蒸汽管设计培训

蒸汽热网系统设计培训文件上海科华热力管道有限公司技术部二〇一六年二月主要内容一、管网系统二、产品特点三、设计重点四、主要工具五、习题一、管网系统1.1基本系统组成热网系统是连接热源与终端热用户的热介质输配系统。热网系统包括直管道（工作管及外套管）、弯头、三通、大小头、阀门、补偿器、计量仪表、减温减压装置等。热网附属系统包括管道支架（滑动、导向、固定）、支墩（滑动、导向、固定）、疏水装置、波纹隔断、排潮管、保温结构、防腐、桁架、套管（顶管）、悬索桥、斜拉索桥等。一、管网系统1.2热网系统与项目关系热网系统（供热）是热电联厂项目重要组成部分,是当前火力发电项目审核审批必须的构成环节。热网系统（供热）是天然气分布式能源项目必须的重要组成部分,是分布式能源项目区域供热、供冷介质的输送核心。热力专项规划、热网可行性研究报告、热网项目建议书（技术方案）热负荷及水力计算管网系统设计投资估算及技经分析结论及建议二、产品特点2.1直管对于工作管从生产工艺要求的角度:当管径≤DN200时，钢管应选择无缝钢管；当管径≥DN250时，钢管一般选择双面埋弧焊螺旋焊缝钢管。从材质使用条件的角度:1）Q235A材质适用于P≤1.6MPat≤150℃；2）Q235B材质适用于P≤2.5MPat≤300℃；3）20号钢材质适用于P≤5.9MPat≤425℃；4）Q345材质适用于P≤5.9MPat≤450℃。对于外套管当管径≤DN200时，钢管应选择无缝钢管；当管径≥DN250时，钢管应选择双面埋弧焊螺旋焊缝钢管。。二、产品特点工作管设计选型:当设计P≤2.5MPat≤300℃的蒸汽管道时，工作管应选择Q235B的双面埋弧焊螺旋焊缝钢管，生产执行标准GB/T9711-2011；当设计2.5MPa＜P≤5.9MPa300℃＜t≤425℃的蒸汽管道时，工作管应选择20号钢的无缝钢管；生产执行标准GB/T8163-2008；当管径≤DN200时，均应选择20号钢的无缝钢管，生产执行标准GB/T8163-2008；外套钢管无缝钢管生产执行标准为GB/T8163-2008，螺旋钢管生产执行标准为SY/T5037-2000。。二、产品特点直管选择注意事项:1）当设计管径≥DN600，设计温度＞300℃时，管道不宜选择20号钢的无缝钢管，应选择20号钢或Q345的双面埋弧焊螺旋焊缝钢管；GB22）城镇供热行业相关规范适用条件均为:蒸汽介质:P≤1.6MPat≤350℃；热水介质:P≤2.5MPat≤200℃；当设计参数超过此范围时，设计必须遵循相应符合要求规范，如:《工业金属管道设计规范》GB50316-2000(2008版)；《压力管道工业管道规范》GB/T20801-2006. GC23)外套钢管宜选择双面埋弧螺旋焊缝钢管。4)双面埋弧螺旋焊缝钢管生产执行标准GB/T9711-2011与SY/T5037-2000最大的区别在于螺旋焊缝的无损检测，即GB/T9711-2011要求所有焊缝100%X射线检测，SY/T5037-2000要求焊缝按比例抽检。。二、产品特点壁厚选择:二、产品特点2.2弯头蒸汽管网设计常用的弯头为无缝热压弯头(等径)，生产执行标准为《钢制对焊无缝管件》GB/T12459-2005；无缝弯头规格由DN15~DN800；蒸汽管网设计常用大口径弯头为直缝弯头，生产执行标准为《钢板制对焊管件》GB/T13401-2005；直缝弯头的规格由DN150~DN1200等径弯头分为90°、45°的长半径弯头和短半径弯头，其标示方式分别为90E(L)、45E(L)、90E(S)、45E(S)；例如:90E(L)-600-ScH40二、产品特点弯头还包括长半径异径弯头、长半径180°弯头和短半径180°弯头，详见GB/T12459及GB/T13401；弯头壁厚的选择:弯头壁厚通常要求比所连接的直管道壁厚厚至少1mm；弯头壁厚要求必须正偏差；无缝弯头还可以用ScHSTD和XS壁厚等级进行表示，其中:ScH =(P/[σ])×1000，即设计压力与设计温度下材料基本需用应力的比值乘以1000，经圆整后的数值，带S的表号为不锈钢管；STD为标准壁厚等级系列；XS、XXS为加厚壁厚系列等级，详见GB/T12459-2005附录B表B.1。。