煤气管道设计.doc

煤气管道设计第一章煤气管道的设计1、管径的选择： 管径的确定首先根据煤气流量及允许的阻力损失，选定合适的流速然后决定管径。2、压力损失的计算： a.摩擦阻损按下式计算： H MM水柱/M 式中摩擦系数：钢材管采用0.030.04水泥或衬砖管取0.050.06. D管道直径 M V煤气流速M/SeC -煤气重度kg/NM3(高炉煤气为1.3焦炉煤气为0.45发生炉煤气为1.16混合煤气需按其组成另行计算) g重力加速度 9.81M/SeC2 t煤气温度 3035对高炉煤气 H0.0022 MM水柱/M对焦炉煤气 H0.00076 ,MM水柱/M对混合煤气（各种发热量）的H值列表如下：（高炉煤气按900kcae/NM3及1.3kg/NM3,焦炉煤气按4300kcae/NM3及0.45kg/NM3计算的）各种发热量的混合煤气H值表 表一 发热量kcae/M3温度重度kg/NM3HMM 水柱/M备注1150301.2360.002081200.1.2260.002061400.1.1750.001971800.1.0740.001802000.1.0260.001722200.0.9770.00164 对压力较高的煤气还应计算压力校正系数 H= MM水柱 式中P煤气工作压力MM水柱。煤气的重度可由组成的体积百分比按下式计算：0.01(1.977Co2+1.539H2 S1.261CmHn1.429O2 1.25Co0.09H2 0.717CH41.251N2) kg/NM3 当煤气温度为t时其重度 t=0 kg/M3混合煤气的重度可按下式计算：高炉煤气的重度体积百分比数焦炉煤气的重度体积百分数b.局部阻损通常按总摩擦阻损的1015%计算，主要是弯头，异径管闸阀和流量孔，其详细计算如下： 一般闸阀以煤气管道的当量长度来计算： 表2闸阀直径D50060070080090010001200130014001500当量长度50D61D78D85D97D100D135D148D162D176D 流量孔阻损按3050MM水柱计算， 其它弯头三通等采用下列公式： H= 式中，局部阻损系数（见44、45、46页） C影响阻损的几个原因： 煤气温度越高体积增大，阻损也相对增加. 含灰越多摩擦阻损越大，因之含尘量越小越好 焦炉煤气中的萘焦油等易沉积于管壁上减小 管道的有效断面，因之含萘量要在0.05g/NM3 左右並应在生产时定 期用蒸汽吹刷。3、跨距计算： 用于薄壁煤气管道上的跨距按简支樑公式计算，一般的跨距可按47、48、49页I.II.III类负荷选用特殊情况下需另作计算。 跨距按下列原则计算： 正常操作时冷凝水负荷的选用， 900直径以下水高按100MM考虑，100以下管子按充满水计算 1500直径以下水高按150MM考虑 1600直径以上水高按200MM考虑当排水器之排水管堵塞事故负荷时的冷凝水高为：当管径小于或等于500时按充满水计算。当管径大于500时按500计算。附加荷重的考虑：按实有的附加管道的重量加上今后予加的管道重量等于总的附加负荷。予加的管道重量是按（煤气管金属操作冷凝水重）的20% .因此当坡度0.005时煤气管道的跨距可按挠度f=计算，荷重按操作负荷计算其管壁应力一般在1300kg/cm2 以下，当发生事故时，冷凝水高度增高道500MM，这时的管壁暂时应力部大于1800kg/cm2 此时的挠度可降至。 .没有附加负荷时的跨距计算.(当f2 90时， F kg F1 kg “C”点弯头处的应力 c=(1+k) kg/cm2 b.当12 900 时 FF1 照上式类推.“C”点处的管壁应力 b= kg/cm2 以上式中： K之比一定要等于2或小于2的情况下 才能适用于计算方法。 d管直径 cm.7.扭力计算： a.当煤气管道上敷设其它管道如焦炉煤气管，氧气管，蒸汽管及复水管等，如果上述管道敷设的位置，在煤气管道一侧，则其对管道本身产生扭转力矩，因此必须考虑管道上因敷设其它管道而引起管道强度问题的验算。 b.如果煤气管道上所敷设的其它管道是对称的，则应以外加负荷较大的一边作为计算外加负荷，对管道本身的扭力。 