制氧空分压力管道设计计算

郝梦琪

(开封黄河空分集团有限公司,河南 开封 475000)

制氧空分压力管道设计计算

郝梦琪

(开封黄河空分集团有限公司,河南 开封 475000)

本文分析了压力管道中包括设计参数、设计准则、强度计算、管道组成件及其压力设计等方面。通过计算和分析可知,整个管道系统是安全可靠的。

设计参数;工艺设计;强度计算

1 设计概况

本设计是根据久泰能源科技有限公司与开封黄河空分集团所签署KDON一4000/2000型空分设备技术协议设计,双方约定的界区范围；该管道设计,主要介质为空气、氧气、氮气等。

2 设计参数

2.1 由空压机出口到空冷塔进口管道,流量：23 000Nm3/h；工作压力：0.52MPa；工作温度：90℃；设计压力：0.60MPa；设计温度：100℃。

2.2 由氧压机排气总管道到送出界区,流量：4 000Nm3/h；工作压力：0.7MPa；工作温度：40℃；设计压力：0.8MPa；设计温度：45℃。

2.3 由氮压机排气总管道到送出界区,流量：2000Nm3/h；工作压力：0.7MPa；工作温度：40℃；设计压力：0.8MPa；设计温度：45℃。

3 工艺计算

3.1 由空压机出口到空冷塔进口管道。根据经验：管道流速按小于12m/s,则管道外径DN=(1.34QT/PV)0.5= (1.34×23 000×383.15/7×12)0.5=370mm

综合考虑管道留有足够的余量及管道阻力的影响,选用DN400的管道。确定为GC3类管道。

3.2 由氧压机排气总管道到送出界区。根据经验：管道流速取小于5m/s,则：DN=(1.34QT/PV)0.5=(1.34× 4 000×313.15/9×5)0.5=190mm

综合考虑管道留有足够的余量及氧气的特殊性,选用DN200的不锈钢管道。确定为GC2类管道。

3.3 由氮压机排气总管道到送出界区。根据经验：管道流速取小于5m/s,则：DN=(1.34QT/PV)0.5=(1.34× 2 000×313.15/9×5)0.5=130mm

综合考虑管道留有足够的余量及氧气的特殊性,故选用DN150的不锈钢管道。确定为GC2类管道。

4 强度计算

4.1 直管道厚度计算

4.1.1 设计依据：《压力管道规范工业管道》GB/ T20801一2006［1］。

当t＜D/6时,直管的计算壁厚：t=pD/2(SΦ+pY)；直管的选用壁厚：td=t+C；式中t—直管的计算壁厚(单位：mm)；

p—设计压力MPa；D—直管外径(单位：mm)；S—设计温度下直管材料的许用应力MPa；Φ—焊缝接头系数；td—设计厚度(单位：mm)；C—直管壁厚的附加裕量(单位：mm)；Y—计算系数,当t＜D/6时,按下选取：

4.1.2 设计条件及计算

4.1.2.1 由空压机出口到空冷塔进口管道

p—0.60MPa；D—426mm；S—138MPa；Φ—0.9；C—直管壁厚的附加裕量,C1为材料厚度负偏差、C2为腐蚀、冲蚀余量、C3机械加工深度mm；Y—0.4；经计算t=pD/2(SΦ+ pY)=0.60×426/2×(138×0.9+0.6×0.4)=1.01mm；

C=C1+C2+C3=7×12.5%+2=2.88mm；

td=t+C=1.01+2.88=3.89mm；

根据市场规格管道壁厚圆整为7mm；选规格Ø426×7。

4.1.2.2 由氧压机排气总管道到送出界区：p—设计压力,0.8MPa；

D—200mm；S—138MPa；Φ—1；C—直管壁厚的附加裕量,C1为材料厚度负偏差、C2为腐蚀、冲蚀余量、C3机械加工深度mm；Y—0.4；经计算t=pD/2(SΦ+pY)=0.8×219/ 2×(138×1+0.8×0.4)=0.63mm；