二、产品特点高温热水管网采用的大曲率半径弯头通常采用热煨弯弯管，材质通常为20号钢，生产执行标准为《油气输送用钢制感应加热弯管》SY/T5257-2012。热水管网弯头曲率半径通常为R=3DR=4DR=6D等。设计选型:当管径≤DN800时，蒸汽管到弯头选用20号钢无缝弯头，生产执行标准为GB/T12459-2005；当管径≥DN900时，蒸汽管道弯头选用20号钢直缝弯头，生产执行标准为GB/T13401-2005；二、产品特点2.3三通、大小头三通包括异径三通和等径三通,其中GB/T12459-2005生产标准最大口径可以做到DN800,分支管径一般为主管径的一半再小一号的规格,例如主管径为DN800,三通分支管最小只能做到DN350；GB/T13401-2005生产标准最大口径可以做到DN1200,三通分支管最小做到DN550(DN600)。大小头即异径管,包括同心异径管和偏心异径管,输送介质为蒸汽时宜选用底平偏心异径管；输送介质为水时,宜选用顶平偏心异径管。从实际生产角度考虑,对于直埋保温管,异径管均应选择同心异径管,合理设置疏水管和放气管。大小头的设计选型参考GB/T12459及GB/T13401。。二、产品特点2.4阀门蒸汽管网常用的阀门有闸阀、截止阀和蝶阀。闸阀:流体阻力小、启闭省力、可双向流动、全开时密封面不易冲刷损失、密封性好等优点。但有阀杆高度较高、阀体体大且较重、占用空间大等缺点。。二、产品特点截止阀:开启高度小、制造简易、维修方便、耐用等优点，但有阀体长度交闸阀长、流体阻力大、长期运行密封可靠性不强等缺点。。二、产品特点蝶阀:结构简单、节省材料、节省安装空间、开关迅速省力、流体阻力小，可用于切断和节流，但密封性相对较差，安装有方向和方位要求等缺点。。二、产品特点蒸汽管网设计通常选择焊接连接且无盘根的截止阀或者闸阀,其中口径大于等于DN50的选用闸阀,口径小于DN50的选用截止阀,若选用蝶阀,应选用偏心硬质密封蝶阀。球阀密封性能好,体积较小,可做到较大口径,但使用温度不宜超过150℃,故常用于高温热水管网的关断阀。。二、产品特点2.5补偿器蒸汽热网常用的补偿器有波纹补偿器、旋转补偿器、大拉杆补偿器等。蒸汽直埋管网常用的波纹补偿器为轴向型波纹补偿器,轴向型波纹补偿器又分为轴向内压波纹补偿器和轴向外压波纹补偿器。蒸汽架空管网可能用到的波纹补偿器为横向大拉杆波纹补偿器。旋转补偿器是目前蒸汽管网上应用最多最广泛的一种补偿器,应用于架空管网较为普遍,在直埋管网中的应用逐渐增多。球形补偿器在空间条件相对紧张处应用。。轴向波纹补偿器:1）轴向内压波纹补偿器二、产品特点轴向内压波纹补偿器,波纹受挤压而轴向长度减小来补偿热膨胀,优点是结构相对简单,造价较低,缺点是容易失稳,轴向刚度大,补偿量相对较小。。2）轴向外压波纹补偿器二、产品特点轴向外压波纹补偿器,波纹受拉伸而轴向长度增加来补偿热膨胀,缺点是结构相对复杂,波纹直径较大,造价较高,优点是稳定性好,轴向刚度相对较小,补偿量相对较大。波纹补偿器有一个共同的缺点就是有盲板力的存在。。波纹补偿器设计选型:当选用波纹补偿器是，应选择轴向外压波纹补偿器，波纹材质应选择304L不锈钢，接管材质应与直管道材质相同，设计压力宜比管道设计压力高一个压力等级。设计选型时，需要注明管径、补偿量、波纹材质和设计压力。。二、产品特点4）旋转补偿器:旋转补偿器是一种新型的管道补偿器，其通过同轴的两个钢制圆筒的同轴转动来吸收热膨胀，并通过密封填料和法兰盘来对其进行密封，结构简单，补偿量大，并且没有盲板力，运行安全维护简单方便，实际应用的效果非常好。旋转角度，短臂长度，布置形式是旋转补偿器设计的三个重点。。