裴玉慶,朱 浩,曹紅忠,賀建剛,樊 旭
(山西陽(yáng)煤化工工程有限公司,山西 太原 030021)
隨著時(shí)代的進(jìn)步與發(fā)展,人們逐漸認(rèn)識(shí)到大氣污染防治的有效與否會(huì)直接影響到人類的可持續(xù)發(fā)展。我國(guó)大氣污染的整體形勢(shì)依然嚴(yán)峻,特別是京津冀及周邊地區(qū)進(jìn)入秋、冬季以來頻繁出現(xiàn)重污染天氣,持續(xù)給社會(huì)、經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的的協(xié)調(diào)發(fā)展造成突出矛盾。根據(jù)國(guó)家環(huán)保部出臺(tái)的環(huán)大氣[2017]110號(hào)文件《京津冀及周邊地區(qū)2017年-2018年秋冬季大氣污染綜合治理攻堅(jiān)行動(dòng)方案》,上述地區(qū)需要對(duì)燃煤鍋爐、茶水爐、經(jīng)營(yíng)性小煤爐以及煤氣發(fā)生爐進(jìn)行全面排查,并開展集中整治、不留盲區(qū)。與此同時(shí),進(jìn)一步擴(kuò)大燃煤小鍋爐淘汰范圍。僅2017年,全國(guó)需全部“清零”4.4萬臺(tái)燃煤鍋爐,其中包含山西省969臺(tái)。所有關(guān)停的燃煤鍋爐必須拆除煙囪或物理切斷煙道,確保其不可復(fù)產(chǎn)。山西省作為能源生產(chǎn)與消耗大省,明確表示在2017年10月底前,在城區(qū)淘汰20 t及以下、縣城淘汰10 t及以下燃煤鍋爐。淘汰方式可多樣化,如取締關(guān)閉、煤改氣、煤改電,進(jìn)行集中供熱替代,或改用地?zé)?、風(fēng)能、太陽(yáng)能以及配備布袋除塵器的生物質(zhì)能等。
為了積極響應(yīng)國(guó)家環(huán)保政策,同時(shí)不影響企業(yè)用汽需求,金沙灘生物醫(yī)藥園區(qū)決定全面關(guān)停區(qū)域內(nèi)眾多企業(yè)的小型燃煤鍋爐,并配套建設(shè)蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng),此舉將對(duì)園區(qū)內(nèi)各企業(yè)的生產(chǎn)發(fā)展產(chǎn)生積極作用。
本設(shè)計(jì)擬在金沙灘生物醫(yī)藥園區(qū)內(nèi)建設(shè)蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng),線路從園區(qū)內(nèi)的熱力公司途經(jīng)玉龍北門穿傅山街、諾成至華元北部,共有5家用汽企業(yè)。
根據(jù)園區(qū)提供數(shù)據(jù),各企業(yè)蒸汽用量為82.225 t/h(各用汽單位年基準(zhǔn)時(shí)間按8 000 h計(jì)),詳見表1。
表1 各企業(yè)用汽匯總表
本工程所用蒸汽操作壓力為0.981 MPa,操作溫度為230 ℃,密度為4.882 3 kg/m3,比容為0.204 82 m3/kg,為過熱蒸汽。
蒸汽管道設(shè)計(jì)壓力為1.161 MPa,設(shè)計(jì)溫度為250 ℃。
本工程蒸汽管道從玉龍飛熱力有限公司接出,向北穿過馬路,沿著玉龍化工廠區(qū)圍墻向北敷設(shè),穿過傅山街后進(jìn)入山西諾成制藥有限公司廠區(qū),在廠區(qū)東部繼續(xù)向北敷設(shè),在諾成廠區(qū)北面跨越一條馬路之后進(jìn)入山西華元醫(yī)藥生物技術(shù)有限公司,管道沿著東圍墻向北敷設(shè)至鍋爐房附近。
蒸汽管道總長(zhǎng)度約2 600 m,其中,1 110 m為直徑DN600的利舊管道,其余為新增管道,新舊管道的分界點(diǎn)位于玉龍化工西圍墻的中部,分界點(diǎn)以南至玉龍飛熱力有限公司是利舊管道,分界點(diǎn)以北至管道終點(diǎn)是新增管道。本次設(shè)計(jì)的范圍是新增蒸汽管道。
蒸汽流量為82.225 t/h;各用汽企業(yè)需要的蒸汽壓力為0.7 MPa。
現(xiàn)有蒸汽管網(wǎng):管道直徑為DN600(Φ630 mm×9.0 mm),由《蒸汽流速計(jì)算》軟件可得出:管道流速:17 m/s,比摩阻:16.56 Pa/m。根據(jù)管道走向圖現(xiàn)有管道長(zhǎng)度為1 110 m,因此,現(xiàn)有管道末端蒸汽壓力為0.963 MPa。
現(xiàn)有DN600管網(wǎng)末端蒸汽參數(shù)為:壓力:0.963 MPa(G),溫度:230 ℃(忽略溫度損失)。