c.管道上敷设的其它管道对管道的本身，所产生的扭力为纯剪应力，必须小于制成管道的钢材所规定的许可剪力。 d.由下列公式可求管道因受附加扭转力矩时，管道产生的最大剪应力S0 T=ScZ0 式中：T外加负荷对煤气管道中心的扭转力矩. Kg-cm2 Sc最大剪应力 kg/cm2 Zo极截面模数（按下式求） cm3 Zo cm3 D1 煤气管道外径 cm D2 煤气管道内径 cm第二章煤气管道的布置及要求1、 线路布置.(参见22.23.24.25页).a. 线路布置的原则是 .线路要短. .流向要顺. .尽量利用管道的自由膨胀支架分以下三种： 固定支架 是管道的固定点承受轴向和横向推力 单片支架 在管道轴线方向可以有位移和横向有刚度 绞接支架 仅承受垂直力，允许管道在平面上作任何 方向的移动。一般布置在自由膨胀的拐弯点处. b.支架布置： 在布置支架时应符合支架间的距离不超过允许的最大跨距，而且最好采用等距离。 两相邻固定支架间的距离一般不超过300M ,（必须按当地冬季最低温度而定）。 膨胀器安在两固定支架的中间，用两个单片支架支持。共线管道的布置： 其中心距应大于 +600,但400以下者其中心距可适当减少，一般用上下布置，大管在上，小管在下，大管上可附设蒸汽管和氧气管，若按大管布置跨距，则小管吊在大管上，若采用平行布置，则佔地较大，支架大小和上下布置的相差无几，而推力对支架的作用则比较复杂。2附属设备的布置及要求： 煤气管道上常见的附属设备有以下几种： 闸阀又名截门和闸门，是切断煤气的设备，材料是铸铁制造的，有球型和闸板型两种，50以下可以采用球型，50以上采用闸板型的。 传动方式有电动，链轮，手轮三种。随着管径的大小，采用不同的型式，一般在1000以上可以采用电动1000600可以采用链轮的，500以下采用手轮的， 采用手轮的或链轮的应视安装位置而定。 选用闸阀时，一定要按产品标准，如与管道直径不相符合应采用特殊的管接头（如异径管）决不能迁就管道的尺寸，而要求设计特殊尺寸的闸阀。 闸阀应垂直安装，一般不应水平安装，但特殊情况例外。 闸阀的安装位置应靠近支架的旁边，不要把闸阀安装在两个支架中间部分的管道上或装在固定支架当中，安装手轮操作的闸阀应当考虑操作手轮的方便，电动闸阀应考虑链轮及排水管道的小闸阀的操作，马达的检修和浇油，所有闸阀的安装都应考虑除灰及螺栓连接处的检修等。 膨胀器作为煤气管道在热胀冷缩时吸收变形量，一般安装在两个固定支架之间的煤气管道上，在布置膨胀器时，因考虑到膨胀器本身的重量及因煤气管道膨胀收缩时不受扭曲，必须用两个单片支架平均支持膨胀器的重量，此两个单片支架的跨距，一般为34M车间内部最大不能超过6M. 在煤气管道上常用的膨胀器有三种：a.鼓形： 有一级，二级，三级三种，设计中根据需要的补偿量来选择。b.波形：使用钢板压制焊接而成，用于较小的管道上，壁很薄，一般为3MM，设计中不常采用c.套管式膨胀器：又名填料式膨胀器，构造简单，最大优点是推力小，但是安装试压要求应较严格以免发生漏气，因此在车间内部管道上不宜采用。但在厂房屋面敷设的分配主管上，往往都采用套管膨胀器，因套管膨胀器在吸收管道变形量时只产生摩擦推力，对厂房柱子影响不大，套管式膨胀器每个补偿能力最大为90MM以上 膨胀器的坚固度希望与管道的坚固度一致，不要因为膨胀器先期破损而影响管道的正常操作，但亦不能随便加大膨胀器的厚度，因为这样，便增膨胀器的刚度，使固定支架的推力加大。 排水器：用来排出管道中煤气的冷凝水，安装于管道下面的地 面上。 排水器为水槽 内部盛水，有排水管自上部与煤气管道相连接，冷凝水则沿排水管流入水槽 内，再排出。排水器有高压和低压两种；又有单管和双管之分；两根平行的煤气管道如果压力不同，不能共用一个排水器，煤气压力低于1000MM 水柱，采用低压排水器，高于1000MM 水柱，低于2500MM 水柱，采用高压排水器。 排水器应放置再管道坡度最低点，一般每隔200250M 设置一个，避免把排水器设置在靠近膨胀器的支架附近 在气候严寒的地区，排水器应安装在有采暖的小房内或加蒸汽管保温，厂房内的排水器，如厂房有采暖设备，则不必要蒸汽保温。