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第8章 工艺热风管道设计计算
热风管道设计计算是水泥厂工艺设计必不可少的组成部分，涉及了水泥生产的各个工段。本章主要内容包括：工况下的热风管道管径计算，管道阻力计算，管网阻力计算，管道重量计算，膨胀节选型计算，管道支座受力计算，收尘设备的保温计算以及不同工况下管道风速，管道壁厚的选取等内容。
8.1热风管道设计计算
8.1.1热风管道管径计算
1．一般地区
对于海拔高度<500m的一般地区，其计算公式可采用如下公式：
(8-1)
式中：
D—管道直径，m；
Qt—一般地区工况风量，m3/h；
v—管道风速，m/s。
2．高海拔地区
对于海拔高度≥500m的地区，由于高海拔下的大气压力、温度和气体密度都会降低，系统风量也会有所变化。为了保证系统气体质量、流量与海平面相同，保持主机设备能力不降低，需要对高海拔地区工况风量进行修正。
(8-2)
式中：
D—管道直径，m；
QLg—高海拔地区工况风量，m3/h，QLg=AQt，参考第7章风机内容；
v—管道风速，m/s。
8.1.2管道不同状态下的风速
热风管内的风速因输送介质的不同而异。当风速>25m/s时，阻力大，不经济；风速<5m/s时，灰尘易沉降堵塞管道。通常按表8-1选取。
表8-1 风管风速
序 号
使用用途及管道状况
风速 (m/s)
1
水平管道
20~22
2
倾斜管道，灰尘不易沉降
18
3
垂直管道，灰尘垂直下落
15
4
预热器三次风管
19~22
5
预热器与管道连接管道
16~20
6
煤粉输送有脉冲波动
25~30
7
煤粉制备系统管道
18~20
8
烟囱出口满足环保要求
10~16
8.1.3热风管道标准管径及法兰尺寸
为使热风管径符合国际标准及阀门、膨胀节标准要求，风管直径及法兰尺寸建议按表8-2取值。
表8-2 风管标准管径及法兰尺寸
风管直径
(mm)
螺栓孔所在圆直径(mm)
法兰扁钢
联接螺孔
风管直径
(mm)
螺栓孔所在圆直径
(mm)
法兰扁钢
连接螺孔
宽
(mm)
厚
(mm)
数量
(个)
直径
(mm)
宽
(mm)
厚
(mm)
数量
(个)
直径
(mm)
D
K
e
δ
n
d
D
K
e
δ
n
d
100
145
40
6
4
14.5
1800
1870
65
10
44
24
200
245
40
6
8
14.5
1900
1970
65
10
44
24
250
305
50
8
12
18.5
2000
2070
65
10
48
24
315
370
50
8
12
18.5
2120
2190
65
10
48
24
355
410
50
8
12
18.5
2240
2310
65
12
48
24
400
455
50
8
16
18.5
2360
2430
65
12
48
24
450
505
50
8
16
18.5
2500
2570
65
12
52
24
500
555
50
8
20
18.5
2650
2720
65
12
56
24
560
615
50
10
20
18.5
2800
2870
65
12
60
24
630
685
50
10
20
18.5
3000
3070
65
12
60
24
710
765
50
10
24
18.5
3150
3220
65
12
64
24
800
870
65
10
24
24
3350
3420
65
12
68
24
900
970
65
10
24
24
3550
3620
65
12
72
24
1000
1070
65
10
28
24
3750
3820
65
12
76
24
1120
1190
65
10
28
24
4000
4070
65
12
80
24
1250
1320
65
10
32
24
4250
4320
65
12
84
24
1320
1390
65
10
32
24
4500
4570
65
12
92
24
1400
1470
65
10
36
24
4750
4820
65
12
96
24
1500
1570
65
10
36
24
5000
5070
65
12
100
24
1600
1670
65
10
40
24
5300
5370
65
12
108
24
1700
1770
65
10
40
24
5600
5670
65
12
112
24
8.1.4管道直径与壁厚关系
（1）风管的壁厚
管壁应有合理的厚度，太薄则刚性差，受负压吸力易变形，太厚则浪费钢材不经济。风管壁厚按表8-3取值。
表8-3 风管壁厚度
管 径D(mm)
100～630
710～1000
1120～1700
1800～2650
2800～5600
管壁厚δ(mm)
3
4
5
6
8
（2）当含有熟料及磨损性强的矿物粉尘，且流速>15m/s时，风管壁厚应适当加大。
（3）为防止大型风管的刚度变形，在其长度方向每隔2.5m增加一道加固圈，加固圈可用宽50~80mm，厚度为5~8mm的扁钢制作。
（4）风管的法兰规格、螺栓孔径、数量等均应按表中给定尺寸确定。
8.1.5管道阻力计算
1．阻力计算公式
风管系统阻力应为管道的摩擦阻力与局部阻力之和：
(8-3)
式中：
λ—气体与管道间的摩擦阻力系数，清洁空气入值一般为0.02～0.04，对含尘气体管道，当含尘浓度≥50g/m3时，需校正：
表8-4 校正系数
含尘浓度（g/m3）
＜50
≥50
100
150
校正系数
1.0
1.01
1.02
1.03
L—风管长度，m；
ξ—管件及变径点阻力系数，见附录12；
v—风管中气体流速，m/s；
ρ—空气密度，kg/m3，20℃时ρ=1.29；
K0—阻力附加系数，K0=1.15~1.20；
Dn—风管直径，m；非圆管道一般折算成等速当量直径de后，按圆形管道方式计算：
(8-4)
式中：
de—等速当量直径，m；
a，b—矩形风管的边长，m。
2．摩擦阻力系数λ计算
管道内摩擦阻力系数λ值与介质流动状态、雷诺数Re及管壁粗糙度κ等因素有关，对于钢板焊接的管道其摩擦系数λ计算如下：
（1） (8-5)
式中：
λ—摩擦阻力系数，见表8-6，8-7；
Q—管内气体流量，m3/h；
υ—管内气体流速，m/s；
κ—管壁粗糙度，mm，一般取κ=0.1mm。κ值详见表8-5。
表8-5 κ值
管道类别
绝对粗糙度κ（mm）
新无缝或镀锌钢管
0.01～0.05
轻度腐蚀的无缝钢管
0.2～0.3
重度腐蚀的无缝钢管
0.6～0.7
（2） (8-6)
式中：
de—当量直径，m；
κ—管壁粗糙度，m。
表8-6 摩擦阻力系数λ值
管壁粗糙度
当量直径de（m）
摩擦阻力系数λ值
管壁粗糙度
当量直径de（m）
摩擦阻力系数λ值
κ=0.0002
0.1
0.023
κ=0.0004
0.6
0.018
0.2
0.020
0.7--0.8
0.017
0.3
0.018
0.9--1.0
0.016
0.4
0.017
1.5
0.015
0.5
0.016
2.0
0.014
κ=0.0004
0.1
0.028
2.5--3.0
0.013
0.2
0.023
3.5--4.0
0.012
0.3
0.021
4.5
0.0117
0.4
0.020
5.0
0.0115
0.5
0.019

