制氧空分壓力管道設計計算

郝夢琪

(開封黃河空分集團有限公司,河南 開封 475000)

制氧空分壓力管道設計計算

郝夢琪

(開封黃河空分集團有限公司,河南 開封 475000)

本文分析了壓力管道中包括設計參數、設計準則、強度計算、管道組成件及其壓力設計等方面。通過計算和分析可知,整個管道系統是安全可靠的。

設計參數;工藝設計;強度計算

1 設計概況

本設計是根據久泰能源科技有限公司與開封黃河空分集團所簽署KDON一4000/2000型空分設備技術協議設計,雙方約定的界區范圍；該管道設計,主要介質為空氣、氧氣、氮氣等。

2 設計參數

2.1 由空壓機出口到空冷塔進口管道,流量：23 000Nm3/h；工作壓力：0.52MPa；工作溫度：90℃；設計壓力：0.60MPa；設計溫度：100℃。

2.2 由氧壓機排氣總管道到送出界區,流量：4 000Nm3/h；工作壓力：0.7MPa；工作溫度：40℃；設計壓力：0.8MPa；設計溫度：45℃。

2.3 由氮壓機排氣總管道到送出界區,流量：2000Nm3/h；工作壓力：0.7MPa；工作溫度：40℃；設計壓力：0.8MPa；設計溫度：45℃。

3 工藝計算

3.1 由空壓機出口到空冷塔進口管道。根據經驗：管道流速按小于12m/s,則管道外徑DN=(1.34QT/PV)0.5= (1.34×23 000×383.15/7×12)0.5=370mm

綜合考慮管道留有足夠的余量及管道阻力的影響,選用DN400的管道。確定為GC3類管道。

3.2 由氧壓機排氣總管道到送出界區。根據經驗：管道流速取小于5m/s,則：DN=(1.34QT/PV)0.5=(1.34× 4 000×313.15/9×5)0.5=190mm

綜合考慮管道留有足夠的余量及氧氣的特殊性,選用DN200的不銹鋼管道。確定為GC2類管道。

3.3 由氮壓機排氣總管道到送出界區。根據經驗：管道流速取小于5m/s,則：DN=(1.34QT/PV)0.5=(1.34× 2 000×313.15/9×5)0.5=130mm

綜合考慮管道留有足夠的余量及氧氣的特殊性,故選用DN150的不銹鋼管道。確定為GC2類管道。

4 強度計算

4.1 直管道厚度計算

4.1.1 設計依據：《壓力管道規范工業管道》GB/ T20801一2006［1］。

當t＜D/6時,直管的計算壁厚：t=pD/2(SΦ+pY)；直管的選用壁厚：td=t+C；式中t—直管的計算壁厚(單位：mm)；

p—設計壓力MPa；D—直管外徑(單位：mm)；S—設計溫度下直管材料的許用應力MPa；Φ—焊縫接頭系數；td—設計厚度(單位：mm)；C—直管壁厚的附加裕量(單位：mm)；Y—計算系數,當t＜D/6時,按下選取：

4.1.2 設計條件及計算

4.1.2.1 由空壓機出口到空冷塔進口管道

p—0.60MPa；D—426mm；S—138MPa；Φ—0.9；C—直管壁厚的附加裕量,C1為材料厚度負偏差、C2為腐蝕、沖蝕余量、C3機械加工深度mm；Y—0.4；經計算t=pD/2(SΦ+ pY)=0.60×426/2×(138×0.9+0.6×0.4)=1.01mm；

C=C1+C2+C3=7×12.5%+2=2.88mm；

td=t+C=1.01+2.88=3.89mm；

根據市場規格管道壁厚圓整為7mm；選規格?426×7。

4.1.2.2 由氧壓機排氣總管道到送出界區：p—設計壓力,0.8MPa；

D—200mm；S—138MPa；Φ—1；C—直管壁厚的附加裕量,C1為材料厚度負偏差、C2為腐蝕、沖蝕余量、C3機械加工深度mm；Y—0.4；經計算t=pD/2(SΦ+pY)=0.8×219/ 2×(138×1+0.8×0.4)=0.63mm；

