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煤气管道及其附属设备培训教材第一节煤气管道及冶金企业煤气管网5第二节煤气管网的有关参数选择和设备5第三节煤气管道的附属设备第一节煤气管道及冶金企业煤气管网一、冶金企业煤气管道的基本要求煤气管道是冶金企业用来输送煤气的基本手段，其基本要求：满足输气的需要D煤气管道应有足够的输气能力以保证生产需要的煤气流量和压力。2）煤气管道必须具备冷凝液连续排放、设备清扫、防寒保温以及污染处理的措施。3）要有可靠的切断装置和有效的吹扫设施。4）需要附属的动力设施和检测自控装置。2 .提供安全的保证D尽量减少煤气管道泄漏接点和外泄煤气的工艺操作并实行区域的维护管理。2）有超压自动放散装置和巡检制度保证水封有效高度,无煤气扩散到其它管路的通路。3）煤气管道与各种火源保持安全距离，防止煤气管道周围出现新的火种（包括静电、高温体）。4）采用中间替换介质（氮、Co2、泰汽等防止管道内煤气与空气混合,无可靠切断装置和未经试验合格的停气管道与设备不能解除监视进行动火或进入内部作业。5）煤气设备易爆部位有泄压装置,煤气管道管好爆炸压力计算强度。室内管道有定期试漏制度和防毒监测仪器,室外管道有消防和急救道路。3 .符合结构的力学要求冶金企业煤气管道大多是架空的钢板焊接管道，径壁比(Rb)>100属于薄壁结构,静态受力主应力是受弯，局部受剪、受扭。此外，还有煤气内压，尤其是爆炸事故引起的内压和操作中造成的盲板力，以及由于温度变化管道线膨胀收缩引起的轴向力，煤气管道及其承载支架和基础必须满足强度、刚度和稳定性的要求。4 .考虑设备应变能力和生产发展的需要冶金企业厂区煤气管道一般宜架空敷设，管道支架的配置，应使管道不超过它的最大计算跨距，而最大计算跨距是根据管道负荷(包括附加负荷)，通过挠度及强度的综合计算确定。二、煤气管道的分类1 .按煤气管道敷设的位置分类分为地下管道、架空管道。架空管道分为高架管道、低架管道、墙架管道及枕架管道。2 .按煤气压力分类煤气管道按输送介质压力划分为高压管道、中压管道和低压管道。钢铁企业副产气的压力分级没有明确规定。按设备试验压力规定：高压管道Pg>10kPa,低压管道Pg<5kPa,两者之间为中压管道。3 .按管道形态分类可分为：水平管道、拱形管道、弯管、竖管、盲管、环管等。4 .按管道功能分类集气主管、分配主管、输气主管、用户主管、支管、联络管、回返管、上升管、下降管、吸气管、放散管、引火管、导管、取样管、检查管等。三、架空煤气管道1 .架空煤气管道的适应性节省占地面积，节省投资，受地面作业危害机会小，防腐蚀简易，漏气易发现、通风危害轻，检修方便，能及时进行处理和恢复使用。2 .架空煤气管道的敷设D架空煤气管道与铁路、道路、工业管线、建筑物的最小水平净距，架空煤气管道与铁路、道路、工业管线交叉时的最小垂直距离，应遵守有关规定。2）架空煤气管道建设高度（管底至地面的净距）要求输气主管*6米，分配主管+4.5米，净煤气总管有泄气切断装置8米、无泄气切断装置6米，跨越熔渣、液态金属、炽焦、热钢锭线路8米。3）沿建筑物外墙或房顶架设煤气管道时，建筑物应为一、二级耐火的丁、戌类生产厂房。分别要求安全距离为：墙外架管道：管底距地面44.5,与墙距离C500mm时为0.5米，C500mm时可同管径但t100mm。房顶架管：管底至房顶一般0.8米，管壁距天窗2米。