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水泥厂热风管道设计及计算

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水泥厂 热风 管道 设计 计算
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录一 、 热风管道一般计算 .......................................................................... 热风管道管径计算 ......................................................................1) 一般地区 ............................................................................2) 高海拔地区 .......................................................................... 管道不同状况下的风速 .............................................................. 热风管道标准管径及法兰尺寸 .................................................. 管道管径与壁厚关系 .................................................................. 管道阻力计算 ..............................................................................)阻力计算公式 .....................................................................)摩擦阻力系数 λ 计算 .......................................................)局部阻力系数“ξ”值 .....................................................)阻力平衡计算 ..................................................................... 管道重量计算 ................................................................................形风管自重 .............................................................................温材料重量 .............................................................................管内积灰重量 .........................................................................事故荷载系数 ........................................................................... 膨胀节选型计算 ............................................................................膨胀节的作用 ...........................................................................)金属膨胀节构造及用途 ...................................................)非金属膨胀节构造及用途 ...............................................)膨胀节技术参数 ............................................................... 膨胀节选型计算 .....................................................................)膨胀量计算 .......................................................................)膨胀节自振频率计算 .......................................................)膨胀节推力计算 ...............................................................)膨胀节预拉伸计算 ........................................................... 膨胀节的安装位置及注意事项 .............................................)安装位置 ...........................................................................)安装注意事项 ................................................................... 管道支座及支架 ............................................................................ 