冶煉廠壓縮空氣管道設(shè)計(jì)及施工技術(shù)

邵畢成

(中國十五冶金建設(shè)集團(tuán)有限公司，湖北 武漢 430075)

1 工程概況

某公司承接了某冶煉廠約3 200 m2的壓縮空氣管道設(shè)計(jì)和施工擴(kuò)建改造項(xiàng)目。耗氣量為40 m3/min，原管道直徑為180 mm，運(yùn)行壓力為1.5 MPa，儲氣罐容積為10 m3。壓縮空氣管道及其主要部件構(gòu)成壓力管道結(jié)構(gòu)，采用GC3級標(biāo)準(zhǔn)，D級流體，預(yù)設(shè)壓力值為0.8 MPa，水壓測試值為1.2 MPa。室外壓縮空氣管道選用無縫鋼管垂直埋設(shè)，管道采用焊接連接。管道閥門為截止閥，管道上涂有2層防銹漆和1層銀粉。

2 冶煉廠壓縮空氣管道設(shè)計(jì)分析

2.1 空氣管道管徑設(shè)計(jì)

根據(jù)理論設(shè)計(jì)的壓縮空氣管來看，傳輸損耗與壓縮空氣管的直徑成反比，即管徑越大損耗越小，管徑使用效率越經(jīng)濟(jì)。因此，為確保從空氣壓縮管道的主管徑向支管徑進(jìn)行傳送時(shí)能夠達(dá)到冶煉廠的運(yùn)行需求，主管徑的壓縮空氣流速應(yīng)達(dá)到10 m/s左右，并且管內(nèi)徑的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足計(jì)算公式：

(1)

式中：Di為管道內(nèi)徑，mm；Q為氣體容積流量，m3/h；V為管內(nèi)氣體平均流速，m/s。

2.2 空氣管道壁厚設(shè)計(jì)

壓縮空氣的管道壁的設(shè)計(jì)厚度根據(jù)管道內(nèi)所輸送氣體的實(shí)際壓力值來確定。一般選用低壓鍍鋅金屬管道。其使用壓力值為Pa=0.8 MPa，壁厚計(jì)算公式為：

(2)

式中：n為強(qiáng)度安全系數(shù)，取1.5～2.5；p為管內(nèi)氣壓，Pa；|σ|為管材的容許應(yīng)力，MPa；φ為焊接接合系數(shù)。據(jù)觀察得出結(jié)論，壓縮空氣管道內(nèi)壁存在1 mm的腐蝕深度。因此，在管道成型過程中要全面兼顧管道所用材料的弊端和壓力作用，保證管道的使用價(jià)值。對壓縮空氣管道的壁厚有明確的要求，至少為3 mm，主管徑的壁厚明確要求>4 mm。

2.3 壓縮空氣管道安裝要求

用地下鋪設(shè)可利用熱力或煤氣管道的支柱直接完成架空施工，選用地下鋪設(shè)技術(shù)，有必要和熱力管道鋪設(shè)在同一槽內(nèi)。直接埋設(shè)至凍結(jié)線以下。管道外進(jìn)行防腐絕緣處理，選擇絕緣層的使用類型時(shí)，首先判斷土層的腐蝕程度。當(dāng)管道必須穿越鐵路和重要道路時(shí)，應(yīng)置于標(biāo)準(zhǔn)套管中完成埋設(shè)，如鋼制或水泥制套管，套管兩端探出公路邊1 m、鐵路邊3 m。管道和套管應(yīng)間隔20 mm以上，套筒兩端部位用瀝青麻絲填補(bǔ)。

應(yīng)設(shè)置2個(gè)以上出入口，入口處裝置和附屬件設(shè)置在便于作業(yè)和管控的部位。管道可埋在地下或者架空布設(shè)。在滿足安全條件的情況下必須與其他管道一起鋪設(shè)。必須在沿著每列柱子鋪設(shè)的干管的起點(diǎn)處設(shè)置控制閥。

