金属冶炼车间除尘系统中的管道设计.docx

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金属冶炼车间除尘系统中的管道设计

NewlycompiledonNovember23,2020

金属冶炼车间除尘系统中的管道设计

一、设计目的.....................................................2

二、绪论..........................................................2

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三、管道设计原始资料..............................................4

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四、设计计算.....................................................4

五、系统保温......................................................6

六、管道材料选择..................................................6

七、热补偿设计....................................................7

八、课程设计小结.................................................7

九、参考文献......................................................7

某金属冶炼车间除尘系统中的管道设计

1、设计目的

课程设计的目的在于进一步巩固和加深课程理论知识，并能结合实践，学以致用。

本设计为某金属冶炼车间的净化系统中的管道设计，能使自己得到一次综合训练，特别是：

1、工程设计的基本方法、步骤，技术资料的查找与应用；

2、基本计算方法和绘图能力的训练；

3、综合运用本课程及其有关课程的理论知识解决工程设计中的实际问题；

4、熟悉、贯彻国家环境保护法规及其它有关政策。

2、绪论

金属管道种类繁多、数量大，使用工况千差万别。

我国不同行业采用不同的应用标准体系，标准之间差别很大。

当然，由于金属管道的工况，如温度、压力、介质、环境等不同，标准有差距是客观存在的。

例如，电力电站管道高压、高温、蒸汽介质居多；石化、石油管道受压、腐蚀介质居多；化工行业管道还有剧毒介质（如氯气）；机械行业压力容器，按使用情况及工况分成低压、中压、高压、超高压，按容器类别分成第一类压力容器、第二类压力容器、第三类压力容器。

船舶管道有高压的蒸汽管道、主机冷却的海水管道（承压及受腐蚀）、污水管道（承压及受高温）、燃油输送管道、压缩空气管道等，在不同的工况条件下运行。

以下择要介绍一些基本标准。

1、压力管道分类

1.压力管道的定义

压力管道是指在生产、生活中使用的可能引爆或中毒等危险性较大的特种设备及管道。

①输送GB5044①《职业性接触毒物性危害程度分级》中规定的毒性程度为极度危害介质的管道。

②输送GB5016②《石油化工企业设计防火规范》及GBJ16《建筑设计防火规范》中规定的火灾危险性为甲、乙类介质的管道。

③最高工作压力不小于（表压，下同），输送介质为气（汽）体及液化气体的管道。

④最高工作压力不小于，输送介质为可燃、易焊、有毒以及有腐蚀性或高温工作温度不小于标准沸点的液体管道。

⑤上述四项规定管道的附属设施（弯头、大小头、三能、管帽、加强管接头、异径短管、管箍、仪表管、嘴、漏斗、快速接头等管件；法兰、垫片、螺栓、螺母、限流孔板、盲板、法兰盖等连接件；各类阀门、过滤器、流水器、视镜等管道设备，还包括管道支架以及安装在压力管道上的其他设施）。

