2023年-某金屬冶煉車間除塵系統(tǒng)中的管道設計

TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一、設計目的2二、緒論2\o"CurrentDocument"三、管道設計原始資料4\o"CurrentDocument"四、設計計算4五、系統(tǒng)保溫6\o"CurrentDocument"六、管道材料選擇6\o"CurrentDocument"七、熱補償設計7\o"CurrentDocument"八、課程設計小結7\o"CurrentDocument"九、參考文獻7某金屬冶煉車間除塵系統(tǒng)中的管道設計1、設計目的課程設計的目的在于進一步鞏固和加深課程理論知識，并能結合實踐，學以致用。本設計為某金屬冶煉車間的凈化系統(tǒng)中的管道設計，能使自己得到一次綜合訓練，特別是：1、工程設計的基本方法、步驟，技術資料的查找與應用；2、基本計算方法和繪圖能力的訓練；3、綜合運用本課程及其有關課程的理論知識解決工程設計中的實際問題；4、熟悉、貫徹國家環(huán)境保護法規(guī)及其它有關政策。2、緒論金屬管道種類繁多、數量大，使用工況千差萬別。我國不同行業(yè)采用不同的應用標準體系，標準之間差別很大。當然，由于金屬管道的工況，如溫度、壓力、介質、環(huán)境等不同，標準有差距是客觀存在的。例如，電力電站管道高壓、高溫、蒸汽介質居多；石化、石油管道受壓、腐蝕介質居多；化工行業(yè)管道還有劇毒介質（如氯氣）；機械行業(yè)壓力容器，按使用情況及工況分成低壓、中壓、高壓、超高壓，按容器類別分成第一類壓力容器、第二類壓力容器、第三類壓力容器。船舶管道有高壓的蒸汽管道、主機冷卻的海水管道（承壓及受腐蝕）、污水管道（承壓及受高溫）、燃油輸送管道、壓縮空氣管道等，在不同的工況條件下運行。以下?lián)褚榻B一些基本標準。1、壓力管道分類1.壓力管道的定義壓力管道是指在生產、生活中使用的可能引爆或中毒等危險性較大的特種設備及管道。①輸送GB5044①《職業(yè)性接觸毒物性危害程度分級》中規(guī)定的毒性程度為極度危害介質的管道。輸送GB5016②《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》及GBJ16《建筑設計防火規(guī)范》中規(guī)定的火災危險性為甲、乙類介質的管道。最高工作壓力不小于0.IMPa（表壓，下同），輸送介質為氣（汽）體及液化氣體的管道。最高工作壓力不小于0.IMPa,輸送介質為可燃、易焊、有毒以及有腐蝕性或高溫工作溫度不小于標準沸點的液體管道。上述四項規(guī)定管道的附屬設施（彎頭、大小頭、三能、管帽、加強管接頭、異徑短管、管箍、儀表管、嘴、漏斗、快速接頭等管件；法蘭、墊片、螺栓、螺母、限流孔板、盲板、法蘭蓋等連接件；各類閥門、過濾器、流水器、視鏡等管道設備，還包括管道支架以及安裝在壓力管道上的其他設施）。2.壓力管道分類、分級（見表1）表1壓力管道分類、分級名稱類別級別工況和參數長輸管道GAGA1⑴介質：有毒、可燃易爆氣體，P>L6MPa的管道⑵介質：有毒、可燃易爆氣體，DN^300mm,輸送距離2200km的管道(3)介質：漿體中，DN^150mm,輸送距離三50km的管道GA2⑴介質：有毒、可燃易爆氣體，PWL6MPa的管道⑵GA1(2)范圍以外的長輸管道(3)GA1(3)范圍以外的長輸管道公用管道GBGB1燃氣管道GB2熱力管道工業(yè)管道GCGC1(1)GB5044標準中，毒性程度為極度危害介質的管道⑵GB50160.GBJ16標準中規(guī)定的火災危險性為甲、乙類可燃氣體或甲類可燃氣體介質，且PN4.0MPa的管道⑶輸送流體介質，且P'lO.OMPa的管道GC2⑴輸送GB50160、GBJ160標準中規(guī)定的火災危險性為甲、乙類可燃氣體或甲類可燃氣體介質，且PV0.4MPa的管道(2)流體介質：可燃、有毒，P<4.OMPa,tN400c的管道(3)流體介質：不可燃、無毒，P<10MPa,tN4000c的管道⑷流體介質：P<10.OMPa,t<400℃的管道3.管子系列標準壓力管道設計及施工，首先考慮壓力管道及其元件標準系列的選用。世界各國應用的標準體系雖然多，大體可分成兩大類。壓力管道標準見表2。法蘭標準見表3。表2壓力管道標準分類大外徑系列小外徑系列規(guī)格DN-公稱直徑①一外徑DN15-d)22mm,DN20-d)27mmDN25-d)34mm,DN32-d)42mmDN40-巾48mm,DN50-巾60mmDN65-dJ76(73)mm,DN80-<i)89mmDN100-(t)114mm,DN125-d)140mmDN150-4)168mm,DN200-巾219mmDN250-4)273mm,DN300-(1)324mmDN350-巾360mm,DN400-e406mmDN450-e457mm,DN500-巾508mmDN600-巾610mm,DN15-d)18mm,DN20-d)25mmDN25-d)32mm,DN32-d)38mmDN40-巾45mm,DN50-巾57mmDN65-d)73mm,DN80-(1)89mmDN100-d)108mm,DN125-d)133mmDN150-巾159mm,DN200-d)219mmDN250-6273mm,DN300-e325mmDN350-(i)377mm,DN400-(1)426mmDN450-巾480mm,DN500-巾530mmDN600-巾630mm,表3法蘭標準規(guī)格

