管道设计（共12篇）
管道设计 篇1
1 计算管道附加压力
从现有资料的分析中我们可以知道, 民用低压天然气燃具前压力可以在2000Pa左右波动, 通常只要燃具额定压力处于0.75~1.5倍范围内, 可以认为是满足高层建筑要求的, 但是如果超过了这一范围, 燃具热效率就会降低, 出现噪声, 同时燃烧也不稳定, 甚至出现回火、脱火等一系列问题。附加压力叠加可能会使一些用户燃气灶前压力超过允许压力范围, 这对燃气管道设计及运行非常不利。
1.1 附加压力的计算
在计算附加压力之前, 首先应详细分析附加压力特征。正因为受到附加压力的影响, 如果附加压力值超过一定值, 燃具前压力会就会高出额定压力1.5倍, 由此可见, 附加压力和燃具前压力间存在直接关系。如果假设P1为引入燃气管压力, 在最不利于安装燃气管道的条件下, 附加阻力涉及到了管道主管阻力、管道支管阻力等方面内容, 可以利用下式来表示:
式 (1) 中, △H为附加压力, 如果P2=3×103Pa时, h是197m。197m是一个标准值, 建筑高度一旦超过197m, 灶前压力在附加压力的影响下将会高于燃气燃烧器的最高限额。由此可见, 安装燃气管道的过程中, 一定要利用相应措施降低附加压力的负面影响。
1.2 附加压力影响的消除对策
如果建筑的高度比较适中, 其附加压力通常是比较小的, 这种情况下应该设置分段阀门的方式, 以减小由附加压力带来的影响。如果建筑物非常高, 要想避免附加压力带来的负面影响, 可以在燃气表前面设置低压调压器, 或者在设计工作中将底层和高层供气系统分离开, 以此来满足不同高度楼层用户对燃气的需求。此外, 超高层建筑用户要想消除附加压力, 在利用燃气表之前应该利用调压或者中压进户等方式, 还要注意将低压调压器设置在燃气表前, 保证前压力处于2000Pa左右的位置。
2 建筑沉降分析及对策
2.1 建筑物下沉补偿
通常从整体上来看, 高层建筑都比较庞大, 其基础承受的静动荷载也比较大, 因此, 高层建筑某个层面上很有可能会造成整体沉降, 通常高层建筑在竣工以后的三年, 建筑的沉降会非常快, 通常沉降的范围在5~10cm之间。燃气管道在高层建筑沉降作用下会受到破坏, 建筑物整体均发生了沉降, 而燃气管道是静止不动的, 同时外埋地也是静止不动的, 这种情况下管道引入位置会产生阻止建筑整体下沉的力。随着建筑物的不断沉降, 在抗力作用下燃气引入管受到也在逐渐增加, 待沉降量达到了一定数值, 管道就会出现形变, 严重时甚至会发生断裂, 最后出现燃气管道泄漏问题, 燃气供应过程中就会出现安全事故。
从上述描述中可知, 对于燃气管道的安全来说, 高层建筑沉降会带来极为不利的影响, 在高层建筑燃气管道设计工作中, 应该对多方面因素进行综合考虑, 同时结合高层建筑的实际情况, 对燃气管道工艺设计进行调整, 从而促进更为优化设计的实现。还有一种方式, 就是将伸缩补偿管 (金属软管) 安装在引入管的相应位置上, 这种安装方式可以抵消由于高层建筑沉降带来的的不利影响, 因为伸缩补偿管可以吸收一部分抗力, 因此在建筑沉降过程中可以通过这种方式可以对燃气管道断裂及破坏等问题的发生进行有效阻止。与此同时, 金属软管引入以后, 波纹管随着外力的变化会随之发生挠变, 从而减少燃气引入管位置受到应力的影响, 这样一来建筑物沉降力度补偿就可以得到实现, 利用这种方式实现对燃气管道的保护。金属波纹管补偿量较大, 同时金属波纹管在应用时还具有抗震、耐腐蚀等特点, 具有较好的耐温性和密封性, 使用时间也比较长, 因此当前已经在很多行业中得到了比较广泛的应用。
2.2 立管变形补偿
通常情况下, 高层建筑燃气管道的立管都比较长, 燃气管道正式投运以后, 在环境温度变化的作用下, 管道会产生应力, 此外, 燃气管道自身重量也会对管道造成不利影响, 在燃气管道自身重量的压迫下, 管道会出现下沉现象, 进而沿着轴向的方向发生形变。钢管是当前很多高层建筑燃气管道都会采用的材料, 利用下式可以将其变形量计算出来:
式 (2) 中, L、L分别表示燃气管道变形量和立管长度, t为管道运行的最大温差。对立管应力补偿进行设计时, 首先应按照预先设计好的数值, 将立管最大变形量计算出来, 然后在立管上设置波纹管, 展开分段设置, 这种情况下波纹管就会随着立管形变而出现伸缩的现象, 通过这种方式来抵消立管温差应力。其次, 在立管底部设置支撑墩, 通过对支撑墩的设置减少由于温度差异带来的形变。最后, 设置挠变管道补偿装置, 这样一来, 由于建筑震动对管道带来的不利影响就可以大大减少。
3 高层建筑燃气管道安全分析
众所周知, 燃气是具有一定危险性的, 在外界因素的影响下, 高层建筑中燃气管道很容易会出现气体泄漏问题, 特别是在我国大城市中, 这些地方人口密集, 一旦出现燃气管道爆炸, 其造成的后果是无法想象的。面对这种情况, 在设计工作中必须严格按照标准进行, 在施工过程中必须严格按照相关规范进行。与此同时, 注意采取一定的防范措施, 比方说燃气引入室内时, 应快速切断阀门, 这样就可以对燃气供应进行有效控制;再比方说在燃气管道上何值自动切断阀或者快速切断阀门等等。
4 结束语
总之, 在设计高层建筑燃气管道的过程中, 应该对压力、安全、气源及环境等多方面因素进行综合考虑, 并将各方面利弊权衡好, 最后对可行性方案进行确定。在设计燃气管道的过程中, 必须注意设计工作与建筑主体设计之间的紧密联系, 注意二者要同时展开施工, 这样才能达到预期的设计效果, 从而充分保证燃气管道设计的科学性与合理性。
摘要：通常高层建筑都同时具有居住、娱乐、办公及商务等功能, 其内部结构也比较复杂, 对消防、安全等要求非常高, 燃气管道设计也是其中非常关键的一部分, 如果设计不细致或者考虑不周全, 很有可能会造成非常严重的后果。因此有必要加强高层建筑物中燃气管道安全性设计。基于此, 文章从不同角度针对燃气管道设计中的常见性问题及解决措施进行了分析和研究, 供大家参考。
关键词：高层建筑,管道燃气设计,安全设计
参考文献
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[4]齐海鸥, 聂廷哲, 高华伟.超高层建筑天然气管道设计方案的分析及探讨[J].城市燃气, 2015, (9) :16-20.
管道设计 篇2
1、煤气管道设计要求
煤气管道的设计，应遵循以下原则。
(1)管道材质选择
管道材质可选用《石油天然气输送用螺旋缝埋弧焊钢管》、《石油天然气输送用直缝电阻钢管》、《输送流体用无缝钢管》，材质均应采用镇静钢，钢号一般可选用20优质钢，弯头宜选用无缝弯头。
(2)管道连接
应尽量采用焊接，对于热煤气管道可釆用法兰连接。
法兰密封面应釆用突面形式(RF)，法兰材质宜选用20镇静钢。热煤气法兰垫片采用耐热耐油垫。
热煤气系统紧固件采用六角螺栓或双头螺栓，材料采用合金钢(如35CrMo等)。
(3)管道布置
煤气发生炉煤气管道须架空敷设，且不得穿过不使用煤气的建筑物，尤其是存放易燃、易爆物品的堆场或库区。
厂内煤气输送管线与建筑物及相邻管线的水平和垂直净距须满足相关规范要求。
厂区煤气管道的坡度宜取0.005，车间煤气管道的坡度宜取0.003，便于清除积水等。
2、安全设施
煤气管道每20m做静电接地，接地连线可沿支架接地极，接地电阻值不得大于10Ω。
应按规定设置安全保护设施，如爆破阀(防爆铝板+挡板，业内也习惯称之为“防爆板”)、泄压水封、放散管、煤气隔断装置(大水封)等。
3、管道施工及验收
煤气管道的安装、施工、检验应按国家相关规范进行。
施工时，应按规定进行无损探伤检验，焊缝等级不得低于III级。
安装完毕后，应按规定进行强度试验和气密性试验，确保煤气管道无泄漏，以保证其安全输送煤气。
4、煤气管道支架型式
管径较小的支架应以刚性滑动为主，直径较大、高度较高的管道应以柔性铰接支架为主。合理设置补偿器和固定支架以减少土建工程的投资，尽可能使用自然补偿以减少管道工程的投资。
5、煤气管道破坏形式
管道破坏有两种形式：一种是管道在腐蚀介质的作用下壁厚不断减薄，导致管道整体强度不足而发生爆破;另一种是管道经“过腐蚀”，其有效壁厚尚能达到使用要求，即使管道不会发生整体破坏，而局部由于泄漏点直径扩大等原因发生的局部再破坏。
6、煤气管道施工安全
(1)煤气管道施工安全操作
煤气管道施工是土建、吊装、安装、焊接等多个工种的组合。
(2)煤气管道带气施工
各种压力的煤气管道进行带气作业时，均需制定周密的带气作业方案。作业方案应以“四防”为原则：
防止原有燃气管道内进入空气。
防止作业人员烧伤、中毒或窒息。
防止作业现场着火，爆炸。
在新建管道内的空气未吹扫净时，防止对新建管道的任何部位进行带火的作业，严禁用户点火用气。
此外，还应注意以下几点：
在室内带气操作，应先将窗户全部打开，以保持施工现场空气流通。
地下管道带气操作坑应选用梯形沟或斜沟槽，使泄漏的煤气能够及时扩散。
凡带气操作，必须配备二人以上施工人员。
在大量煤气外泄，或在封闭场所带气操作，施工人员必须佩戴防毒面具，现场配消防器材，并且专人专人指挥现场。
7、煤气管道安装检验
煤气站安装是由煤气设备配套厂家来完成的，订货中有特别的要求，厂家负责安装、调试、培训等。但在厂家的施工过程中，热镀锌企业也必须从设计资料审查、施工单位资格审查材料复验、现场施工检查无损检测管线的吹扫、耐压试验和气密性试验等八个环节进行严格把关。
(1)设计资料的订货审核
设计单位应具备相应资格，设计图纸必须符合《城镇燃气设计规范》(GB50028-93)，图纸上应盖有设计资格印章。
(2)施工单位的资格审核
施工单位必须具有城镇燃气管道输配工程施工许可证有相应的持证焊工和相应的施工设备检测设备，并具有正常运转的质量保证体系且在施工开始之前到锅炉压力容器安全监察机构办理了开工报告。
(3)材料的复检
煤气管道的主要材料(管道阀门、管道附件密封材料和焊接材料)必须具有制造厂的质量证明书或合格证明书，无合格证明书或证明书中项目不全时，不准使用。
对于热镀锌企业自行安装的材料、部件等，也必须坚持这样的复验。
(4)施工现场检查
现场检查管沟放线管道的埋设深度、管沟沟槽、钢管道的防腐、管段的坡度及回填土应符台图纸设计及《城镇燃气输配工程施工及验收规范》(CJJ33-89)的要求。
持证焊工合格项目必须与实际施焊位置相符，施焊过程中严格执行评定合格的焊接工艺，并做好施焊记录，施焊后的焊口必须逐一进行外观检验，不允许有表面裂纹、气孔和夹渣，管道错边量不应超过管壁厚的10且不大于1mm;咬边深度不超过0.5mm，长度不能大于焊缝全长的10%。
无损检测抽查。焊缝外观检验合格后，进行无损检测抽查，抽查的焊口数量按设计规定执行；无设计规定时，按CJJ33—89的要求确定，合格级别执行JB4730-94标准要求。
管线的吹扫，非常必要。燃气管道安装完毕后，钢管道在试验前还应用压缩空气进行吹扫，反复进行数次，确认吹净为止。
燃气管道的强度试验应按图纸设计、GB1235—82《工业金属管道施工及验收规范》(金属篇)、《压力容器安全技术监察规程》和《城镇燃气输配工程施工及验收规范》(CJJ33-99)的要求进行。试验压力应为设计压力的1.5倍，但铸铁管不得低于0.005MPa;试验介质宜采用压缩空气或氮气。进行强度试验时达试验压力后，稳压1h，然后用肥皂水检查，无渗漏为合格。
