• / 44
  • 下载费用:2 下载币  

工艺热风管道设计计算

关 键 词:
工艺 热风 管道 设计 计算
资源描述:
第 8 章 工艺热风管道设计计算热风管道设计计算是水泥厂工艺设计必不可少的组成部分,涉及了水泥生产的各个工段。本章主要内容包括:工况下的热风管道管径计算,管道阻力计算,管网阻力计算,管道重量计算,膨胀节选型计算,管道支座受力计算,收尘设备的保温计算以及不同工况下管道风速,管道壁厚的选取等内容。风管道管径计算1.一般地区对于海拔高度25m/s 时,阻力大,不经济;风速15m/s 时,风管壁厚应适当加大。(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。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: (82L(P式中:λ—气体与管道间的摩擦阻力系数,清洁空气入值一般为 含尘气体管道,当含尘浓度≥50g/m 3 时,需校正:表 8校正系数含尘浓度(g/m 3) <50 ≥50 100 150校正系数 管长度,m;ξ—管件及变径点阻力系数,见附录 12;v—风管中气体流速,m/s;ρ—空气密度,kg/m 3,20℃时 ρ=力附加系数,K 0=n—风管直径,m;非圆管道一般折算成等速当量直径 ,按圆形管道方式计算:(8-4)2式中:速当量直径, m;a,b—矩形风管的边长,m。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) (8κ)×υ式中:λ—摩擦阻力系数,见表 8—管内气体流量,m 3/h;υ—管内气体流速,m/s;κ—管壁粗糙度,般取 κ= 值详见表 8 8κ值管道类别 绝对粗糙度 κ( 无缝或镀锌钢管 ) (8d(式中:量直径, m;κ—管壁粗糙度,m。表 8摩擦阻力系数 λ值管壁粗糙度 当量直径 m) 摩擦阻力系数 λ值 管壁粗糙度 当量直径 de(m) 摩擦阻力系数 管道有内衬的 λ 值当量直径 de(焊接的钢烟气管 焊接的钢煤粉管800 部阻力系数 ξ值该系数指动压头单位的局部损失数,是由于气流经各种管件(三通、弯头、变异管、阀门等)流向变换、冲击或流速变化而引起的压力损失。清洁气体局部系数按附录 12 选取,但带粉尘的局部阻力系数应加以修正,修正公式如 88)×κ+(1ξ=0—清洁气体局部阻力系数,见附录 12;ξF—带粉尘的气体局部阻力系数;κJ—根据测试确定系数,取 —气体混合物浓度,kg/.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(如包装车间) ,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。平衡阻力一般有两种方法:一种是在管道设计时通过改变管径、弯头曲率半径或改变风量达到阻力平衡;另一种是投产前在现场进行逐点测试,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,最好事先在设计中使阻力达到平衡,计算方法如下:1L 42ξυ 8管道结构①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,以达到阻力平衡。例:总管长度 图 8,风量 045m3/h,风速 5m/s,局部阻力系数 ξ1=管长度 量 50m3/h,风速 8m/s,局部阻力系数 ξ2= Q1、v 1 查附录 12 知:当量阻力系数 λ1/压头 υ2ρ/2=135径 60管阻力: 1 Q2、v 2 查附录 12 知:当量阻力系数 λ2/压头=径 30()(194.支管阻力:阻力差:(6%>20%对支管管径 行调整 ×30)30= )(取值为 1452 计算:145 2=850m3/h,υ 2 数为 s,λ 2/ 2ρ/2=.×2)(阻力差: 70°,积灰可以不予考虑。 故 荷 载 系 数生产中为安全起见,应增加安全系数。一般,安全系数取 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,而与其相连接的设备、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。为了保证生产正常进行,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 不锈钢板(1 0制而成,一般为 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,以防波纹管磨损及热量散失。不同的金属膨胀节有高低温之分,适用不同的压力范围。U 型波纹管膨胀节耐高温、高压、使用寿命长,但价格高,单个使用只能吸收轴向膨胀量,若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。