二、产品特点减温减压装置即减压阀门和喷水减温泵及管路阀门系统,是当送达用户的介质温度和压力均超过用户接受的要求时进行设置的,一般靠近热源的低温低压用户需要设置。计量仪表（计量间）的布置根据用户的要求和实际情况进行,计量仪表的选型有自控专业进行选型,计量间的管道设备布置应由热动专业负责完成。计量间内管道设备布置时,应根据计量表等设备的要求合理布置,尽可能根据用户现场实际情况减小计量间的尺寸。。二、产品特点2.6保温材料1.硅酸铝针刺毯：1）导热系数，Tm=70℃时λ=0.056W/m·K，Tm=500℃时λ=0.056W/m·K；2）常用密度，ρ=100~130kg/m3；3）渣球含量，粒径≤0.21mm，含量≤15%；4）使用温度，最高耐温约1200℃，推荐使用温度700~800℃；外观，白色偏暗，厚度40mm~60mm；应用形式，通常作为高温设备管道的内层保温材料，用以降低界面温度。。二、产品特点2.6保温材料2.超细玻璃棉：1）导热系数，Tm=25℃时λ=0.032W/m·K，Tm=70℃时λ=0.38W/m·K；常用密度，ρ=38~50kg/m3，通常采用48kg/m3；纤维直径，d≤5μm，（通常要求≯5.5μm）；使用温度，最高耐温约420℃，推荐使用温度≤350℃；外观，淡黄色，厚度30mm~50mm。应用形式，用于各种形式的热网管道的保温层。注意：国内超细玻璃棉质量最好最稳定、规模最大的厂家为美国欧文斯科宁品牌，当前热网玻璃棉名称为“热网专用高温玻璃棉”，价格约为400~500元/m3。。二、产品特点2.6保温材料3.纳米绝热保温毡（二氧化硅气凝胶）：1）导热系数，Tm=25℃时λ≤0.018W/m·K，Tm=350℃时λ=0.03W/m·K；2）常用密度，ρ=200±2kg/m3；吸水率，憎水型较好，吸水率＜0.01%；使用温度，最高耐温约650℃，推荐使用温度≤400℃；外观，白色，厚度3mm、6mm、10mm；应用形式，多蒸汽直埋保温管道的内层保温材料，或者对空间要求极高的管道保温结构设计。。二、产品特点2.6保温材料4.硬质聚氨酯泡沫1）导热系数，Tm=25℃时λ≤0.0275W/m·K，Tm=70℃时λ=0.034W/m·K；常用密度，ρ=60±2kg/m3、抗压强度P≥0.3MPa；闭孔率，憎水型较好，闭孔率≥88%；使用温度，最高耐温120℃，推荐使用温度≤110℃；外观，淡黄色，发泡成型，厚度不宜小于20mm；应用形式，高温热水管网和空调水管网的保温和架空成品蒸汽保温管的外层保温材料。注意：根据《城镇供热直埋蒸汽管道技术规程》CJJ104-2013的规定，双层保温结构设计时，外层保温材料的设计使用温度应为最高使用温度的0.8倍。。二、产品特点2.6保温材料5.微孔硅酸钙瓦块1）导热系数，Tm=70℃时λ≤0.06W/m·K；2）常用密度，ρ=200±10kg/m3；抗压强度，≥0.4MPa；使用温度，最高耐温650℃，推荐使用温度≤550℃；外观，硅酸钙材料浇筑而成，厚度与口径大小有关；应用于要求采用硬质保温材料的保温管和成品架空保温管道设计二、产品特点3.1 设计输入进行蒸汽管网设计，必须具有足够的资料才能开展相应的设计，具体需要有的资料如下：1、热负荷资料，即热用户需要的介质参数，如温度、压力、流量等，是热网设计的前提基础资料，客户直接指定管径的需要核算是否满足温度压力要求，至少核算100%设计流量和50%设计流量的工况；2、工程勘察资料，要开展设计工作必须要获得项目所在区域的地形图、地下管线现状物探图和地质勘察资料,如果是配套道路同步实施的热网项目；3、政府文件，如规划路由或规划红线，作为管道定位的主要依据；4、客户要求，如计量方式、集控方式或特定材料的选用等；5.了解现场，设计人员应当对管道路由应全程实地踏勘，充分了解。。