气密性试验。气密性试验应在强度试验合格后进行，应符合图纸设计GB1235-82《工业金属管道施工及验收规范》(金属篇)、《压力容器安全技术监察规程》和《城
镇燃气输配工程施工及验收规范》的要求，试验压力应为设计压力的1.15倍，但不小于100Kpa，且试验宜在回填土至管顶以上0.5m后进行，稳压6〜12h后观察24h，经温度、大气压变化修正，压力降不超过CJJ33—89中计算结果为合格。
8、煤气管道防雷虹要求
(1)屋面煤气管道
屋面煤气管道主要包括煤气放散管和直接敷设在屋面上的水平管，从以前资料中发现，有雷击煤气放散管起火8次均未发生事故的记录，说明煤气放散管始终处于正压，所以煤气放散管只要和防雷装置相连就可以了，不必再独立设接闪器。
下面主要讨论屋面水平管。这部分煤气管道的防雷重点是防直击雷和防雷电感应，鉴于目前建筑物的防雷设计并非是阻止和减少雷击的发生。其主要目的是为了引雷，因此煤气管道的防雷也应达到这一目的。
建筑物遭受雷击时，雷电流流经的路径为：屋面、屋架(或托架或屋面梁)、柱子、基础。最后引入大地。
根据《建筑物防雷设计规范GB50057—94(以下简称GB50057)4.1.5条的规定“对二、三类防雷建筑物来讲屋面上永久性金属物宜作为接闪器，但其各部件之间均应连成电气通路，钢管、钢罐一旦被雷击穿，其介质对周围环境造成危险时其壁厚不得小于4mm”。所以雷电流到达屋面后，敷设在二、三类防雷建筑物上的煤气管道要同时达到接闪和引雷两个目的，而对于一类建筑物则仅为了引雷。
针对这一目的，屋面水平煤气管建议釆取以下做法：
管道的敷设应避开屋角、屋檐、檐角、屋脊、女儿墙等宜受雷击的部位，当管道进入屋面时，应尽量沿女儿墙底部，躲开屋角、屋脊部位进入。
选择壁厚至4mm的水煤气钢管。
为了保持良好的电气通路，管道应采用焊接，阀门也宜釆用焊接阀门，当采用丝接阀门时，阀门两端应跨接。
为了减少管道腐蚀的发生，煤气管道不宜直接敷设在屋面上，应采用支墩，支镦与管之间还应加管垫予以保护。
(2)电气连接
等电位联结是防雷设计的主要手段，因此屋面煤气管道与避雷装置的电气连接来不得丝毫马虎。首先屋面的煤气主管首尾两端和进入建筑物的各分支管的末端应与屋面防雷装置相连。依据GB50057中规定，第一、二、三类防雷 建筑物引下线
之间的间距分别不应大于12m、18m、25m的距离执行，这样做的目的是为了防止因管线过长而引起雷电流分布不均匀增大电压降。从而导致雷反击的形成。其次。为了防止雷电感应的发生，与其它平行敷设的金属管道，其净距小于100mm时，应采用金属线跨接，并且跨接点的间距不应大于30m。金属管道之间的交叉净距小于100mm时，其交叉处亦应跨接。
建筑物侧墙煤气管道建筑物侧墙煤气管道主要包括三种。第一种是单根煤气管。主要是一些上屋面煤气主管和下垂煤气分支立管;第二种是目前福州市正在尝试使用的中高层建筑物集中排管式安装中的煤气排管;第三种是由引入管露出地面的煤气矮立管和煤气高立管。
第一、二种煤气管道的防雷主要目的是为了防止侧雷击的发生。虽然侧雷击的发生概率和雷电流都比较小，但它一旦发生，造成的破坏还是相当大的。因此这部分的设计也不容忽视。依据GB50057的规定，一、二、三类建筑物防侧击的起始高度分别为30m、45m、60m，因此煤气管道防侧击的高度也相应地分别定为30m、45m、60m，对于一类防雷建筑物，从高度30m起，每隔不大于6m，煤气管道须与建筑物的水平避雷带或引下线相连;对于二、三类防雷建筑物，只需顶端和底端与防雷装置相连即可。第三种煤气管道的防雷主要目的是为了防止雷电波的侵入。
依据GB50057要求，埋地或地沟内的金属管道在进出建筑物处亦应与防雷电感应的接地装置相连。因此每一根引出地面的煤气矮立管和煤气高立管，不管是处于几类防雷建筑物，都应就近与接地装置或引下线相连。煤气引入管的安装定位应尽量靠近引下线或接地装置，以便于与接地体的连接板或接地装置相连，若受结构的限制，离引下线或接地装置较远时，也应釆用和建筑物水平接地体相同的材料做水平接地以达到与引下线或接地装置相连。
同样，为了保持管道有良好的电气通路，侧墙煤气管道宜采用焊接;若釆用丝接，当过渡电阻≥0.03W时，前后两端应跨接。
(3)架空煤气管道
架空敷设的煤气管道一般是沿建筑物的外墙体水平敷设，用托架与墙体相连。所以只需头尾及中间每隔25m与建筑物的引下线或接地装置相连就可。
(4)等电位联结
煤气管道的电气连接方法及材料的选用按照《等电位联结安装》中38、39 页联结线与各种管道的连接(抱箍法)、联结线与各种管道的连接(焊接法)执行。对于
集中排管式安装的煤气管道，应先将煤气排管在同一高度用连接件揮接成一个电气通路。然后再与水平避雷带或引下线相连。连接件及跨接线均应做防腐处理。
管径不同流速不同。
管径(mm)
200~400
500~800
900~1200
1300~1500
流速(m/S)4~6 6~10 9~12 11~14 1600~2000
室内燃气管道设计方案浅析 篇3
【关键词】室内;燃气管道;设计;安全;美观
Inquiring Into Design And HiddenDanger Of Indoor
Gas Pipeline
ZHANG Hai—bo
(Jiamusi China Gas,Heilongjiang Jiamusi 154002,China)
Abstract:This article summarizes inquiring into design and safe hidden danger of indoor gas pipeline. It advances the solution of unifying design and safe of indoor gas pipeline.
Key words：indoor; gas pipeline; design; safe; good-looking
一、多层室内燃气管道的设计
1、设计室内燃气管道立管的位置选择
a、室內厨房的烟道、灶具、排烟罩及水盆在一侧，由于市场上出售的排烟罩的长都在1.1米以内。我们在确定管道立管的位置时，要尽量在烟道旁边或距烟道大于1.1米的位置上，是靠近水盆的地方，不过要保证与上水管及排水管的安全距离（燃规中的10.2.36与相邻管道，在平行敷设时要保证燃气管道、相邻管道的安装与和维修，在交叉敷设时要大于2cm的净距）。
b、阳台是厨房时，灶具、排烟罩和烟道在一侧，水盆在另一侧我们在确定厨房在阳台的管道立管位置时，就要在烟道的旁边或在阳台外侧。
2、设计室内管道中燃气表的位置选择
a、厨房在室内，当厨房在室内时，室内的空间较大，我们一般采用高位挂表方式，在燃规的10.3.2第4条中表底距地面不宜小于1.4米，当燃气表装在燃气灶具上方时，燃气表与燃气灶的水平净距不得小于30cm的规定，这样我们在考虑用户挂排烟罩的同时，立管与烟道之间的距离就不够挂表了，燃气表就要挂在立管的另一侧（如图）。
b、厨房在阳台，当厨房在阳台时，由于厨房的外墙与烟道之间的净距不足1.5米，不能满足高位挂表的技术要求，只能用低位挂表方式，在燃规的10.3.2第4条中表底距地面不得小于10cm的规定，燃气表安装在橱柜时，橱柜内不得存放易燃、易爆物品，橱柜的形式应具有自然通风的功能。
3、室内燃气管道与电源插座的距离问题
在室内燃气管道的设计与施工中，发现每一层的电源插座并不在一条垂直线上，这样给我们立管与燃气表位置的选择增加了难度，在燃气管道难以保证燃规中10.2.36室内燃气管道与电气设备的净距不应小于表1的规定的时候，倘若漏电，有可能击穿燃气管道造成燃气泄漏的危险，我们采用硬质塑料套管并用热覆膜将其固定在管道上，套管两端与电源插座的距离大于150mm的办法，这样也符合燃规这条下的注1、当明装电线加绝缘套管且套管的两端各伸出燃气管道10cm时，套管与燃气管道的交叉净距可降至1cm。2、当布置确有因难时，在采取有效措施后，可适当减少净距的规定。
注：1、当明装电线加绝缘套管且套管的两端各伸出燃气管道10cm时，套管与燃气管道的交叉净距可降至1cm。
2、当布置确有困难，在采取有效措施后，可适当减小净距。
二、高层室内燃气管道的设计
高层室内燃气管道中除了应用多层室内燃气管道的设计，还应注意以下几个方面。
1、燃气的附加压力
由于燃气和空气的容重不用，燃气轻于空气，因此当管道的高程有变化时就会产生附加压力。附加压力有正有负，在计算楼内管道时，特别是在高层建筑中附加压力的作用较大，不可忽视，民用天然气具的额定压力的2000Pa，灶前压力在0.75-1.5倍额定压力时，燃具能正常工作。超出此范围，燃具的热效率低，燃烧不稳定，燃烧噪声大，出现脱火现象，严重时引发事故。
附加压力可按下式计算：△p=H(Pk-Pr)×10
式中：△p---燃气的附加压力（Pa）；
H---燃气管道始、末端的高程差（m）；
Pk---空气的密度（kg/m3）；
Pr---燃气的密度（kg/m3）；
一般来说，立管高度高出110米时，有必要采取措施，减小附加压力对管道的影响。
解决附加压力有几种措施：
a、在燃气立管上增加调节阀。
b、减小调压箱低压最大出口压力。
c、通过管道水力计算，增加管道的阻力；
2、高层燃气立管自重的影响
高层建筑由于高度高，燃气的立管长，其自重就很大，燃气立管上就会产生压缩应力，由于安装时环境温度与管道的温度不同，又会产生热应力，在这两种应力的影响下，燃气管道会产生变形，扭曲、断裂、引发事故。解决的措施为对高层建筑的燃气立管加设固定支架，并每隔几层设置一个固定支架，固定支架可按下列原则设置：燃气立管高度35m
3、高层建筑的沉降影响
建筑物在建成后的几年内有着明显的沉降，其沉降对燃气引入管的影响非常严重。建筑物在沉降时，对于静止的引入管就要造成不同成度的损坏，当建筑物沉降量比较大时，燃气引入管就会出现损环、断裂、漏气、易引发事故。因此对于设计高层燃气管道这一环节非常重要，一定要采取措施保护好引入管。
解决的措施为：
a、在出地水平管上加设金属软管；
b、在引入管穿墙加钢套管，钢套管须大引入管三个规格。
三、室内燃气管道存在的安全隐患
在人们对居住环境要求美观的今天，人们在装修室内时，往往把所有露在外面的各种管线都要作暗处理的。这样对我们来说就要存在安全隐患了。以下是我在做设计时所遇见的几种情况：
1、在室内的燃气立管采用的是镀锌钢管，现在的用户在对厨房装修时，在靠烟道这侧都要上下打柜，燃气的立管在中间有外露的，用户有改变立管位置或把立管暗埋的想法，这样管道除增加弯头增加阻力外，还有暗埋对管道防腐的破坏。
2、燃气表后的燃气管道也是暴露在外的，用户往往把表后管埋在墙内的，这样我们就要要求埋在墙内的表后管用铝塑管同时不能有接头，管件不能埋在墙内。
3、低位挂表时，表在下厨柜内时，单叉球阀必须安装在柜外或在靠近柜门口。我们地区近两年用户在使用低位表时，往往存在不关单叉球阀只关灶具的阀门的现象。其原因单叉球阀在厨柜的内侧不好开关。
