铁合金矿热炉煤气管道优化设计.docx

铁合金矿热炉煤气管道优化设计 摘要： 本文介绍了铁合金矿热炉煤气管道的基本情况，并提出了相应的煤气管道的优化设计。关键词： 煤气管道 铁合金 矿热炉 加强筋 支座 我国铁合金行业普遍存在的问题是小企业过多 ，这些企业由于规模小，形不成经济规模，工艺及装备水平低，产品档次不高，严重地阻碍着我国铁合金工业的发展。铁合金行业正在加快规模发展，铁合金行业准入条件（2015年修订）要求：锰硅合金铁合金矿热电炉采用矮烟罩半封闭型或全封闭型，容量为25MVA及以上。近几年新上的铁合金炉子规模达到了36MVA甚至48MVA。由于企业规模扩大，作业效率的提高以及增产方式更多等因素，铁合金煤气产量逐年增加，现有煤气管道逐渐不能满足企业扩产的要求。本文主要从煤气管道的管径选型、管道壁厚的选择、管道加强筋的设计以及煤气管道支座这四个方面，来逐一阐述铁合金矿热炉煤气管道的优化设计。1煤气管道的管径选型 以重庆大朗冶金新材料有限公司50万t/a铁合金项目的煤气管道为例，煤气管道的管径选择一般是以初期投产的最大值来选择。该项目总计8台36MVA矿热炉，每台炉子的初期煤气产气量为6000Nm/h，温度120，按照初期投产要求，选用DN600的管径是合理的，管道流速约为：8.5m/s。一般8台炉子停产检修一台，临时故障一台，最大使用台，合计产气总量为：48000Nm/h，总管选用DN1400，管道流速约为：8.5m/s，也是满足基本的生产要求的。但是随着铁合金价格的上涨，企业加强生产效率，采用功率补偿，缩短检修时间等方式，企业得到了大规模扩产。实际的每台煤气产量甚至达到了极限值的10000Nm/h，温度150，甚至长期保持了8台炉子的同时运行。现有煤气管道远远不能满足企业的煤气运行。后期业主进行了大规模并管的改造，花费了额外的大量费用。根据上述煤气系统的案例，实际煤气管道的管径选型，应考虑额外的大幅度的裕量，才能为企业节约后期的改造成本。根据本人的实际测算，在管道初期的管径选型时，应按照矿热炉工艺专业提资的数据，再加上1.82.5的系数是合理的。再者，煤气管道的运行压力本身比较低，大约2.5kPa18kPa，终端煤气用户对管道压力比较敏感，一旦低于5kPa,就可能造成用户点火出现问题，甚至造成回火的事故。按照实际的经验，上述企业扩产后的单台炉子的煤气产量参数为:10000Nm/h，温度150，8台炉子同时运行，合计产气总量为：80000Nm/h。此时的煤气管道选型最好为：单台煤气管道用DN1000的管径是合理的，总管选用DN2400，管道流速约为：8.0m/s.此时煤气风机的负荷大约下降5%以上，可以为企业节约大量的用电成本。2管道壁厚的选择煤气管道的材质采用普通碳钢Q235A。管道的壁厚影响着管道的跨距、荷载、使用年限和施工总造价等方面。过薄的壁厚还会严重影响除尘管道的挠度、跨距甚至造成事故。一般来说，根据煤气管道的硫化物含量及酚水等腐蚀要求，工程上通用的煤气管道壁厚如下表：序号管 径 (mm)壁 厚 (mm)备 注1800=428001800=6318003000=843000=10单台煤气风量为10000Nm/h，设计压力为18000Pa，一台炉子一根分支管道，8台炉子一根煤气总管。根据流速计算得煤气管道主管径为DN2400，分支管径为DN1000.从而，在如上两个表格中的数值选取，都应该为6mm和8mm的壁厚。但是从施工经验方面来说，考虑到超过DN700以上的圆形管道，管壁越薄，管子变形及往下塌的趋势越严重，而且加上车间外部管道DN2400的跨距有超过20米的可能，这样采用6mm和8mm的壁厚管道将很难胜任。