三、设计重点3.2 管道布置1、管道应平行于道路（中心线）直线布置，在同一段道路之间应道只占一个断面，尽量不要与道路中心线有夹角；2、道路有一定弧度时，管道应道按照布置特点尽量均匀布置折角，保持大体与道路中心线平行；3、折角应尽量靠近固定支架，波纹补偿器12米范围内禁止出现折角；4、三通应尽量布置在固定支架附近，当三通与固定支架之间不标示距离时即视为三通紧靠固定支架；5、管道布置应尽量结合走向设置自然补偿管段和旋转补偿器；6.管道布置（尤其是直埋蒸汽管道）应设置必要的坡度和低点疏水；7、道自然补偿处的直埋管外套管必须考虑预留足够的膨胀而扩大的区域。。三、设计重点3.3 支架布置1、管道支架布置间距应根据跨距计算确定；2、波纹补偿器两侧导向支架布置的间距应符合补偿的安装要求；3、旋转补偿器两侧第4个支架以内不应布置导向支架，其余应每隔3、4个跨距设置一个导向支架；4、水平直角管道弯头两侧的支架之间的展开长度不应大于正常跨距的0.73倍；5、滑动支架应选择聚四氟乙烯或者不锈钢板作为滑动材料，此时摩擦系数可以取0.1，钢板与钢板之间的摩擦系数去0.3；6.滚轴式支架取的摩擦系数为0.1，实际会小于0.1；7、直埋管道工作管有横向位移处应设置平面滑动支架；三、设计重点3.4 补偿段设置1、轴向波纹补偿器应根据设计温度进行合理布置，一般情况，管径≤DN150，一个补偿段间距宜为38.5米；DN200≤管径≤DN500，一个补偿段长度宜为51米；DN600≤管径，一个补偿段以为63米，补偿器靠近一侧固定支架；2.旋转补偿器对称布置时，一般位于一个补偿段的正中间，一般情况，蒸汽管道旋转补偿器的一个补偿段宜为250米至300米，补偿间距不宜过大，其他多种旋转补偿器安装方法详见《旋转补偿器安装情况说明》。。三、设计重点3.5 其他布置1、埋地管道每隔150米至200米需设置一组波纹隔断来隔断保温空腔，并设置一组排潮管道，排潮管应当一高一低，并与另组的排潮管设置在一起，高低设置，如采用隔段式固定支架可不另设波纹隔断。2、排潮管地下部分应采用保温防腐措施；3、地点和垂直上翻的弯头前端应设置疏水装置，管网末端及用户端易产生凝结水段应设置经常疏水，其他设置启动疏水即可；4、埋地管道疏水系统应由疏水管、疏水井（疏水阀及疏水器）和冷却井组成；5、架空支架必须根据热膨胀的方向考虑与偏装量并对；6.每一张平面布置图中均应有指北针或者风向标。。三、设计重点3.6 设计计算1、管径的确定，应根据热源及用户的流量、温度、压力要求进行水力计算，同时确定管道保温结构的厚度数据；2、跨距的确定，根据公式计算设计条件同时满足强度和刚度条件要求的管道支架的间距，确定架空及直埋管道直管段两支架的间距。3、支架受力计算，对于架空敷设的蒸汽管道，应对滑动支架、导向支架和固定支架分别进行三个方向的受力计算，并应考虑适当的安全系数，作为结构设计提资的必须资料；直埋管道如有波纹补偿器必须对主固定墩进行受力计算，着重考虑波纹补偿器的盲板力；支架垂直力计算时应考虑其中一个支架支撑失效而将其荷载加至其两侧的支架的情况；4.补偿计算，补偿器的补偿量和自然补偿（L型、Z型及空间型）的核算，关键、特殊部位必须应用专业软件建模进行应力验算。。三、设计重点4.1 手册类1、《城市供热规划技术要求》、《城市供热规划内容深度》；2、《市政公用工程设计文件编制深度规定》；2004年3、《动力管道设计手册》机械工业出版社2006年版；4、《旋转补偿器安装说明书》；5.各产品厂家的产品选型手册等；四、常用工具规范类1.设计规范、规程类《城镇供热管网设计规范》CJJ34-2010;《城镇供热管网结构设计规范》CJJ105-2005;《城镇供热直埋蒸汽管道技术规程》CJJ104-2005；《城镇直埋供热管道工程技术规程》CJJ/T81-2013;《工业金属管道设计规范》GB50316-2000（2008版）；《压力管道规范工业管道》GB20801-2006；《工业设备及管道绝热工程设计规范》GB50264-2013。。四、常用工具规范类2.施工及验收规范类《城镇供热管网工程施工及验收规范》CJJ28-2004;《工业金属管道工程施工规范》GB50235-2010;《工业