表8-7 管道有内衬的λ值
当量直径de(mm)
焊接的钢烟气管
焊接的钢煤粉管
<200
0.025
0.028
200～400
0.021
0.023
400～800
0.018
0.020
>800
0.015
0.017
3．局部阻力系数ξ值
该系数指动压头单位的局部损失数，是由于气流经各种管件（三通、弯头、变异管、阀门等）流向变换、冲击或流速变化而引起的压力损失。清洁气体局部系数按附录12选取，但带粉尘的局部阻力系数应加以修正，修正公式如8-7。
(8-7)
式中：
ξ0—清洁气体局部阻力系数，见附录12；
ξF—带粉尘的气体局部阻力系数；
κJ—根据测试确定系数，取0.8～1.0；
μ—气体混合物浓度，kg/kg。
4．阻力平衡计算
水泥厂除尘管道设计时，个别车间有多个收尘点（如包装车间），形成多个支管路，而这些支管与总干管交汇处压力必须达到平衡，以保证各点收尘效果。
图8-1 管道结构
平衡阻力一般有两种方法：一种是在管道设计时通过改变管径、弯头曲率半径或改变风量达到阻力平衡；另一种是投产前在现场进行逐点测试，以每支管阀门开度大小来求阻力平衡。此法比较繁琐，难以达到平衡，最好事先在设计中使阻力达到平衡，计算方法如下：
①当支管与总管交汇处压力差>20%时，改变阻力大的管径，降低流速，以达到阻力平衡。
例：总管长度L1=5.2m，如图8-1示，风量Q1=1045m3/h，风速v1=15m/s，局部阻力系数ξ1=0.5，支管长度L2=4.5m，风量Q2=850m3/h，风速v2=18m/s，局部阻力系数ξ2=0.55
计算：由Q1、v1查附录12知：
图8-1
当量阻力系数λ1/d1=0.11，动压头υ2ρ/2=135Pa，管径d1=160mm。
总管阻力：