支座形式 .................................................................................)固定支座 ...........................................................................)滑动支座 ...........................................................................)导向支座 ........................................................................... 支座设置位置........................................................................ 管道支架形式 .........................................................................)普通钢支架 .......................................................................)铰杆支架 ...........................................................................)支架的位置 ....................................................................... 管道支座受力计算 .................................................................)计算步骤 ...........................................................................)同一平面内单一风管支座计算 .......................................)空间分叉风管支座计算 ...................................................)支座间允许最大跨度计算 ............................................... 管道及收尘设备保温计算 ............................................................热风管道保温层厚度 ...............................................................收尘设备保温层厚度 ...............................................................设备保温经济厚度 ...................................................................常用保温材料性能表 ............................................................... 热风管道工艺布置要求 ................................................................录表:附录(一)常用设备风量,含尘浓度积气体温度.......................)除尘管道计算表...........................................................)常用管件局部阻力系数表...........................................)膨胀节选型表...............................................................)管道支座选型表.......................................................... 热 风 管 道 一 般 计 算1. 热 风 管 道 管 径 计 算对于海拔高度25m/s 阻力大,不经济;15m/s 时,风管壁厚适当加大。 (3)为防止大型风管的刚度变形,在其长度方向每隔 加一道加固圈,加固圈 可用宽 50~80,厚度为 5~8扁钢制作。 (4)风管的法兰规格,螺栓孔径,数量等均应按表中给定尺寸确定。5、 管 道 阻 力 计 算( 1) 阻 力 计 算 公 式风管系统阻力应为管道的摩擦阻力与局部阻力之和:管 径D(00~630 710~1000 1120~1700 1800~2650 2800~5600管壁厚δ( 4 5 6 8风管壁厚度 表 3(3)圆管摩擦阻力系数;见表L——风管长度,m;D——风管直径,m;ξ——管件及变径点阻力系数,查工艺手册(下)14~18 页;υ——风管中流速,m/s;ρ——空气密度,Kg/m 3,20℃时 r=0——阻力附加系数,K 0= 2) 摩 擦 阻 力 系 数 λ 计 算管道内摩擦阻力系数“λ” 值与介质流动状态、雷诺数 管壁粗糙度 κ 等因素有关,对于钢板焊接的管道其摩擦系数 λ 计算如下:① λ=×κ) 2 (4)λ 见表 5a、5m 3/h;υm/s;Κ 一般取 κ= 表 4管道类别 绝对粗糙度 Κ/5轻度腐蚀的无缝钢管 (1(2l.4) (5)”值 表 5= 值 量直径(擦阻力系数 λ 值管壁粗糙度 当量直径(擦阻力系数 λ ”值 表 5de(焊接的钢烟气管 3) 局 部 阻 力 系 数 “ξ ”值该系数指动压头单位的局部损失数,由于气流经各种管件(三通、弯头、变异管、阀门等)流向变换、冲击或流速变化引起的压力损失。清洁气体局部系数按表附录三选用,但带粉尘的局部阻力系数应加以修正,公式如下:ξ F=ξ 0(1+κ J×μ) (6)ξ 0 kg/ 4) 阻 力 平 衡 计 算水泥厂除尘管道设计时,个别车间有多个收尘点(包装车间) ,形成多个支管路,而这些支管与总干管交汇处压力必须达到平衡,以保证各点收尘效果。