4、在近两年的设计中，接触到的敞开式厨房越来越多（有一些厨房与客厅之间是贯通的），这种现象是不符合燃规的，是不能做设计的，这样一栋楼就要有能用管道气的，有不能用的，大多的开发商都提出要改建筑图，在厨房与客厅之间加一扇门。我们规范允许了，我们的设计可以进行了，不过这个门在实际中存在的很少（用户在装修使用时是不会流下来的），这样安全隐患也就存在了。
结束语
以上只是我在平时的设计工作中结合实际得出的一些微不足道结论，有不合理的地方请各位专家领导对此提出宝贵意见，我会改正不足之处，使我的设计水平能有所提高。更有信心能够完成今后的设计任务。为进一步改善室内燃气管道设计的工作，做出贡献。让我学的多，成长的快。
参考文献
[1]《建筑设计防火规范》GB50016-2006
[2]《城镇燃气设计规范》（GB50028-2006）
[3]《城市热力网规划设计规范》（CJJ34－2002）
管道设计 篇4
关键词：工业管道,应力计算,Caesar II
一、管道柔性的概念及应力计算的目的
管道的柔性是反映管道变形的难易程度的一个物理概念, 表示管道通过自身变形吸收热胀、冷缩和其他位移变形的能力。应力的目的是使整个管道系统具有足够的柔性, 以防止由于管道的温度、自重、内压和外载或因管道支架受限和管道端点的附加位移而发生下列情况:
1. 因应力过大或金属疲劳而引起管道破坏。
2. 管道连接处产生泄漏。
3. 管道推力或力矩过大, 使与其连接的设备产生过大的应力或变形, 影响设备正常运行。
4. 管道的推力或力矩过大引起管道支架的破坏。
管道应力计算可以有效的在满足安全性的前提下, 可以合理的布置管架, 精确的计算管架的个数及承载力, 从而减少不必要的投资。另外, 还可以使管道走向最优化, 避免管道设计中不必要的工程投资, 为管道布置、安装、配置等提供科学依据。
二、应力计算的评定标准
1. 力和力矩的判断
当计算的力/力矩不超过许用力和力矩时, 即视为是安全和可靠的许用的力和力矩值 (范围) 来自:
(1) 设备 (产品) 厂商提供的符合国内外同类产品制造和检验标准要求的接管口许用载荷值。
(2) 相关设计专业提供的符合标准要求的接口许用载荷值。
(3) 当以上两点不能提供时, 可由提供方 (或专业) 予以协调确定并使问题得到解决 (包括采用其他附加保护措施) 。
2. 应力的判断
(1) 一次应力:当一次应力的计算结果不超过管道的许用应力时, 即视为是安全和可靠的。
(2) 二次应力:当二次应力计算结果不超过管系工作 (设计) 状态下的许用应力范围时, 即视为是安全和可靠的。
(3) 偶然应力:偶然应力包括自重、压力和其他偶然外载 (如风载荷、地震载荷、水冲击、安全阀/调节阀作用反力等) 共同引起的管道纵向应力不超过1.33倍材料在最高操作温度下的许用应力, 即视为安全和可靠的。
三、影响管道柔性的因素
管道的柔性不仅与管道中各管段单元的结构尺寸有关, 而且它还与管道的空间形状有关。一般情况下, 管道拐弯越多其柔性越好。因此, 在管道设计时, 如果将管道布置成一个有较好柔性的空间几何形状, 就可有效的降低由管道热胀或附加位移而产生的应力水平, 也可有效的降低管道对相连设备和约束点的附加力。总体来讲, 影响管道柔性的因素有管单元的规格及尺寸、管道的空间几何形状、管道端部的刚度、管道中间的支撑以及管道中存在的特殊管道元件等。
1. 管径和壁厚的影响
减少管道元件的直径或壁厚, 可以有效的减少管子 (管道) 对端点的推力。管道元件的直径和壁厚越小, 管道的柔性就越好。
2. 管道的空间几何形状影响
增加管道中弯头的数量, 管道的柔性将增加。因为, 其一, 弯头增加相当于增加了变形点的数量, 从而使一定的膨胀量分配到更多的单元上吸收;其二, 弯头自身的刚度较小, 容易变形, 这是因为弯头或者弯管在承受弯矩后, 其横截面会发生椭圆化或扁平化, 从而使得其截面惯性矩或者抗弯 (抗扭) 截面模量减小。
3. 管道端部相关设施刚度的影响
大多数管道的两端都是与设备管口连接的。如果将设备管口视为固定端, 会使得管道变形困难。如果将三个角位移放开, 那么管道的应力水平会降低许多, 经常进行计算机算题的人员都有这个体会。所以降低设备管口的刚度, 也有利于管道的变形。
4. 管道支吊架约束的影响
选用不同的支吊架可以局部控制管道的变形或位移, 从而改变了管道的柔性。
5. 刚性元件和柔性元件的影响
刚性元件泛指刚度比较大的管道元件, 如法兰、阀门、小型管道设备等。由于刚性元件的刚度较大, 自身难以变形, 同时它在管道中也将牵扯到与其相接的其他管道元件的变形, 从而降低了管道的柔性。
柔性元件泛指刚度较小的管道元件, 如波纹管膨胀节、填料函膨胀节等。与刚性元件相反, 由于柔性元件刚度较小, 容易考自身的变形来吸收管道的热胀, 从而能有效的降低管道中的应力水平和便捷的附加力, 也就是说它有效的增加了管道的柔性。
四、管道柔性判断的常用的几种简单办法
管道柔性分析的方法一般分为经验判断法、简单计算法和详细分析法三种。原则上, 应尽量采用简单计算法快捷的计算出结果, 尽可能少的使用计算机辅助应力分析软件, 以节省工作时间和相关应力分析软件使用的成本。一般来说, 每个大型的工程公司均有一套成熟的用于简单计算管道柔性的方法, 以下选择五种具有代表性的简单计算法进行介绍:
1. ANSI判断方法
(1) 对于输送非毒介质的管系, 可依据ANSI B31.1/B31.3介绍的判断式进行判断。需要说明的是, ANSI的判断式做了如下的假定:
管段两端为固定点。
管段内管子的直径、壁厚、材料都是一致的。
管段上无其他支管引出。
管段的等效循环次数少于7000次。
判断式为:D0Y/ (L-U) 2≤2.08×105SA/EA,
式中:D0为管子外径, mm;Y为需要由管系吸收的总变形合成值, mm;L为两固定点之间管道的展开长度, m;U为两固定点之间的直线距离, m;SA为许用位移应力范围, Mpa;EA为材料在20oC下的弹性模量, Mpa。
2. 凯洛格图解法
(1) 凯洛格图解法, 是通过把管系看成无重量的弹性线, 一种管径, 同一材料, 无阀门, 无支座, 无分支;基础图形“L”形, 计算管系短臂L2必要的长度来计算管道是否具有足够的柔性, 见图1。
L形补偿器短臂长度L2的计算:
求得 (σA为许用应力范围, 单位:MPa;e为单位线胀量, 单位:cm/m) ;
从图2中查的系数K值;
L形补偿器短臂长度L2=KL1
3.凯洛格公式法
式中:L2-计算管段长度, m;Δ-主管在分支点位移量, cm;E-弹性模量, kg/cm2;D0-管子外径, mm。
凯洛格公式法可以代替凯洛格图解法做一般原则上的判断, 同时, 必须强调的是凯洛格公式法的适用条件和局限性是与凯洛格图解法是一样的。
4. 国内常用公式法
式中:L2-“L”形补偿的短臂长度, m;Δl-长臂L1的热胀量, mm;D0-管子外径, mm;
5. 导向悬臂法
式中:L-计算管段长度, m;Δ-主管在分支点位移量, cm;E-弹性模量, kg/cm2;DN-管子公称直径, cm
6. 以上五种简单计算法的总结
以上简述的五种常用的简单计算法作为简单的柔性判断来说, 结果一般偏于安全的, 且均存在自己的适用性和局限性, 建议价格昂贵的合金钢管系还是应该考虑详细分析法, 在确保安全的前提下设计出最经济的管系。同时, 对于敏感设备, 比如是转动设备以及压力容器的管口受力和力矩的校核, 我们仍然建议采用详细分析法以保证安全。
五、计算机辅助软件Caesar II软件进行柔性分析综述
计算机辅助进行应力计算工作, 具有方便快捷和计算结果准确、精度高等特点。目前, 工程行业管道应力专业比较常用的软件有Caesar II和Auto PIPE。结合行业特点, 由美国COADE公司研发的Caesar II软件作为目前在国际上公认的软件之一, 正越来越多的被用于计算机辅助柔性分析中去。Caesar II解决的管道应力主要问题:
1. 使管道各处的应力水平在规范允许的范围内;
2. 使与设备相连的管口载荷符合制造或公认的标准 (如NEMA SM23、API-6 1 0、API-6 17等) 规定的受力条件;
3. 使与管道相连的容器处局部应力保持在ASME第八卷许用应力范围内;
4. 计算出各约束处所受的载荷;
5. 确定各种工况下管道的位移;
6. 解决管道动力学问题, 如机械振动、水锤、地震、减压阀泄放等;
7. 帮助管道布置设计人员对管系进行优化设计。
Caesar II软件功能基本齐全, 程序可以计算管道由内压、自重、热膨胀和端点位移等载荷所产生的应力和各点的位移, 还可以考虑管道的非线性约束, 例如管道与支架之间的摩擦力、限位支架的间隙等, 此软件还可以模拟波形补偿器, 并计算管道与设备管口连接的管口的柔性和设备管口处的局部应力。另外, 程序可以进行法兰的泄漏计算工作。
Ceasar II软件的使用就不做过多的阐述, 主要结合作者使用Caesar II软件进行柔性分析中的不足进行阐述。Caesar II软件是基于有限元的方法, 将管道系统视为各个梁单元。在计算大直径薄壁管道时, 往往发生管道界面由于受力变形会产生椭圆化的情况, 从而影响该处的柔性系数和应力增大因子, 从到导致管道的应力不能真实的计算。一般来说, 考虑使用其他局部有限元计算软件比如FE/PIPE对三通和弯头进行局部分析, 再将计算结果带入进Caesar II软件进行整体的应力分析, 这样的计算结果相对来说是比较可信的。另外, Caesar II软件在反映支架的支承是通过Node来完成, 也就是通常说的点支撑, 在作者看来这种特点与真实的情况是存在误差的。不管支承的管径有多大, 管道与支架接触的总是以一个面的形式出现, 而软件模拟中最常出现的支承点杠杆效应在真实情况下是很少发生的。另外, 软件在正确反映弯管处假腿的模拟是存在误差的, 一般来说, 假腿与弯管直接焊在一起, 相当与提高了弯管的刚度, 相应的弯头的柔性系数减少, 而应力增大系数会增加, 这对于一些大尺寸的管道来说尤其的明显。弯头柔性系数的减少, 而Caesar II不能计算弯头处的柔性系数, 那么直接使计算出来的设备管口的反作用力偏小, 对于敏感设备比如泵、压缩机等来说风险就相对较大。以上这些问题是在应力计算中笔者经常遇到的困惑, 也是笔者认为影响计算精确性的主要因素, 随着项目的规模越来越大, 这些问题也必将越来越被重视。
总结
随着工业的发展, 石化、化工、电力、医药领域装置规模的大型化, 大口径管道的增多, 使得工业管道的应力分析越来越受到重视。文章通过对管道柔性设计的目的的阐述, 分析了影响柔性设计的几个主要因素, 另外总结了几种快速辨别管道柔性的计算方法, 为专业技术人员能够方便、快捷地判断管道的柔性是否具备足够的柔性提供了有力的支持, 另外, 对计算机辅助详细设计进行了一些常见问题的分析, 尽可能的保证计算的正确性。总之, 管道应力计算为避免管道设计中不必要的工程投资, 为管道布置、安装、配置等提供科学依据。
参考文献
[1]吴德荣等.化工工艺设计手册 (第四版) , 北京, 化学工业出版社, 2009.6.
[2]宋岢岢.工业管道应力分析与工程应用, 北京, 中国石化出版社2011.1.