图1 管路图
支管阻力：由Q2、v2查附录12知：当量阻力系数λ2/d2=0.14，动压头v2ρ/2=194.4Pa，管径d2=130mm。

支管阻力：阻力差：（229.4－144.7）/229.4=36%>20%
对支管管径d2进行调整

取值为145mm
重新查附录12计算：
d2'=145mm，Q2=850m3/h，υ2数为14.5m/s，λ2/d2=0.14，υ2ρ/2=126.15Pa。

阻力差：<5% （达到平衡）
②当静压差<20%时，管径不变，将阻力小的支管风量适当增加，加以修正，达到阻力平衡。

两支管静压差<5%，可以认为达到阻力平衡。阻力平衡计算是比较繁琐的工作，应该耐心，反复计算，并进行调整。
8.2管道重量计算
图8-2 外形图
8.2.1圆形风管
（8-8）
式中：
G1—风管重量，kg；
D—管径，m；
L—风管长度，m；
δ—风管壁厚，mm；
1.2—系数（考虑法兰加固圈等重量）；
7.85—厚1mm面积1m2钢板重量。
8.2.2保温材料
根据保温材料种类，密度及保温层厚度，计算保温层重量。
（8-9）
式中：
G2—保温层重量，kg；
γ—保温材料密度，kg/m3；
V—保温材料体积，m3；
D1—保温后管径，m；
D2—保温前管径，m；
L—风管实际长度，m。
8.2.3风管内积灰
风管内积灰重量，可按风管布置形状及倾斜度来考虑，按经验计算时按下列情况确定：
一般，水平管道，按其管道容积1/3计；倾斜管道<45°，按其管道容积1/4计；倾斜管道45~70°，按其管道容积1/10计；倾斜管道>70°，积灰可以不予考虑。
8.2.4事故荷载系数
生产中为安全起见，应增加安全系数。一般，安全系数取1.2~1.3。
8.3膨胀节选型计算
8.3.1膨胀节的作用
热风管道在正常生产时，受管内热风的影响而产生膨胀，而与其相连接的设备、风管支座，一般都固定在常温状态下的土建基础上，当受高温影响时，风管热膨胀产生的巨大应力传递到设备和支座上，轻则导致设备动作不灵，支座变形，重责损坏设备和土建基础。为了保证生产正常进行，在热风管道的适当位置通常都安装有膨胀节，以吸收热膨胀量。
1．金属膨胀节构造及用途
金属膨胀节种类较多，水泥厂常用的是U型波纹管膨胀节。该膨胀节由厚度0.8~1.0mm的不锈钢板（1Cr18Ni9Ti或0Cr18Ni19Ti）压制而成，一般为U形断面，波纹管两端与短管焊接，内外筒间隙吸收轴向膨胀时的自由运动，波纹内填充耐高温的保温层，以防波纹管磨损及热量散失。不同的金属膨胀节有高低温之分，适用不同的压力范围。U型波纹管膨胀节耐高温、高压、使用寿命长，但价格高，单个使用只能吸收轴向膨胀量，若需要吸收径向膨胀量，只能用两个膨胀节加中间节来吸收，但增加了费用。此种膨胀节多用于窑尾预热器系统、三次风管以及生料粉磨管道系统等位置。
2．非金属膨胀节构造及用途
此种膨胀节是由合成纤维或是玻纤布外层涂以橡胶制成的，可以吸收轴向和径向移位量，具有吸收、隔绝震动传递、无力传递等特点，因此常用在锅炉、风机进出口、磨机出气罩等处，可耐温度为200~500℃。用以补偿烟气因温度变化引起的移位，以及机械振动、基础下沉等不同情况引起的移位。为简化设计，节省投资，目前大量选用非金属膨胀节。
3．膨胀节技术参数
（1）金属波纹管轴向型膨胀节技术参数
表8-8 金属波纹管轴向型膨胀节技术参数