2.压力管道分类、分级（见表1）

表1压力管道分类、分级

名称

类别

级别

工况和参数

长输管道

GA

GA1

⑴介质：

有毒、可燃易爆气体，P＞的管道

⑵介质：

有毒、可燃易爆气体，DN≥300mm，输送距离≥200km的管道

⑶介质：

浆体中，DN≥150mm，输送距离≥50km的管道

GA2

⑴介质：

有毒、可燃易爆气体，P≤的管道

⑵GA1

（2）范围以外的长输管道

⑶GA1（3）范围以外的长输管道

公用管道

GB

GB1

燃气管道

GB2

热力管道

工业管道

GC

GC1

⑴GB5044标准中，毒性程度为极度危害介质的管道

⑵GB50160、GBJ16标准中规定的火灾危险性为甲、乙类可燃气体或甲类可燃气体介质，且P≥的管道

⑶输送流体介质，且P≥的管道

GC2

⑴输送GB50160、GBJ160标准中规定的火灾危险性为甲、乙类可燃气体或甲类可燃气体介质，且P＜的管道

⑵流体介质：

可燃、有毒，P＜，t≥400℃的管道

⑶流体介质：

不可燃、无毒，P＜10MPa，t≥400℃的管道

⑷流体介质：

P＜，t＜400℃的管道

3.管子系列标准

压力管道设计及施工，首先考虑压力管道及其元件标准系列的选用。

世界各国应用的标准体系虽然多，大体可分成两大类。

压力管道标准见表2。

法兰标准见表3。

表2压力管道标准

分类

大外径系列

小外径系列

规格

DN-公称直径

Ф－外径

DN15-ф22mm，DN20-ф27mm

DN25-ф34mm，DN32-ф42mm

DN40-ф48mm，DN50-ф60mm

DN65-ф76（73）mm，DN80-ф89mm

DN100-ф114mm，DN125-ф140mm

DN150-ф168mm，DN200-ф219mm

DN250-ф273mm，DN300-ф324mm

DN350-ф360mm，DN400-ф406mm

DN450-ф457mm，DN500-ф508mm

DN600-ф610mm，

DN15-ф18mm，DN20-ф25mm

DN25-ф32mm，DN32-ф38mm

DN40-ф45mm，DN50-ф57mm

DN65-ф73mm，DN80-ф89mm

DN100-ф108mm，DN125-ф133mm

DN150-ф159mm，DN200-ф219mm

DN250-ф273mm，DN300-ф325mm

DN350-ф377mm，DN400-ф426mm

DN450-ф480mm，DN500-ф530mm

DN600-ф630mm，

表3法兰标准

分类

欧式法兰（以200℃为计算基准温度）

美式法兰（以430℃为计算基准温度）

规格

PN－压力

等级

压力等级：

,,,

,,,,,

压力等级：

（CL150）,（CL300）,

（CL400）,PN10（CL600）,（CL600）,

PN25（CL1500）,（CL2500）

注：

对于CL150（150lb级）是以300℃作计算基准温度。

从表2、表3可知，无论是管子还是法兰，两个系列均不能混合使用。

3、管道设计原始资料

气体中颗粒物占%，颗粒粒径范围：

；；；；；。

分别为80；140；160；250；200；50个。

气体中颗粒物占%，允许的排风速度最大1.0m/s；车间有3个，相距10m。

烟气粘度：

×10－

烟气温度：

25℃

允许罩内最大负压：

25Pa；

允许压力损失：

1000pa

烟气密度：

1.18kg/m3

烟气真密度：

2.2g/cm3

排放标准（标准状况下）：

200㎎/L

环境温度：

-5℃

当地气压：

100KPa

净化系统布置场地在车间北侧20-25米以内

4、设计计算

管段①据qv,1=5040m3／h,v=16m/s,得d=334㎜,λ/d=

实际流速v=Q/π（d/2）2=s

动压ρν2／2=

则摩擦压力损失为△pι1=ι1·λρv2／2d=

集气罩1：

ξ1=；90o弯头，ξ=；90o直流三通，ξ=

∑ξ=++=

则局部压力损失为△Pm1=∑ξρν2／2=

管段②据qv,2=10080m3／h,v=16m/s，得d=472㎜,λ/d=

实际流速v=Q/π（d/2）2=s

动压ρν2／2=

则摩擦压力损失为△pι2=ι2·λρv2／2d=

集气罩2：

ξ2=；90o直流三通，ξ12=；90o直流三通，ξ23=

∑ξ=++=

则局部压力损失为△Pm2=∑ξρν2／2=

管段③据qv,3=15120m3／h,v=16m/s，得d=578㎜,λ/d=

实际流速v=Q/π（d/2）2=so

动压ρν2／2=

则摩擦压力损失为△pι3=ι3·λρv2／2d=

集气罩3:

局部压力损失为合流三通对应总管动压的压力损失。

其局部压力损失系数ξ=；除尘器压力损失为545pa

则局部压力损失为△Pm3=∑ξρν2／2+545=

管段④：

qv,4=qv,3=15120m3／h,选择管径d=578㎜,λ/d=

实际流速v=Q/π（d/2）2=s

动压ρν2／2=

则摩擦压力损失为△pι4=ι4·λρv2／2d=

该管段有90o弯头两个，ξ=

则局部压力损失为△Pm4=∑ξρν2／2=

管段⑤：

qv,5=qv,4=15120m3／h,d=578㎜,λ/d=

实际流速v=Q/π（d/2）2=s

动压ρν2／2=

则摩擦压力损失为△pι5=ι5·λρv2／2d=

该管段局部压力损失主要包括通风机进出口及排风口伞形风帽的压力损失，若通风机入口处变径管压力损失忽略不计，通风机出口ξ=（估计），伞形风帽ξ=

∑ξ=

则局部压力损失为△Pm5=∑ξρν2／2=

并联管路压力平衡：

△P1=△pι1+△Pm1=+=

△P2=△pι2+△Pm2=+=

△P3=△pι3+△Pm3=+=

①②（△p1－△p2）／△p1=％＜10％节点压力平衡；

①③（△p3－△p1）／△p3=％＞10％

节点压力不平衡，采用调整管径方法，进行压力平衡调节

调整后管径为d1=d（△P1／△P3）o`223=㎜

圆整管取径d1=260㎜

②③（△p3－△p2）／△p2=％＞10％

节点压力不平衡，采用调整管径方法，进行压力平衡调节

调整后管径为d2=d（△P2／△P3）o`223=㎜

圆整管取径d2=366㎜

除尘系统总压力损失：

△P=△P3＋△P4＋△P5=+（+）++=

5、系统保温

1.管道系统保温材料选择

矿渣棉及玻璃棉制品，用于管道保温时采用管壳形式；阀门等管件也可用毡类材料保温。

.