[3]ASME B31.3 Process Piping, 2008.
[4]Kannappan, Sam.INTRODUCTION TO PIPING STRESSANALYSIS, 1986.
输气管道工程设计条件 篇5
开展输气管道工程设计前业主至少应提供下列资料，但不限于： 1.1 设计任务书或设计委托书； 1.2 资源与市场数据。
1.3 技术要求，至少应包括：
1）管道的起、终点、系统功能、建设水平、质量要求； 2）管输气体的来源及物性；
3）管道的任务输量、最小输量、最大输量； 4）管道沿线天然气的分输或注入要求； 5）管道用户用气特点及不均匀系数；
6）上游供气方不同年份供气量及供气压力； 7）不同年份用户用气量及用气压力需求； 8）工期要求。
1.4 管网规划及与拟建管道有关的已建的管道系统状况。1.5 业主对工程管理的要求。1.6 经济评价与概算资料 1）资金来源及贷款方式；
2）工程建设期及分年度投资比例； 3）类似工程投资及施工情况。2 现场需要收集的外部接口资料 2.1 自然状况资料 管道沿线行政区划及地方志，沿线城市、乡镇发展规划。2 管道沿线地形、地貌及植被分布情况； 管道沿线资源情况，包括：矿产、农业、林业、牧业、渔业、动植物、文物保护区分布等； 管道沿线重要设施分布，包括：军事设施、铁路枢纽、机场、码头、水库等的分布和发展计划； 管道沿线附近已建管线和构筑物的情况； 6 管道沿线重大项目的建设与规划； 基本气象资料。根据工程规模和建设水平的要求，气象资料宜为近10、20、30 年和50 年的统计数据。包括： 全年平均气温、最冷月平均气温、极端最高温度、极端最低温度；管道埋深处最高、最低、和最冷月平均地温，标准冻土深度和最大冻土深度；降雨量（当地采用的降雨量计算公式，年和逐月的平均、最大、最小降雨量、最大强度降雨量、连续降雨最多的天数）、降雪量（初雪日、终雪日、连续降雪时间、最大积雪深度）、蒸发量，年平均日照、雷电日、沙尘暴天数，冰凌、冰雹强度；相对湿度；海拔高度；当地平均大气压；近年各月最大风速及各月风向、频率或全年的和夏季的风向频率玫瑰图、最大风速和风压值、静风出现的日期和持续时间、风暴和风沙出现的时间和状况。8 沿线人文资料； 沿线水利设施、水利规划及水利部门的有关规定； 10 沿线工程地质及水文地质资料，包括：沿线地质、地貌区域划分图，地质构造的成因及年代；
沿线地震动峰值加速度、大型活动断裂带分布图；沿线土壤含水率、电阻率及土壤腐蚀性；地表水：
江、河、湖的位置及最高、最低和平均水位，最高洪水位（洪水频率按有关设计规范）洪水起始时间及持续时间。结冰的初、终日期，水质分析资料，水利工程的现状及规划；地下水：地下水位、水温、水质、单井出水量；穿跨越河流的河床地质及水文资料（正常、洪水和枯水期的河流水位、水深、水面宽度、流速、河床最大冲刷深度、河流冻结期、开化期）。2.2 沿线依托条件 现有设施情况，包括：管道沿线可依托的油气田设施、站场； 2 交通现状，包括：
1）公路：与线路、站场邻近公路的距离、公路等级、路面宽度、路面结构； 2）铁路：最近车站名称、距离；
3）水上运输：设备、材料运输可依托的码头，河道通航能力。3 供电状况，包括：
1）沿线电网分布电力网络近、远期规划、地理接线图； 2）可利用作为电源的上级变电所(发电厂)现状；
3）电网系统最大、最小运行方式下的短路阻抗(或短路容量)，以及近、远期发展规划；
4）电压等级、电压质量； 5）上级变电所保护方式；
6）电力主管部门对相关站场用电方案的建议和要求，包括：电力部门对大电机的起动意见；电力部门对通信调度的要求；上级变电所出线间隔、出线位置；对进出线间隔的管理与分工要求；上级变电所相位；外电线路路由条件、敷设要求；电源线路进站的方位及与输气站的距离；电价及收费办法；计量要求及表计装设要求。4 沿线通信条件
1）管道沿线现有的通信公网和专网分布、规模、覆盖范围、容量、方向和路由、局站布置、维护系统及通信质量；输气站接入公网和有线电视方式；
2）管道沿线通信网的规划，通信主管部门对本管线通信方案的建议和要求，需要相互协调的项目或事项。输气站所在地市政工程依托条件 1）进、出站道路与接口条件；
2）城市供热管网分布与供热能力，热源的方位、距离、连接坐标、管径、压力； 3）城镇给水管网：输气站要与之连接的城镇给水管网的连接坐标、管径、水压、供水量及其供水条件。
4）城镇排水管网分布，允许污水排放量、排放接入口坐标、管径等。5）当地消防依托力量与协作的可能性情况； 6 所在地已有的防洪设施及对防洪的要求； 7 当地政府对环境保护的要求
1）废气、污水及固体废物排、放标准； 2）水体保护要求；
3）噪声现状及当地防护要求； 4）绿化要求；
5）建筑风格的要求。物资集散地建筑材料供应情况； 9 施工机具、设备维修能力。2.3 相关图纸 根据管线不同情况分别收集1：1000000～1：50000 地形图和遥感图； 2 沿线城镇规划图； 区域位置地形图（1:5000 或1:10000）； 建设用地地形图（1:500 或1:1000 或1:2000）。2.3 经济资料 工程所在地区的建筑、安装工程计价定额及费用定额；当地工程造价信息；价格指数和有关
人工、材料、机械台班及辅材调整系数； 2 永久性征地及临时用地补偿标准； 3 民房拆迁费标准； 4 经济作物赔偿费标准； 5 经济林木赔偿费标准； 6 恢复植被费标准； 水土流失补偿费标准； 8 路产补偿及占用费标准； 9 穿越铁路赔偿费标准； 10 防洪及河道管理费标准； 11 防风固沙费标准； 12 城市建设配套费标准； 建设项目水资源论证费标准； 14 高可靠性供电费标准； 15 水土保持设施补偿费标准； 工业与民用水、电、气、油价格等； 17 其它地方性行政收费项目及收费标准。3 由工艺专业提供的基础资料 3.1 资源与市场资料 国家和股份公司所做的天然气近期与远期规划、天然气分配流向及市场情况； 2 天然气资源：与管道相关气源气田的可采储量、逐年产能、天然气调配规划； 3 天然气目标市场消费现状，需求预测数据； 国民经济发展水平指标（如GDP 增长率）、能源化工产业发展规划。3.2 管道系统相关资料 输送工艺系统参数，包括：设计压力、设计温度、输送能力、近期输送量、远期输送量、起
输量、设计输量、用户分输量及分输要求的压力等； 2 天然气组分； 天然气物性，包括：低发热值、高发热值、密度、相对密度、水露点等； 管道系统结构，包括：管道长度、管型、管道材质、管道壁厚、输气站位置、沿线里程、高程等； 管道内壁粗糙度取值，管道的输气余量取值； 6 管道埋深； 管线分期建设或扩建的计划；各阶段用户分输量；各输量下进出站温度和压力等； 8 保温材料的导热系数； 总传热系数或土壤种类及导热系数； 10 管道系统流程框图； 11 各输气站工艺流程图； 12 阀室工艺流程图； 输气工艺系统对配套设施建设水平要求； 管道系统水平要求，安全系统要求、项目实施计划、组织机构及定员。二 开展输气管道工程设计应具备的条件
输气管道工程设计承包商应依据设计委托书或合同要求开展设计工作。1 可行性研究阶段应具备的条件和应完成的评估 1.1 可行性研究阶段应具备的条件 可行性研究报告编制委托书或委托合同； 预可研设计或方案设计（如果已完成了该设计时）； 3 资金来源或融资渠道。
1.2 可行性研究阶段应完成的评估报告
业主应委托具有相关资质的评估机构完成专项评估报告的编制与报批，包括： 1 环境影响评价报告； 水土保持方案预评价报告； 3 地质灾害危险性预评价报告； 4 工程场地地震安全性评价报告； 地震安全性和管道沿线主要断裂活动性评价报告； 6 职业病危害预评价； 7 安全预评价报告； 8 矿产压覆评价报告； 9 防洪评价报告。
以上评估报告，应由业主委托有相应资质的单位完成，在评估报告编制和评审过程中，可行性研究报告的编制单位应按设计合同要求进行配合并参加审查会。2 可行性研究阶段应取得的相关意向性协议
设计承包商应配合业主取得以下意向协议或相关批复文件，当业主有委托时也可由设计单位完成：
2.1 线路路由意向性协议包括： 当地政府部门及相关路由管理部门对管道路由和外电送电线路路由的批复文件。在可行性研究阶段应取得县级政府部门的路由批复意见及通过障碍物的初步意见。2 管道穿越公路、铁路、大中型河流的通道意向性协议； 3 管道穿越文物区的通过协议； 4 管道通过自然保护区的协议； 管道通过湿地、水源地、极旱荒漠区等生态保护区的通过协议； 6 管道穿越矿区的通过协议； 2.2 用地意向协议包括： 管道沿线临时用地意向协议； 输气站、阀室、阴极保护站及其它管道附属设施选址及永久用地审批意见； 2.3 其它协议或意向包括： 输气站、阀室、阴极保护站及其它管道配套设施供电、供水、供气意向。2 在工程项目初步设计阶段，业主应提供重要交叉跨越的相关协议书。3 与市政污水排放系统的接口意向。3 可行性研究阶段应完成的其它工作 3.1 可行性研究报告的报批
可行性研究设计承包商应按设计委托书或合同书要求完成可行性研究报告的编制，并配合业主完成可行性研究报告的审批。3.2 项目申请报告的编制 合同中业主有要求时，可行性研究报告审批后，按国家发展和改革委员会第19 号令《企业投资项目核准暂行办法》的规定，可行性研究设计承包商应完成项目申请报告的编制。
3.3 项目申请报告的报批
简议城市燃气管道防腐设计 篇6
关键词：城镇燃气管道；设计；防腐问题；处理
1.城市燃气管道的特点
与长输燃气管道相比，城市燃气管网具有自己的特点，主要表现为：城市燃气管道为天然气管道的终端，压力低，径厚比大，容易变形；城市燃气管道纵横交错，由于用户的需要，接头和阀门较多，容易在这些地方出现泄漏事故；城市燃气管道一般为埋地管线，但由于安装方便往往埋地浅，有些就在城市主干道的附近，受地表车辆载荷、建筑物沉陷的影响大。随着城市居民生活水平的不断提高，越来越多的家庭开始注重居室的美观与实用性，不仅要求户型设计人性化，也要求配套设施简洁集中，易于装修。这就要求燃气设计人员在进行室内燃气设计时要充分考虑居民的装修需求和安全需求。
2.做好燃气管道腐蚀设计控制的必要性
随着我国经济和城市化的发展，地下管道的种类与数量也在不断的增多。许多埋在地下的管道由于长时期都受到外部土壤与内部介质的作用，都出现了或多或少的腐蚀现象，给我国造成了巨大的经济损失。由于燃气管道的腐蚀，还会导致这些管道需要进行非计划性的更换、检修，甚至停产，给国家和企业都带来了直接或者间接的经济损失。当城市燃气管道因为腐蚀穿孔而出现了漏气现象时，不仅会污染环境，更严重时还会引起爆炸和火灾，会给我国的人民带来生命和财产的损失。所以，燃气管道所造成的腐蚀危害，并不仅仅是指经济上的损失，这是一个非常严重的社会问题，相关部门应该高度重视，并做好有效的控制措施。