4）地沟敷设管道时应满足以下要求：除同一座炉的空气管道外，禁止同沟敷设其他管道，并与电缆沟分开。沟盖必须坚固并有排气孔。沟内避免法兰连接和附件。沟宽能满足维护需要。横穿地沟的管线应装在套管内，套管两端长出沟壁20Omm以上。地沟能自流排出水或抽出积水。四、煤气管网系统及其选择正确的选择与布置煤气管网系统对保证生产的顺利进行及节省基建投资费用都很重要的，选择与布置煤气管网系统时，应考虑的原则是节省钢材、选择最短的路径，使用方便，管道应简单明显，供应可靠。目前工厂使用的煤气管网类型有以下几种：树枝型煤气管网、幅射型煤气管网、环型煤气管网、双管型煤气管网等。树发型煤/管网是最常见应用最普遍的管网类型，是一条分配主管如树干分枝一样，按用户位置前后分别接通用户主管，同时随煤气流量减少分配主管逐段缩小管径。其结构简单、操作方便、投资节省。但供气工况变化，特别是煤气使用量增加到超过设计水平或煤气压力低于设计指标时，就不能保证所有用户的供气需求，而受影响最大的是末端煤气用户。五、煤气管网的操作1 .送气操作送气操作其实质是将管道内的空气替换为生产使用的煤气。这项工作属于煤气危险作业，应有领导、有组织地在统一指挥、分工负责的情况下有计划、按步骤进行。送气步骤在准备好条件具备的情况下才能进行：先按计划打开末端放散管，抽盲板；从管道始端通入氮气置换内部空气，取样试验至含氧量低于2%,关末端放散管后停止通氮气、打开管道阀门，以煤气置换氮气，在管道末端放散并取样做燃烧试验至合格后关闭放散管；全线检查安全及工作状况；通知调度正式投产供气。2 .停气操作停气操作通常是指煤气管道不但停止输气而且要清除内部积存的煤气使其与气源切断和大气连通为检修或改造正常施工的安全条件。停气操作属于煤气危险作业，应有组织、有领导，按计划、按步骤地进行。停气前准备：停气后的供气方式及生产安排、煤气来源的切断方式及其保障安全措施（如堵盲板等）、吹扫用氮气的连接管、消防用品和化验仪器、放散管及阀门的功能检查、防护用具等工具的准备。停气步骤：全线工作准备及安全保障检查、通知调度具备停气条件后关闭阀门、堵盲板、开末端放散管并监护放散、通氮气取样化验至CO含量1%、排水器由远至近逐个放水驱除内部残余气体。3 .生产故障及事故处理1）输气压力及流量波动判断与分析如果管网压力一致性波动，波动来自源净化系统。如果煤气压力波动而流量不谐同波动：可能是压力表导管积水；反之流量波动，压力不谐同波动则可能是流量导管积水造成的。如果输气压力和流量同时波动又发生在特定的管道上则应检查该管道，造成的原因有二：一是管道积水，一蝶阀活动。一般管道积水涌动造成的波动由弱到强再由强转弱，是阶梯状的波动；蝶阀板由于蝶板固定销钉断或转动轴头键活动造成，失控被气流冲击影响输气压力，流量往复地波动,这种波动变换较快，波幅均匀一致无强弱之分。2）输气压力下降流量减少（甚至为零）判断与分析首先经检查排出气源影响因素，阀门关的人为因素及输送中途冒煤气的突发因素。用多种仪表对比或安排卷励石力表排出仪表导管及本身的虚假因素。在寒冷季节首先应考虑阀门（特别是未全开的阀门）、蝶阀、流量孔、文氏管喉部等结冰，积奈的可能性及低洼管段的积水问题。3）企业停电后的管网操作企业因停电引起全部停产时应首先通知一切用户止火,关闭放散管并利用煤气柜储存量和引臾气源保持管网压力在500帕以上，同时监视用户使用和火源以保持停产设备和管网处于安全状态也有利于迅速恢复生产。如果发有燃气来赤和无可用氨气充任，使管网始终处于正压状态。