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、无力传递等特点,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。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表 8金属波纹管轴向型膨胀节技术参数例:低温型:代号 —通径—波数)高温型:号 800℃—通径—波数)(2)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。表 8非金属膨胀节技术参数系列号 圆型 ≤100(Y)≤200(E)≤300(S)工作压力 10例:形 100℃-接管外径-轴向长度) 胀 节 选 型 计 算1.膨 胀 量 计 算(8式中:ΔL—管道热膨胀量,—两个相邻固定支座间风管长度,t—管道内介质与外界温度差,℃;α—管材线膨胀系数,mm/,常用管材 的线膨胀系数 α 值见表8温轴向型 列 高温轴向型 列通径DN(400~3000 400~3000温度 t( ℃) ≤400 ≤400(C)≤600 (L )≤800(B)压力(≤以管径及波数而定工作介质 热风、烟气 热风、烟气表 8管材线膨胀系数 α2. 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。当波纹膨胀节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:(8中:f—自振频率,—膨胀节重量,n—整个波纹管轴向刚度,N/—自振频率系数,取值如表 8 8各阶数值 2 4 )径向振动 温度(℃) α( mm/) 温度(℃) α( mm/ ) 温度(℃) α(mm/)100 070 050 0080 000 0090 000220 000 000 0010 000 0020 0030 0040 0 (8K)中:纹管平均直径, ;d—波纹管直筒直径,mm;h—波纹管高度,n—波纹管长度, ,—波数,个;q—波距,n—整个波纹管的轴向刚度,N/—自振频率系数,各阶系数如表 8 8各阶系数 1 3 5系数 3) 膨 胀 节 推 力 计 算(8式中:F—压力推力, N;道最大压力, N/—波纹管膨胀节有效面积,。( 4) 膨 胀 节 预 拉 伸 计 算 当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:(8( 式中:ΔX—预拉伸量, mm;x—最大轴向膨胀量,mm;t—安装时环境温度,℃;道气体最高温度,℃;道气体最低温度,℃。对于拉伸的膨胀节,应该在拉伸变形后其拉杆安装后再拆除。胀节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,不可装反,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;(3)不允许利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。道支座及支架管道的固定位置借助固定点将复杂的管系划分为简单的管段,以使支座基础沉降时,各支座的载荷变化不大,避免设备损坏,故热风管道应合理地分段加以支撑。道支座形式( 1) 固 定 支 座 : 支座与管道焊接后不能动移。(2)滑动支座:支座与管道结合面不焊死,可以自由活动。固 定 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 () 节固 定 支 座 铰 杆 支 架中 部 无 膨 胀 节图 )导 向 支 座 : 支座与管道不焊接,但只允许向一定方向移动。 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 82)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°。(6)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。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 架过去多采用槽钢或角钢焊制而成,如图 8年来多用圆形钢管焊接,受力好,重量轻。( 2) 铰 杆 支 架 如图 8示,近年来不少水泥厂采用了此种支架,主要是因为受力清晰,计算简单,节省了设置膨胀节所需费用。( 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: D,L 2=14D,L 公式计算,如图 8D(管径) ,L 2=14D(管径) ,L 下列公式计算。