低温轴向型 TG系列
高温轴向型SY系列
通径DN（mm）
400~3000
400~3000
温度t（℃）
≤400
≤400（C）≤600（L）≤800（B）
压力（MPa）
≤0.1
≤0.1
补偿量（mm）
以管径及波数而定
工作介质
热风、烟气
热风、烟气
例：低温型：TG-2000-4（代号—通径—波数）
高温型：SYB-2000-4（代号800℃—通径—波数）
（2）非金属膨胀节参数
此种膨胀节只适用于热膨胀引起的轴向、径向位移，其位移指受压缩时的位移，不能承受拉伸位移。
表8-9 非金属膨胀节技术参数
系列号
圆型
SFYY SFYE SFYS
温度代号
℃
≤100(Y)≤200(E)≤300(S)
工作压力
kPa
≤10
例：SFYY-2020-550(圆形100℃－接管外径－轴向长度)
8.3.2膨胀节选型计算
1．膨胀量计算
（8-10）
式中：
ΔL—管道热膨胀量，mm；
L—两个相邻固定支座间风管长度，mm；
Δt—管道内介质与外界温度差，℃；
α—管材线膨胀系数，mm/mm·℃，常用管材Q235—A的线膨胀系数α值见表8-10。

表8-10 管材线膨胀系数α
温度（℃）
α（mm/mm·℃）
温度（℃）
α（mm/mm·℃）
温度（℃）
α（mm/mm·℃）
100
12.20×10-6
270
13.32×10-6
350
13.67×10-6
150
12.60×10-6
280
13.36×10-6
400
13.90×10-6
200
13.00×10-6
290
13.45×10-6
500

220
13.09×10-6
300
13.45×10-6
600
14.30×10-6
230
13.14×10-6
310
13.49×10-6
700
15.00×10-6
240
13.18×10-6
320
13.54×10-6

250
13.23×10-6
330
13.58×10-6

260
13.27×10-6
340
13.63×10-6

2．膨胀节自振频率计算
膨胀节只适合在高频低振幅的振动场合使用，不适用于低频高振幅的场合。当波纹膨胀节在高频低振幅系统中使用时，应注意膨胀节的自振频率不能与系统的振动频率一致，以免产生共振，其自振频率计算如下：
（1）轴向振动：
（8-11）
式中：
f—自振频率，Hz；
G—膨胀节重量，kg；
Kn—整个波纹管轴向刚度，N/mm；
C—自振频率系数，取值如表8-11。
表8-11 各阶数值C
阶
数
C
波
数