六、煤气管网的维护煤气管网的维护，目的在于保证输气安全和保持设备经常处于正常状态。管网维护的出发点是预防，基本内容是防火、防漏、防冻、防腐蚀、防超载和防失效,管网维护工作的方法是经常巡检和定期专项工作相结合。第二节煤气管网的有关参数选择和设备一、煤气管道流速的选择煤气管道内的设计流速选择，取决于三个条件：一是保证设计的计算流量；二是满足最远点煤气用户的煤气压力；三是选取考虑了发展需要的最小管径，以节约工程投资。一般最高流速420米/秒，但焦炉煤气最低流速5米/秒（以减少管道内积存沉淀物对管道的腐蚀）。转炉煤气的主干线流速为13-15米/秒。二、煤气管径的选择煤气管道的直径是根据煤气流量和允许压力损失，通过水力计算而确定的。1 .煤气计算量的确定:煤气的计算量系指煤气管道的最大流量。D厂区总管：一般选取一个或几个用户的小时最大耗量与其余用户小时平均耗量，同时还应根据煤气平衡表中的煤气耗量的1.3倍。确定厂区总管管径时，一般应按计算量留有20%的富裕能力。2）厂区支管或车间总管：其计算量应根据每座炉子小时最大耗量及小时平均耗量结合具体情况综合选取。3）车间支管：其计算量应根据工业炉的小时最大耗量计算。2 .压力降计算：包括直管段压力降与局部压力降之和。3 .管径的选择:根据经济流速,根据公式初步决定管径,然后再计算压力降，以保证用户的接点压力要求。三、煤气管道壁厚的确定冶金工厂敷设的煤气管道的内外径比(Dd)一般都不超过Dd=Ll1.2的范围，属于薄壁壳金属容器。根据受压分析和管材强度计算，其公式为：壁厚b=PD(2.3o)+C式中：P为管道压力，按混合爆炸性气体的爆炸压力计算，帕D管道外径，mm许用应力，A3材质、20mm厚度钢板，取117.68MPa焊缝析减系数,单面无垫板且不作探伤取0.6C壁厚附加量，C=C1+C2+C3,转炉煤气取1,mmCl钢材负公差，厚度4.55.5钢板取0.5,mmC2金属腐蚀量，炭素钢、低合金钢+1,mmC3加工减量，mm四、架空煤气管道的跨距计算架空煤气管道的两个支承管架间的距离称为跨距，根据力学分析来确定跨距：两支点间管道承受金属、煤气及其凝降物等荷载，其方向与管道中心线垂直，荷载使管道产生弯曲变形，故要有足够的强度；其次要有足够的刚度，使其变形不致影响冷凝液的顺利排放；最后，尚有轴向力、扭力的存在，必要时还要进行稳定性的校核，才能保证煤气管道的安全。1.按强度计算煤气管道的最大跨距跨间管道受垂直荷载产生变形时，根据虎克定律写为：1 中间=(Wo10q)i2,m其中(J许用应力，kgcm2W管道抗弯截面抵抗距，cm3焊缝系数，取0.65q计算总荷载，kg/m2 .按刚度计算煤气管道跨距通常采用集中荷载简支梁来计算其变形的最大挠度，导出下式：对于A3、A3F材质的管道，当管道设计坡度i=0.003时，1=3.1l(Jq)1/3当i=0.005时,l=3.7(Jq)z3式中J管道的截面惯性矩，cm4五、架空煤气管道的线膨胀处理架空管道由于温度变化会引起管道的线膨胀或收缩。前者前介质温度60为上限温度(Ti),后者以天气寒冷-20。C为下限温度(T2)5求出煤气管道的轴向胀缩量(1)：1=Q(T2-T)L,mm煤气管道计算长度线膨胀系数。T<348K时，1.2×10-5m(m-K)l=0.000012×(333-253)×1=0.96×IO-3m(mK)1 .