熱力管道設(shè)計(jì)方法
火力發(fā)電廠生產(chǎn)過(guò)程:
火力發(fā)電廠指利用石油、煤炭和天然氣等燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱能加熱水,使水變成高溫、高壓蒸汽,再由蒸汽推動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電方式的總稱。
主要生產(chǎn)過(guò)程:燃料在鍋爐中燃燒加熱,使水變成蒸汽,將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能,蒸汽壓力推動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn),熱能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能,然后汽輪機(jī)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn),將機(jī)械能轉(zhuǎn)變成電能。它由5個(gè)系統(tǒng)組成:燃料系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、汽水系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。最主要的設(shè)備是鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)。
按鍋爐出口蒸汽壓力和溫度分類如下:
動(dòng)力管道設(shè)計(jì)的一般規(guī)定:
管道設(shè)計(jì)一般要求:根據(jù)工藝系統(tǒng)和實(shí)際布置條件進(jìn)行,做到:
選材正確、布置合理、補(bǔ)償良好、疏水通暢、流阻較小、造價(jià)低廉、支吊合理、安裝維修方便、擴(kuò)建靈活、整齊美觀,并應(yīng)避免水擊、共振和降低噪聲。
設(shè)計(jì)參數(shù):
設(shè)計(jì)壓力:介質(zhì)最大工作壓力。水管道應(yīng)包括水柱靜壓的影響,當(dāng)其低于額定壓力的3%時(shí),可不考慮。
設(shè)計(jì)溫度:介質(zhì)的最高工作溫度。
動(dòng)力管道的允許工作壓力與公稱壓力換算:
式中:[p]—允許的工作壓力,MPa;
PN— 管道公稱壓力,MPa;
[σ]t— 鋼材在設(shè)計(jì)溫度下的許用應(yīng)力,MPa;
[σ]s— 鋼材在指定的某一溫度下的許用應(yīng)力,MPa。
動(dòng)力管道管材選擇:
動(dòng)力管道水壓試驗(yàn)要求:
水壓試驗(yàn)用于檢驗(yàn)管子和附件的強(qiáng)度及管系的嚴(yán)密性。
試驗(yàn)壓力:不小于1.5倍設(shè)計(jì)壓力,且不小于0.2MPa。
試驗(yàn)用水溫度:5~70℃,環(huán)境溫度不低于5℃。
試驗(yàn)水質(zhì):必須清潔且對(duì)管道系統(tǒng)材料的腐蝕性要小。奧氏體不銹鋼管道采用飲用水,且氯離子含量不超過(guò)25mg/L。
亞臨界及以上參數(shù)機(jī)組的主蒸汽管道和再熱蒸汽管道焊縫可采用無(wú)損探傷來(lái)代替水壓試驗(yàn)。
探傷要求符合《電力建設(shè)施工及驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范(鋼制承壓管道對(duì)接焊縫射線檢驗(yàn)篇)》的規(guī)定。
管道附件選擇原則:
附件材料:彎管、彎頭、異徑管、三通、封頭堵頭的材料應(yīng)與所連接的管材一致。法蘭組件的材料,應(yīng)根據(jù)管道的設(shè)計(jì)參數(shù)選用。
附件型式:
法蘭:設(shè)計(jì)溫度≤300℃,PN≤2.5, 選用平焊法蘭;
設(shè)計(jì)溫度>300℃ 或PN≥4,選用對(duì)焊法蘭。
