长输蒸汽管道补偿及支架设计

2016-03-13于兰大连市化工设计院有限公司辽宁大连116039

化工管理 2016年24期

于兰（大连市化工设计院有限公司，辽宁大连 116039）

长输蒸汽管道补偿及支架设计

于兰（大连市化工设计院有限公司，辽宁大连 116039）

近年来，随着人们物质生活水平的不断提高，人们对于生活环境的要求也变得越来越高。特别是在供热方面的要求，往往需要运用到长输蒸汽管道来进行蒸汽输送，从而实现用户供热的目的。为了确保用户能够享受更好的生活，需要对长输蒸汽管道做好相应的补偿以及支架设计的工作。本文主要对这两方面进行了探讨。

长输蒸汽管道；管道补偿；支架设计

随着我国工业化程度越来越高，环境污染问题也变得越来越严重，这对于人类的健康生活以及可持续发展是非常不利的。而利用蒸汽对千家万户进行供热，就是一项有效的保护生态环境的措施。因为利用现有热源和规划热源，发展长距离供热技术，可以有效的减少工业和生活对燃煤的需求，从而实现对环境的有效保护。不过，在利用这项技术的时候，一定要做好长输蒸汽管道的补偿及支架的设计工作。

1 长输蒸汽管道设计中应注意的问题

1.1 管道类别

长输蒸汽管道一定要根据工程实际情况对具体管道压力类别进行确定，根据《压力容器压力管道设计许可规则TSG R1001-2008》中压力管道类别、级别划分规定，长输蒸汽管道压力等级可能为工业管道（GC类）、动力管道（GD类）、公用管道（GB类）、长输管道（GA类）。长输蒸汽管道作为压力管道的一种，在设计时首先要明确管道所属的压力类别，它决定着管道验收、设计、制作、施工的标准，是管道安全运行、稳定的重要保障，同时，管道的工程安装、验收标准、设计也应相对应。另外，当管道属于GC1类压力管道时，还应注明是GC1级中的第几项，如GC1（3）。

1.2 管道布置

长输蒸汽管道宜架空敷设，需要具备一定的刚性，才能防止动态荷载产生的冲击；长输蒸汽管道也需要具备足够的柔性，才能满足管嘴推力的要求。长输蒸汽管道排液设施及位置应合理设计，顺坡时排液设施间距不宜大于300m，逆坡时不宜大于200m。所有蒸汽支管应从主管的顶部引出，当工艺要求支管上设置切断阀时，切断阀应布置在靠近主管的水平管段上。

1.3 应力计算

目前，美国CODADE公司编制的CAESARⅡ软件在长输蒸汽管道应力计算方面的应用越来越广泛，该软件可以模拟非线性约束，用户可以根据自身的要求进行配置计算选项，工况组合。软件内置标准为ASME标准，故管道材质的匹配问题以及在使用时的单位换算要特别注意。

2 管道支架跨距的确定

支架的跨距决定着管道支架的数量，跨距的大小影响着投资，所以在保证安全和正常运行的条件下，应尽可能增大管道支架的跨距来降低支架费用，管道支架的允许跨距取决于管材的强度、管子截面刚度、外荷载的大小、管道的敷设坡度及管道允许的最大挠度，管道支架允许跨距的计算按强度和刚度两个条件进行，按《石油化工管道支吊架设计规范SH/T3073-2004》中规定“连续水平敷设的管道，其基本跨距，应按三跨连续梁承受均布荷载的刚度条件和强度条件计算，并取两者中的小值”。

在对水平弯管管道支架允许跨距进行确定的时候，需要确保水平90°弯管两支架间的管道展开长度，应为水平直管跨距的0.6倍～0.7倍；水平管道末端直管的允许跨距，应为水平直管跨距的0.7倍～0.8倍。

3 管道支架、补偿的设计计算

本文以某企业的长输管道支架以及补偿设计为例，对其相应的设计计算进行了探讨。在该项目中，从该装置旁的公司引入一根临时蒸汽管作为过渡，从接入点到使用点约800米，其中跨公路两次，其余均高出场平地面500mm。

3.1 管道热补偿

管道热补偿的方法有两种：一种是管道自身弯曲自然补偿，另一种是采用补偿器。

（1）管道热伸长量的计算

管道热伸长量：M=Lα（t2-t1）（4-1）：在整个式子中，M表示的是管道的热伸长量，单位是cm。L表示的是计算管长，单位是m。α表示的是管道的线膨胀系数，单位是cm/（m·℃）。 t2-表示的是管内的介质温度，单位是℃。t1表示的是管道安装的温度，单位也是℃。

（2）管道的自然补偿

此段跨路蒸汽管后有134米的直管段，所以跨路段管线最好利用自身的弯曲进行自然补偿，此段可做四个L型补偿，也可做2个Z型补偿，鉴于此段管线短，为减少固定支架数量，我们做2个Z型自然补偿，则S4设为固定点，接入点是在设备上，可看做是一个固定点，则Z型补偿器L2=14m，短臂L1=1.530m，

长臂热伸长量=L2α（t2-t1）=14*11.72*10-4（164-20）= 2.36cm

短臂热伸长量=L1α（t2-t1）=1.53*11.72*10-4（164-20）= 0.258cm

所以热伸长量=2.36+0.258=2.62cm

（3）空间自然补偿管段

固定管架S10后是一段长96米的直管段，对于直管段不能够自然补偿，为应对管线的热膨胀通常采用方形补偿器，方形补偿器由四个90°弯头组成

根据相应的规定可知，DN150的热力管道两固定支架的最大间距为80米，即以8m一个管架设置，依此类推管架S20为固定支架，S10和S20两固定管架之间管道热伸长量按（4-1）计算：

热伸长量M=Lα（t2-t1）=80*11.72*10-4（164-20）=13.5cm= 135mm。

因此，两固定管架之间热伸长量为135mm。按照《动力管道设计手册》表6-2，补偿形式选择1型（b=2a），外臂伸长H=a+2R=2120，弯头半径R=1.5D。

此段直管段结束后，管线要穿过厂区大门，所以管线向上走到大门顶部，借助大门作为支架，此处管线较短，所以在拐弯处为防止管线偏移设置了导向支架，同时，根据《石油化工管道支吊架设计规范SH/T3073-2004》中规定，DN150蒸汽管道允许导向支架间距推荐值为24.4米，本次设计取24米，其余为滑动支架。