3.城市燃气管道的腐蚀类型
如果按照腐蚀部位来划分腐蚀类型，主要包括内壁腐蚀与外壁腐蚀两种类型。
3.1内壁腐蚀
燃气管道内部的介质也就是煤气，而煤气中除了可燃成分外，还存在有很多不可燃成分，如H2S，CO2，氧硫化合物及水蒸气等其他腐蚀性化合物。由此可见，由于这些化合物的存在，使得煤气管道的内壁受到腐蚀。H2S，CO2及氧硫化合物溶于水膜中与内壁金属发生化学反应，形成酸腐蚀，从而导致煤气管道内壁遭受腐蚀。
3.2外壁腐蚀
（1）埋地钢管的土壤腐蚀。
埋地钢管的外壁腐蚀主要是土壤腐蚀。土壤腐蚀基本上属于电化学腐蚀。因为土壤含有水分、少量的酸、碱或其他盐类，土壤是一种复杂的电解质，而且土壤中各处电解质组分常常差异较大。钢管本身不均匀，或由于含有杂质等原因，在管道上各部分之间，常具有不同的电极电位，因此在地下金属管道与土壤之间可能构成各种类型的腐蚀电池。由于存在电位差而产生电流，从而在阳极产生腐蚀，使钢管表面出现凹穴，以致穿孔，而阴极则保持完好。如果两点间没有电位差存在，也就没有阴阳极的产生，就不可能产生腐蚀，这样就有必要了解电位差原因和其影响因素了。
（2）影响腐蚀过程的因素。
a.钢管本身质地的不均匀性。由于钢管自身的缺陷，如晶格的缺陷及含有杂质，金属受冷热加工而变形，產生内应力，特别是钢管表面粗糙度不同而形成钢管本身的不均匀性，使一部分金属在土壤中容易电离，带正电的铁离子离开钢管进入土壤，在这部分管道上电子越来越过剩，另一部分管道上的铁离子不易电离，这样一来就产生了电位差，从而产生腐蚀。
b.土壤物理化学性质的不均匀性漫流的电流。由于土壤透气性、含水量和含盐量等的不均匀性，使埋地钢管本身质地均匀也会产生电位差而形成浓差腐蚀电池，从而产生腐蚀。土壤的透气性取决于土壤的结构、孔隙、含水量等因素。透气性差的地方所埋钢管会成为阳极，容易受到腐蚀。干燥土壤对金属的腐蚀作用比潮湿土壤小。一般情况下，腐蚀性随土壤湿度增加而增加，湿度大的地方，常常成为阳极而被腐蚀。
土壤的含盐量主要是指溶于水中的盐，一般说来，含盐量越高，腐蚀程度也就越严重。
c.杂散电流的腐蚀。即大地中杂散电流的腐蚀，是指这些外界电流作用在钢管上引起的腐蚀。由于外界各种电气设备的漏电与接地，在土壤中形成杂散电流，其中对钢管危害最大的是直流电。
d.细菌作用引起的腐蚀。在缺氧土壤中存在厌氧的硫酸盐还原菌，它能将可溶的硫酸盐转化为硫化氢，使土壤中氢离子的浓度增加，加速了埋地钢管的腐蚀过程。
4.城市燃气管道防腐设计措施
4.1燃气管道内壁防腐设计研究
想要从根本上去解决燃气管道的内壁腐蚀问题，就需要对输送的燃气进行净化处理。因为燃气中含有一些腐蚀性的物质，这些腐蚀性的物质与管道壁接触以后，会产生化学反应，最后导致管壁被腐蚀，所以必须按照国家的标准来进行防腐设计，延长燃气管道的使用寿命。另外，燃气管道在进行防腐设计时，可以在管道的内涂上适量的环氧树脂来避免燃气管道内壁的腐蚀。
4.2燃气管道外壁防腐设计方法
（1）防腐隔绝绝缘法，这种方法在城区沿线和小区中的使用比较多，就是用诸如石油沥青，玻璃布等物质把管道的外壁与土壤分开，避免土壤的腐蚀。同时，这些材料的使用也避免了电化学腐蚀的出现。目前主要的防腐涂层有：液态聚氨酯防腐涂料（PU），无机非金属防腐层，纳米改性材料涂层等。其中PU已经成为目前国际上管道外防腐层修复的主要材料，其他两种材料都有需要攻克的难题，但是都具有巨大的发展前景。防腐涂层都应具备的特点有：一，有很好的电绝缘性。二，有一定的耐阴极剥离强度。三，有很好的机械强度。四，有很好的稳定性。五，涂层的破损要容易修补。
国外也已经有先进的技术可以借鉴，它们是一类以熔融环氧粉末涂料为基础，再涂上一层性能很好的防腐层组成的复合覆盖层。近年来，我国的管道涂敷前表面预处理工艺改进，利用高温素烧法，既彻底除锈，有提高表面粗糙度，提高涂层的粘结力，可以有效的防止剥裂。
2、采用电化学保护法
电化学保护是指利用外部电流使金属腐蚀电位发生改变以降低其腐蚀率的防腐蚀技术。由于金属在自然环境和工业生产环境中的腐蚀破坏大部分为电化学腐蚀造成，因此，电保护法在腐蚀控制工程中占有重要地位。电保护法分为阴极保护和阳极保护。阴极保护是通过外加足够的阴极电流，使金属表面阴极极化，成为电化学电池中电位均一的阴极，从而防止其表面腐蚀的方法；阳极保护是在金属表面通以适度的阳极电流，使金属表面阳极极化，进入钝化状态，从而防止金属表面腐蚀的方法。阴极保护适用于土壤、淡水、海水等介质，有强制电流、牺牲阳极、排流保护之分。排流保护法又分为极性排流和强制排流两种。阳极保护适用于酸类、盐类等强腐蚀性环境下的腐蚀保护。相比起来，阳极保护的投资较高，下面只对几种阴极保护法进行分析比较。电化学保护法一般与绝缘层相结合，联合保护可以使两种防腐蚀手段相互补充，使防腐蚀工程成本降低，经济合理，安全可靠。
（3）排流保护法
就是用导线引流的方式利用土壤下的杂散电流来保护管道，使管道不能直接接触土壤而发生腐蚀。
5.结语
就目前来看，管道腐蚀问题已经成为燃气发展的重要因素。我国每年因燃气管道腐蚀问题而造成的经济损失较大。尤其是城市化不断的发展，城市发展对燃气资源的需求量日益增加，使得管道工程建造量也不断的增加，这就在一定程度上加大了燃气管道腐蚀问题。在这种情况下，就应该从管道建设的实际出发，对管道腐蚀设计进行研究，以便更好的保证城市燃气管道运输，为燃气企业和社会发展创造更多的经济价值和社会价值。
参考文献：
[1]杨永.城市埋地燃气管道腐蚀防护综合评价系统研究[D].北京化工大学，2004.
管道设计 篇7
化工管道会受到来自外界的不同的力的作用, 因此, 管道应力也不是单一的, 而是随着外界力的变化而变化的, 具有不同的类别。准确区分不同的管道应力是化工管道设计的基础。
1.1 一次应力
一次应力指的是在重力或外压等外加荷载的作用下产生的内力, 一次内力与外加荷载成正比例关系, 当外加荷载逐渐增加时, 一次内力也会随之增加, 当增加的极限超出材料的承载极限时, 管道的变形将会超出可控范围, 最终造成管道破坏甚至损毁。风荷载、地震荷载、水冲击荷载等都会导致一次应力的发生。
1.2 二次应力
在热涨或冷缩等其他位移受到约束时, 管道为抵抗约束会产生二次应力。与一次应力不同的是, 二次应力不会随荷载的增加而增加, 当荷载超过材料承受的极限时, 也不会损坏。二次应力会使管道发生塑性变形而降低管道应力, 并再次分布应力, 始终保持相对良好的应力状态。
1.2 峰值应力
当化工管道或附件出现局部结构不连续等效应时, 管道会在一次应力和二次应力的基础上产生新的应力, 这种应力就是峰值应力。峰值应力对管道的损毁是在日积月累中形成的, 最终导致管道破裂。
2 管道应力分析
化工管道设计中, 大多数管道都要进行管道应力分析, 比如脆弱材料衬里、冷箱管道等都要进行应力分析, 管道种类的不同也决定了管道应力分析的复杂多样性。管道承受的外加荷载分为动态荷载和静态荷载, 管道对外加荷载的反应具有较大不同, 即使静态荷载与动态荷载大小相同, 管道的应力对抗也是有差别的。
2.1静力分析
静力分析主要包括:第一, 计算荷载压力作用下管道一次应力值, 并设置合理的化工管道应力值, 防止化工管道发生变形和损毁;第二, 对化工管道在热涨、冷缩等位移约束情况下产生的二次应力进行分析统计, 设置合理可控应力范围, 防止管道损坏造成损失。第三, 分析化工管道对设备造成的作用力, 设备的受力范围要严格遵守标准, 保证设备的安全。此外, 还要对支吊架进行可靠的受力计算, 并防止法兰管道泄漏。
2.2动力分析
动力分析包括:第一, 深入研究管道的自振频率, 通过对自振频率的分析, 取得古币化工管道共振的方法;第二, 对管道强迫震动时的响应情况进行分析, 掌握化工管道从的震动规律, 控制管道的应力;第三, 分析往复式压缩机压力脉动和气柱频率, 防止发生气柱共振现象, 设定合理的压力脉动值。
3 化工管道应力分析改进措施
化工管道在工厂的建设中具有重要作用, 为提高工厂运行的效率, 化工管道的设计不但要符合规范的设计要求, 同时为了保证设备管道及其附加能够保持最佳的运行状态, 并可以延长设备运行寿命, 还要充分考虑管道应力情况, 积极采取有效措施调整管道受力情况, 为此, 在化工管道设计时要考虑以下几个方面。
3.1增强管道柔性
在化工管道设计中, 管道柔性最能体现管道变形的难易程度, 通过改变管道的走向, 采用弹簧支吊架或者波纹管膨胀节等都可以增强管道柔性。首先, 根据变更管道的长度在两固定点位置一定时可增强管道柔性的原理来改变管道的走向;其次, 可以根据管系在某一方向上过硬而增加与其垂直方向的管道长度来增强管道柔性。通过改变管道走向可以降低投资金额, 提高运行的可靠性。如果采用弹簧支吊架, 可以通过支吊架灿在的垂直位移实现放松和约束, 从而实现增强管道柔性度的目的。如果场地较小, 而普通管道难以放置, 就可以选择适用于低压大直径管道的波纹管膨胀节, 但是由于该种管道造价较高, 还未得到广泛应用。
3.2合理设置管道支吊架
管道支吊架在管道系统中有不可替代的作用, 支吊架的正确选择和设置对减小一次应力和二次应力对管道的伤害都有重要作用。如果支吊架选用或设置的不合理, 管道就会因为无法承受外力荷载而导致管道一次应力超标。而且, 合理设置支吊架对管系变形的控制和二次应力对设备造成的影响有显著效果, 并且可以降低管道震动。在设置支吊架时, 要控制管道允许最大跨度, 在设备管嘴处就近设置, 并靠近集中荷载区域, 并单独设置往复式压缩机, 用支吊架将其与建筑物分离。
3.3采取冷紧措施
紧冷可以减少运行初期端点受管道的力矩和推力。冷紧通过将一部分管道的热胀应力集中在冷态, 从而降低热胀应力在管道热态下对端点的推力和力矩。同时, 也可以防止法兰连接处发生泄漏。
4 结语
综上, 化工管道的应力分析是管道建设的基础, 对管道和工厂的建设具有重要意义。重视化工管道设计中的应力分析, 可以提高工厂的运行安全性, 提升工厂效益。在管道的设计中, 要将理论和实践相结合, 充分展现应力分析对管道设计的作用, 从而推动化工产业发展。
参考文献
[1]王锋.有关化工设计中管道应力的分析[J].科技风, 2012, 22:59.