固定点的确定，即固定支架位置的选择固定点包括：煤气管道起点、末端、枝杈联接点、变向拐点附近、直线段的分段补偿界点、利用管道弯曲自然补偿的界点、拱形管道的两端、其它设施及附属装置(包括各种切断装置、控制装置)要求的固定点。2 .位移的自动补偿煤气管道因温度变化产生胀缩的轴向位移由管道弯曲弹性变形吸收通常称做自动补偿。利用自动补偿的管道，类型有直角L型、钝角L型、“2”型、立体型、拱型等。3 .轴向位移的补偿器当煤气管道成直线敷设时就不可能利用自身的位移来补偿膨胀，故直管段要安装特制的补偿器来吸收煤气管道的轴向位移。1)煤气管道专用补偿器的要求：有足够的补偿能力、有利于煤气管道保持气密性、不使气流产生较大的局部阻力损失、占用空间少便于共架敷设、使用寿命长、维护简便、制造容易、投资少维护费用低等。2）煤气管道专用补偿器分类：弯管补偿器、填料补偿器、鼓型补偿器、波型补偿器等。波型补偿器主要特点：是挤压成型可以商品化产生；对腐蚀性煤气采用耐腐蚀钢材制作；外形尺寸较小，共架布置紧凑；可与煤气管道直接对焊，不增加管道泄漏点。4 .补偿器的安装要求1）补偿器前后安设两个专用的活动管架，补偿器装在中心位置。2）两固定点的最大间距L（L=0.025Hl）根据支架高度H及其顶部的活动量（2.5%）来确定。3）选择的补偿器能力利用已确定的间距计算的补偿量的要求。4）导流板应与气流顺向安装，如有坡度则顺排水方面安装。六、煤气管道的试验煤气管道的试验标志主体工程的竣工，是整体质量的检验。因此试验前管道系统（包括附属氮气、蒸汽、电力、上下水线、计器仪表以及附属设施）必须施工完毕，经过检查认定符合设计和有关规范要求才能进行试验。凡新建、改建和长久停用后的煤气管道都必须经过试验验收才能投入使用。1.试验前的准备工作：1）管道试验前必须与其它管道和设备用盲板隔断开。2）试验前的管道以阀门隔离的各部分应分别在不安装盲板的情况下单独试验。但相邻两段不能同时进行。插板和水封只做整体试验。3）管道试验前附属装置应提前进行试验，包括以下内容:阀门、蝶阀的全程开、关试验；排水器和水封的有效水封高度测量和其上阀门的开关试验;给、排水试验；电气传动试验；吹刷用氮气管的试验。4）全部管道上的开孔封闭，封闭前应清点人员，确信内部无人；5）准备压缩空气或氮气气源，测试用温度计和压力表；6）通知有关部门（包括安全技术和煤气防护单位）派人参加；7）准备检漏用肥皂水、刷子或其它测漏仪表；8）制定试验方案与计划送有关部门审查同意后实施。2.试验标准与方法1）煤气管道计算压力的规定转炉煤气抽气机前的管道计算压力等于抽气机产生的最大负压的绝对值。煤气加压机前的管道计算压力等于过剩煤气自动放散装置的最高设定压力。机后管道的计算压力等于机前管道计算压力与加压机产生的最大静压力之和。混合煤气管道计算压力按混合前较高的一种管道计算压力选取。2）试验项目的规定煤气管道的计算压力10OkPa应进行强度试验，强度试验合格后应进行严密性试验。煤气管道计算压力100kPa,可只作严密性试验。3）强度试验标准：架空煤气管道的强度试验压力为计算压力的1.15倍。强度试验时压力要逐步缓升，至试验压力的50%时进行检查，如无泄漏及异常现象，继续按试验压力10%逐级升压直至试验压力为止，每级稳压5分钟，检查无变形、泄漏为合格。