C1
C2
C3
C4
C5
1
14.23

2
15.31
28.50
37.19

3
15.70
30.27
42.66
52.35
58.28
4
15.70
30.75
44.96
56.99
66.97
5
15.79
31.07
45.72
59.24
71.16
（2）径向振动
（8-12）
式中：
Dm—波纹管平均直径，；
d—波纹管直筒直径，mm；
h—波纹管高度，mm；
Ln—波纹管长度，，mm；
N—波数，个；
q—波距，mm；
Kn—整个波纹管的轴向刚度，N/mm；
C—自振频率系数，各阶系数如表8-12。
表8-12 各阶系数C
阶数
C1
C2
C3
C4
C5
系数
39.93
109.80
214.12
355.79
531.27
（3）膨胀节推力计算
（8-13）
式中：
F—压力推力，N；
PN—管道最大压力，N/mm2；
A—波纹管膨胀节有效面积，mm2。
（4）膨胀节预拉伸计算
当安装地区的环境温度与设计时的安装温度相差较大时，应满足预压缩与拉伸的要求，计算公式如下：
（8-14）
式中：
ΔX—预拉伸量，mm；
x—最大轴向膨胀量，mm；
t—安装时环境温度，℃；
tG—管道气体最高温度，℃；
tD—管道气体最低温度，℃。
对于拉伸的膨胀节，应该在拉伸变形后其拉杆安装后再拆除。
8.3.3膨胀节安装位置及注意事项
1．安装位置
为防止热风管道膨胀和设备振动，及减少设备噪音，一般应在下列各处设置膨胀节（金属，非金属）：
（1）在两个固定支架间安装膨胀节，以抵消土建基础下沉对设备的损坏；
（2）在振动设备的进出口安装膨胀节，如立磨、球磨机出口、振动筛等；
（3）减少设备的传递载荷，如电收尘器进出口；
（4）减少噪音（高压风机进出口连接处）。
2．安装注意事项
（1）膨胀节有方向性，不可装反，否则粉尘随气流进入内外筒间隙，灰尘积满无法伸缩，造成失效；
（2）在倾斜及垂直管道上安装膨胀节，为防止粉尘从内、外筒的间隙进入保温层内，导致膨胀节损坏，应在间隙处装设不锈钢的弹簧片；
（3）不允许利用膨胀节的变形来强行调整管道的安装误差（压缩、拉伸、偏移、偏转），否则，会引起膨胀节的损坏。
8.4管道支座及支架
管道的固定位置借助固定点将复杂的管系划分为简单的管段，以使支座基础沉降时，各支座的载荷变化不大，避免设备损坏，故热风管道应合理地分段加以支撑。
图8-4
图8-6
图8-5
图8-3

8.4.1管道支座形式
（1）固定支座：支座与管道焊接后不能动移。
（2）滑动支座：支座与管道结合面不焊死，可以自由活动。
（3）导向支座：支座与管道不焊接，但只允许向一定方向移动。
8.4.2支座设置位置
（1）热风管道上膨胀节附近，一端应加设固定支座，另一端应设置滑动支座，如图8-3。
（2）管道上设有两个异径膨胀节时，在两个膨胀节之间应加设固定支座。
（3）管道较复杂时，只允许设置一个固定支座，其余均应设置滑动支座。
（4）大型热风管道弯头处应设置滑动支座或导向支座。
（5）为便于应用标准支座，倾斜管道倾斜角度宜为30°，35°，45°，55°。
（6）固定支座与管道结合面，应注明“焊接”，滑动支座活动面应注明“不焊”。
（7）各种阀门不宜设在两个支座之间，应设在管道端部或管道悬臂端膨胀节附近。
8.4.3管道支架形式
支架主要与支座配合，支撑于土建基础上，工艺提供载荷，土建专业据此进行支架及基础设计。
（1）普通钢支架
过去多采用槽钢或角钢焊制而成，如图8-3，8-5，近年来多用圆形钢管焊接，受力好，重量轻。
（2）铰杆支架
如图8-4，8-6所示，近年来不少水泥厂采用了此种支架，主要是因为受力清晰，计算简单，节省了设置膨胀节所需费用。
（3）支架的位置
当管道较长时，设有多个不同支架，固定支座设在膨胀节一端，其余皆为导向支架，设置位置为：
图8-7