华东中南和西南等地区以及部分华北地区，排水器不必安装在有采暖小房内，可以根据当地的具体情况，设置蒸汽管保温，或不保温，但排水器周围须用铁絲网圈住，以防危险。 放散管：在通煤气和停煤气时，排出管道中煤气或空气用。 a.放散管的安装高度，在经常放散的放散管应高出厂房最高点4米，不经常放散的则可视具体情况而定。 b.放散管设置于管道的最高点和最末端。 c.放散管设置于每个闸阀前面。（按煤气的流动方向） d.厂外管道直径大于1500以上的，放散管直径一般不小于150MM. e.为了防止雨水落入放散管中，150MM以下的放散管，头部做成斜管或T形而大于150MM的放散管应装设防雨帽。 f.放散管上的闸阀，可以水平安装，但应考虑操作方便。 g.到炉子烧嘴前的管道上应安装上两个闸阀，其中间装一个放散管 人孔：为检修和清扫管道用，（接下页） 为便于管道及其附属设备之修理，一般人孔均安设在闸阀及膨胀器等设备后面（按煤气流向）人孔的盖板用螺栓与人孔法兰相连，法兰之间填以石棉垫，每60100M左右有人孔一个。人孔盖上应带有蒸汽吹刷管的接头。人孔一般都是安装在管道的侧面，较小直径的管道人孔可以安装在管道的上方（大于1500的管道必须装在侧下面），人孔的直径为600MM。小于600的煤气管道，安装手孔，手孔直径和管道直径相同，也可以小于管道直径. 蒸汽吹刷管：为吹刷管道用装于人孔盖上，焦炉煤气，混合煤气，冷发生炉煤气 管道上都必须安装。蒸汽吹刷管用来吹刷管道内的沉淀物（如萘及焦油）及赶空气或煤气，高炉煤气管道，可以不用蒸汽管道吹刷，利用自然通风或移动式的空气鼓风机，但必须隔绝火源，除尘器至清洗系统之髒煤气管，必须用蒸汽吹刷。焦炉煤气管道上的蒸汽吹刷管上不准采用铜制的闸阀。 管道接地装置：煤气管道为了防雷及静电，每隔一定距离必须安装接地装置， 一般是每个固定支架处装一个如少于500M，两头又与设备串连，中间无法安装的管道可以不考虑接地。 堵板：堵板有活动和固定的两种，活动 堵板也有两种，一种是安装在闸阀后面（按煤气流动方向）保证闸阀后检修时 管道及设备中不泄漏煤气，一种是安装在管道的 法兰之间，为将来的新管道 留出接头，这样使连接新管道时不影响生产。固定堵板安装于管道的一端，是 用螺栓连接的。 流量孔：用以计算煤气流量。 调节阀：用以调节煤气压力，保持管道内煤气压力一定，有手动和自动两种3煤气管道的设计时应注意的事项： 在黑色冶金工厂煤气部门中，劳动保护和安全生产问题，是特别重要的，因为高炉煤气，焦炉煤气及发生炉煤气都是具有毒性及在一定条件下能发生爆炸的气体，因此必须将安全问题提到首要地位。 高炉煤气及发生炉煤气，所以具有很大毒性，是由于含有大量的一氧化碳（到30或更高）焦炉煤气虽然只含有3的一氧化碳，但仍有剧毒，因此煤气管道及其设备必须进行严密性试验。当将煤气管及设备安设在不通风的房子内时更为重要。 煤气管道及设备在安装完毕以后必须经过严格的试压，不能满足试压要求的煤气设备，在没有消除这些缺点以前，绝对禁止使用。 新建或改建煤气管道的整体试压，应以压缩空气进行，煤气管道禁止使用水压试验。 确定煤气管道坡度时，应注意管道上的异径管，如果较小管道的冷凝水排向大管时，可以做成同心的异径管，如果大管道的冷凝水排向小管道时，必须做成平底的异径管，以便排水。 管道标高的最高点和最低点，不应布置在支架上，一般距支架12M左右，煤气管道一般是用钢板捲后焊成的，因此安装时一般用连接板连接。 300以下的管道可用对焊。 由主管分出支管时，在支管上要装闸阀（或是活动堵板）因此要考虑闸阀及活动堵板切断煤气后冷凝水的排出问题。 在管道转弯处，支架的布置；应尽可能接近转折点（但不能在弯头的焊缝上）以免悬臂太大或当管道下沉时，管内有积水的可。 在管道转弯处，尽可能利用自然补偿，布置铰接支架。 人孔中心距走台面，以800MM较为便利。（视管径大小而定） 其它有关安装问题，详见施工及安装说明。4管道施工，安装的必要说明： 管道之焊接及安装焊缝采用42号焊条，膨胀器之焊接采用425或426号焊条，纵焊缝应在托架之上，横焊缝应距托架边，300MM 。 