郝夢琪

(開封黃河空分集團(tuán)有限公司,河南 開封 475000)

制氧空分壓力管道設(shè)計計算

郝夢琪

(開封黃河空分集團(tuán)有限公司,河南 開封 475000)

本文分析了壓力管道中包括設(shè)計參數(shù)、設(shè)計準(zhǔn)則、強(qiáng)度計算、管道組成件及其壓力設(shè)計等方面。通過計算和分析可知,整個管道系統(tǒng)是安全可靠的。

設(shè)計參數(shù);工藝設(shè)計;強(qiáng)度計算

1 設(shè)計概況

本設(shè)計是根據(jù)久泰能源科技有限公司與開封黃河空分集團(tuán)所簽署KDON一4000/2000型空分設(shè)備技術(shù)協(xié)議設(shè)計,雙方約定的界區(qū)范圍；該管道設(shè)計,主要介質(zhì)為空氣、氧氣、氮氣等。

2 設(shè)計參數(shù)

2.1 由空壓機(jī)出口到空冷塔進(jìn)口管道,流量：23 000Nm3/h；工作壓力：0.52MPa；工作溫度：90℃；設(shè)計壓力：0.60MPa；設(shè)計溫度：100℃。

2.2 由氧壓機(jī)排氣總管道到送出界區(qū),流量：4 000Nm3/h；工作壓力：0.7MPa；工作溫度：40℃；設(shè)計壓力：0.8MPa；設(shè)計溫度：45℃。

2.3 由氮壓機(jī)排氣總管道到送出界區(qū),流量：2000Nm3/h；工作壓力：0.7MPa；工作溫度：40℃；設(shè)計壓力：0.8MPa；設(shè)計溫度：45℃。

3 工藝計算

3.1 由空壓機(jī)出口到空冷塔進(jìn)口管道。根據(jù)經(jīng)驗：管道流速按小于12m/s,則管道外徑DN=(1.34QT/PV)0.5= (1.34×23 000×383.15/7×12)0.5=370mm

綜合考慮管道留有足夠的余量及管道阻力的影響,選用DN400的管道。確定為GC3類管道。

3.2 由氧壓機(jī)排氣總管道到送出界區(qū)。根據(jù)經(jīng)驗：管道流速取小于5m/s,則：DN=(1.34QT/PV)0.5=(1.34× 4 000×313.15/9×5)0.5=190mm

綜合考慮管道留有足夠的余量及氧氣的特殊性,選用DN200的不銹鋼管道。確定為GC2類管道。

3.3 由氮壓機(jī)排氣總管道到送出界區(qū)。根據(jù)經(jīng)驗：管道流速取小于5m/s,則：DN=(1.34QT/PV)0.5=(1.34× 2 000×313.15/9×5)0.5=130mm

綜合考慮管道留有足夠的余量及氧氣的特殊性,故選用DN150的不銹鋼管道。確定為GC2類管道。

4 強(qiáng)度計算

4.1 直管道厚度計算

4.1.1 設(shè)計依據(jù)：《壓力管道規(guī)范工業(yè)管道》GB/ T20801一2006［1］。

當(dāng)t＜D/6時,直管的計算壁厚：t=pD/2(SΦ+pY)；直管的選用壁厚：td=t+C；式中t—直管的計算壁厚(單位：mm)；

p—設(shè)計壓力MPa；D—直管外徑(單位：mm)；S—設(shè)計溫度下直管材料的許用應(yīng)力MPa；Φ—焊縫接頭系數(shù)；td—設(shè)計厚度(單位：mm)；C—直管壁厚的附加裕量(單位：mm)；Y—計算系數(shù),當(dāng)t＜D/6時,按下選?。?/p>

4.1.2 設(shè)計條件及計算

4.1.2.1 由空壓機(jī)出口到空冷塔進(jìn)口管道

p—0.60MPa；D—426mm；S—138MPa；Φ—0.9；C—直管壁厚的附加裕量,C1為材料厚度負(fù)偏差、C2為腐蝕、沖蝕余量、C3機(jī)械加工深度mm；Y—0.4；經(jīng)計算t=pD/2(SΦ+ pY)=0.60×426/2×(138×0.9+0.6×0.4)=1.01mm；

C=C1+C2+C3=7×12.5%+2=2.88mm；

td=t+C=1.01+2.88=3.89mm；

根據(jù)市場規(guī)格管道壁厚圓整為7mm；選規(guī)格?426×7。

4.1.2.2 由氧壓機(jī)排氣總管道到送出界區(qū)：p—設(shè)計壓力,0.8MPa；

D—200mm；S—138MPa；Φ—1；C—直管壁厚的附加裕量,C1為材料厚度負(fù)偏差、C2為腐蝕、沖蝕余量、C3機(jī)械加工深度mm；Y—0.4；經(jīng)計算t=pD/2(SΦ+pY)=0.8×219/ 2×(138×1+0.8×0.4)=0.63mm；