L1=4D，L2=14D，Lmax以公式计算，如图8-7
L1=4D（管径），L2=14D（管径），Lmax按下列公式计算。
（8-15）
式中：
E—管道材料的弹性模量，N/mm2；
I—管道材料断面惯性矩，mm4；
P—管道的工作压力，MPa；
A—膨胀节的有效面积，cm2；
Kζ=NKn
N—膨胀节波纹管波数；
Kn—膨胀节的总刚度，N/mm；
e—膨胀节的单波伸缩量，mm；
±号—膨胀受压时取“+”，受拉时取“-”。
8.4.4管道支座受力计算
1．计算步骤
（1）首先确定固定支座、活动支座位置，将水平长度、垂直高度、倾斜角度注在图上；
（2）计算管道全长总重量及荷重（自重、保温层重、灰重、事故重）；
（3）求风管重心点位置；
（4）求活动支座反力及三个轴向分力（X、Y、Z轴）；
（5）求管道摩擦力及三个轴向分力；
（6）求管道合力并乘以1.2的安全系数后，再求三个轴向分力；
（7）最后求出管道弯矩，并注在工艺布置图上。
2．同一平面内单一风管支座计算
热风管道布置如图8-8所示：
图8-8
管道直径φ2000mm，壁厚δ=6mm，A为固定支座，B为活动支座，支座水平间距L2=3000，L3=2000mm，风管倾斜角α=55°，风管两端C，D各一个重1000kg的膨胀节，C点
一个阀门重G3=2000kg。
（1）重量及长度计算
单位长度风管重：
单位长度保温层重：
单位长度总重（风管加保温层）：
风管实长：

AB段风管实长：
风管两端C、D点各承受半个膨胀节重量为：
CD管段加膨胀节重：风管重心至A支座投影距离：
（2）支座受力计算
对A点取力矩后求B支座反力PB1：

B支座X、Z轴的支反力：

B支座由于热膨胀引起的摩擦力（摩擦系数按0.2考虑）：

B支座热膨胀的X、Z轴摩擦力分力：

考虑安全系数1.2后，B支座的X、Z轴受力为：

考虑安全系数1.2后，A支座的X、Z轴受力：

（3）计算结果为：
A支座受力
B支座受力
3．空间走向的分叉风管支座受力计算
设风管直径φ2000mm，壁厚δ=6mm，单个阀门重2000kg，膨胀节重1000kg。风管如图8-9~11所示
解：（1）确定工艺参数。
AB需在A点设置固定支座，B点为活动支座。根据工艺布置需要：
AI=12000mm，HI=5000mm

图8-9 风管平面图
图8-10 风管立面图

根据管道不积灰的要求：。
（3）计算：在△AHI中：
，
△ABH中：
图8-11 风管支座关系

A、B两支座间风管实长：

在△AIJ中：

由此可得：∠IAJ=37.18°
AB两支座间风管实长与图中（a）投影长度的比例系数：

（3）长度及重量计算
EF风管实长：
L11=ζ(4000+12000+2000）=1.3225×18000=23805mm
EF风管总重：
G1'=g×L11=454×23.805=10807kg
E及F两端各加半个膨胀节的重量共1000kg
EF风管加膨胀节重：
G1=G1'+1000kg=11807kg
EF风管重心至支座A在立面b图的距离为：

CD风管近似实长：
L10=ζ×（5000-2000）=1.3225×3000=3968mm
CD风管重：G2=q×L10=454×3.968=1801kg
CD风管重心至支座A投影距离为：

D点阀门及膨胀节重量的一半G3=2500kg，阀门及膨胀节A支座的投影距离为L3=5000mm
（4）求支反力PB1
L4×PB1+G2×L2+G3×L3=G1×L1