C=C1+C2+C3=6×12.5%+2=2.75mm；

td=t+C=0.63+2.75=3.38mm；

根據市場規格管道壁厚圓整為6mm；選規格?219×6。

4.1.2.3 由氮壓機排氣總管道到送出界區：p—設計壓力,0.8MPa；

D—150mm；S—138MPa；Φ—1；C—直管壁厚的附加裕量,C1為材料厚度負偏差、C2為腐蝕、沖蝕余量、C3機械加工深度mm；Y—溫度修正系數,0.4；經計算t=pD/2(SΦ+ pY)=0.8×159/2×(138×1+0.8×0.4)=0.45mm；

C=C1+C2+C3=6×12.5%+2=2.75mm；

td=t+C=0.45+2.75=3.2mm；

根據市場規格管道壁厚圓整為6mm；選規格?159×6。

4.2 彎頭厚度計算

4.2.1 設計依據：

根據《壓力管道規范工業管道》GB/T20801一2006確定：

I—計算系數；R—彎頭在管子中心線處的彎曲半徑,單位為毫米(mm)；tw—彎頭在內側、外側、或彎管中心線處的計算厚度,單位為毫米(mm)；a—彎管或彎頭的轉角,單位為度。

彎頭的計算厚度(位于a/2處)；tw=pD/2(SΦ/I+pY)

當計算彎頭的內側厚度時：I=4(R/D)一1/(4(R/D)一2)

當計算彎頭的外側厚度時：I=4(R/D)+1/(4(R/D)+2)

當計算彎頭中心線處的側厚度時：I=1.0

4.2.2 設計條件

4.2.2.1 由空壓機出口到空冷塔進口管道：p—0.60MPa；

D—426mm；S—138MPa；Φ—0.9；

Y—溫度修正系數,0.4；R—406；a—90。

經計算：內側厚度I=1.55

tw=0.60×426/2((138×0.9/1.55)+0.6×0.4)=1.59mm；外側厚度I=0.83

tw=0.60×426/2((138×0.9/0.83)+0.6×0.4)=0.85mm；中心線處厚度I=1.0

tw=0.60×426/2((138×0.9/1)+0.6×0.4)=1.03mm

根據市場規格,彎頭壁厚圓整為7mm；

4.2.2.2 由氧壓機排氣總管道到送出界區：p—0.8MPa；

D—219mm；S—138MPa；Φ—1；Y—溫度修正系數, 0.4；R—203mm；a—90。；經計算：內側厚度I=1.59

tw=0.8×219/2((138×1/1.59)+0.8×0.4)=1.0mm；外側厚度I=0.83

tw=0.8×219/2((138×1/0.83)+0.8×0.4)=0.53mm；中心線處厚度I=1.0

tw=0.8×219/2((138×1/1)+0.8×0.4)=0.63mm

根據市場規格,彎頭壁厚圓整為6mm

4.2.2.3 由氮壓機排氣總管道到送出界區：p—設計壓力,0.8MPa；

D—159mm；S—138MPa；Φ—1；Y—溫度修正系數, 0.4；R—取152mm；a—90。；經計算：內側厚度I=1.55

tw=0.8×159/2((138×1/1.55)+0.8×0.4)=0.71mm：外側厚度I=0.83；

tw=0.8×159/2((138×1/0.83)+0.8×0.4)=0.38mm：中心線處厚度I=1.0

tw=0.8×159/2((138×1/1)+0.8×0.4)=0.45mm

根據市場規格,彎頭壁厚圓整為6mm。

5 結論

計算和分析可知,整個壓力管道系統符合國家現行的標準、規范,滿足久泰4000空分項目工程管道的要求,整個管道系統是安全可靠的。

［1］GB/T208012006壓力管道規范［S］.2006.

Design and Calculation of Oxygen PreParation Air SeParation Pressure PiPeline

Hao Mengqi
(Yellow River Air Separation Co.,Ltd.In Kaifeng,Kaifeng Henan 475000)

This paper analyzed several aspects of the pressure pipeline,including the design parameters,design criteria,strength calculation,piping components and pressure design,etc.Through calculation and analysis,the whole pipeline system is safe and reliable.

design parameters;process design;strength calculation

TU995

A

1003一5168(2015)07一0062一2

2015一6一10

郝夢琪(1983.10一),女,本科,研究方向:機械設計。