摘 要：文章簡(jiǎn)述了蒸汽分汽缸的結(jié)構(gòu)與用途，并進(jìn)行了分汽缸的快速設(shè)計(jì)，通過(guò)實(shí)例設(shè)計(jì)計(jì)算，確定了分汽缸最基本的外形尺寸大小及用鋼厚度，從而保證用缸的合理性與安全性。

關(guān)鍵詞：蒸汽分汽缸；快速設(shè)計(jì)；實(shí)例

1 概述

蒸汽，由于其具有熱焓值大、效率高等諸多優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)及民用換熱系統(tǒng)中被廣泛作為熱媒使用[1]。分汽缸，作為蒸汽換熱設(shè)備系統(tǒng)中的汽體緩沖及用汽的集中管理設(shè)備，被廣泛使用[2]。分汽缸的主要作用主要有：（1）緩沖蒸汽。由于供汽設(shè)備壓力不穩(wěn)，故需分汽缸儲(chǔ)汽，并調(diào)節(jié)氣體壓力。（2）分流汽體。通過(guò)分汽缸可使壓力均衡地分出多路支管，供汽給不同用汽設(shè)備。（3）濾除雜質(zhì)。由于蒸汽在管道輸送過(guò)程中難免摻雜進(jìn)一些固體顆粒。（4）汽水分離[3]。

分汽缸屬于壓力容器范疇。本體結(jié)構(gòu)一般包括：筒體、封頭、上排孔管接頭（輸汽管、壓力表管）以及下孔管接頭（疏水）。在用戶選擇成套鍋爐后，對(duì)用汽點(diǎn)在兩個(gè)以上的鍋爐房都應(yīng)設(shè)置蒸汽分配缸，便于用汽的管理和避免在蒸汽母管上開(kāi)孔。由于不同用戶需求不同，因此分汽缸很難做為通用設(shè)備類的定型產(chǎn)品。文章描述對(duì)分汽缸的簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)計(jì)算及實(shí)際實(shí)例設(shè)計(jì)。

2 分汽缸各參數(shù)的確定

2.1 缸筒體直徑的確定

除用戶提出要求外，亦可通過(guò)熱力計(jì)算根據(jù)介質(zhì)流速來(lái)確定筒體直徑，其方法如下：

式中：Q-介質(zhì)的容積流量，m3/h；G-介質(zhì)的重量流量，即產(chǎn)（用）汽量，t/h；ν-介質(zhì)的比容，m3/kg（查飽和蒸汽表）；ω-介質(zhì)的流速，m/s（根據(jù)經(jīng)驗(yàn)可取ω=2～8m/s較為合適）；D-筒體的內(nèi)徑，mm。

在確定筒體直徑時(shí)，必須考慮鍋爐主蒸汽管管徑（d）大小對(duì)分氣缸筒體強(qiáng)度的影響。筒體上最大孔徑d應(yīng)≤D/2。

2.2 缸長(zhǎng)度的確定

分汽缸筒體兩孔之間的中心稱為節(jié)距，用l表示，節(jié)距（見(jiàn)圖1）應(yīng)滿足：（1）兩孔間接管法蘭、閥門儀表等操作的最小距離；（2）開(kāi)孔不需另行補(bǔ)強(qiáng)以及端部孔對(duì)筒體邊緣焊接及截面形狀影響的最小距離。因此：

a.當(dāng)開(kāi)孔d為Ф57mm及以下排管時(shí)，節(jié)距l(xiāng)值為：ln=dn-1+dn+120

b.當(dāng)開(kāi)孔d為Ф63.5mm及以上排管時(shí)，節(jié)距l(xiāng)值為：ln=2（dn-1+dn）

這樣確定的l值既不影響管道閥門安裝操作，又使強(qiáng)度減弱系數(shù)Ф值小于0.75而過(guò)多地增加筒體板厚。另根據(jù)GB150-2011中有關(guān)規(guī)定，以開(kāi)孔中心為圓心，1.5倍開(kāi)孔直徑的圓中所包含的焊縫須進(jìn)行100%射線或超聲波探傷。因此可將端部焊縫之間的距離l0及l(fā)n規(guī)定為等于2倍的接管外徑。