垂直分力：
PBZ1=cosα×PB1=cos35°×32.9=26.9kN
水平分力：
PBXY1=sinα1×PB1=sin35°×32.9=18.9kN
X轴向分力：
PBX1=cosα2×PBXY1=cos22.62°×18.9=17.4kN
Y轴向分力：
PBY1=sinα2×PBXY1=sin22.62°×18.9=7.27kN
（5）求正压力PB1在风管胀、缩时引起的摩擦力PB2：
PB2=0.2PB1=0.2×32.9=0.69kN
摩擦力的垂直分力：
PBZ2=±sinα1×PB2=±sin35°×0.69=±0.40kN
摩擦力的水平分力：
PBXY2=±cosα1×PB2=±cos35°×0.69=±0.57kN
摩擦力的X轴向分力：
PBX2=±cosα2×PBXY2
=±cos22.62°×0.57
=±0.53kN
摩擦力的Y轴向分力：
PBY2=±sinα2×PBXY2
=±sin22.62°×0.57
=±0.22kN
（6）按B点受力最不利情况，考虑安全系数为1.2，求B支座反力
垂直载荷：
PBZ==1.2(PBZ1+ PBZ2)=1.2×(26.9+0.4)=32.76kN
X轴载荷：
PBX==1.2（PBX1+ PBX2）=1.2×(17.4+0.53)=21.5kN
Y轴载荷：
PBY==1.2（PBY1+ PBY2）=1.2×(7.27+0.22)=8.9kN
（7）求A支座反力，考虑安全系数为1.2
垂直载荷：

X轴载荷PAX=－PBX=－21.5kN
Y轴载荷PAY=－PBY=－8.9kN
（8）求A支点承受的弯矩。由于G2和G3在风管平面图中偏离EF，风管L8和L9产生弯矩。

考虑安全系数1.2后转矩分解到X、Y轴：
MAX=1.2×cosα2×MAXY=1.2×cos22.62°×151.6=167.9kN·m
MAY=1.2×sinα2×MAXY=1.2×sin22.62°×151.6=69.9kN·m
（9）计算结果
A支座受力：
PAZ=131.4kN；PAX=－21.5kN；PAY=－8.9kN
分解到X、Y轴的力矩为：
图8-12 倾斜管道垂直于地面的横

截面
MAX=167.9kN·m，MAY=69.9kN·m
B支座受力：
PBZ=32.76kN，PBX=21.5kN，PBY=8.9kN
4．支座间允许最大跨度计算
（1）支座间允许最大跨度的计算
在热风管道设计中，根据工艺布置需要，有时支座间距较大，到底允许最大跨度是多少？这里介绍一种计算方法，可以用来验算，见图8-12。在不考虑支座以外悬壁部分管道影响时，支座间允许最大跨度的计算公式如下：
（8-16）
式中：
Lmax—管道最大允许跨度，m；
q—管道均布载荷，N/m（管材重+保温重+附加重）；
W—管道断面抗弯模数，cm3；
φ—管道横向焊缝系数，对于热风管道（手工无垫环焊缝），φ=0.7；
[σ]t—管道热态许用应力，N/mm2，对于一般风管采用的热轧Q235-A钢板，不同温度下的许用应力见下表8-13。Q235-A钢板许用应力[σ]t见表8-13。
表8-13 Q235-A钢板许用应力[σ]t
温度（℃）
20
100
150
200
250
300
350
许用应力（N·mm-2）
113
113
113
105
94
86
77
水泥厂设计的热风管大多数为倾斜布置，管道垂直地平面的横断面为椭圆形，见图8-12。椭圆外表面，短轴长等于风管外径D，内表面短轴要减去风管壁厚δ既d=2(R-δ)。
长轴外表面为：D/cosα=2R/cosα
长轴内表面为：d/cosα=2(R-δ)/cosα
由此推导出：
（8-17）
计算举例：
已知一热风管道外径D=2m，壁厚δ=6mm，带保温层，风管与地面倾斜角45°，最高工作温度350℃，计算允许最大跨度。如图8-13。
①风管均布载荷
图8-13
(8-18)
式中：
q1—风管单位长度自重，q1=1.2πD×7.85×6=355kg/m；
q2—保温层重，q2=1.2πD×7.85×2=99kg/m；
q3—风载，按75kg/m2计，q3=75×D=150kg/m；
K1—地震载荷影响系数，取K1=1.3；
K2—管内积灰影响系数，取K2=1.5；