C=C1+C2+C3=6×12.5%+2=2.75mm；

td=t+C=0.63+2.75=3.38mm；

根据市场规格管道壁厚圆整为6mm；选规格Ø219×6。

4.1.2.3 由氮压机排气总管道到送出界区：p—设计压力,0.8MPa；

D—150mm；S—138MPa；Φ—1；C—直管壁厚的附加裕量,C1为材料厚度负偏差、C2为腐蚀、冲蚀余量、C3机械加工深度mm；Y—温度修正系数,0.4；经计算t=pD/2(SΦ+ pY)=0.8×159/2×(138×1+0.8×0.4)=0.45mm；

C=C1+C2+C3=6×12.5%+2=2.75mm；

td=t+C=0.45+2.75=3.2mm；

根据市场规格管道壁厚圆整为6mm；选规格Ø159×6。

4.2 弯头厚度计算

4.2.1 设计依据：

根据《压力管道规范工业管道》GB/T20801一2006确定：

I—计算系数；R—弯头在管子中心线处的弯曲半径,单位为毫米(mm)；tw—弯头在内侧、外侧、或弯管中心线处的计算厚度,单位为毫米(mm)；a—弯管或弯头的转角,单位为度。

弯头的计算厚度(位于a/2处)；tw=pD/2(SΦ/I+pY)

当计算弯头的内侧厚度时：I=4(R/D)一1/(4(R/D)一2)

当计算弯头的外侧厚度时：I=4(R/D)+1/(4(R/D)+2)

当计算弯头中心线处的侧厚度时：I=1.0

4.2.2 设计条件

4.2.2.1 由空压机出口到空冷塔进口管道：p—0.60MPa；

D—426mm；S—138MPa；Φ—0.9；

Y—温度修正系数,0.4；R—406；a—90。

经计算：内侧厚度I=1.55

tw=0.60×426/2((138×0.9/1.55)+0.6×0.4)=1.59mm；外侧厚度I=0.83

tw=0.60×426/2((138×0.9/0.83)+0.6×0.4)=0.85mm；中心线处厚度I=1.0

tw=0.60×426/2((138×0.9/1)+0.6×0.4)=1.03mm

根据市场规格,弯头壁厚圆整为7mm；

4.2.2.2 由氧压机排气总管道到送出界区：p—0.8MPa；

D—219mm；S—138MPa；Φ—1；Y—温度修正系数, 0.4；R—203mm；a—90。；经计算：内侧厚度I=1.59

tw=0.8×219/2((138×1/1.59)+0.8×0.4)=1.0mm；外侧厚度I=0.83

tw=0.8×219/2((138×1/0.83)+0.8×0.4)=0.53mm；中心线处厚度I=1.0

tw=0.8×219/2((138×1/1)+0.8×0.4)=0.63mm

根据市场规格,弯头壁厚圆整为6mm

4.2.2.3 由氮压机排气总管道到送出界区：p—设计压力,0.8MPa；

D—159mm；S—138MPa；Φ—1；Y—温度修正系数, 0.4；R—取152mm；a—90。；经计算：内侧厚度I=1.55

tw=0.8×159/2((138×1/1.55)+0.8×0.4)=0.71mm：外侧厚度I=0.83；

tw=0.8×159/2((138×1/0.83)+0.8×0.4)=0.38mm：中心线处厚度I=1.0

tw=0.8×159/2((138×1/1)+0.8×0.4)=0.45mm

根据市场规格,弯头壁厚圆整为6mm。

5 结论

计算和分析可知,整个压力管道系统符合国家现行的标准、规范,满足久泰4000空分项目工程管道的要求,整个管道系统是安全可靠的。

［1］GB/T208012006压力管道规范［S］.2006.

Design and Calculation of Oxygen PreParation Air SeParation Pressure PiPeline

Hao Mengqi
(Yellow River Air Separation Co.,Ltd.In Kaifeng,Kaifeng Henan 475000)

This paper analyzed several aspects of the pressure pipeline,including the design parameters,design criteria,strength calculation,piping components and pressure design,etc.Through calculation and analysis,the whole pipeline system is safe and reliable.

design parameters;process design;strength calculation

TU995

A

1003一5168(2015)07一0062一2

2015一6一10

郝梦琪(1983.10一),女,本科,研究方向:机械设计。