同时DN1000和DN2400的管道制作方面差距不大，一般工程上要求制作、采购的方便，都建议采用通用的偶数的壁厚。即DN1000的管道壁厚采用8mm壁厚DN2400一般至少高一个等级10mm壁厚。同时还有重要的因素,即为管道阻力损失和用户压力的要求及煤气腐蚀等。由此在设计上一般会选择提高一个等级的壁厚。这样DN1000的管道采用10mm壁厚，DN2400的管道采用12mm壁厚.采用高一个规格的壁厚，虽然说从管道造价上会有所偏高。但是从直管道的磨损，管道的跨距加大，管道制作后的变形程度以及使用年限方面都得到了极大的提高。为业主运行后的安全性及维护方面都有很大的帮助。3管道加强筋的设计管道加强筋的设计是为了防止管道变形，增强管道的强度，有时也有增加管道跨距的作用。为了防止管道的变形及塌陷，管径大于DN700的除尘管道一般还要求管道内部每隔4m用50钢管作十字支撑。此种做法在很多除尘管道都要求做的。尤其是在管径大于2米以上，就更显得必要。但是铁合金矿热炉煤气管道的管径在DN1000及DN2400之间，做十字支撑虽然有合理的方面，但却增加了风管的阻力，增加的荷载和腐蚀的可能，甚至对管道的安全都带来了严重的不便。最好可以想出其他办法，能不要十字支撑是最好的。解决的方案就是：一增加管道的壁厚，如上文所说，提高一个规格的管道壁厚；二是增加管道外壁的加强筋的密度和厚度。煤气管道加强筋一般采用扁钢制作，厚度可以参考管道的壁厚，间距采用24米。煤气管道采用间距为3米和厚度为8mm的加强筋，足以保证管道内不再设置十字支撑。通用的圆形管道加强筋由于工厂的制作粗糙和焊接的不严密会有材料的浪费和焊接点间隙过大的问题。采用如下图所示的加强筋制作可以有效避免上诉情况：采用上图所示的公式，可以保证加强筋和管道的间隙误差小于1mm，这就为管道加强筋的强度保证提供了很好的方案。4煤气管道支座的优化设计煤气管道支座目前都采用通用的支座尺寸，并编制好了尺寸表格,如下图:目前从现有的尺寸数字来看，管道支座中的H值其实是考虑了在管道中安装煤气阀门后的阀门与管道支架的间隙。但在实际现场安装来看，管道阀门的安装时在支座与支座之间的。且煤气阀门占据的径向尺寸很小，轴向尺寸更小。鉴于煤气管道都是架空布置，目前的H值是按照管道底部与支座底部间隙200mm来考虑的，从节省材料和保证强度安全的方面考虑，H减小100mm也是允许的。另外，弧形板的设计，目前的尺寸是角度120，而考虑到实际使用时，在没有管道内的十字支撑情况下，管道是有变形和塌陷的趋势的。为了避免上述情况角度最好能改为132（也即加大了弧形板的长度），同时支座的立板支撑面也加大6，以保证弧形板的支撑。5 结束语本文主要阐述了铁合金矿热炉煤气管道的改进方案。其中加大管道壁厚在各方面都起到了很大的作用。后续的管道内部十字撑和管道支座的改进，保证了管道在运行阻力和管道变形方面起到了显著的功效。管道选择圆形管状和加强筋的详细构造是辅助本次改进的必要条件。本次改进在重庆大朗冶金新材料有限公司50万t/a铁合金项目中会作优先采用方案，预期会取得很好的工程效果。参考文献1采暖通风设计手册.冶金工业出版社.1996.122通风与空调工程施工质量验收规范.GB50243-20023钢铁工业除尘工程技术规范.HJ 435-20084 工业企业煤气安全规程（GB6222-2005）5 铁合金行业准入条件（2015年修订）6城镇燃气设计规范（GB50028-2006） -全文完-