4）架空管道严密性试验（1）严密性试验压力的规定：加压机前室外试验压力为计算压力+5kPa,但t20kPa加压机前室内试验压力为计算压力+15kPa,但t3OkPa抽气机、加压机后室外计算压力为机械最大静压力+20kPa抽气机、加压机后室内计算压力为机械最大静压力+3OkPa(2)架空管道严密性试验中泄漏率A的计算公式：A=100/t(1-P2T1/P1T2)%其中A一小时平均泄漏率，%t一试验时间，小时Pl,P2一开始和结束时管道内气体的绝对压力，PaTi,T2一开始和结束时管道内气体的绝对温度，K第三节煤气管道的附属设备为了保证管网的安全运行，并考虑到检修、接线的需要必须依据具体情况及有关规定，在管道的适当地点设置必要的附属设备。一、切断装置煤气管道对切断装置的基本要求有：安全可靠、操作灵活、便于控制、经久耐用、维修方便、避免干扰。目前，煤气管道中采用的切断设备有叶形插板、密闭蝶阀、水封或水封阀、闸阀、扇形阀和盘形阀和盲板等。1、叶形插板：机械化叶形插板是可靠的切断煤气设备。它是依靠人力经机械传动将插板的两个法兰分开或压紧，在煤气压力低于9.8kPa,且需经常切断的室外管道，一般多安装叶形插板。2、密闭蝶阀：是有重量轻、操作方便的优点。它用于高炉煤气及氧气顶吹转炉烟气及回收系统的管道上。3、闸阀：用途较广，可用于净煤气管道中的任何部位。但设备较重，切断的可靠性差，选用时应该选择明杆双闸板阀。经常操作的闸阀，宜采用电动。闸阀和水封或盲板联合使用时可成为可靠的煤气切断装置。4、水封或水封阀：应用很广泛，它用于干净高炉煤气、焦炉煤气、转炉煤气管道上。水封阀的有效压头应是最大煤气压力的1.5倍，常用压力的2倍，高炉煤气及转炉煤气管道的水封阀排水可直接排至下水道，焦炉煤气及混合煤气管道的水封阀排水应经处理后再排入下水道。5、扇形阀及眼镜阀：操作时存在漏煤气的缺点，一般不作为独立的切断设备。须安装在密闭蝶阀和闸阀等断流设备之后在隔断气源的余压下操作。前者适用压力9.8kPa,后者适用压力19.6kPa°6、盲板：一般不作为独立的切断设备。而是配置在闸阀、密闭蝶阀的后面可靠地切断煤气。盲板作为临时的切断设备时，仅适用于管道检修或扩建延伸的多年操作一次的部位。二、吹扫装置煤气管道内部的介质置换时为保证安全都必须经过吹扫，使管道内部存放煤气或是空气而不是两者混合的爆炸性气体。吹扫一般使用氮气，在煤气设备及煤气管道切断装置处安置吹扫接气管头，吹扫用气时为煤气管道容积的35倍。在煤气管道的末端，切断装置两侧应设置吹扫气出口的放散管。放散管距煤气管道L5米高度处设置阀门，在放散阀的煤气管道上安装取样头。三、人孔人孔是进入煤气管道工作的进出口和通风口。通常的人孔直径50Omm,小直径管道同管径大小。在特殊需要清除管内污物的地点也可以安装手孔。人孔盖上通常设有把手，不常启用应确保其严密性。人孔的安装位置通常是：切断装置后，补偿器、蝶阀附近，沉积物易于聚集的特低管段，直管段每150200米安装一个。四、操作平台与梯子操作平台载重为200kgr3,每个操作面宽度800mm,长度应满足工作需要。高于2米的平台应加防护栏杆，其下部附有15Omm高的挡脚板。平台与地面一般用直梯联接，经常去人工作的平台应安设45°70。斜梯，2米以上平台的直梯应设安全围栏，其高度应适合配带防护用具的人员通过。两层操作平台的间距（垂直）2米，过人平台上部的净空高度不得低于800mm。操作平台的安装位置通常是需要检查。操作、润滑、清扫和维修的部位，如切断装置，蝶阀、流量孔、补偿器、人孔、放散管、采试样点等处。人孔中心距离平台面以80Omm为宜。平台面采用栅形构件，以免积水腐蚀和结水时操作人员滑倒。对于l220以上管道可根据需要在上部设通行护栏和直梯。