阻力平衡一般有两种方法:一种是在管道设计时以改变管径、弯头曲率半径或改变风量达到阻力平衡;另外一种是在现场投产前进行逐点测试,以每支管阀门开度大小来求阻力平衡。此法比较繁琐,难以达到平衡。不如在设计中就使阻力达到平衡为好,当支管与总管交汇处压力差>20%时,改变阻力大的管径,降低流速,从而减小阻力。例 a 总管长度 图示:风量 045m3/5m/ 1=2=2=850m3/8m/ 2=算:由 Q1、v 1查除尘管道计算表知:当量阻力系数 λ 1/压头 υ 2ρ/2=135径60管阻力: (7)211()υ=(135=2()(由 Q2、v 2查表知:当量阻力系数 λ 2/压头=径 30力差:(6%>20%对支管管径 P 2/ΔP 1)30×(30× 145145 2=850m3/h,υ 2数为 (0°,可以不予考虑。4、 事 故 荷 载 系 数由于生产中难免的事故,为安全起见,应乘以一个系数:安全系数取 、 膨 胀 节 选 型 计 算1、 膨 胀 节 的 作 用热风管道在正常生产时,受管内热风的影响而产生膨胀。与其相连接的设备、风管支座,一般都固定在常温状态下的土建基础上,当受高温影响时,风管热膨胀产生的巨大应力传递到设备和支座上,轻则导致设备动作不灵,支座变形,重责损坏设备和土建基础。为了满足生产正常进行。在热风管道的适当位置通常都安装有膨胀节,以吸收热膨胀量。( 1) 金 属 膨 胀 节 构 造 及 用 途金属膨胀节种类较多,水泥厂常用的是“U”型波纹管膨胀节。该膨胀节由厚度 锈钢板 (1 0制而成,一般为“U ”断面,波纹管两端与短管焊接,内外筒间隙吸收轴向膨胀时的自由运动,波纹内填充耐高温的保温层,以防波管磨损及热量散失。有高低温之分,适用不同的压力范围。此种膨胀节耐高温、高压、使用寿命长,但价格高,需要吸收径向膨胀量,只能用两个膨胀节加中间节来吸收,但增加了费用。此种膨胀节多用于窑尾预热器系统、三次风管以及生料粉磨管道系统等位置中。( 2) 非 金 属 膨 胀 节 构 造 及 用 途此种膨胀节是由合成纤维或是玻纤布外层涂以橡胶而制成的,可以吸收轴向和径向移位量,具有吸收、隔绝震动传递、无力传递特点,因此常用在锅炉、风机进出口、磨机出气罩等处,可耐温度为 200~500℃。用以补偿烟气因温度变化引起的移位,以及机械振动、基础下沉等不同情况引起的移位。近来为简化设计,节省投资,目前大量选用非金属膨胀节。( 3) 膨 胀 节 技 术 参 数①金属波纹管轴向型膨胀节技术参数例: 低温型:号位 低温轴向型 列高温轴向型 列通径 DN 00~3000 400~3000温度 T ℃ ≤400 ≤400(C)≤600(L)≤800(B)压力 管径及波数而定工作介质 热风,烟气 热风,烟气表 代号 800℃- 通径非金属膨胀节参数此种膨胀节只适用于热膨胀引起的轴向、径向位移,其位移指受压缩时的位移,不能承受拉伸位移。 非 金 属 膨 胀 节 技 术 参 数 表 7系列号 圆型 ≤100(Y) ≤200(E) ≤300(S)工作压力 10形 100℃-接管外径-轴向长度)2、 膨 胀 节 选 型 计 算( 1) 膨 胀 量 计 算, (11)△L—管道热膨胀量,—两个相邻固定支座间风管长度,m ;—管道内介质与外界温度差,℃;材线膨胀系数,mm/。常用管材 线膨胀系数,α×10 。表表 风管道长 50m,管径 φ2200风温度360℃,室外温度 30℃。计算膨胀量为:0)28根据膨胀量计算结果,查武汉航天波纹管厂样本知:选用低压(350 ℃复式膨胀节,即 J 型。 管径:2200移:24020温度/℃ 系数/α 温度/℃ 系数/α 温度/℃ 系数/α100 70 50 80 00 90 00220 00 00 10 00 20 30 40 2) 、 膨 胀 节 自 振 频 率 计 算膨胀节只适合在高频低振幅的振动场合使用,不适用于低频高振幅的场合,波纹膨胀节当在高频低振幅系统中使用时,应注意膨胀节的自振频率不能与系统的振动频率一致,以免产生共振,其自振频率计算如下:①轴向振动:f—自振频率,1/G—膨胀节重量,n—整个波纹管轴向刚度,N/—自振频率系数,取值如下表。各 阶 数 值 C: 表 9阶数 C 波数 2 4 2)0阶数 2 4 3) 膨 胀 节 推 力 计 算F= (14) ;N/2;()( 4) 膨 胀 节 预 拉 伸 计 算 若安装地区的环境温度与设计时的安装温度相差较大时,应满足“预压缩” 、 “与拉伸”的要求,计算公式如下:Δx—预拉伸量, mm;x—最大轴向膨胀量,T—安装时环境温度,℃;道气体最高温度,℃;道气体最低温度,℃。②径向振动: 波 纹 管 平 均 直 径 ,波 纹 管 直 筒 ,波 纹 管 高 度 ,波 纹 管 长 度 ,波 数 , 个 ;波 距 , ;整 个 波 纹 管 的 轴 向 刚 度 ,自 振 频 率 系 数 , 各 阶 系 数 如 下 表 。() (13), ; ; ,; /;-=+-× (15)2伸变形后其拉杆安装后再拆除。3、 膨 胀 节 的 安 装 位 置 及 注 意 事 项( 1) 安 装 位 置为防止热风管道膨胀和设备振动,及减少设备噪音,一般应在下列 各处设置膨胀节(金属,非金属) 。① 在两个固定支架间安装膨胀节,以抵消土建基础下沉对设备的损坏;② 在振动设备的进出口安装膨胀节,如立磨、球磨机出口,振动筛等;③ 减少设备的传递载荷,如电收尘器进出口;④ 减少噪音(高压风机进出口连接处) 。( 2) 安 装 注 意 事 项① 膨胀节有方向性,不应装反,否则粉尘随气流进入内外筒间隙,灰尘积满无法伸缩,造成失效。② 在倾斜及垂直管道上安装膨胀节,为防止粉尘从内、外筒的间隙进入保温层内,导致膨胀节损坏,应在间隙处装设不锈钢的弹簧片,防止粉尘进入。③ 不允许用膨胀节的变形来强行调整管道的安装误差(压缩、拉伸、偏移、偏转) ,否则,会引起膨胀节的损坏。四 、 管 道 支 座 及 支 支座基础沉降时各支座的载荷变化不大,以免使设备损坏,故热风管道应合理的分段加以支撑。