图 84D 1 支 架 膨 胀 节 导 向 支 架12管 道 支 座 位 置图 8式中: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, —膨胀节的有效面积,;胀节波纹管波数;胀节的总刚度,N/mm;e—膨胀节的单波伸缩量,号—膨胀受压时取“+”,受拉时取“-” 。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、事故重) ;(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 8示:管道直径 φ2000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 0001)重量及长度计算单位长度风管重: m=6×δ×位长度总重(风管加保温层):m=2×q 2风管实长:4131321 风管实长: 7431风管两端 C、D 点各承受半个膨胀节重量为: 段加膨胀节重: +1 心至 A 支座投影距离: 0(4(2)支座受力计算对 A 点取力矩后求 B 支座反力 720852341 B 支座 X、Z 轴的支反力: 2座由于热膨胀引起的摩擦力(摩擦系数按 虑):B 支座热膨胀的 X、Z 轴摩擦力分力: .).(,B 支座的 X、Z 轴受力为: 4716(.)(9考虑安全系数 ,A 支座的 X、Z 轴受力:). 33211 )计算结果为:A 支座受力 B 支座受力 257间走向的分叉风管支座受力计算设风管直径 φ2000厚 δ=6个阀门重 2000胀节重1000管如图 81 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35(3)计算:在△:,△: 9103A、B 两支座间风管实长: 15870在△: 此可得:∠B 两支座间风管实长与图中(a)投影长度的比例系数: (3)长度及重量计算管实长:图 8管平面图 图 8管立面图图 8风管支座关系(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: 5020(1)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: 350501)(1732 D 点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)求支反力 2×3×1×G B1=B1=向分力: 轴向分力:)求正压力 风管胀、缩时引起的摩擦力 轴向分力: 轴向分力:)按 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:载荷: 载荷: )求 A 支座反力,考虑安全系数为 2. 33 载荷 P 载荷 P )求 A 支点承受的弯矩。由于 风管平面图中偏离 管 9 产生弯矩。 转矩分解到 X、Y 轴:.2×.2×.2×.2×m(9)计算结果 A 支座受力: P 、Y 轴的力矩为:m,M 座受力: 座间允许最大跨度计算(1)支座间允许最大跨度的计算图 8倾斜管道垂直于地面的横截面在热风管道设计中,根据工艺布置需要,有时支座间距较大,到底允许最大跨度是多少?这里介绍一种计算方法,可以用来验算,见图 8不考虑支座以外悬壁部分管道影响时,支座间允许最大跨度的计算公式如下:(8q][式中:道最大允许跨度,m;q—管道均布载荷,N/m(管材重+保温重+ 附加重) ;W—管道断面抗弯模数,;φ—管道横向焊缝系数,对于热风管道(手工无垫环焊缝) ,φ=σ]t—管道热态许用应力,N/,对于一般风管采用的热轧 板,不同温度下的许用应力见下表 8235板许用应力[σ] t 见表 8 8板许用应力[σ] ) 20 100 150 200 250 300 350许用应力(N·2) 113 113 113 105 94 86 77水泥厂设计的热风管大多数为倾斜布置,管道垂直地平面的横断面为椭圆形,见图 8圆外表面,短轴长等于风管外径 D,内表面短轴要减去风管壁厚 δ既 d=2(长轴外表面为:D/R/轴内表面为:d/(由此推导出:(82y计算举例:已知一热风管道外径 D=2m,壁厚 δ=6保温层,风管与地面倾斜角45°,最高工作温度 350℃ ,计算允许最大跨度。