蒸汽管道的設計與施工

【摘 要】探討了蒸汽管道設計、施工安裝與布置，重點分析了蒸汽管道設計過程中管材、管徑的選取及所遇到的基本問題。蒸汽管道的布置方式的一般原則和補償類型， 蒸汽系統的排氣以及疏水閥的選取。支吊架的放置以及在蒸汽管道的設計中需要考慮的套管變形，保溫及水擊現象等問題的處理解決辦法。

【關鍵詞】蒸汽管道；蒸汽管道設計；蒸汽管道安裝；疏水器；支吊架

1.引言

眾所周知，最近幾年來，我國大氣污染越來越嚴重，霧霾曾一次又一次地襲擊各地方城市。而造成此種現象的部分原因是城市燃煤鍋爐所排放的氣體和有害粉塵。所以要倡導和大力發展集中供熱，逐步取締城市燃煤小鍋爐。目前，城市集中供熱熱源主要有熱電廠、集中鍋爐房等，蒸汽作為一種環保、高效的供熱介質在工業生產和日常生活中應用，通過管道進行輸送。因此供熱管道的設計、設置、施工、安裝正確與否將直接影響整個供熱管網的安全及供熱運行。

2. 蒸汽管道布置的總原則和要求

（1）蒸汽管道布置的總的原則是技術上可靠、經濟上合理和施工維修方便。管道布置力求短直，主干線應通過熱用戶密集區，并靠近熱負荷大的用戶；管道的走向宜平行與道路或建筑物。

（2）管道布置時，應盡量利用管道的自然彎角作為管道受熱膨脹時的自然補償。如采用方形補償器，則方形補償器應盡可能布置在兩固定支架之間的中心點上；采用地上敷設時，在設計中一定要注意美觀，一般工業廠區多采用地上架空敷設，此方式總體造價相對較低。

3. 蒸汽管道設計的要點

為了確保管網的安全、經濟、可靠的運行必須做好蒸汽管道的設計工作。飽和蒸汽管道在輸送途中會產生凝結水，輸送距離不宜過長，常用于工廠區內的供熱系統。供汽壓力根據生產工藝要求的壓力和溫度確定，一般蒸汽壓力小于或等于1.6MPa。過熱蒸汽管道熱源處蒸汽壓力和溫度的確定，要考慮輸送管網的熱損失和壓力損失，保證每個用戶處的蒸汽壓力和溫度滿足工藝要求，并高于飽和溫度。管子所用鋼材應符合國家或冶金部現行標準的規定。當需要采用新鋼種時，應經有關部門鑒定后方可采用。

3.1 管徑的選擇。

3.1.1 主蒸汽、高壓給水等主要管道的管徑尺寸，宜通過投資和運行費的優化計算確定。單相流體的管道，根據推薦的介質流速，按下式計算：

Di=594.7Gvω

或 Di=18.81Qω

式中 Di——管子內徑（mm）；

G——介質質量流量（t/h）；

ν——介質比體積（m3/Kg）；

ω——介質流速（m/s）；

Q—— 介質容積流量（m3/h）。

3.1.2 對于汽水兩相流體的管道，應按兩相流體管道的計算方法計算，求取管徑或核算管道的通流能力。

推薦的管道介質流速：

主蒸汽管道 40 ～ 60

抽汽或輔助蒸汽管道：

過熱汽 35 ～ 60

飽和汽 30 ～ 50

濕蒸汽 20 ～ 35

3.1.3 在推薦的介質流速范圍內選擇具體流速時，應注意管徑大小、參數高低的影響對于直徑小、介質參數低的管道，宜采用較低值。

3.2 壁厚計算。

對于D0Di 1.7承受內壓力的汽水管道，直管的最小壁厚Sm應按下列規定計算

按直管外徑確定時：

Sm=PD02[σ]tη+2YP+α

按直管內徑確定時：

Sm=PD+2[σ]tηα+2YPα2[σ]tη-2P（1-Y）

式中p——管道承受壓力（MPa）；

Sm——直管的最小壁厚（mm）；

D0——管子外徑，取用公稱外徑（mm）；

Di——管子內徑，取用公稱內徑（mm）；

Y——溫度對計算管子壁厚公式的修正系數；

η——許用應力的修正系數；

α——考慮腐蝕、磨損和機械強度要求的附加厚度（mm）。

直管的計算壁厚和取用壁厚按下式計算

SC=Sm+C

SC——直管的計算壁厚（mm）；

C——直管壁厚負偏差的附加值（mm）。

3.3 蒸汽管網水力計算。

（1）長距離輸送的蒸汽管網因沿途壓力和熱能損失，蒸汽密度變化較大，需要分段進行水力計算和熱力計算。計算時先假定蒸汽參數、管徑和保溫厚度，經過反復試算確定計算管段的壓力損失、熱損失和末點壓力、溫度。

（2）蒸汽管道應按設計流量進行計算，再按最小流量進行校核，才能確定管徑和保溫厚度，以保證在任何工況下最不利用戶的壓力和溫度的要求。

4. 蒸汽管道安裝

4.1 管道安裝。

經過管線走向勘測、鋼管檢驗等工作后，可以進行管道的安裝。由于蒸汽管道有架空敷設方式和地埋敷設方式之分，所以施工方法不同。架空敷設時，管道安裝完畢，在進行保溫施工前，須對管道進行水壓試驗。對于長距離的蒸汽管道可做分段試壓。試壓前，在管路最高點安裝放空閥，在最低點安裝疏水閥。試壓壓力為設計壓力的1.5倍，在試壓時，試壓表計須校驗，其精度不得低于1.5倍，表的滿刻度值應為被測最大壓力的1.5～2倍，壓力表不得少于兩塊。地埋敷設與架空敷設不同在于，在安裝管道時要在外套管做排潮管。進行完水壓試驗后須做氣密性試驗，氣密性試驗壓力為0.4MPa。

4.2 管道的熱補償。

為使管道在工作狀態下穩定、安全運行，應對管道因受熱時的熱伸長量進行補償，減小管線因溫度變化而產生的冷熱應力；避免因應力集中對管線造成破壞。管道熱補償的方式有很多種，可以安裝補償器，也可利用蒸汽管線走向的各種彎折（如L型、Z型等）進行自然補償，由此減少補償器的數量，從而降低蒸汽管道的工程造價。

4.3 疏水器的安裝。

在蒸汽管道上必須設置疏水器，蒸汽管道疏水器設置位置：（1）管道的最低點；（2）被閥門切斷的各管段最低點；（3）垂直升高前的管段最低點。一般順坡情況下每隔400～500米，逆坡時每隔200～300米設置啟動疏水和經常疏水裝置。

4.4 支吊架的安裝。

蒸汽管道敷設時每隔一定距離需要設置一支撐點，以支撐管道、附件、保溫層及管道中的水重，并承受管道作用力。支吊架分為固定支架、導向支架、活動支架、彈簧支吊架等形式。在實際工程施工中，彈簧支吊架用于垂直位移的支撐點，當有水平位移時，彈簧支架應加裝滾柱。在設計安裝時應對固定支架做推力和應力驗算。

5. 結語

良好的蒸汽管道設計是蒸汽管道安裝質量的保證。本文只是淺顯的對蒸汽管道相關問題做了論述，仍有很多問題尚未解決，需要在不斷的學習實踐中進一步完善。

參考文獻

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[4] 實用供熱空調手冊[Z]中國建筑工業出版社.

[文章編號]1619-2737（2014）12-18-929

[作者簡介] 黃青青（1986.4-），女，學歷：大學，工學學士，職稱：助理工程師。