PN—壓

力

等級規(guī)格

PN—壓

力

等級歐式法蘭(以200c為計算基準溫度)壓力等級:PNO.1,PNO.25,PNO.6,PN1.0,PN1.6,PN2.5,PN4.0,PN6.3,PN10.0,N16.0,PN25.0,PN40.0美式法蘭(以430c為計算基準溫度)壓力等級:PN2.0(CL150),PN5.0(CL300),PN6.8(CL400),PN10(CL600),PN15.0(CL600),PN25(CL1500),PN42.0(CL2500)注：對于CL150(1501b級)是以300℃作計算基準溫度。從表2、表3可知，無論是管子還是法蘭，兩個系列均不能混合使用。3、管道設計原始資料氣體中顆粒物占8.0%,顆粒粒徑范圍：0-1.5；1.5-2.5；2.5-3.0；3.0-5.0；5.0-6.0；6.0-8.0o分別為80；140；160；250；200；50個。氣體中顆粒物占8.0%,允許的排風速度最大L0m/s；車間有3個，相距10m。煙氣粘度：2.4X10-5pa.s煙氣溫度：25℃允許罩內最大負壓：25Pa；允許壓力損失：lOOOpa煙氣密度：1.18kg/m3煙氣真密度：2.2g/cm3排放標準（標準狀況下）：200mg/L環(huán)境溫度：-5℃當地氣壓：lOOKPa凈化系統(tǒng)布置場地在車間北側20-25米以內4、設計計算管段①據qv,1=5040m3/h,v=16m/s,得d=334mm,人/d=0.0598實際流速v=Q/H(d/2)2=16.0m/s動壓Pv2/2=151.0pa則摩擦壓力損失為apii=ii-Xpv2/2d=90.3pa集氣罩1： 1=0.12；90°彎頭，€=0.25；90°直流三通，€=0.4Z€=0.12+0.25+0.4=0.77則局部壓力損失為△Pmi=E€Pv2/2=116.3pa管段②據Qv,2=ioo8om3/h,v=16m/s,得d=472mm,入/d=0.0424實際流速v=Q/五(d/2)2=16.0m/s動壓Pv2/2=151.0pa則摩擦壓力損失為Api2=i2*Xpv2/2d=64.0pa集氣罩2：g2=0.12；90°直流三通，口2=0.4；90°直流三通，［23=0.4X€=0.12+0.4+0.4=0.92則局部壓力損失為△Pm2=￡Pv2/2=138.9pa管段③據qv,3=15120m3/h,v=16m/s,得d=578nrni,入/d=0.0346實際流速v=Q/兀(d/2)2=16.0m/s°動壓PV2/2=151.0pa則摩擦壓力損失為i3=i3?入Pv2/2d=52.4pa集氣罩3:局部壓力損失為合流三通對應總管動壓的壓力損失。其局部壓力損失系數，=0.11；除塵器壓力損失為545pa則局部壓力損失為△Pm3=￡己Pv2/2+545=579.7pa管段④：qv,4=qv,3=15120m3/h,選擇管徑d=578mm,入/d=0.0346實際流速v=Q/n(d/2)2=16.0m/s動壓Pv2/2=151.0pa則摩擦壓力損失為Z\pi4=i4,Xpv2/2d=26.2pa該管段有90°彎頭兩個，=0.25則局部壓力損失為△Pm4=XCPv2/2=75.5pa管段⑤：qv,5=qV,4=15120m3/h,d=578mm,入/d=0.0346實際流速v=Q/n(d/2)2=16.0m/s動壓Pv2/2=151.0pa則摩擦壓力損失為Api5=i5?