油气管道韧性设计 篇8
关键词：油气管道,韧性设计,裂纹扩展
一、引言
足够的韧性可以减缓甚至能够阻止管道断裂事的发生, 因此在管道系统可靠性及安全性上, 韧性设计必然成为了它的其重要指标。着手于最基本的角度, 管道的韧性设计最先强调的就是安全性和经济性。对管道缺陷或者裂纹满足管道运行与否的评估是当前国际上通行的外油气输送管道的设计方法, 包括止裂韧性准则, 应力强度准则以及断口形貌准则等等, 这些准则均基于裂纹断裂失效判断准则。基于上述分析可以发现现行复杂的管道韧性设计方法既不利于计算参数的获取, 也不利于管道成本的节约, 需要有韧性设计新方法的建立。
二、基于应变的管道防断裂设计方法研究与应用
高压、大口径是油气管道的发展趋势, 而“先漏后破”准则和“先破后漏”准则则成为管道防断裂设计的两大准则。根据这两个准则的分析表明:当输送管道承受的压力越来越高, 使用的口径越来越大时, 对材料屈服度的要求也越来越高;高强度的材料需要高标准的韧性。根据“LBB准则”设计需要承受较高压力的大口径管道就会要求更高韧性的材料, 这样也更加安全。下面阐述“LBB准则”在管道防断裂上的应用。
2.1、计算模型建立
(1) 缺陷尺寸当量化
在断裂力学当中, 一般需分析裂纹或者缺陷的扩展过程, 裂纹假设通常将裂纹视为穿透裂纹 (源于无限大平板中心) , 然而事实上, 穿透裂纹在管道上无法出现, 由于穿透裂纹就已经意味着管道发生了泄漏, 因此当量化管道上其他类型的裂纹为穿透裂纹就非常必要。这样通过现有知识便于使计算步骤简化, 在降低工作量的同时也不使计算的合理性受到影响。如果管道中一条深埋裂纹其深度为a, 长度为l, 那么其裂纹长度就可非常简便地用椭圆形裂纹转化为当量穿透裂纹长度。
其中
式中, c-裂纹半长, mm。
若为表面裂纹, 按照压力容器规范, 使用F替代上式中的M
式中, l-裂纹长度, mm;t-试件厚度, mm;-无量纲裂纹张开位移
油气管道属于焊接结构, 此处求取无量纲裂纹位移, 可以由下式求得
式中, ε为初始状态下缺陷处无缺陷时的应变值。
(2) 缺陷处在无缺陷时的应变值确定
虽然受应力影响导致管道缺陷的应变方向不在同一个方向上, 但是应变方向大体上可以分为轴向和径向, 那么管道当量应变值就应该是无缺陷时管道缺陷的应变值, 此时的应变主要包括有:
(1) 对于油气输送管道而言, 其应力情况较为复杂, 为了便于计算, 需要进行一定的简化, 那么对于缺陷处的一次应力而言, 主要应该考虑由管道内压而生成的环向应力σh以及温差应力这两种应力σt, 管道倘若还受弯曲应力, 那么此时还应该考虑弯曲应变造成的影响, 所以一次应变应为。
式中, αb-由缺陷类型确定的系数。
σq指管道的二次应力, ε2为它所生成的残余应变, 经厂家所提供的残余应力数据来计算它的数值。产生残余应变的位置包括焊缝、递进边热区以及自由边热区等等, 它的方向垂直于焊缝的方向。
(3) ε3为因峰值应力而导致的应变, 源于几何形状变化而产生的集中应力。由于管道直径发生变化或者方向发生变化, 使得管道应力会发生集中, 这样的情况需要根据实际进行判断, 这里仅考虑集与管道轴向相垂直的应变。
(3) 裂纹张开位移求取
裂纹张开位移可以根据下式求取
式 (7) 为日本标准上的公式, 此式的优点在于比我国标准更加经济。
(4) 求出材料的临界裂纹张开位移δc
一般地, 临界裂纹δc的张开位移属于基本型的参数, 可通过查表及试验得到。
(5) 评定
当δ<δc合格;
当δ≥δc缺陷不能接受。
如果管道上存在穿透缺陷, 则在内压引起的环向应力作用下, 穿透裂纹尖端的位移δ为
式中, εs-裂纹屈服应变。
因此, 当材料的最小裂纹张开位移满足
时, 就可先泄漏后破坏。
2.2、管道缺陷处无缺陷临界应变值确定
管道设计时既要保证材料有足够大的裂纹尺寸, 也要保证足够的安全, 因此基于LBB准则就需要选择足够大的材料屈服强度, 因为其正比于管道承载能力。如果为基于LBB准则而设计的材料最佳性能指标组合, 那么选择材料的就应该是最大。如果为给定材料管道的屈服极限, 那么根据式 (7) 即可计算出管道缺陷处无缺陷应变的临界值, 此时韧性临界值为管道缺陷的张开位移。
由此可得, 缺陷处无缺陷时临界应变为
由管道宏观应变代替应变值, 管道裂纹处无裂纹时的极限应变值理论上可通过式 (11) 计算。跨越管道和埋地管道的临界轴向应力值均不相同, 那么此处临界应变值的甲酸模型应为
(1) 跨越管道临界应变计算模型
通常地, 与轴向应变相比, 由跨越管段的挠屈而产生的应变要相差来两个数量级, 为便于计算, 需简化跨越段的组合应变, 此时可以单单计算轴向应变以及环向应变所组合的应变数值。
国家规范SYJ15规定, 跨越管道考虑主要载荷的强度条件是
一般取其计算模型中的极限强度, 因此跨越管道轴向应变极限值为
(2) 埋地管段临界应变计算模型
要使埋地管段不发生轴向失稳, 管道轴向临界应变值为
2.3、几点建议
管道无缺陷应变的计算源于防断裂设计的简化处理, 但该应变不属于裂纹尖端应变;所以为使计算结果更接近于实际工况, 还应该考虑下述各种因素:
(1) 在管段存在弯曲应力的部分, 可能影响到裂纹的扩展, 此时应该额外考虑弯曲应力及应变的因素。譬如, 在进行跨越管段的有关计算时, 就要充分考虑弯曲应变及应力的影响因素, 因它可能是由于横向载荷所导致的。
(2) 焊接残余应变在计算属于焊接结构的油气管道时就需要考虑, 因为该应变可能是由焊接残余应力所产生。
(3) 应力增量或应变在应力集中的管段应该得到考虑, 因为诸如地下管道弯头, 泵出口接头等管段会产生因结构几何形状变化而导致的应力集中。
三、应用实例
使用管道工程参数来计算实际例子, 再结合有限元的模拟分析, 验证了模型的适用性及准确性。
3.1、实例参数
(1) 管道材料参数
某跨越管道为的焊管, 设计压力, 线膨胀系数为, 泊松比, 屈服极限。管道建成后强度试压介质为水, 试压压力。操作温度与安装温度之差, 埋地端管顶埋深1.5m。
(2) 裂纹参数
经无损探伤发现, 跨越管道某处有一纵向表面半椭圆裂纹, , 。在运行温度 (20℃) 下材料临界裂纹张开
位移。 (3) 土壤参数
土壤为亚粘土, 土壤容重, 变形模量, 泊松比, 内聚力, 内摩擦角。, 轴向反力系数。计算管道跨距为多少时既能满足运行要求又可最大限度利用材料?
3.2、韧性设计
由上节计算得到跨越管段长度23m, 此处以23m为计算长度。
(1) 裂纹尺寸当量化
其中,
对于跨越管道, 缺陷处无缺陷应变要受到弯曲应力的影响, 弯曲应力为
此时
则无量纲裂纹张开位移为
(2) 缺陷处无缺陷时的应变
(3) 求取张开位移
因为
跨越管段缺陷处容许的临界无缺陷组合应变值为
所以, 管道上所讨论的缺陷是容许的, 跨越管道能满足韧性要求。
结论
文中的管道应变设计具有很大的优势, 它能够充分利用管道材料的承载力以及应变性, 大大降低了设计上的计算量及成本, 提高了生产效率, 具有非常重要的理论意义和实际应用价值。
参考文献
[1]冯耀荣, 李鹤林, 马宝锢, 等.油气管道失效抗力指标与技术要求的探讨.石油学报, 2011, 20 (5) :62-65.
管道设计 篇9
关键词：火力发电厂,蒸汽管道,再热管道设计
0前言
随着科技的不断发展, 主蒸汽管道和再热管道的材料也在不断被优化。因此, 就要了解什么是主蒸汽管道和再热蒸汽管道, 在了解后在对其材料的选用做出探讨。主蒸汽管道主要是指锅炉过热器出口集箱到汽机自动主汽门进口的管道, 高温再热蒸汽管道则主要是指锅炉再热器出口集箱至汽机中联门进口的管道。
1主蒸汽管道和高温再热管道材料上的选择和布置方式
1.1主蒸汽管道和再热管道常使用的材料
主蒸汽管道和再热管道最常使用的材料是钢材, 由于型号的不同, 主要有A335.P91、A335.P22以及12Crl Mo V这三种型材[1]。A335.P91钢材是一种铁素体刚, 是在A335.P9的基础上进行改良的, 也是美国材料试验协会以及美国机械工程师协会要求使用的标准型钢材。现阶段, 我国有很多厂家能够生产与设计适用于A335.P91钢材使用的管件。
1.2主蒸汽管道和再热管道的材料选择
在主蒸汽管道和再热管道的布置方式上最常使用的就是已经成熟的2-1-2形式。A335.P91钢材被应用为主蒸汽管道管材以后, 与主蒸汽管道管材为A335.P22钢材相比, 主蒸汽主管规格就由 (Di383.9*72.2) 转化为 (Di383.9*31) , 支管规格则由 (Di224.02*55.5) 转化为 (Di224.02*29) ;再热管道的主管规格由 (Di634*31) 转化为 (Di634*21) , 支管规格则由 (Di508*24.8) 转化为 (Di470*15) 。这种情况的发生, 也会使主蒸汽管道和再热管道的设计与安装发生改变, 并带来一定影响。
2主蒸汽管道和再热管道设计与安装的影响
2.1布置方面
当A335.P91钢材应用到主蒸汽管道和再热管道以后, 管道的管壁就逐渐变薄, 管道外部直径就会变小, 这给日后进行管道布置带来了很多方便。管壁变薄以后, 管道的柔韧度得到了较大提升, 管道的热补性能也得到了提升。在进行管道布置工作中, 管道的应力和推力都在不断降低, 管道的受力情况也得到了很大改善, 确保了机组能够长久安全使用[2]。如果能够确保管道的应力, 就可以将缩短管系的长度, 以节约管道在电厂内部所占的空间。
2.2管道的保温材料和支吊架方面
A335.P91钢材被应用到主蒸汽管道和再热管道以后, 管道的外部直径可逐渐缩小。这样一来, 即便保温厚度保持不变, 保温材料与原来相比也会大量缩减。当管壁厚度变薄以后, 整个管道系统的重量就会大幅度降低, 这样就可以将管道的支撑结构加以转变。支吊架的负重情况也会大幅度下降, 由于支吊架弹簧和恒吊规格被减小, 连接管件和管件根部的材料也会减少, 这样在某种程度上就能节约支吊架的构成材料和成本。
2.3 A335.P91钢材被应用以后所带来的其他影响
A335.P91钢材在温度较高的区域, 允许使用应力也会升高, 不仅能减小管壁厚度, 还能使高温管件的结构尺寸不断缩短, 这样就减轻了管道的重量, 能够带来丰厚的经济效益。A335.P91钢材被应用以后还使管道的柔韧性得到了大幅度提升, 整个管道系统对锅炉和汽轮机的推力有了较强的降低性, 这样就在一定程度上使管道和机组设备的运行情况得到了较大改善, 同时也提升了机组的安全性, 延长了机组的使用年限。除了节约了支吊架材料以外, 支吊架在负重结构上也得到了大量缩减, 还能为锅炉炉架的整体设计带来很多好处, 也就是说节省了炉架材料;此外, 还可使支吊架附近的土建混凝土的负重量大大降低, 节省了土建结构工程成本。
3 A335.P91、A335.P22钢材被应用以后管件的配置情况
近些年, A335.P91、A335.P22管材在我国电站工程中应用越来越广泛, 相关的管件制造厂在进行300MW与600MW的机组设计时, 也对这两种管材进行了专门的研究, 并取得了很多成果[3]。有些厂家在关于A335.P91、A335.P22管材管件中已经通过了国家级的技术评审, 并在国内进行了大量生产和应用, 取得了不错的成绩。使我国具备了生产A335.P91、A335.P22管材所需要的管件的实力, A335.P91、A335.P22管件不再依赖进口, 为国内工程使用这种管件提供了方便。
由此可见, A335.P91钢材被应用到主蒸汽管道以后, 管材的重量得到了降低, 尽管A335.P91管材的价格要比A335.P22管材价格高很多, 但这能够从管道吨位、支吊架的费用和工程安装费中补充上来, 成本上的投资也十分可观, 同时, A335.P91管材被应用到主蒸汽管道上的所带来的经济效益也很可观。因此, 建议在进行主蒸汽管道材料的选用上要使用A335.P91钢材。
当A335.P91管材被应用到再热管道以后, 对管道的布置、支吊和使用都有较大好处, 但这种管材的再热管道为国内电厂带来的效益较小, 但这种管材的成本费用和安装费用与之前相比有了大幅度缩减。并且现阶段A335.P22钢材的价格涨幅情况与A335.P91相比速度较快。因此, 如果将再热管道的材料由A335.P22换为A335.P91短期内还不合适。现阶段在电厂工程建设中, 在再热管道的管材上还是要选用较为成熟的A335.P22钢材[4]。
4结论
主蒸汽管道和再热管道的经济效益和使用是否稳定对电厂投资与生产有着重要影响, 因此, 其材料优化一直都是各电厂最为重视的。通过以上研究发现, 在进行主蒸汽管道材料的选择上要使用A335.P91, 在再热管道材料的选择上要使用A335.P22。
参考文献
[1]王魁汉等编著.温度测量实用技术[M].北京:机械工业出版社, 2011 (12) .