由《水和水蒸汽熱力性質(zhì)的計(jì)算程序》軟件可得出:此溫度壓力下的蒸汽為過熱蒸汽,密度為4.796 9 kg/m3,比容為0.20 847 m3/kg,焓值為2 894 kJ/kg。
新建蒸汽管網(wǎng):選取管道直徑為DN450(Φ480 mm×9.0 mm),由《蒸汽流速計(jì)算》軟件可得出:
管道流速:28 m/s,比摩阻:66.45 Pa/m。根據(jù)管道走向初步計(jì)算管道長(zhǎng)度為1 490 m。
因此,末端用汽壓力為0.864 MPa。
本次設(shè)計(jì)的蒸汽管線管徑選用DN450(Φ480 mm×9.0 mm),連接現(xiàn)有DN600管道繼續(xù)向北敷設(shè)。管道沿地面架空敷設(shè),敷設(shè)高度1 m,管道補(bǔ)償采用Π型補(bǔ)償器,本著有效利用空間的原則,Π型補(bǔ)償器與地面垂直放置。管道坡度依就地勢(shì),約為0.1%~0.5%。
管道材質(zhì)選用20#鋼(GB3087-2008),管道支撐點(diǎn)設(shè)置管托,管道溫度100 ℃ 蒸汽主管在接口處配有切斷閥,并設(shè)置流量計(jì)及閥組,為各用汽企業(yè)預(yù)留接口并配有切斷閥門及計(jì)量裝置。蒸汽主管切斷閥選用PN16 DN450閘閥,型號(hào):Z41H-16C,閥門材質(zhì):WCB/13Cr。 蒸汽管道應(yīng)高點(diǎn)放空,低點(diǎn)排凈,放空閥和排凈閥均采用雙閥門設(shè)計(jì),在操作閥門時(shí),操作人員應(yīng)做好防燙保護(hù)措施,切勿靠近蒸汽出口,以免燙傷。 蒸汽管道固定點(diǎn)距離約為36 m~38 m,固定點(diǎn)之間設(shè)置Π型補(bǔ)償器,Π型補(bǔ)償器H=7 m,l3=5.3 m,R=4D。Π型補(bǔ)償器采用獨(dú)立式管架支撐,并根據(jù)管道應(yīng)力分析結(jié)果,設(shè)置適當(dāng)?shù)膹椈芍Ъ堋?/p> Π型補(bǔ)償器形式見圖1。 圖1 Π型補(bǔ)償器示意圖 此蒸汽管線途中需跨越一處廠區(qū)大門(寬約17.9 m),緊接著需要跨越一條馬路,馬路包括兩側(cè)綠化帶、人行道和中間的機(jī)動(dòng)車道,設(shè)計(jì)時(shí)采用廠區(qū)大門和馬路聯(lián)合跨越的方案,4個(gè)桁架串聯(lián),其管道長(zhǎng)度約150 m,熱伸長(zhǎng)量約450 mm,從安全和美觀的角度考慮,宜使用球形補(bǔ)償器,分別在兩側(cè)的豎管上各設(shè)置一組(2臺(tái))DN450的球形補(bǔ)償器,并根據(jù)管道應(yīng)力計(jì)算結(jié)果,設(shè)置彈簧支架、導(dǎo)向支架、滑動(dòng)支架(見圖2)。 圖2 球形補(bǔ)償器安裝管段 本次設(shè)計(jì)管架采用鋼結(jié)構(gòu),管架形式采用獨(dú)立式管架、縱梁式管架、桁架式管架三種,其中以獨(dú)立式管架為主,管架寬度1.5 m,高度包含1 m和8 m兩種情況,共計(jì)111個(gè)獨(dú)立式管架;跨越馬路、廠區(qū)大門時(shí),根據(jù)跨越距離,采用縱梁式管架或桁架,管架跨度9 m 蒸汽管線在跨越一個(gè)路口時(shí)與現(xiàn)有的10 kV架空電纜交叉,電纜高度約9.5 m,根據(jù)《城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范》(CJJ 34-2010)規(guī)定,蒸汽管道與電纜垂直距離不小于2 m,再根據(jù)《工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50187-2012)規(guī)定,管架跨越道路的最小凈距不小于5.0 m,因此,此處管架高度為6.5 m,與路面凈距約6 m。 管架基礎(chǔ)采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎(chǔ),鋼柱腳為剛性固定。 蒸汽管道的設(shè)計(jì)首先根據(jù)蒸汽的溫度、壓力、流量等確定管徑,再根據(jù)管道走向布置管架并設(shè)置固定點(diǎn),根據(jù)固定點(diǎn)設(shè)置Π型補(bǔ)償器和球形補(bǔ)償器,最后進(jìn)行管道應(yīng)力計(jì)算,并根據(jù)計(jì)算結(jié)果設(shè)置彈簧支架、導(dǎo)向支架和滑動(dòng)支架。4.2 Π型補(bǔ)償器的設(shè)置
4.3 球形補(bǔ)償器的設(shè)置
4.4 管架
5 結(jié)語