側(cè)面與支管相連。為了便于建設(shè)，支管和干管一般選用帶有傾斜角度的彎曲管，如90°、60°、30°、15°等類型。管道的末尾部和底端均設(shè)置集水器。當(dāng)管道必須穿越墻體或樓板時(shí)，需安裝套管進(jìn)行施工。

焊接鋼管：公稱直徑DN≤50 mm，利用螺紋進(jìn)行連接，用白鉛油麻線或聚四氟乙烯生料帶填充；DN>50 mm，適用于電焊連接。

無縫鋼管：DN≤50 mm，利用氧-乙炔焊連接；DN>50 mm，選用電焊連接；鋼板卷管適用于電焊連接。

管路支架安裝合格，準(zhǔn)確定位，確保安全穩(wěn)定。立管安裝垂直度要求：長度>4 m，容許誤差12 mm；長度<4 m，容許誤差4 mm。水平管道的坡度誤差不應(yīng)超過±0.000 5。

鋼管壁厚δ≤3 mm，可采用I形坡口，其形式如圖1所示。

圖1 I形坡口

鋼管壁厚δ為3～9 mm，可用V形坡口，其形式如圖2所示。

圖2 V形坡口

3 壓縮空氣管道施工工藝

3.1 管道加工

(1) 將管子、管件、閥件等零構(gòu)件均按照規(guī)定安裝定位，以便在要求的壓力范圍值內(nèi)向用戶傳輸壓縮空氣。安裝步驟包括管材選擇、管子生產(chǎn)、管道鋪設(shè)、管道連接、管道檢驗(yàn)、管道清理等。

(2) 管材選用常用的無縫鋼管。管道體系內(nèi)安裝閥門、壓力排放設(shè)備、排油水裝備、補(bǔ)償器、配氣器及計(jì)器儀表等，均按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)選擇型號和生產(chǎn)。嚴(yán)格校驗(yàn)管材和管件的外部結(jié)構(gòu)。采取磁力探傷等方式，確保高壓管道管材的內(nèi)部結(jié)構(gòu)完整。做好管材的除銹和防銹工作即可實(shí)施加工，閥類裝置需經(jīng)過清洗、打磨、水壓試驗(yàn)等準(zhǔn)備工作。

(3) 管子切割。公稱直徑n在50 mm以下的管和公稱直徑超過50 mm的高壓管應(yīng)采取機(jī)械或人工切割。中低壓大直徑管道(Dg>50 mm)管子采用火焰切割。

(4) 管子掇彎。一般有冷拭或熱撤兩種方式，管徑Dg≤150 mm的采用冷拭，管徑Dg>150 mm的采用熱撤。在無冷拭設(shè)備的條件下也可直接采用熱拭方式，大直徑型號彎管利用切割焊接法加工。管道系統(tǒng)的“П”型補(bǔ)償器的彎曲半徑是管道直徑的3～4倍，急彎彎頭可達(dá)到管道直徑的1.5倍。撤制后的補(bǔ)償器的橢圓度、壁厚減小，應(yīng)減小波浪度及角度誤差，將其控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

3.2 管道敷設(shè)

管道敷設(shè)分為架空敷設(shè)、地溝敷設(shè)、填埋敷設(shè)。安裝前根據(jù)圖紙確認(rèn)位置準(zhǔn)確定位，將管道和附件輸送至施工場地，清除管道加工過程中殘留的焊渣、沙子、布屑等[1]。

(1) 架空敷設(shè)。工廠的架空管道線一般與煤氣管道、熱力管道等同架，安裝工作應(yīng)根據(jù)施工計(jì)劃實(shí)行。煤氣管道固定后，通常采取自行吊裝機(jī)械與其他工業(yè)管一同吊裝的方式。吊起前在地面上組對成30 m長的管道，在表面涂刷防銹漆和面漆1道。一般情況下，沿墻壁、柱子完成室內(nèi)架空管道施工。可利用車間起重機(jī)設(shè)備或電葫蘆吊到車間的行駛臺上，手動安裝定位，或使用鏈?zhǔn)狡鹬貦C(jī)裝備進(jìn)行施工。管道必須穿過墻壁或樓板時(shí)，需安裝套管。