1、 支 座 形 式( 1) 固 定 支 座 : 此 支 移 座 与 管 道 焊 接 后 不 能 动 。( 2) 滑 动 支 座 : 此 支 座 与 管 道 结 合 面 不 焊 死 , 可 以 自 由 活 动 。( 3) 导 向 支 座 : 此 支 座 与 管 道 不 焊 接 , 但 只 允 许 一 定 方 向 移 动 。 2、 支 座 设 置 位 置(1) 热风管道上膨胀节附近,一端应加设固定支座,另一端应设置滑动支座,如图 a。(2) 管道上设有两个异径膨胀节时,在两个膨胀节之间应加设固定支座。(3) 管道较复杂时,只允许设置一个固定支座,其余均应设置滑动支座。(4)大型热风管道弯头处应设置滑动支座或导向支座。(5)为便于应用标准支座,倾斜管道倾斜角度宜为 30°,35°,45°,55°。膨 胀 节固 定 支 座 铰 杆 支 架中 部 无 膨 胀 节图 支 座 膨 胀 节固 定 支 座滑 动 支 座 支 架 1滑 动 支 座 支 架 2固 定 支 座膨 胀 节图 (a)支 架 3铰 支 座 支 架 倾 斜 的 接 触 面分 析 单 元 单 元 ()) 固定支座与管道结合面,应注明 “焊接”,滑动支座活动面应注明 “不焊 ”。(7)各种阀门不宜设在两个支座之间,应设在管道端部或管道悬臂端膨胀节附近。3、 管 道 支 架 形 式支架主要与支座配合,支撑于土建基础上,工艺提供载荷,土建专业据此进行支架及基础设计。( 1) 普 通 钢 支 架图 a, b 以前多采用槽钢或角钢焊制而成,近来多用圆形钢管焊接,受力好,重量轻。( 2) 铰 杆 支 架 图 c, d。近来不少水泥厂采用了此种支架,主要是受力清晰,计算简单,省去设置膨胀节费用。( 3) 支 架 的 位 置当管道较长时,设有多个不同支架,固定支座设在膨胀节一端,其余皆为导向支架,设置位置为:支 架膨 胀 节 膨 胀 节 支 架不 焊 图 (d)铰 杆膨 胀 节图 ()固 定 支 D, 4D, 工式计算,如上图D(管径) ,L 2=14D(管径) ,L 最大 按下列公式计算。E—管道材料的弹性模量; N/I—管道材料断面惯性矩; P—管道的工作压力; 胀节的有效面积; K=胀节波纹管波数;胀节的总刚度; N/胀节的单波伸缩量; —膨胀受压时取 “+” ,受拉时取 “-” 。4、 管 道 支 座 受 力 计 算( 1) 计 算 步 骤① 首先确定固定支座、活动支座位置,将水平长度、垂直高度、倾斜角度注在图上。② 计算管道全长总重量及荷重(自重、保温层重、灰重、=4D 1 支 架 膨 胀 节 导 向 支 架12管 道 支 座 位 置(16)。③ 求风管重心点位置。④ 求活动支座反力及三个轴向分力(X、Y、Z 轴) 。⑤ 求管道摩擦力及三个轴向分力。⑥ 求管道合力并乘以 安全系数后,再求三个轴向分力。⑦ 最后求出管道弯矩,并注在工艺布置图上。( 2) 同 一 平 面 内 单 一 风 管 支 座 计 算热风管道布置如图所示:管道直径 φ2000壁厚 δ=6 为固定支座,B 为活动支座,支座水平间距 000,L 3=2000管倾斜角α=55°,风管两端 C,D 各一个重 1000膨胀节,C 点一个阀门重 000重量及长度计算单位长度风管重:×=× 2×=际计算为 管加保温层):q=q1+54kg/=(2+10000+3000+2000)/26152风管实长:1×0000×17434、D 点各承受半个膨胀节重量为:1/2) ×1000=500段加膨胀节重:G1=q×L+2×54××500=11873+1000=12873 支座投影距离:1/2)(3(1/2)(10000+20004500座受力计算对点 A 取力矩后求 B 支座反力 G 1×2) /12873×)/座 X、Z 轴的支反力: B1=440 B1=440座热膨胀引起的摩擦力(摩擦系数按 虑):596座热膨胀的 X、Z 轴摩擦力分力: B2=(±596)=±342 B2=(±596)=±489,B 支座的 X、Z 轴受力为:1708+489)=26372440+342)=3339 考虑安全系数 ,A 支座的 X、Z 轴受力:P 1+12873+200089)=1638561 3339算结果为: ( 3) 空 间 分 叉 风 管 支 座 计 算风管如图下所示 座受力 61座受力 2000壁厚 δ=6个阀门重 2000胀节重 1000图 C 所示:解:①确定工艺参数。在 A 点设置固定支座,B 点为活动支座。根据工艺布置需要: 2000I=5000 1=∠5°。②计算:在△:=I/000/12000=c)=H=(+1/2=(12000 2+50002)1/2=13000:BH=H=13000=9103 两支座间风管实长:H/13000/15870:J/H/103/12000=B 两支座间风管实长与图中投影长度的比例系数:ζ=I=15870/12000=度及重量计算管实长:(4000+12000+2000)=8000=23805管总重:g×54×0807 F 两端各加半个膨胀节的重量共 1000管加膨胀节重:1’+10001807管重心至支座 A 在立面 b 图的距离为:(6(1/2)(12000+20005000管近似实长:×(5000000=3968管重:G 2=q×54×801管重心至支座 A 投影距离为:(7)=1/2×(5000+2000)=3500阀门及膨胀节重量的一半 500门及膨胀节A 支座的投影距离为 000支反力 2×3×1×1- 23)/11807×5000500000)/12000=3352 B1=3362=2754×3362=1928向分力:×1928=1780向分力:×1928=742正压力 风管胀、缩时引起的摩擦力 362=×673=±368×673=±551 轴向分力:×551=±509 轴向分力:×551=±212 B 点受力最不利情况,考虑安全系数为 B 支座反力垂直载荷:754+673)=4413载荷:780+509)=27477载荷:42+212)=1149 A 支座反力,考虑安全系数为 www
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