下管道,电厂钢结构,锅炉等进行保护,收到很好效果. 5结论 通过探讨分析可知:腐蚀性介质普遍存在化工生产企业的 工作环境中,处于这种环境下的机械设备,会受到比一般行业 更快速,更严重的腐蚀,造成的损失也比其它行业要大的多, 因此,在化工行业中加强机械设备防腐能力,延长机械设备使 用寿命,就显得更有必要,更具意义. 参考文献 [1]赵麦群,雷阿丽.金属的腐蚀与防护[M].北京:国防工业出版社,2002 (本文文献格式:陈霞.提高化工机械防腐能力的探讨[J].广 东化工,2009,36(6):205—206) (上接第209页) 参考文献 【1]刘军.蒸汽管道的设计与安装阴.能源研究与利用,2003,(4) [2]刘向峰.用计算器编程计算管道保温层的经济厚度[JJ.节能技术,1999, r51:39—41. [3]贺平,孙刚.供热工程_M].北京:中国建筑工业出版社,1993 (本文文献格式:康银江.直埋式钢套钢蒸汽保温管的布置设 计过程[J].广东化工,2009,36(6):207—209) (上接第217页) 梁的弯曲变形量)按工艺要求进行了必要的校正. 4安全附件制造及性能检测 4.1安全阀 安全阀使用A412F一2.5—12型内置全启式弹簧安全阀,由 沈阳新光阀门制造厂制造,具备合格质量证书,产品使用 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 书.公称压力为2.5MPa,公称直径为DN65,排放喉径为 46mm,开启高度?9.9mm,排放面积?14om,开启压 力2.3MPa,密封压力2.16MPa,回座压力?1.84MPa,额定 排放压力?2.59MPa,排量系数0.7.安全阀进行了复验,各 项指标符合要求. 4.2紧急切断装置 紧急切断装置是保证罐箱气,液相管发生大量泄漏时,能 及时进行紧急切断止漏,防止事故扩大的安全装置.根据设计 扔 工一 化 东 广,