工程所采用之A3F钢材要求屈服点为2400kg/cm2。 煤气管道的一切焊缝应在制造过程中，进行严密程度试验，试验方法可采用缝外塗白垩，内部塗煤油的方法，如超过30分钟，在塗白垩的表面未发现暗黑色的油点，表示焊缝是合格的，如出现暗黑色的油点，在有缺陷的地方，必须铲掉重焊，再做试验，直到合格。 管道的安装焊缝，最好在两个支架间距之间的1/31/4 处。 管道断面在安装前尽量保持正圆，如因某些条件发生变形时，应将管道进行校正，并将椭圆的长轴安装在垂直方向。 煤气管道制造完毕后，必须内外刷铅丹一遍，安装试压完毕后，外部刷防腐油二遍。 红丹 管道安装完毕后，必须用压缩空气试验管道的严密性，试验压力规定为： (a) .加压机前的车间内部煤气管道不小于3000mm水柱。 (b).加压机前的车间外部煤气管道不小于2000mm水柱。 (c).加压机后的车间内部煤气管道试验压力等于加压机最大静压力加3000mm水柱。 （d）.加压机后的车间外部煤气管道试验压力等于加压机最大静压力加2000mm水柱。 （e）.高炉煤气清洗区域内的管道，常压操作的炼铁炉其管道的试验压力为3000mm水柱。高压操作的炼铁炉在减压阀组以前的煤气管道，为炉顶工作压力的1.5倍，其他为3000mm水柱。试压时的漏气率：（a） 车间外部煤气管道每2小时不得超过4（b） 车间内部煤气管道每2小时不得超过2 漏气率得计算公式如下：漏气率100空气的绝对压力以大气压与压力计读数的和计算.空气的绝对温度以2730 与摄氏温度计读数的和计算 图中所注标高均以管中心为准. 膨胀器安装时须参阅膨胀图纸规定进行严格温度校正。 放散管之固定由现场根据实际情况决定。 所有法兰之间均衬以5mm厚的浸过铅油的石棉垫。 大于1200的管道需安设加固筋时，每4M一个，但在每个支架处必须有一个。 加固筋间的距离可适当改动 在每个固定支架处，管道应接地见图号DQ1-42 (本手册 94页) 当髒煤气管道内有耐火内衬时，每3米应有一膨胀缝，缝宽15mm，并填以马粪纸。第三章煤气管道支架图例及各种布置示例图 例 膨 胀 器 固定支架 可承受轴向及横向的推力 单片支架 轴向移动可承受横向推力 摇摆支架 不承受推力，但平面可以任何方向的移动 支架的各种布置图直线段煤气管道支架布置图之一 直线段煤气管道支架布置图之二（取消中间固定支架） 注：在装有膨胀器的下部，用两个摩擦单片支架支承，两单片支架之间用型钢拉住使膨胀器的弹性回击力及内部压力、作用在支架上的都互相抵消。 为考虑膨胀器的不平衡，根据管道的伸缩要求，在管皮上安有挡板，致使互相间的膨胀器收缩均衡 并余留有1015%的量。900 变更管道方向时，利用自然补偿之另一种布置. 煤气管道在平面移置时的支架布置图煤气管道在平面移置时，利用自然补偿的支架布置煤气管道高度位置时，利用高差作自然补偿的支架布置煤气管道分支时的支架布置大于1350变更管道方向时的支架布置 注：小于1350变更线路的管道；尽可能利用自然补偿900变更管道方向时，利用自然补偿的支架布置第四章：煤气管道设计的有关图表1混合煤气发热量及混合比计算272混合煤气百分比283通过煤气管道流动的煤气流量表304各种煤气的流量和压力损失345衬砖的脏高炉煤气管道之阻损表-426衬砖的（或衬有耐热混凝土）热发生炉煤气管道 之阻损表437管道阻力系数表448净煤气管道重量负荷跨距表479脏煤气管道跨距表5010空气管道跨距表5111煤气管道用鼓形膨胀器计算5212及系数表5313煤气管道吹刷用蒸汽消耗量计算5514水管流量表5915导向板计算6016一些气体与空气或纯氧混合物的爆炸极限及 温度，煤气爆炸界限的计算62混合煤气发热量及混合比计算冶金工厂常用混合煤气加热钢材，通常是把一种高热值煤气（焦炉煤气或氮肥厂脱氢后的返回气）和一种低热值煤气（如高炉煤气，冷发生炉煤气）进行混合，个别情况下，也有把三种煤气混合到需要的热值，但管道系统比较复杂，应尽量避免。1 两种煤气混合的计算： 低热值煤气在混合煤气中的体积百分数： 低热值煤气在混合煤气中的热量百分数： 混合煤气发热量： 2.三种煤气混合的计算： 计算时先把两种煤气混合到一定发热量，然后再和第三种煤气混合。