C=C1+C2+C3=6×12.5%+2=2.75mm；

td=t+C=0.63+2.75=3.38mm；

根據(jù)市場規(guī)格管道壁厚圓整為6mm；選規(guī)格?219×6。

4.1.2.3 由氮壓機(jī)排氣總管道到送出界區(qū)：p—設(shè)計壓力,0.8MPa；

D—150mm；S—138MPa；Φ—1；C—直管壁厚的附加裕量,C1為材料厚度負(fù)偏差、C2為腐蝕、沖蝕余量、C3機(jī)械加工深度mm；Y—溫度修正系數(shù),0.4；經(jīng)計算t=pD/2(SΦ+ pY)=0.8×159/2×(138×1+0.8×0.4)=0.45mm；

C=C1+C2+C3=6×12.5%+2=2.75mm；

td=t+C=0.45+2.75=3.2mm；

根據(jù)市場規(guī)格管道壁厚圓整為6mm；選規(guī)格?159×6。

4.2 彎頭厚度計算

4.2.1 設(shè)計依據(jù)：

根據(jù)《壓力管道規(guī)范工業(yè)管道》GB/T20801一2006確定：

I—計算系數(shù)；R—彎頭在管子中心線處的彎曲半徑,單位為毫米(mm)；tw—彎頭在內(nèi)側(cè)、外側(cè)、或彎管中心線處的計算厚度,單位為毫米(mm)；a—彎管或彎頭的轉(zhuǎn)角,單位為度。

彎頭的計算厚度(位于a/2處)；tw=pD/2(SΦ/I+pY)

當(dāng)計算彎頭的內(nèi)側(cè)厚度時：I=4(R/D)一1/(4(R/D)一2)

當(dāng)計算彎頭的外側(cè)厚度時：I=4(R/D)+1/(4(R/D)+2)

當(dāng)計算彎頭中心線處的側(cè)厚度時：I=1.0

4.2.2 設(shè)計條件

4.2.2.1 由空壓機(jī)出口到空冷塔進(jìn)口管道：p—0.60MPa；

D—426mm；S—138MPa；Φ—0.9；

Y—溫度修正系數(shù),0.4；R—406；a—90。

經(jīng)計算：內(nèi)側(cè)厚度I=1.55

tw=0.60×426/2((138×0.9/1.55)+0.6×0.4)=1.59mm；外側(cè)厚度I=0.83

tw=0.60×426/2((138×0.9/0.83)+0.6×0.4)=0.85mm；中心線處厚度I=1.0

tw=0.60×426/2((138×0.9/1)+0.6×0.4)=1.03mm

根據(jù)市場規(guī)格,彎頭壁厚圓整為7mm；

4.2.2.2 由氧壓機(jī)排氣總管道到送出界區(qū)：p—0.8MPa；

D—219mm；S—138MPa；Φ—1；Y—溫度修正系數(shù), 0.4；R—203mm；a—90。；經(jīng)計算：內(nèi)側(cè)厚度I=1.59

tw=0.8×219/2((138×1/1.59)+0.8×0.4)=1.0mm；外側(cè)厚度I=0.83

tw=0.8×219/2((138×1/0.83)+0.8×0.4)=0.53mm；中心線處厚度I=1.0

tw=0.8×219/2((138×1/1)+0.8×0.4)=0.63mm

根據(jù)市場規(guī)格,彎頭壁厚圓整為6mm

4.2.2.3 由氮壓機(jī)排氣總管道到送出界區(qū)：p—設(shè)計壓力,0.8MPa；

D—159mm；S—138MPa；Φ—1；Y—溫度修正系數(shù), 0.4；R—取152mm；a—90。；經(jīng)計算：內(nèi)側(cè)厚度I=1.55

tw=0.8×159/2((138×1/1.55)+0.8×0.4)=0.71mm：外側(cè)厚度I=0.83；

tw=0.8×159/2((138×1/0.83)+0.8×0.4)=0.38mm：中心線處厚度I=1.0

tw=0.8×159/2((138×1/1)+0.8×0.4)=0.45mm

根據(jù)市場規(guī)格,彎頭壁厚圓整為6mm。

5 結(jié)論

計算和分析可知,整個壓力管道系統(tǒng)符合國家現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范,滿足久泰4000空分項目工程管道的要求,整個管道系統(tǒng)是安全可靠的。

［1］GB/T208012006壓力管道規(guī)范［S］.2006.

Design and Calculation of Oxygen PreParation Air SeParation Pressure PiPeline

Hao Mengqi
(Yellow River Air Separation Co.,Ltd.In Kaifeng,Kaifeng Henan 475000)

This paper analyzed several aspects of the pressure pipeline,including the design parameters,design criteria,strength calculation,piping components and pressure design,etc.Through calculation and analysis,the whole pipeline system is safe and reliable.

design parameters;process design;strength calculation

TU995

A

1003一5168(2015)07一0062一2

2015一6一10

郝夢琪(1983.10一),女,本科,研究方向:機(jī)械設(shè)計。