②风管断面抗弯模数W

③350℃时需用应力，查表8-13得：[δ]t=77N/mm2；
④最大跨度：

8.5管道及收尘设备保温计算
8.5.1热风管道保温层厚度
（8-19）
式中：
δ—管道保温厚度，m；
λ—保温材料导热系数，w/(m·℃)；
t1—热气体温度，℃；
tb—要求保温层的表面温度，℃；
ta—环境温度，℃；
α—保温层向环境综合散热系数，W /(m2·℃)，见表8-14。
表8-14 综合散热系数α
温度差(℃)
40
50
100
150
200
250
备 注
环境状况
室 内
室 外
风速V>5m/s
ts=0~150℃时，a2近似值
平 壁
圆 壁
α×4.1868
(kJ/m2·h·℃)

α
(W/m2·℃)

V<5m/s
6.2+4.2V
>5m/s
7.8V0.78
有保温的设备及管道外壁散热系数
8.5.2收尘设备保温层厚度
（8-20）
式中：
δ—收尘器保温层厚度，m；
λ—保温材料导热系数，W/(m·℃)；
t1—收尘器内壁温度（烟气温度），℃；
ta—环境温度，℃，防结露时取当地最低气温值；
α—综合散热系数，W/(m2·℃)，一般取21.5W/(m2·℃)；
q—收尘器平壁单位热损失，W/m2，其值见表8-15。
表8-15 收尘器平壁单位热损失q值(W/m2)
烟气温度
（℃）
环境温度ta (℃)
处理的烟气温度
50
75
100
125
150
160
200
225
250
300
350
400
450
5
58
63
79
88
99
104
122
131
142
163
183
204
227
25
58
67
76
85
93
97
110
119
127
144
160
178
195
表8-16 电收尘器保温层厚度(mm)
环境年均温度
（℃）
烟气温度（℃）
5
10
15
20
25
30
<150
55
53
57
49
47
45
200
78
76
74
72
70
68
250
102
100
98
96
94
92
300
129
126
124
122
120
118
350
156
154
152
149
147
145
说明：保温材料为超细玻璃棉保温板
8.5.3设备保温经济厚度
表8-17 保温材料参数
保温材料
内表面
温度（℃）
岩棉
微孔硅酸钙板
防水泡沫石棉
膨胀珍珠岩
100
δ
80
90
80
120
q
43.5
53.3
52.4
67.4
ts
15.7
17.1
17.0
19.0
150
δ
100
120
100
140
q
62.8
74.7
69.0
72.1
ts
17.4
18.4
18.0
21.0
200
δ
120
150
120
160
q
80.3
86.6
82.0
93.0
ts
18.9
19.4
19.0
22.0
250
δ
160
180
130
180
q
85.3
96.5
98.5
104.9
ts
19.3
20.3
20.5
22.0
300
δ
180
200
150
200
q
101.2
110.6
107.2
116.3
ts
20.7
21.5
21.2
22.0
350
δ
200
220
160
220
q
116.6
123.7
122.0
133.7
ts
22.0
22.0
23.0
23.0
说明：δ—保温层厚度，mm；q—单位热损失，W/m2；ts—外表面温度，℃。
8.5.4常用保温材料性能表
表8-18 常用保温材料性能表
材料
名称
使用密度
(kg/m3)
温度(℃)
常温导热率λ>0时
(W/m·℃)
使用温度下热
导率λ1
规 格(mm)
耐压温度
(MPa)
最高
使用
长
宽
厚
岩棉及
矿渣棉
制品
厚棉≤150
650
600
≤0.044
λ1=λ0+0.00018×(tp-70)
1000

1000
~
5000
矿渣棉
1000
500~
600
500
~
900
750
20~80
40
~
70
30
~
50

毡
60~80
400
400
≤0.049
100~120
600
400
≤0.049
板
80
400
350
≤0.044
100~120
600
350
≤0.046
150~160
600
350
≤0.048
管
≤200
600
350
≤0.044
泡沫
石棉
30
40
50
普通型
500
0.046
0.053
0.059
λ1=λ0+0.00014×(tp-70)
1000

30~50
抗拉
0.05~0.10
防水型
50~
500
硅酸钙
制品
170
220
240
650
550
0.055
0.062
0.064
λ1=λ0+0.00011×(tp-70)
600

30~70
抗折
>0.2
膨胀
珍珠岩
70
100~150
150~200
200~
500

0.047~0.05