体积百分数和热量百分数的计算方法同上述。 三种煤气混合后的发热量： 混合煤气百分比 表中：G：表高炉煤气 F：表发生炉煤气 J：表焦炉煤气混合煤气发热量kca/NM2IIIIIIIV发热量（kca/NM3发热量（kca/NM3发热量（kca/NM3发热量（kca/NM3850和4000850和4200900和4000900和4200体积比热量比体积比热量比体积比热量比体积比热量比GJGJGJGJGJGJGJGJ100095.24.8811995.54.581.118.996.93.187.112.997387.412.6110092871.220.892.47.671.528.593.56.576.423.694676.823.212008911633789.510.563.436.690.39.767.632.491968.131.9125087.212.859.440.688.111.960.040.088.711.363.936.189.510.564.435.6130085.714.3564486.613.456.643.487.112.960.333.787.912.160.839.2135084.115.9534785.114.953.647.485.514.557.043.086.513.557.642.4140082.517.5505083.616.450.849.283.816.253.846.284.915.154.545.5145080.919.147.452.68218485282.217.848.349.083.417.651.748.3150079.320.7455580.619.445.754.380.619.448.351.781.818.24951160076.323.740.559.577.622.441.358.777.422.643.556.578.821.244.355.71700732736.563.574.625.437.362.774.225.839.360.775.724.340.159.9180069.830.2336771.628.433.866.2712935.464.672.727.336.463.6190066.733.329.870.268.731.330.769.367.732.3326869.730.33367200063.536.5277365.734.327.872.264.535.5297166.733.33070210060.339.724.475.662.737.325.374.761.338.726.273.863.636.427.272.8220057.242.822.177.959.740.3237758.141.923.876.260.639.424.875.223005446208056.743.320.979.154.845.221.478.657.642.422.577.5240050.849.2188253.746.3198151.648.419.480.654.545.520.479.6250047.752.316.283.850.749.317.282.848.451.617.482.651.548.518.581.5260044.555.514.585.547.852.215.684.445.254.815.484.448.551.516.883.2混合煤气百分比 表中：G：表高炉煤气 J：表焦炉煤气混合煤气发热量Kcae/NM3VVIVIIVIII发热量（kcae/NM3）发热量（kcae/NM3）发热量（kcae/NM3）发热量（kcae/NM3）1250和40001250和42001450和40001450和4200体积比热量比体积比热量比体积比热量比体积比热量比FJFJFJFJFJFJFJFJ1000110012001250130098.11.994.45.698.41.694.45.6135096.43.689.210.896.63.489.510.5140094.55.5