[2]GB/T9222-2012.水管锅炉受压元件强度计算[S].
[3]刘加明, 沈江涛, 曹新天.ASME VIII-1压力容器基本受压元件强度分析[J].化工设备与管道, 2014, 45 (01) :19-24.
市政给水管道设计心得 篇10
随着城市建设的发展, 人民生活水平的提高, 城市供水大幅提升, 给水管网需进行大量的扩建、改造。要把该项工作做好, 工程设计是关键。结合多年从事市政给水管道设计的工作经验, 谈谈管径和管位的确定、管材的选用及管道附件的设置等设计心得。
1 管径的确定
市政给水管道管径一般根据给水总体规划图和给水专项规划图, 并根据当时用水情况及以后的发展情况综合分析确定, 在设计管径大小时, 应注意以下几点:1) 老城区管道改造设计, 管径大小可按当时的用水需求确定, 新城区新建管道设计, 宜按规划确定, 注意适当留有余地, 保证日后有一定的发展空间。2) 给水管道流量计算必须考虑日变化系数和时变化系数。3) 长距离输水管线设计时, 不仅要考虑终端用户水压, 也要结合工程造价, 经综合分析后确定管径大小。
2 管位的确定
管位的确定是给水管道设计的关键一步, 管线走向合理与否, 不仅对供水有影响, 而且对工程造价和管道施工也有影响, 因此, 在进行管道定位时, 应把握以下几点:1) 在总体规划的指导下, 深入现场, 调查研究, 进行技术经济比较, 选择合理的供水线路, 确保供水管网调节灵活, 安全可靠。2) 应考虑路面结构、道路绿化和建 (构) 筑物, 减少管道施工破坏, 还应考虑城市雨污管道及其他地下管线的铺设情况, 减少管线交叉。3) 宜沿现有或规划道路铺设, 尽量缩短线路长度, 减少跨越障碍次数, 在管线穿越障碍时, 应从全段角度综合考虑, 减少曲折, 这不仅可以减少管道的积气点、减小水头损失, 还可以减少隐患点。4) 管线定位时, 应根据现场的地形地貌, 防止管线从建筑物下穿越, 减少架空, 减少河底铺设, 保证日后管线维修方便、安全。
3 管材的选用
随着技术的进步, 新型管材层出不穷, 但大体上可分为两类:金属管和非金属管。
推广应用较多的金属管材有:钢管和球墨铸铁管。
非金属管材有:聚乙烯管 (PE管) 、硬聚氯乙烯管 (UPVC管) 、预应力钢筒混凝土管 (PCCP管) 、玻璃钢夹砂管等, 这几种管材的主要特性如表1所示。
市政给水管道设计应充分考虑供水管道敷设路段上的地质情况、压力情况和使用要求, 因地制宜地采用不同的材质, 充分利用各种管材的优点, 应从以下几个方面考虑:1) 安全可靠, 满足水压和水质要求;2) 经济适用, 具有较好性价比, 工程造价相对较低;3) 施工方便、安全;4) 便于维护管理。
根据赣州城区管道设计的经验:球墨铸铁管具有强度高, 耐腐蚀能力强的优点, 可大量使用, 过河及跨越管道应采用钢管, ϕ225以下管道可采用UPVC管, ϕ400以下管道可采用PE管, 大口径管道可采用预应力钢筒混凝土管。
管材选用, 应力求做到技术可行, 经济合理, 安全可靠, 经久耐用, 以保证工程质量, 降低工程造价, 提高经济效益。
4 管道附件的设置
管道附件是保证给水管道能否高效安全使用的重要一环, 给水管道设计的优劣, 不仅体现在管位的确定和管材的选用, 还体现在管道附件设置的合理与否。
1) 阀门。
在城市给水系统中, 阀门具有调节管网流量和水压的作用, 当管道发生事故时, 还能减少用户停水影响。
阀门主要有闸阀和蝶阀, 闸阀具有密封性好, 水头损失小等优点;缺点是操作力矩大, 阀体和阀杆易损坏, 外形尺寸和重量大。
蝶阀具有开闭时间短, 操作力矩小, 外形尺寸小和重量轻等优点;缺点是密封性较差, 水头损失大。
根据赣州城区阀门使用情况, DN600以下阀门采用闸阀, 密封性好;DN600以上阀门采用蝶阀, 重量轻, 外形尺寸小, 安装方便, 开关灵活。
2) 排气阀。
由于溶于水中气体的释放, 管道中拱起部分易积聚空气形成气囊, 造成气阻, 使管道过水断面减少, 水头损失增大, 当管网水压突然变化, 还会形成水锤, 容易造成爆管现象。为此, 管道设计时应在管道起拱顶部设置排气阀, 值得注意的是, 在长距离的直管上也应设置排气阀, 这一点经常被遗漏。
3) 排水阀。
为排除管道中的沉淀物或方便放空管道进行检修, 一般在管线的最低处设置排水阀, 排水阀直径可按规定的放空时间计算确定。根据经验, 排水阀的口径不宜小于主管口径的1/3。
4) 消防栓。消防栓分地上式及地下式, 前者适用于气温较高的地区, 后者适用于气温较低的地区, 消防栓的设置可按规范要求确定, 需注意的是:消防栓设置应保证消防车易于接近取水且位置醒目, 同时应避免设置在易被车辆碰撞处。
5结语
城市给水管道担负着自来水的输配水任务, 连接着千家万户, 对市政给水管道设计, 必须掌握现场的第一手资料, 做到心中有数。因此, 设计人员必须认真仔细勘查现场, 了解管线将要穿越其他管线及障碍的情况, 然后进行相应的计算, 要灵活运用现行规范和标准, 切忌照搬照抄, 只有这样才能保证市政给水管道设计科学、实用。
参考文献
[1]GB 50289-98, 城市工程管线综合规划规范[S].
[2]GB 50013-2006, 室外给水设计规范[S].
分析城市燃气管道的防腐设计研究 篇11
摘要：随着社会的发展，人们对环境保护意识的增强，大多数城市对燃气的需求明显增加，目前燃气已成为城市建设和发展的基础，它不但提高了人们生活质量，也是企业高效益运作和壮大的支撑力。燃气管道是保证燃气输送的质量和经济效益的前提，因此，科学合理的燃气管道防腐设计尤为重要，本文主要研究城市管道防腐设计，并对其中的问题做出分析和提出解决方案。
关键词：城市燃气；管道防腐；防腐措施
城市燃气管道由于长期埋在地下，且其本身便是金屬材质，极易出现管道腐蚀问题，燃气管道一旦被腐蚀，不但会浪费大量燃气资源，影响燃气质量，严重时甚至会影响燃气输送，拖累城市经济效益[1]。因此，我们应当看到问题的本质，对钢制燃气管道采取科学合理的防腐设计，并对设计过程中出现的难题进行分析和解决。
1.城市燃气管道腐蚀原因
1.1城市燃气管道内壁腐蚀
城市燃气管道在输送燃气时，由于燃气本身含有腐蚀性质的物质，与燃气管道内壁接触发生化学反应后，就会对燃气管道造成腐蚀。虽然燃气本身腐蚀性较小，但是长期输送燃气，仍会对燃气管道内壁造成比较严重的腐蚀；再加上燃气管道是金属制品，燃气本身又含有水分，燃气的水分和管道内壁就会因为长期输送燃气而发生化学反应，造成燃气泄露[2]。
1.2城市燃气管道外壁腐蚀
一般来说，城市燃气管道外壁的腐蚀程度比内壁腐蚀程度更严重，因为燃气管道外壁长期埋藏在土壤中，土壤中含有的水份长期与外壁接触会发生反应导致外壁腐蚀，土壤中的某些细菌也会对燃气管道外壁造成腐蚀，当这些腐蚀性物质接触外壁，其电极、电位会发生失去阳极的情况，如果燃气管道外壁的高位电极、电位仍有部分电子，就形成了阴极，因此，腐蚀物质与燃气管道外壁接触后会发生化学反应腐蚀外壁。
2.城市燃气管道防腐设计
2.1内壁防腐设计
城市燃气管道内壁的腐蚀主要来自于腐蚀性并不强的燃气，所以，如果要解决燃气管道内壁腐蚀的问题，就要从根本上解决问题，也就是在燃气管道内壁刷一层环氧树脂，提高管道内壁对腐蚀的抵抗性，并且燃气最好经过净化后再输送，净化燃气能提高燃气质量，提高燃气管道使用寿命[3]。
2.2外壁防腐设计
绝缘法。绝缘法是由沥青、玻璃等物质将燃气管道与土壤分隔开，避免燃气管道因为接触土壤中的水份和细菌产生反应腐蚀外壁。
排流保护法。排流保护法也就是通过“借花献佛”的方式来防止燃气管道被腐蚀，排流保护法是用导线将土壤中散乱电流聚集起来，并当作隔离层将土壤和燃气管道分隔开来。
电化学保护法分为阳极保护法和阴极保护法两种：
电化学保护法，阳极保护。阳极保护法是当导入电流产生电位变化时，通过稳压电源控制电位，从而起到保护燃气管道的作用。
电化学保护法，阴极保护。阴极保护法通过移动燃气管道阴阳两极电位或改变电位极性来保护燃气管道。通常来说，腐蚀一般发生在阳极上，阴极保护是利用外加惰性阳极或牺牲阳极，使燃气管道在土壤中构成阴极，阴极在同一腐蚀性环境中，活性比阳极校，因此，通过引入外部电流使之补充电子也能达到保护阴极的效果。在不同的腐蚀介质中，燃气管道所需要的保护电流也不同，在土壤内大约需要0.0001-0.0005安每立方分米，而当燃气管道安放地点有流动水时，淡水需要0.0005安每立方分米，海水0.0003-0.0015安每立方分米。一般在城市燃气管道防腐设计中，阴极保护法运用更为广泛，因为阴极保护法主要根据燃气管道附近土壤电阻来选择材料种类，通常使用镁和锌制作的极位材料。当燃气管道附近土壤电阻高于10Ω时，使用镁合金材料，当燃气管道附件电阻低于10Ω时，使用锌合金材料；阴极保护范围在燃气管道绝缘层电阻确定后，根据管道大小变化而变化，燃气管道越大，阴极保护范围越小，因此在使用阴极保护法时，一般通过将阴极以组别的形式设置，每组大约2-5只阴极，每组间距2米以上。在设计城市燃气管道防腐安装绝缘装置时，先测试燃气管道绝缘装置的有效性，通过《阴极保护管道的电绝缘标准》SY/T0086-2003标定系数的计算公式（8.2.3-1）计算，即K=△/△，式中K=标定系数（A/mV）；△=标定电流（A）；△=标定电位（mV）；漏电率按（8.2.3-2）计算。设置阴极保护法时最好将阴极分散开，以单只形式布置，因为组别设置影响阳极电流输出，单只分开设置可以消除该不良反应，电位更均匀，不易出现极位变化导致发生反应腐蚀燃气管道的情况。（阴极保护配线如下图）
阴极保护参数设置如下：
最小保护电流密度：4
最小保护电位：-0.85V或更负（CES，下同）
最大保护电位（通电状态下）：-1.25V
管道外径：1016mm
管道壁厚：17.5mm
钢管管材点电阻率：0.229Ω·/m
结语
随着当今社会发展与人们环保意识的增强，燃气明显已成为城市发展与人们生活品质的保障，每年都在不断建设燃气管道，同时也有不少燃气管道被腐蚀，因此，我们要做好燃气管道防腐设计，并且在管道防腐设计研究上要加大力度[4]。
参考文献：
[1]孙奇，刘嵩.试论城市燃气管道防腐设计[J].科技致富向导，2015，（3）：161-161.