五、盲板及盲板作业煤气管道上的盲板分为固定盲板和活动盲板两类。1 .固定盲板固定盲板按其固定方式不同又可分两类：a焊接固定盲板：又称内焊堵板。b螺栓固定盲板：盲板周围有螺孔，用螺栓与法兰紧密连接，其间有衬垫材料密封。固定盲板可以视作周边完全固定的，受内压(均布荷载)的整园板进行理论计算。固定盲板的最大应力在周边h=0.433D(P)z2+Co2 .活动盲板活动盲板是可以根据生产需要进行抽了或堵入的短期使用盲板。活动盲板可视为周边简支管受内压的整园板进行理论计算：活动盲板的最大应力在中心h=0.556D(P)z2+C活动盲板的抽、堵作业大都是在带煤气条件下进行的，一般石棉橡胶垫片，石棉绳都不适应快速安装的技术要求。因此，在安装活动盲板处必须制作适合带煤气作业的替换活动盲板位置的专用垫圈，以保证法兰的密封。垫圈的外径同盲板、宽2530mn厚度为36mm。垫圈上、下有两手柄。手柄上留园孔便于与盲板区别、其上打印外径及厚度，手柄宽度与圈一致，其长度以外露IOomm为宜。垫圈两面平整地满敷。1013石棉绳，用麻丝绕缠紧密后打平备用。3 .带气抽堵盲板作业1）准备作业抽堵盲板应做到事先计划安排，并提前一天通知有关防护器具的准备，在防护人员的监护下进行工作。事先应检查抽堵盲板的位置、地形、及法兰螺丝的直径及数量、以及锈蚀情况、必要时螺丝进行松动，加油或更换。准备好需用的让板、垫圈及更换的螺丝和必要工具以及清洗器材、吹风机。事先严格检查、架子、平台、斜梯、栏杆等设施，看是否合乎要求，便于工作和处理事故，如不合要求要及时提出意见并进行处理。带气作业，需在盲板和法兰两面上涂黄甘油，钢制、铁制工具表面涂甘油。2）抽、堵盲板作业指定现场负责人，在负责人的统一指挥下，互相配合、协调一致。先卸掉难卸处和千斤顶处螺丝，再据现场情况，隔一个卸一个或两个螺丝，以不冒煤气为准。安上千斤顶，并用绳子绑牢、接通吹风机，向作业地点吹风。戴上氧气呼吸器，将余下的螺丝卸掉或松开到一定程度，由负责人用手式指示压千斤顶顶开法兰到一定程度，抽出盲板或垫圈。用三角刮刀刮去缝的旧石棉绳。插入盲板或垫圈，并检查位置合适否，石棉绳有无碰掉。按负责人手势指示松回千斤顶，先将四个对角螺丝把上，紧固螺丝到不漏煤气时，由负责人统一手势卸掉氧气呼吸器。作业完，负责人全面检查作业情况，清点工具和人员。六、接地装置为防止煤气管道雷击和电产生火源，一般在300米范围内至少设处接地装置。安装后测试接地装置的对地电阻不得超过10Q（欧姆）。七、调节蝶阀与密封蝶阀不同，其作用在于节流而不能断流，阀板与管壁通常保留阀径025%的间隙，用以灵活控制阀后煤气压力或流量。开启10。及超过70。没有明显节流作用。最佳调节位置是45±5°,这阶段调节最灵敏。八、排水器煤气沿着管道流动时，由于环境温度常常低于煤气温度，其中所含的液体物质的蒸汽有部分要冷凝并降落，对于高炉煤气管道降落的只是水蒸汽及湿式洗涤系统后煤气带出的水分，而在炼焦煤气管道中有水蒸汽、苯、氨的化合物、焦油及蔡的蒸汽，为了排除这些冷凝物，在煤气管道上要装设排水器。厂区室外管道两个排水器之间的距离一般为200250米。车间内部的管道也应设置排水器。排水器的水封高度应保证不冒出煤气，为了使排水器在寒冷季节也能正常工作，应设有防冻措施。地下煤气管道上安装的低压排水器中的积水可定期抽出放入下水道。架空的煤气管道上，通常可采用自动连续排水器。排水下水道的冷凝水，必须符合国家规定的“三废”排放标准。九、阿纽巴流量计阻力小，使用方便。