彎管及彎頭:PN≥6.3,采用中頻加熱彎管或符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的彎頭;PN<6.3,采用熱成型彎頭; PN<1.0、DN<50采用冷彎彎管。
異徑管:PN≤2.5,用焊制異徑管,PN≥4.0用模壓異徑管。
封頭、堵頭: 采用橢球形封頭、球形封頭或?qū)付骂^。
PN≤2.5采用平焊堵頭、帶加強(qiáng)筋焊接堵頭或錐形封頭。
動(dòng)力管道三通型式選用表
動(dòng)力管道法蘭型式選用表
動(dòng)力管道閥門選擇原則:
根據(jù)系統(tǒng)的參數(shù)、通徑、泄漏等級(jí)、啟閉時(shí)間選擇,布置在便于操作、維護(hù)和檢修的地方。
閘閥:關(guān)斷用,要求流阻較小或介質(zhì)需兩個(gè)方向流動(dòng)時(shí)選用。
截止閥:關(guān)斷用,要求嚴(yán)密性較高時(shí),選用截止閥。
球閥:調(diào)節(jié)或關(guān)斷用。要求迅速關(guān)斷開(kāi)啟時(shí),選用球閥。
調(diào)節(jié)閥:根據(jù)調(diào)節(jié)方式和調(diào)節(jié)范圍選用。不宜作關(guān)斷閥使用。
疏水閥:水平安裝。按疏水量、選用倍率和最大連續(xù)排水量選擇。
蝶閥:宜用于全開(kāi)、全關(guān),也可作調(diào)節(jié)用。
安全閥:根據(jù)介質(zhì)流量和參數(shù)選擇。水管道采用微啟式安全閥;蒸汽管道根據(jù)介質(zhì)種類、排放量大小采用全啟式或微啟式安全閥。
動(dòng)力管道何時(shí)需要設(shè)置旁通閥:
(1)汽輪機(jī)自動(dòng)主汽閥前的電動(dòng)主閘閥,裝設(shè)旁通閥;
(2)截止閥:作用在閥座上的力超過(guò)50kN時(shí),設(shè)旁通閥;
(3)手動(dòng)閘閥,滿足以下條件設(shè)旁通閥;
何時(shí)需要設(shè)置電動(dòng)或氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置:
(1)按生產(chǎn)過(guò)程的要求,需頻繁啟閉或遠(yuǎn)方操作時(shí)。
(2)閥門裝設(shè)在手動(dòng)難以實(shí)現(xiàn)的地方,或必須在兩個(gè)及以上的地方操作時(shí)。
(3)扭轉(zhuǎn)力矩較大,或開(kāi)關(guān)閥門時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)。
電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置:供電系統(tǒng)簡(jiǎn)單,敷設(shè)方便,但用于有爆炸性氣體或物料積聚及高溫潮濕雨淋的場(chǎng)所時(shí),應(yīng)選用相應(yīng)防護(hù)等級(jí)的電動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置。
氣動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置: 動(dòng)作快、受環(huán)境條影響小,但應(yīng)有可靠的供氣系統(tǒng)及氣源設(shè)施。
動(dòng)力管道及其附件的布置:
一般規(guī)定:管道應(yīng)結(jié)合設(shè)備及建筑結(jié)構(gòu)情況布置,管道交叉較多時(shí),宜分層布置。管道與墻、梁、柱及設(shè)備之間等凈空距離:
不保溫管道:管子外壁與墻之間距離不小于200mm,管子外壁與地面距離 不小于350mm,兩管外壁之間的距離不小于200mm。
保溫管道:保溫表面與墻之間距離不小于150mm。保溫表面與地面距離不小于300mm。兩管保溫表面之間距離不小于150mm。
管道保溫表面與通道之間距離不小于2m。管道橫跨扶梯上空,保溫表面至扶梯傾斜面的垂直距離h,不小于表中數(shù)值。