[2]张丽丽，朱梅芳.基于城市燃气管道防腐设计的研究[J].城市建设理论研究（电子版），2014，（26）：2240-2240.
[3]王有之.基于城市燃气管道防腐设计的研究[J].科技与创新，2015，（14）：86-86，88.
乙烯精馏塔管道设计 篇12
关键词：乙烯精馏塔,裙座高度,低温管道,支吊架
在DMTO装置的烯烃分离单元, 乙烯精馏塔的目的是分离乙烯和乙烷, 得到合格的产品乙烯。其作为烯烃单元主要的产品塔之一, 合理的设备及管道的布置设计, 是实现安全生产的关键。本文主要从乙烯精馏塔及其相关管道的设计参数出发介绍该塔及其相关管道的布置设计要点。
1 设备参数
乙烯精馏塔的直径3 200 mm, 切线高68 100 mm, 是装置中较高的塔器之一。采用129层浮阀双溢流塔板, 通过塔顶回流和塔底重沸器及侧线重沸器的返回, 实现连续精馏。其主要设计参数见表1。
由表1可知, 整个塔的操作温度均为低温, 塔的设计需按冷设备进行。塔的隔热类别为保冷, 并要求进行热处理。
2 设备裙座高度的确定
根据塔底重沸器的热虹吸并考虑一定的沿程阻力损失, 计算塔的裙座高度 (见图1) 。塔和重沸器位于同一标高的地面, 计算如下:
式中:h1———重沸器基础高度, 根据管道口径及配管方式计算, 按最低高度取值
h2———重沸器鞍座高度, 由设备专业定, 一般为200~300 mm
h3———热虹吸要求mm, 工艺给出重沸器入口嘴子到塔底切线的最小高度为4 745 mm
h4———塔基础高度, 一般为200 mm
实际应用中, 计算中的裙座高度需考虑一定的裕量, 并结合工艺流程给出的距地面的最小高度要求 (8 000 mm) , 以及管廊侧梁标高和与构架的联合平台的设置情况综合考虑后确定。
3 低温管道设计要点
塔上的主要工艺管道为保冷管道, 管道设计应满足低温管道的设计要求, 主要考虑材料的低温脆性和保冷结构的设计以及保冷需求产生的一系列设计要求[1]。
3.1 管道材质
塔上的主要工艺管道操作温度为-11.5~-35.2℃, 设计温度-45℃。通常对于国标材料设计温度低于或等于-20℃的管道, 对于美标材料设计温度低于-29℃的管道, 都称为低温管道, 其管线的设计、制造、施工、检验和验收均按低温管道的要求来执行[2]。低温管道的材料选用应经济合理, 满足设计温度下的低温冲击韧性、防止管线的脆裂和脆断。通常对于-46℃级的低温碳钢管, 主要选用ASTM标准的无缝钢管A333Gr.6。
低温管道的放空排凝等应注意该低温液体介质排出后是否立即气化, 若气化则介质有可能迅速降温, 故应在一定范围内采用奥氏体不锈钢材料, 如塔上管道低点排凝阀后及塔顶安全阀后的放空管线, 均采用奥氏体不锈钢材料。
3.2 管道及阀门安装要求
3.2.1 基本要求
(1) 防止冷缩。管道需考虑一定的柔性进行自然补偿。
(2) 保冷。保冷结构自内向外由保冷层、防潮层、保护层组成[3]。保冷层对维护介质温度稳定起主要作用, 防潮层是保冷结构用于防水、防潮维护保冷层保冷效果的关键。保护层包覆在保冷层的外面, 其保护和防止大气、风、雨雪致使保冷层破坏的作用, 延长保冷层的使用寿命, 并使保冷结构外形美观[3]。保冷材料应采用闭孔、阻燃、低吸水、吸湿率的材料制品。
3.2.2 安装要点
(1) 塔底排凝管道安装设计要点
塔底排凝管道设有三阀组, 分别为带泄放孔的闸阀、排凝阀以及截止阀。设计参数见表2。
由表2可知, 塔排凝口至第一个切断阀之间的管道为带有保冷层的低温管道, 管道材质A333GR.6;两个切断阀及之间的管道为带保冷层的低温管道, 保冷层分为双层, 管道材质为不锈钢;截止阀后至冷火炬为不保冷冷管, 管道材质为不锈钢管道。管道布置图见图2。
管道安装要求如下:
(1) 设备嘴子法兰及阀门法兰与弯头不宜直接连接[4], 需预留一定的直管段, 以保证法兰拆卸时不破坏管道的保冷层。截止阀后的管道为无保冷层管道, 可直接最小连接。
(2) 第一个切断阀后因介质的气化导致管线温度下降, 易结霜结冰, 管线保冷层加厚, 为节省费用, 保冷层分两层设置。
(3) 低温阀宜安装在水平管道上, 阀杆方向宜垂直向上[4]。低温阀门为加长阀盖结构, 为保护填料, 要求阀杆垂直向上安装。因阀杆加长, 应注意与相邻管道是否碰撞, 需留有一定的间隙。排凝阀也应水平安装, 因阀杆较长主管保冷较厚, 排凝阀门的安装应伸出管道的保冷层, 避免阀杆与主管保冷层相撞。
(4) 阀门设有泄放孔。当阀门完全关闭时, 密封在密封腔内的液体气化, 会产生额外的压力破坏阀门, 因此设置泄放孔释放压力。有泄放孔的低温闸阀, 应标记泄放孔方向。阀门安装时, 泄压孔宜朝向管道系统的高压侧。
(5) 保冷管道及不保冷冷管管道的支架均应选择带隔冷块的保冷支架。
(2) 塔顶管道上安全阀组安装要点
塔顶管道上安全阀组的安装图见图3。管道工况:安全阀前为低温保冷管道, 安全阀后为不保冷冷管。旁通管线阀前为保冷管道 (包括阀) , 阀后为不保冷冷管。管道安装要求见表3。
由此可见安全阀的进出口低温管道设计的不同之处在于其切断阀及旁路阀阀杆应水平安装[4], 不得朝上, 以免阀杆和阀板连接的销钉腐蚀或松动时, 阀板下滑。因阀门的阀杆较长, 需考虑对操作及通行的影响。
(3) 其他
保冷管道上调节阀组的安装应注意旁通阀及切断阀均应水平安装, 阀杆垂直向上, 为保证操作, 一般旁通阀与调节阀靠近地面平行安装, 水平间距需考虑保冷厚度;热偶开口, 应保证热偶法兰外缘距主管保冷层的最外边的净空不小于螺栓长度加25 mm, 尤其注意保冷层较厚的管道, 应确认是否需加长热偶法兰的外伸长度;压力表的仪表根部阀、孔板取压阀等也应水平安装, 设计中应避免与主管保冷层相撞并考虑支撑。
4 支架设计
以塔顶管线为例, 介绍敷塔管道支架设计要点。塔顶管道设计参数见表4。
管道材质选用低温钢A333GR.6, 该管道在塔上的垂直管段长度超过40 m, 因垂直荷载较大, 为避免局部应力过大, 管道支架采取刚性支架与弹簧支架相结合的方式设置。
4.1 支架的设置原则
敷塔支架的设置原则按一个承重一个导向的原则, 塔顶管道的第一个承重支架, 在保证不影响设备焊缝的前提下, 应设在距塔体上封头焊缝以下最近的部位, 以下设置导向支架。若需设置弹簧, 则按承重-导向-弹簧-导向-弹簧-导向的原则设置弹簧承重支。
在跨距允许范围内, 根据平台的设置高度, 可调整支架位置, 尤其是弹簧支架, 因考虑拔销, 弹簧承重支的位置应考虑能在平台上操作, 其次应注意支架 (尤其是三角支架) 的高度位置与塔的平台梯子以及相邻管道或支架是否相撞, 并确保不阻碍通行。
4.2 弹簧支架力和位移的选用
根据塔上相应高度管道的温度值模拟出塔的温度梯度, 并设计管线上支架的设置位置, 见图4所示。
(1) 荷载选用
操作荷载的分布为:第一个承重总荷载的1/2, 两个弹簧共分担总荷载的1/2。
根据管道密度, 管道总长度59 m, 计算立管承重支架总操作重8 300 kg (金属重+介质重+保冷材料重) , 其中节点 (1) 承受重量4 100 kg, 节点 (2) , (3) 各承受2 100 kg。但节点 (1) 处的支架还需考虑弹簧失效情况下的荷载。
(2) 弹簧位移的计算
设备及管道上两节点间的冷缩量的计算见表5、表6。表中, 线胀系数是根据相应节点间的操作温度值, 用插值法算出。
一般情况下, 由于生根点与塔体上部, 即塔顶油气管道的走向, 正好构成一个倒“U”型。而这一段内的温差不大, 冷缩量在生根点基本抵消。故有下面的简化计算。
节点位移如下:
(2) 点位移:Δ=Δ1+Δ2-Δ4=-0.18 mm, 位移向下。
(3) 点位移:Δ=Δ1+Δ2+Δ3-Δ4-Δ5=0.03 mm, 位移向上。
选用弹簧时其荷载除上述操作荷载外, 还应加上保冷管道垂直管用承重支耳的重量。
4.3 支架特点
低温保冷管道的支架, 必须有防止产生“冷桥“的措施, 沿低温保冷设备垂直敷设的管道上的支架, 应在管道与刚性支架之间设木块或硬质隔热材料块, 立管的承重支架设置型式见图5 (a) , 立管的导向支架设置型式见图5 (b) ;塔上支架生根处也应考虑隔冷块, 避免管道与碳钢支架, 碳钢支架与设备的直接接触, 支架在设备生根处隔冷块的设置型式见图5 (c) 、图5 (d) 。此外应注意对于冷设备上的热介质管道, 如消防蒸汽线等, 若需在设备上设置支架, 设备生根处仍需设置隔冷块。但设计中应尽量减少在设备器壁上设置支架, 多考虑平台支撑。立管距设备外壁的距离需根据保冷支架的结构尺寸确定, 以避免支架安装空间不够。
对于保冷的水平管道, 需要设置保冷管托, 放空排凝等不保冷冷管上的支架应选用不保冷冷管管托, 设置隔冷块。
保冷或防结露设备上的支架均应生根预焊件。应注意管道支架预焊件的贴板与塔上平台梯子的生根件是否碰撞。
5 平台梯子
平台的设置, 是为了实现法兰及阀门的操作, 测量仪表的观测和检修, 进出人孔检修, 装卸内构件, 以及与相邻设备及构筑物的平台相连成联合平台等。乙烯精馏塔是保冷设备, 其平台梯子的设计除应满足一般塔器上的平台梯子的设计要求外, 其不同之处在于其相应的平台梁与设备相接处需要设置隔冷块, 中间用螺栓连接。设备平台生根示意图见图5 (e) 。保冷设备顶平台标高一般最少需高出设备最顶端300 mm, 需注意设备嘴子的开口高度及相应管道的安装。
6 结语
乙烯精馏塔及管道的布置设计体现了冷设备冷管道设计的特殊性, 文中结合具体实例给出了设计过程中的考虑要素, 希望给后来者提供参考和借鉴。
参考文献
[1]张德姜, 王怀义, 刘邵叶.石油化工装置工艺管道安装设计手册[M].北京:中国石化出版社, 2000:301-304.
[2]杨庆朝.乙烯装置中低温材料的选用及特点[J].乙烯工业, 2007, 19 (4) :38-41.
[3]刘仲亮.乙烯装置中低温管道设计[J].石化设计, 2002, 9 (4) :235-237.