高溫高壓煤氣管道計(jì)算與布置的研究

劉 茜

（中冶東方工程技術(shù)有限公司，山東青島 266555）

高溫高壓煤氣管道計(jì)算與布置的研究

劉 茜

（中冶東方工程技術(shù)有限公司，山東青島 266555）

鋼鐵冶金企業(yè)中高溫高壓煤氣溫度和壓力與設(shè)備選型和節(jié)能減排有重要關(guān)系。因此準(zhǔn)確計(jì)算與布置高溫高壓煤氣管道有重要意義。通過計(jì)算阻力損失，自然降溫，并利用CAESARⅡ管道應(yīng)力分析軟件對(duì)高溫高壓煤氣管道進(jìn)行建模與應(yīng)力分析，得出滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的高溫高壓煤氣管道的最優(yōu)布置方案。

高溫高壓；煤氣管道；自然降溫；阻力損失；應(yīng)力分析

一般工程設(shè)計(jì)中會(huì)盡量縮短高溫高壓煤氣管道的長(zhǎng)度以減少損失，而有些工程由于地理位置、分期建設(shè)等原因，高溫高壓煤氣管道較長(zhǎng)。此類工程中，高溫高壓煤氣在輸送過程中狀態(tài)參數(shù)不斷變化，出口煤氣溫度和壓力直接影響B(tài)PRT和減壓閥組的選型及安全運(yùn)行。合理布置煤氣管道可以減少壓力損失，從而達(dá)到節(jié)能減排的目的。為了得到煤氣管道最優(yōu)布置方案及準(zhǔn)確設(shè)備選型，需對(duì)煤氣管道進(jìn)行傳熱計(jì)算、阻損計(jì)算及應(yīng)力分析。應(yīng)力分析使用了CAESARⅡ管道應(yīng)力分析軟件。本文以某鋼廠搬遷項(xiàng)目煉鐵區(qū)高溫高壓煤氣管道為例，介紹高溫高壓煤氣管道的計(jì)算及布置的方法。

1 工程概況

某鋼廠高溫高壓煤氣管道架空敷設(shè)，管線長(zhǎng)約400m，管徑DN2000（?2020x10），設(shè)計(jì)溫度250℃，設(shè)計(jì)壓力0.25MPa。煤氣管道布局布置圖見詳圖1。

2 管道自然溫降計(jì)算

由于管壁自身熱阻很小，管道內(nèi)壁溫度和外壁溫度較為接近，因此忽略管壁自身對(duì)傳熱影響。

已知條件：室外計(jì)算溫度13.5℃；入口煤氣溫度220℃；煤氣標(biāo)況流量256 700m3/h；入口煤氣工況流量234 110m3/h；管道外徑2.02m；管道內(nèi)徑2.00 m；管道壁厚0.01m；外表面積與內(nèi)表面積之比1.01；入口煤氣流速10.34m/s；煤氣定壓比熱1.37kJ/（m3·℃）

最終計(jì)算：定性溫度200℃；定性尺寸2.0m；鋼管導(dǎo)熱系數(shù)153.03；介質(zhì)導(dǎo)熱系數(shù)0.06；管道線性傳熱熱阻0.025 7h·m·℃/kJ；管道總換熱熱阻0.161 7h·m2·℃/kJ。

溫降：長(zhǎng)度400m；溫度降低7℃。

因此，到達(dá)BPRT的煤氣溫度約為213℃。

3 管道阻力損失計(jì)算

煤氣管道的壓力降由直管段壓力降和局部壓力降組成。

3.1 直管段壓力降ΔP1

3.2 直管段壓力降Δp2

漸擴(kuò)管：ξ=0.15；漸縮管：ξ=0.13；彎頭：ξ=0.347×8；導(dǎo)向 ：ξ=0.23×2；流量計(jì) ：ξ=0.9；焊接彎頭 ：ξ=0.06×2

4 管道應(yīng)力分析

CAESARⅡ管道應(yīng)力分析軟件是國(guó)際較為流行的管道應(yīng)力分析軟件之一。它對(duì)優(yōu)化設(shè)計(jì)、節(jié)約材料、安全生產(chǎn)等方面均有重要的作用。CAESAR2軟件可以進(jìn)行管道靜力分析和動(dòng)力分析。管道靜力分析包括：①壓力荷載和持續(xù)荷載作用下的一次應(yīng)力計(jì)算——防止塑性變形破壞；②管道熱脹冷縮以及端點(diǎn)附加位移等位移荷載作用下的二次應(yīng)力計(jì)算——防止疲勞破壞；③管道對(duì)設(shè)備作用力的計(jì)算——防止作用力太大，保證設(shè)備正常運(yùn)行；④管道支吊架的受力計(jì)算——為支吊架設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

通過優(yōu)化支吊架和調(diào)整管道走向的方法可以有效降低管道所承受的一次應(yīng)力和二次應(yīng)力，確保管道及系統(tǒng)的安全可靠，實(shí)現(xiàn)其與經(jīng)濟(jì)合理性之間的最佳平衡。

[1] 陳明秋，薛永明，王文青.高溫煤氣管道自然溫降的研究[J].冶金動(dòng)力，2016.

Study on Calculation and Arrangement of High Temperature and High Pressure Gas Pipeline

Liu Qian

The temperature and pressure of medium and high temperature and high pressure gas in iron and steel metallurgical enterprises are related to equipment selection and energy saving and emission reduction.So accurate calculation and layout of high temperature and high pressure gas pipeline is important.Through the calculation of resistance loss，the natural cooling，and the use of CAESAR Ⅱ pipeline stress analysis software for high temperature and high pressure gas pipeline modeling and stress analysis，to meet the industry standard high temperature and high pressure gas pipeline optimal layout program.

high temperature and high pressure；gas pipeline；natural cooling resistance；loss stress analysis

X701.2

A

1003-6490（2017）12-0126-01

2017-10-15

劉茜（1988—），女，遼寧大連人，助理工程師，主要研究方向?yàn)槟茉磩?dòng)力。