如图 8风管均布载荷(8式中:管单位长度自重,=355kg/m;温层重,q 2==99kg/m;载,按 75kg/,q 3=75×D=150kg/m;震载荷影响系数,取 2—管内积灰影响系数,取 图 8m/0(.q②风管断面抗弯模数 W3244 m δ)-(③350℃时需用应力,查表 8:[δ] t=77N/最大跨度:  风 管 道 保 温 层 厚 度(8(1式中:δ—管道保温厚度,m;λ—保温材料导热系数,w/(m·℃); 气体温度,℃;求保温层的表面温度,℃;境温度,℃;α—保温层向环境综合散热系数,W /(m 2·℃),见表 8 8综合散热系数 α温度差(℃) 40 50 100 150 200 250 备 注室 内环境状况平 壁 圆 壁室 外风速 V>5m/kJ/m2·h·℃) )( ~150℃时,a 2近似值α(W/) )(尘设备保温层厚度(81—收尘器保温层厚度,m;λ—保温材料导热系数,W/(m·℃);尘器内壁温度(烟气温度) ,℃;境温度,℃,防结露时取当地最低气温值;α—综合散热系数,W/(m 2·℃),一般取 );q—收尘器平壁单位热损失,W/m 2,其值见表 8 8收尘器平壁单位热损失 q 值(W/m 2) 处理的烟气温度烟气温度(℃)环境温度 ℃ ) 50 75 100 125 150 160 200 225 250 300 350 400 4505 58 63 79 88 99 104 122 131 142 163 183 204 22725 58 67 76 85 93 97 110 119 127 144 160 178 195表 8电收尘器保温层厚度(境年均温度(℃)烟气温度(℃)5 10 15 20 25 300时(W/m·℃)使用温度下热导率 λ1 长 宽 厚耐压温度(棉 ≤150 650 600 ≤0 400 400 ≤20 600 400 ≤00 350 ≤20 600 350 ≤60 600 350 ≤200 600 350 ≤0+0001000~5000矿渣棉1000500~600500~90075020~8040~7030~50普通型 500泡沫石棉304050 防水型 50~0+1000 30~0+600 30~70抗折>50150~200200~52~050~120抗压>0毯 ≥24≥40毡 ≥0+风管道布置要求1.工艺车间布置尽量紧凑,风管尽量短,以减少阻力,节省电耗,如窑尾废气处理和篦冷机废气处理管道系统等。2.为防止粉尘沉积,风管尽量倾斜布置。(1)高温风机与增湿塔或生料磨风管气流向上倾斜角度 55°为宜,窑尾废气管道气流向下走时风管倾斜角度 35°为宜。(2)窑头篦冷机与收尘器或上升气流管道倾角为 45°,气流向下顺流倾角30°。(3)煤粉制备风管气流上升倾角为 60°~70°左右,气流向下顺流管道与水平夹角 45°为宜。3.主支管交汇连接时,不宜在主管底部连接,尽量在主管侧中心线或主管顶部接入。三通管夹角一般不宜小于 30°,最大不超过 45°,以免粉尘顺流而下堵塞风机或阀门。4.主支管连接,应顺着气流方向,多以斜三通连接为宜,避免用直三通连接。5.多支管汇入总管在进入收尘器前应有一段过渡直管,便于气流均匀分布。6.为防止漏风,热风管道连接以焊接为宜;当需要维修拆卸时,设法兰连接,应设检修平台。并合理开设测孔,满足检测要求。7.管道布置空间走向不宜妨碍交通,对车辆通行应大于 3500人应大于 2500.管道支撑尽可能沿车间柱子或墙壁布置,以便设置支座,减少支架投资费用。风管道设计参考表1.热风管道计算表表 8热风管道计算表(建议调整字体大小,使数字不换行)风速 v(m/s )15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25(v道面积(量阻力系数 D流量 Q(m 3/h)100 32 461 490 518 547 576 605 634 662 691 720200 674 1786 1897 2009 2120 2232 2344 2455 2567 2678 2790250 646 2822 2999 3175 3352 3528 3704 3881 4057 4234 4410315 212 4493 4774 5054 5335 5616 5897 6178 6458 6739 7020355 346 5702 6059 6415 6772 7128 7484 7841 8197 8554 8910400 804 7258 7711 8165 8618 9072 9526 9979 10433 10886 11340450 586 9158 9731 10303 10876 11448 12020 12593 13165 13738 14310500 242710828915307223253034337361443795139758415664337345180900
展开阅读全文
  石油文库所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
0条评论

还可以输入200字符

暂无评论,赶快抢占沙发吧。

关于本文
本文标题:工艺热风管道设计计算
链接地址:http://www.oilwenku.com/p-69255.html
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们
copyright@ 2016-2020 石油文库网站版权所有
经营许可证编号:川B2-20120048,ICP备案号:蜀ICP备11026253号-10号
收起
展开