附件布置一般規(guī)定:
兩個(gè)成型附件相連接時(shí),宜裝設(shè)一段直管。DN≥150管道,不小于200mm; DN150管道,不小于150mm。
管道的最小疏放水坡度:
管道的最小疏放水坡度按下列要求確定:
蒸汽管道:溫度<430℃,0.002;溫度≥430℃,0.004;
水管道:0.002;疏水、排污管道:0.003;
各類母管:0.001~0.002。
動(dòng)力管道的補(bǔ)償:應(yīng)充分利用管道本身柔性來(lái)補(bǔ)償管道的熱膨脹。自補(bǔ)償不能滿足要求時(shí),須增設(shè)補(bǔ)償器。主蒸汽、再熱蒸汽、汽輪機(jī)抽汽、輔助蒸汽、高溫軸封供汽及高壓給水管道應(yīng)按照《汽水管道應(yīng)力計(jì)算技術(shù)規(guī)定》進(jìn)行電子計(jì)算機(jī)計(jì)算。
動(dòng)力管道的冷緊要求:設(shè)計(jì)溫度在430℃及以上的管道宜進(jìn)行冷緊,冷緊比(即冷緊值與全補(bǔ)償值之比)不宜小于0.7;其他管道,需減小工作狀態(tài)下對(duì)設(shè)備的推力和力矩時(shí),也可冷緊。
管道支吊架設(shè)計(jì):
一般規(guī)定:管道支吊架應(yīng)根據(jù)管道系統(tǒng)的總體布置綜合確定。支吊系統(tǒng)合理承受管道的動(dòng)荷載、靜荷載和偶然荷載,合理約束管道位移,防止管道振動(dòng)。在各種工況下,管道應(yīng)力均在允許范圍內(nèi)。滿足管道所連設(shè)備對(duì)接口推力(力矩)的限制要求。確定支吊架間距時(shí),應(yīng)滿足管道強(qiáng)度、剛度、防振動(dòng)的要求。
支吊架型式:
固定支架:用于管道上不允許有任何方向的線位移和角位移的支承點(diǎn)。
滑動(dòng)支架或剛性吊架:用于不允許有垂直位移的支吊點(diǎn)。
滾動(dòng)支架:用于不允許有垂直位移且需減小支架摩擦力的支撐點(diǎn)。
彈簧支吊架:用于有垂直位移的支吊點(diǎn)。
導(dǎo)向裝置:用于需引導(dǎo)管道某方向位移而限制其他方向位移的地方。
管道疏放水、放氣系統(tǒng):
一般規(guī)定:簡(jiǎn)單可靠,布置合理,便于維修擴(kuò)建。疏水管道應(yīng)按運(yùn)行壓力相近者分組,分別接入不同壓力的疏水箱。放水、放氣漏斗的布置,應(yīng)保證不危及設(shè)備和人身的安全,操作時(shí)能看見(jiàn)工質(zhì)的流動(dòng)情況。
下列地點(diǎn)應(yīng)設(shè)置經(jīng)常疏水、啟動(dòng)疏水、放水、放氣裝置。
經(jīng)常疏水:經(jīng)常處于熱備用狀態(tài)的設(shè)備進(jìn)汽管段的低位點(diǎn),蒸汽不經(jīng)常流通的管道死端,且是管道的低位點(diǎn),飽和蒸汽管道和蒸汽伴熱管道的適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)。
啟動(dòng)疏水:分段暖管的管段末端,水平管道上每隔100~150m處。裝設(shè)經(jīng)常疏水裝置處,同時(shí)應(yīng)裝設(shè)啟動(dòng)疏水和放水裝置。所有可能積水而又需要及時(shí)疏出的低位點(diǎn)。
放水裝置:設(shè)在管道可能積水的低位點(diǎn)。
放氣裝置:水管道的最高位點(diǎn),水壓試驗(yàn)的蒸汽管道最高位點(diǎn)。
PN≥4.0MPa:管道疏放水、放氣裝置應(yīng)串聯(lián)裝設(shè)兩個(gè)截止閥;
PN≤2.5MPa:管道疏放水,放氣裝置宜裝設(shè)一個(gè)截止閥。
PN≥6.3MPa:管道經(jīng)常疏水宜裝設(shè)節(jié)流裝置或疏水閥,節(jié)流裝置后的閥門用節(jié)流閥;
蒸汽壓力很低時(shí),可采用U型水封裝置。
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