(2) 地溝敷設(shè)。管道地溝按照類型可分為通道地溝、半通道地溝和非通道地溝三類。在通行地溝鋪設(shè)時(shí)將管道按照要求吊入地溝，沿溝底部安排放置。在溝內(nèi)組對利用吊裝設(shè)備或人工吊裝進(jìn)行定位。敷設(shè)半通行地溝和非通行地溝時(shí)，在地面組對，當(dāng)?shù)販现Ъ馨惭b完畢后將管道放入地溝，進(jìn)行連接定位。管道試驗(yàn)達(dá)標(biāo)后進(jìn)行涂飾，最后加蓋地溝蓋加以密封。

(3) 埋地敷設(shè)。完成管道的防腐處理再開始敷設(shè)。地面組對完成后采用自行起重設(shè)備或人工吊裝的方式。管道裝卸和吊裝施工時(shí)不得破壞防腐層。管道在溝內(nèi)相連、測試、清洗后，應(yīng)對管道的全部連接接頭和損壞的防腐層進(jìn)行修復(fù)，直至符合要求方可回填。

(4) 管道連接。管道吊裝定位后進(jìn)行平直調(diào)整。高度、中心線、傾斜度準(zhǔn)確后連接管道。室外的管道采用焊接。管徑<50 mm采用氣焊，管徑>50 mm采用電焊，高壓管道采用電焊或氬弧焊。室內(nèi)管徑在50 mm以下的中、低壓管道可以用螺紋連接。管道、閥門、附件、裝備使用法蘭連接或螺紋連接方式。補(bǔ)償器在穩(wěn)固管路前完成預(yù)拉伸，拉伸量為設(shè)計(jì)膨脹量的1/2。從干管分出支管時(shí)須從干管上部開出三通口，確保干管中的凝結(jié)水和油污正常排放，避免進(jìn)入支管和設(shè)備。采用鉆孔法為高壓管道開三通口，嚴(yán)禁火焰切割操作[2]。

3.3 管道試驗(yàn)

管道試驗(yàn)分為強(qiáng)度試驗(yàn)和嚴(yán)密性試驗(yàn)。

(1) 強(qiáng)度試驗(yàn)。強(qiáng)度試驗(yàn)用水或壓縮空氣進(jìn)行。水試驗(yàn)壓力為工作壓力的1.25倍，氣壓試驗(yàn)壓力為工作壓力的1.15倍。

(2) 密封性試驗(yàn)。用壓縮空氣進(jìn)行密封試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力(Ps)等于工作壓力(P)。在操作過程中，當(dāng)壓力達(dá)到以下參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)檢查外觀結(jié)構(gòu)：當(dāng)達(dá)到0.6Ps時(shí)，Ps<0．2 MPa；當(dāng)達(dá)到0.3Ps和0.6Ps時(shí)，Ps≥0.2 MPa。

(3) 管道吹掃和裝飾。管路試驗(yàn)成功后或使用前，用壓縮空氣清理管道，清除安裝過程中管路內(nèi)留下的施工殘?jiān)埩粑铩U布等雜物，以免其在通氣使用過程中流入機(jī)器[3]。管道裝飾工作主要是管道涂漆和色標(biāo)作業(yè)，裝飾部分也極其重要，根據(jù)規(guī)定，空氣管道涂成深藍(lán)色，標(biāo)注壓縮空氣字樣，文字的顏色是白色。

4 結(jié)束語

隨著科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，壓縮空氣技術(shù)在冶煉廠得到了廣泛的應(yīng)用。為了提升壓縮空氣的廣泛的使用性，本文詳細(xì)研究了壓縮空氣管道設(shè)計(jì)方案和施工技術(shù)要點(diǎn)，保證了管道的穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)性能和應(yīng)用性能，使工程建設(shè)高質(zhì)量地完成。