蒸汽管道的设计与施工

【摘 要】探讨了蒸汽管道设计、施工安装与布置，重点分析了蒸汽管道设计过程中管材、管径的选取及所遇到的基本问题。蒸汽管道的布置方式的一般原则和补偿类型， 蒸汽系统的排气以及疏水阀的选取。支吊架的放置以及在蒸汽管道的设计中需要考虑的套管变形，保温及水击现象等问题的处理解决办法。

【关键词】蒸汽管道；蒸汽管道设计；蒸汽管道安装；疏水器；支吊架

1.引言

众所周知，最近几年来，我国大气污染越来越严重，雾霾曾一次又一次地袭击各地方城市。而造成此种现象的部分原因是城市燃煤锅炉所排放的气体和有害粉尘。所以要倡导和大力发展集中供热，逐步取缔城市燃煤小锅炉。目前，城市集中供热热源主要有热电厂、集中锅炉房等，蒸汽作为一种环保、高效的供热介质在工业生产和日常生活中应用，通过管道进行输送。因此供热管道的设计、设置、施工、安装正确与否将直接影响整个供热管网的安全及供热运行。

2. 蒸汽管道布置的总原则和要求

（1）蒸汽管道布置的总的原则是技术上可靠、经济上合理和施工维修方便。管道布置力求短直，主干线应通过热用户密集区，并靠近热负荷大的用户；管道的走向宜平行与道路或建筑物。

（2）管道布置时，应尽量利用管道的自然弯角作为管道受热膨胀时的自然补偿。如采用方形补偿器，则方形补偿器应尽可能布置在两固定支架之间的中心点上；采用地上敷设时，在设计中一定要注意美观，一般工业厂区多采用地上架空敷设，此方式总体造价相对较低。

3. 蒸汽管道设计的要点

为了确保管网的安全、经济、可靠的运行必须做好蒸汽管道的设计工作。饱和蒸汽管道在输送途中会产生凝结水，输送距离不宜过长，常用于工厂区内的供热系统。供汽压力根据生产工艺要求的压力和温度确定，一般蒸汽压力小于或等于1.6MPa。过热蒸汽管道热源处蒸汽压力和温度的确定，要考虑输送管网的热损失和压力损失，保证每个用户处的蒸汽压力和温度满足工艺要求，并高于饱和温度。管子所用钢材应符合国家或冶金部现行标准的规定。当需要采用新钢种时，应经有关部门鉴定后方可采用。

3.1 管径的选择。

3.1.1 主蒸汽、高压给水等主要管道的管径尺寸，宜通过投资和运行费的优化计算确定。单相流体的管道，根据推荐的介质流速，按下式计算：

Di=594.7Gvω

或 Di=18.81Qω

式中 Di——管子内径（mm）；

G——介质质量流量（t/h）；

ν——介质比体积（m3/Kg）；

ω——介质流速（m/s）；

Q—— 介质容积流量（m3/h）。

3.1.2 对于汽水两相流体的管道，应按两相流体管道的计算方法计算，求取管径或核算管道的通流能力。

推荐的管道介质流速：

主蒸汽管道 40 ～ 60

抽汽或辅助蒸汽管道：

过热汽 35 ～ 60

饱和汽 30 ～ 50

湿蒸汽 20 ～ 35

3.1.3 在推荐的介质流速范围内选择具体流速时，应注意管径大小、参数高低的影响对于直径小、介质参数低的管道，宜采用较低值。

3.2 壁厚计算。

对于D0Di 1.7承受内压力的汽水管道，直管的最小壁厚Sm应按下列规定计算

按直管外径确定时：

Sm=PD02[σ]tη+2YP+α

按直管内径确定时：

Sm=PD+2[σ]tηα+2YPα2[σ]tη-2P（1-Y）

式中p——管道承受压力（MPa）；

Sm——直管的最小壁厚（mm）；

D0——管子外径，取用公称外径（mm）；

Di——管子内径，取用公称内径（mm）；

Y——温度对计算管子壁厚公式的修正系数；

η——许用应力的修正系数；

α——考虑腐蚀、磨损和机械强度要求的附加厚度（mm）。

直管的计算壁厚和取用壁厚按下式计算

SC=Sm+C

SC——直管的计算壁厚（mm）；

C——直管壁厚负偏差的附加值（mm）。

3.3 蒸汽管网水力计算。

（1）长距离输送的蒸汽管网因沿途压力和热能损失，蒸汽密度变化较大，需要分段进行水力计算和热力计算。计算时先假定蒸汽参数、管径和保温厚度，经过反复试算确定计算管段的压力损失、热损失和末点压力、温度。

（2）蒸汽管道应按设计流量进行计算，再按最小流量进行校核，才能确定管径和保温厚度，以保证在任何工况下最不利用户的压力和温度的要求。

4. 蒸汽管道安装

4.1 管道安装。

经过管线走向勘测、钢管检验等工作后，可以进行管道的安装。由于蒸汽管道有架空敷设方式和地埋敷设方式之分，所以施工方法不同。架空敷设时，管道安装完毕，在进行保温施工前，须对管道进行水压试验。对于长距离的蒸汽管道可做分段试压。试压前，在管路最高点安装放空阀，在最低点安装疏水阀。试压压力为设计压力的1.5倍，在试压时，试压表计须校验，其精度不得低于1.5倍，表的满刻度值应为被测最大压力的1.5～2倍，压力表不得少于两块。地埋敷设与架空敷设不同在于，在安装管道时要在外套管做排潮管。进行完水压试验后须做气密性试验，气密性试验压力为0.4MPa。

4.2 管道的热补偿。

为使管道在工作状态下稳定、安全运行，应对管道因受热时的热伸长量进行补偿，减小管线因温度变化而产生的冷热应力；避免因应力集中对管线造成破坏。管道热补偿的方式有很多种，可以安装补偿器，也可利用蒸汽管线走向的各种弯折（如L型、Z型等）进行自然补偿，由此减少补偿器的数量，从而降低蒸汽管道的工程造价。

4.3 疏水器的安装。

在蒸汽管道上必须设置疏水器，蒸汽管道疏水器设置位置：（1）管道的最低点；（2）被阀门切断的各管段最低点；（3）垂直升高前的管段最低点。一般顺坡情况下每隔400～500米，逆坡时每隔200～300米设置启动疏水和经常疏水装置。

4.4 支吊架的安装。

蒸汽管道敷设时每隔一定距离需要设置一支撑点，以支撑管道、附件、保温层及管道中的水重，并承受管道作用力。支吊架分为固定支架、导向支架、活动支架、弹簧支吊架等形式。在实际工程施工中，弹簧支吊架用于垂直位移的支撑点，当有水平位移时，弹簧支架应加装滚柱。在设计安装时应对固定支架做推力和应力验算。

5. 结语

良好的蒸汽管道设计是蒸汽管道安装质量的保证。本文只是浅显的对蒸汽管道相关问题做了论述，仍有很多问题尚未解决，需要在不断的学习实践中进一步完善。

参考文献

[1] 全国勘察设计注册公用设备工程师动力专业执业资格考试教材。机械工业出版社.

[2] 城镇供热管网设计规范.CJJ34-2010.

[3] 供热工程[M]中国建筑工业出版社.

[4] 实用供热空调手册[Z]中国建筑工业出版社.

[文章编号]1619-2737（2014）12-18-929

[作者简介] 黄青青（1986.4-），女，学历：大学，工学学士，职称：助理工程师。