2.3 缸壁厚的確定

式中：δ-筒體計(jì)算壁厚，mm；Pc-計(jì)算壓力，MPa；Di-封頭的直徑，mm；[σ]t-設(shè)計(jì)溫度（即飽和蒸汽或過(guò)熱蒸汽溫度）下材料的許用應(yīng)力，MPa；Ф-焊接接頭系數(shù)；開(kāi)孔減弱系數(shù)，取最小值；C-厚度附加值，mm；C=C1+C2，C1為厚度負(fù)偏差，取2mm（即滿足GB3087-2013中壁厚乘以偏差系數(shù)的要求），C2為腐蝕余量，一般C2=1mm。

2.4 缸封頭厚度的確定

封頭結(jié)構(gòu)一般根據(jù)筒體直徑、壓力和制造條件選取，按GB150-2011規(guī)定，應(yīng)首選橢球型封頭。標(biāo)準(zhǔn)橢球型封頭的長(zhǎng)短軸之比為2。受內(nèi)壓的標(biāo)準(zhǔn)橢球形封頭的計(jì)算壁厚按下式計(jì)算：

3 實(shí)例

背景：南方某制藥廠因擴(kuò)建需要，安裝成套整裝鍋爐2臺(tái)，兩臺(tái)鍋爐同時(shí)運(yùn)行。分汽缸直徑為400mm，鍋爐設(shè)計(jì)壓力為1.45MPa，主蒸汽管道為Ф159×4.5，內(nèi)徑為150mm，鍋爐蒸發(fā)量為4t/h，工作介質(zhì)為飽和蒸汽，設(shè)計(jì)溫度為200℃。缸上開(kāi)孔分別為：Ф159，Ф159，Ф159，Ф89，Ф89，Ф57，Ф57。所以：

（1）由上述2.1中公式復(fù)核分汽缸中蒸汽的流速為：

（2）由2.2中所述計(jì)算分汽缸總長(zhǎng)度為：

L總=l0+l1+l2+l3+l4+l5+l6+l7=2×159+2×（159+159）+2×（159+159）+2×（159+89）+2×（89+89）+（89+57+120）+（57+57+120）+2×57=3050mm，將尾數(shù)調(diào)整為零，最后取缸長(zhǎng)度為3100mm。

（3）由2.3中的計(jì)算壓力Pc=1.45×1.06（整裝鍋爐安全閥系數(shù)）=1.537Mpa。設(shè)計(jì)溫度下的材料許用應(yīng)力為134Mpa。Ф取0.75。計(jì)算壁厚得：δ=7mm。

（4）由2.4中得：δ封頭=7mm+0.1δ封頭，算的δ封頭=8mm。

4 結(jié)束語(yǔ)

分汽缸雖為鍋爐的主要附件之一，但屬于壓力容器，受工作壓力、工作溫度、規(guī)格直徑、主體材料、全容積、現(xiàn)場(chǎng)工況等多種條件限制，幾何尺寸、結(jié)構(gòu)均有較大的差異。上述是對(duì)缸的基本設(shè)計(jì)，諸多細(xì)節(jié)例如：各接管上的接管法蘭應(yīng)比管壓力高一個(gè)等級(jí)等未詳述。分汽缸作為非通用設(shè)備，但其壓力容器身份，應(yīng)自設(shè)計(jì)、制造、監(jiān)督檢驗(yàn)均應(yīng)受重視。

參考文獻(xiàn)

[1]江蘇省機(jī)械工業(yè)鍋爐科技情報(bào)網(wǎng).工業(yè)鍋爐實(shí)用手冊(cè)[M].機(jī)械工業(yè)出版社，1991.

[2]徐寧.鋼制蒸汽分汽缸的設(shè)計(jì)[J].工程建設(shè)與設(shè)計(jì)，2003（8）：28-29.

[3]楊晨，等.分汽缸、分水器、集水器的作用及設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題[A].2010年全國(guó)給水排水技術(shù)信息網(wǎng)年會(huì)論文集[C].191.

[4]GB150-2011.鋼制壓力容器[S].

[5]GB3087-2013.鍋爐用無(wú)縫鋼管[S].

作者簡(jiǎn)介：唐李琪（1985-），男，工程師，從事工程管理與技術(shù)工作。