高溫高壓煤氣管道計算與布置的研究

劉 茜

（中冶東方工程技術有限公司，山東青島 266555）

高溫高壓煤氣管道計算與布置的研究

劉 茜

（中冶東方工程技術有限公司，山東青島 266555）

鋼鐵冶金企業中高溫高壓煤氣溫度和壓力與設備選型和節能減排有重要關系。因此準確計算與布置高溫高壓煤氣管道有重要意義。通過計算阻力損失，自然降溫，并利用CAESARⅡ管道應力分析軟件對高溫高壓煤氣管道進行建模與應力分析，得出滿足行業標準的高溫高壓煤氣管道的最優布置方案。

高溫高壓；煤氣管道；自然降溫；阻力損失；應力分析

一般工程設計中會盡量縮短高溫高壓煤氣管道的長度以減少損失，而有些工程由于地理位置、分期建設等原因，高溫高壓煤氣管道較長。此類工程中，高溫高壓煤氣在輸送過程中狀態參數不斷變化，出口煤氣溫度和壓力直接影響BPRT和減壓閥組的選型及安全運行。合理布置煤氣管道可以減少壓力損失，從而達到節能減排的目的。為了得到煤氣管道最優布置方案及準確設備選型，需對煤氣管道進行傳熱計算、阻損計算及應力分析。應力分析使用了CAESARⅡ管道應力分析軟件。本文以某鋼廠搬遷項目煉鐵區高溫高壓煤氣管道為例，介紹高溫高壓煤氣管道的計算及布置的方法。

1 工程概況

某鋼廠高溫高壓煤氣管道架空敷設，管線長約400m，管徑DN2000（?2020x10），設計溫度250℃，設計壓力0.25MPa。煤氣管道布局布置圖見詳圖1。

2 管道自然溫降計算

由于管壁自身熱阻很小，管道內壁溫度和外壁溫度較為接近，因此忽略管壁自身對傳熱影響。

已知條件：室外計算溫度13.5℃；入口煤氣溫度220℃；煤氣標況流量256 700m3/h；入口煤氣工況流量234 110m3/h；管道外徑2.02m；管道內徑2.00 m；管道壁厚0.01m；外表面積與內表面積之比1.01；入口煤氣流速10.34m/s；煤氣定壓比熱1.37kJ/（m3·℃）

最終計算：定性溫度200℃；定性尺寸2.0m；鋼管導熱系數153.03；介質導熱系數0.06；管道線性傳熱熱阻0.025 7h·m·℃/kJ；管道總換熱熱阻0.161 7h·m2·℃/kJ。

溫降：長度400m；溫度降低7℃。

因此，到達BPRT的煤氣溫度約為213℃。

3 管道阻力損失計算

煤氣管道的壓力降由直管段壓力降和局部壓力降組成。

3.1 直管段壓力降ΔP1

3.2 直管段壓力降Δp2

漸擴管：ξ=0.15；漸縮管：ξ=0.13；彎頭：ξ=0.347×8；導向 ：ξ=0.23×2；流量計 ：ξ=0.9；焊接彎頭 ：ξ=0.06×2

4 管道應力分析

CAESARⅡ管道應力分析軟件是國際較為流行的管道應力分析軟件之一。它對優化設計、節約材料、安全生產等方面均有重要的作用。CAESAR2軟件可以進行管道靜力分析和動力分析。管道靜力分析包括：①壓力荷載和持續荷載作用下的一次應力計算——防止塑性變形破壞；②管道熱脹冷縮以及端點附加位移等位移荷載作用下的二次應力計算——防止疲勞破壞；③管道對設備作用力的計算——防止作用力太大，保證設備正常運行；④管道支吊架的受力計算——為支吊架設計提供依據。

通過優化支吊架和調整管道走向的方法可以有效降低管道所承受的一次應力和二次應力，確保管道及系統的安全可靠，實現其與經濟合理性之間的最佳平衡。

[1] 陳明秋，薛永明，王文青.高溫煤氣管道自然溫降的研究[J].冶金動力，2016.

Study on Calculation and Arrangement of High Temperature and High Pressure Gas Pipeline

Liu Qian

The temperature and pressure of medium and high temperature and high pressure gas in iron and steel metallurgical enterprises are related to equipment selection and energy saving and emission reduction.So accurate calculation and layout of high temperature and high pressure gas pipeline is important.Through the calculation of resistance loss，the natural cooling，and the use of CAESAR Ⅱ pipeline stress analysis software for high temperature and high pressure gas pipeline modeling and stress analysis，to meet the industry standard high temperature and high pressure gas pipeline optimal layout program.

high temperature and high pressure；gas pipeline；natural cooling resistance；loss stress analysis

X701.2

A

1003-6490（2017）12-0126-01

2017-10-15

劉茜（1988—），女，遼寧大連人，助理工程師，主要研究方向為能源動力。