入Pv2/2d=146.3pa該管段局部壓力損失主要包括通風機進出口及排風口傘形風帽的壓力損失，若通風機入口處變徑管壓力損失忽略不計，通風機出口自=0.1(估計)，傘形風帽1=1.3Z€=1.4則局部壓力損失為△Pm5=￡CPv2/2=211.4pa并聯(lián)管路壓力平衡：△Pi=Apii+APmi=90.3+l16.3=206.6pa△P2=Api2+APm2=64.0+138.9=202.9pa△P3=Api3+APm3=52.4+579.7=632.Ipa①②(api-apz)/△pl=1.8%<10%節(jié)點壓力平衡；①③(4P3—api)/△p3=67.3%〉10%節(jié)點壓力不平衡，采用調整管徑方法，進行壓力平衡調節(jié)調整后管徑為di=d（APi/AP3）°、223=259.7mm圓整管取徑di=260mm②③（鐘3一紳2）/純2=67.9%>10%節(jié)點壓力不平衡，采用調整管徑方法，進行壓力平衡調節(jié)調整后管徑為d2=d（AP2/AP3）°23=365.5mm圓整管取徑d2=366mm除塵系統(tǒng)總壓力損失：AP=AP3+AP4+AP5=632.1+（26.2+75.5）+（146.3+211.4）=1091.5pa5\系統(tǒng)保溫.管道系統(tǒng)保溫材料選擇礦渣棉及玻璃棉制品，用于管道保溫時采用管殼形式；閥門等管件也可用氈類材料保溫。..保溫結構設計管道和設備保溫結構由保溫層和保護層兩部分結構組成，保溫結構設計直接影響到保溫效果、投資費用和使用年限。保溫結構設計應滿足保溫需要，有足夠的機械強度，處理好保溫層和管道、設備的熱補償，要有良好的保護層，適應安裝的環(huán)境條件和防雨防潮要求，結構簡單，投資低，施工簡單，維護檢修方便。.管道和設備保溫的采用預制結構在預制加工廠預制成半圓形管殼、弧形瓦或梯形瓦等，在現場用鐵絲固定在管道和設備上，外加保護層。這類結構應用廣泛，施工方便，外形平整，使用年限較長。6、管道材料的選擇根據煙氣溫度：25℃,我們選擇普通碳素鋼。普通碳素結構鋼又稱普通碳素鋼。含碳量小于0.38%,以小于0.25%最為常用。屬于低碳鋼，每個金屬牌號表示該鋼種在厚度小于16mm時的最低屈服點。與優(yōu)質碳素鋼相比，對含碳量、性能范圍以及磷、硫和其他殘余元素含量的限制較寬。我國和某些國家根據交貨的保證條件，把普通碳素鋼分為三類:甲類鋼（A類鋼），只保證力學性能，不保證化學成分，乙類鋼（B類鋼），只保證化學成分，不保證力學性能；特類鋼（C類鋼），既保證化學成分，又保證力學性能。特類鋼常用于制造較重要的結構件。主要用于制作工程結構件的碳素結構鋼。它一般在供應狀態(tài)下使用，鋼中硫、磷含量較高，分別允許達0.050%和0.045%。鋼的總產量中此類鋼占很大的比例。此類鋼可由氧氣轉爐、平爐或電爐冶煉，一般熱軋成鋼板、鋼帶、型材和棒材。鋼板一般以熱軋（包括控制軋制）或正火處理狀態(tài)交貨。鋼材的化學成分、拉伸性能、沖擊功和冷彎性能應符合有關規(guī)定。在中國國家標準GB700-88中此類鋼按屈服點數值分為5個牌號，并按質量分為4個等級。其牌號由代表屈服點的字母Q、屈服點數值、質量等級符號、脫氧方法符號等4個部分按順序組成。此類鋼的應用范圍非常廣泛，其中大部分用作焊接、密接或栓接的鋼結構件，少數用于制作各種機器部件。強度較低的Q195.Q215鋼用于制作低碳鋼絲、鋼絲網、屋面板、焊接鋼管、地腳螺栓和鉀釘等。Q235鋼具有中等強度，并具有良好的塑性和韌性，而且易于成形和焊接。這種鋼多用作鋼筋和鋼結構件，另外還用作鉀釘、鐵路道釘和各種機械零件，如螺栓、拉桿、連桿等。強度較高的Q255、Q275鋼用于制作各種農業(yè)機械，也可用作鋼筋和鐵路魚尾板。根據一些工業(yè)用鋼的特殊性能要求，對普通碳素結構鋼的成分稍加調整而形成一系列專業(yè)用鋼，如鉀螺鋼、橋梁鋼、壓力容器鋼、船體鋼、鍋爐鋼。專業(yè)用鋼除嚴格控制化學成分、保證常規(guī)性能外，還規(guī)定某些特殊檢驗項目，如低溫沖擊韌性、時效敏感性、鋼中氣體、夾雜和斷口等。7、熱補償設計1、管道的熱變形計算計算公式：X=a?L?AT式中：X—管道膨脹量，mm；a一為線膨脹系數，鋼鐵取0.012mm/m.℃；L—補償管線（所需補償管道固定支座間的距離）長度，m；△T一為溫差（介質溫度-安裝時環(huán)境溫度），a取0.012mm/m?℃,L取5m故AT=300℃-（-4