2.保温结构设计

管道和设备保温结构由保温层和保护层两部分结构组成，保温结构设计直接影响到保温效果、投资费用和使用年限。

保温结构设计应满足保温需要，有足够的机械强度，处理好保温层和管道、设备的热补偿，要有良好的保护层，适应安装的环境条件和防雨防潮要求，结构简单，投资低，施工简单，维护检修方便。

3.管道和设备保温的采用预制结构

在预制加工厂预制成半圆形管壳、弧形瓦或梯形瓦等，在现场用铁丝固定在管道和设备上，外加保护层。

这类结构应用广泛，施工方便，外形平整，使用年限较长。

6、管道材料的选择

根据烟气温度：

25℃，我们选择普通碳素钢。

普通碳素结构钢又称普通碳素钢。

含碳量小于%，以小于%最为常用。

属于低碳钢，每个金属牌号表示该钢种在厚度小于16mm时的最低屈服点。

与优质碳素钢相比，对含碳量、性能范围以及磷、硫和其他残余元素含量的限制较宽。

我国和某些国家根据交货的保证条件，把普通碳素钢分为三类：

甲类钢（A类钢），只保证力学性能，不保证化学成分，乙类钢（B类钢），只保证化学成分，不保证力学性能；特类钢（C类钢），既保证化学成分，又保证力学性能。

特类钢常用于制造较重要的结构件。

　　主要用于制作工程结构件的碳素结构钢。

它一般在供应状态下使用，钢中硫、磷含量较高，分别允许达%和%。

钢的总产量中此类钢占很大的比例。

　　此类钢可由氧气转炉、平炉或电炉冶炼，一般热轧成钢板、钢带、型材和棒材。

钢板一般以热轧（包括控制轧制）或正火处理状态交货。

钢材的化学成分、拉伸性能、冲击功和冷弯性能应符合有关规定。

　　在中国国家标准GB700-88中此类钢按屈服点数值分为5个牌号，并按质量分为4个等级。

其牌号由代表屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法符号等4个部分按顺序组成。

　　此类钢的应用范围非常广泛，其中大部分用作焊接、铆接或栓接的钢结构件，少数用于制作各种机器部件。

强度较低的Q195、Q215钢用于制作低碳钢丝、钢丝网、屋面板、焊接钢管、地脚螺栓和铆钉等。

Q235钢具有中等强度，并具有良好的塑性和韧性，而且易于成形和焊接。

这种钢多用作钢筋和钢结构件，另外还用作铆钉、铁路道钉和各种机械零件，如螺栓、拉杆、连杆等。

强度较高的Q255、Q275钢用于制作各种农业机械，也可用作钢筋和铁路鱼尾板。

根据一些工业用钢的特殊性能要求，对普通碳素结构钢的成分稍加调整而形成一系列专业用钢，如铆螺钢、桥梁钢、压力容器钢、船体钢、锅炉钢。

专业用钢除严格控制化学成分、保证常规性能外，还规定某些特殊检验项目，如低温冲击韧性、时效敏感性、钢中气体、夹杂和断口等。

7、热补偿设计

1、管道的热变形计算

计算公式：

X=a·L·△T　　

式中：

X—管道膨胀量，mm；　　

a—为线膨胀系数，钢铁取m.℃；　　

L—补偿管线（所需补偿管道固定支座间的距离）长度，m；　　

△T—为温差（介质温度-安装时环境温度），℃。

a取m.℃,L取5m

故ΔT=300℃-（-40℃）=340℃;所以X=×5×340=

因为<1000mm可采用自然补偿法.自然补偿法就是利用自然转弯管道（L形或Z形）来吸收管道热伸长变形.补偿器补偿是高温烟气净化系统常用的补偿方式,亦可采用柔性材料套管式补偿器.

8、课程设计小结

历经两周的课程设计终于是要落下帷幕，经历了此次的课程设计，收获了很多，感受到了很多，学到了很多课本上并没有的东西也可以说是对课本上的东西进行了一次升华，进行了一次全面的消化。

此次课程设计让我明白了做一个工程的基本流程及基本原则。

明白了如何利用网络，利用图书馆等搜索自己需要的资料，在本次设计过程中最大的难题是很多参数不知如何选取，在老师的指导下，同学的帮助下借助网络书本，终究是选来了，这为以后的工作学习打下了很扎实的基础，同时在设计的过程中由于设计的需要平凡应用CAD软件，所以此次的设计，使得自己的绘图技术也是有了不小的提高，更重要的是将课堂上的理论知识与实际情况结合起来。

9、参考文献

[1].工业防尘专业委员会．工业防尘手册[M]．北京，劳动人事出版社：

1987

[2].何争光．大气污染控制工程及应用实例[M]．北京，化学工业出版社：

2004

[3].郝吉明，马广大．大气污染控制工程[M]．北京，高等教育出版社：

2008.

[4].刘伟，祝凌云．AutoCAD2007中文版自学手册[M]．人民邮电出版社：

2007

[5]艾华.电炉炼钢车间除尘系统方案设计分析[J].西安重型机械研究所报,2005,09（00）:

98-02.

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