1、水泥厂热风管道设计及计算 2、 支座设置位置.19七、附录表：附录（一）常用设备风量，含尘浓度积气体温度.39附录（二）除尘管道计算表.40附录（三）常用管件局部阻力系数表.41附录（四）膨胀节选型表.55附录（五）管道支座选型表.68一、热风管道一般计算1热风管道管径计算 对于海拔高度25m/s阻力大，不经济；15m/s时，风管壁厚适当加大。 （3）为防止大型风管的刚度变形，在其长度方向每隔2.5m增加一道加固圈，加固圈 可用宽5080，厚度为58mm的扁钢制作。 （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。5、管道阻力计算（1） 阻力计算公式 风管系统阻力应为管道的摩擦阻
2、力与局部阻力之和：（3） 圆管摩擦阻力系数；见表L风管长度，m；D风管直径，m；管件及变径点阻力系数，查工艺手册（下）1418页；风管中流速，m/s；空气密度，Kg/m3，20时r=1.29；K0阻力附加系数，K0=1.151.20；（2）摩擦阻力系数计算 管道内摩擦阻力系数“”值与介质流动状态、雷诺数Re及管壁粗糙度等因素有关，对于钢板焊接的管道其摩擦系数计算如下： =1.42/(lg1.274Q/)2 （4） -摩擦阻力系数，mm 见表5a、5b Q-管内气体流量，m3 /h; -管内气体流速，m/s; -管壁粗糙度，mm 一般取=0.1mm 值 表4管道类别绝对粗糙度/mm新无缝或镀锌钢
3、管0.01-0.05轻度腐蚀的无缝钢管0.2-0.3重度腐蚀的无缝钢管0.5 (0.6-0.7) （5） de-当量直径，m -管壁粗糙度，m 摩擦阻力系数“”值 表5a管壁粗糙度=0.0002当量直径（de）0.10.20.30.40.5摩擦阻力系数值0.0230.0200.0180.0170.016 续表5a管壁粗糙度当量直径（de）摩擦阻力系数值管壁粗糙度当量直径（de）摩擦阻力系数值=0.00040.10.028=0.00040.9-1.00.0160.20.0231.50.0150.30.0212.00.0140.40.0202.5-3.00.0130.50.0193.5-4.00.
4、0120.60.0184.50.01170.7-0.80.0175.00.0115 管道有内衬的“”值 表5b当量直径de(mm)焊接的钢烟气管焊接的钢煤粉管8000.0150.017（3）局部阻力系数“”值 该系数指动压头单位的局部损失数，由于气流经各种管件（三通、弯头、变异管、阀门等）流向变换、冲击或流速变化引起的压力损失。清洁气体局部系数按表附录三选用，但带粉尘的局部阻力系数应加以修正，公式如下： F=0(1+J) (6) 0-清洁气体局部阻力系数见表 F-带粉尘的气体局部阻力系数； J-根据测试确定系数，取0.8-1.0； -气体混合物浓度，kg/kg。（4）阻力平衡计算 水泥厂除尘管
5、道设计时，个别车间有多个收尘点（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。阻力平衡一般有两种方法：一种是在管道设计时以改变管径、弯头曲率半径或改变风量达到阻力平衡；另外一种是在现场投产前进行逐点测试，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。不如在设计中就使阻力达到平衡为好，计算方法如下：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，从而减小阻力。例a 总管长度L1=5.2m，如图示：风量Q1=1045m3/h风速v1=15m/s局部阻力系数1=0.5支管长度L2=4.5m风量Q2=850m3/h风速v2=18
6、m/s局部阻力系数2=0.55b 计算：由Q1、v1查除尘管道计算表知： 当量阻力系数1/d1=0.11,动压头2/2=135Pa,管径d1=160mm。总管阻力： (7) =（0.115.2+0.5)135=144.7Pa支管阻力：由Q2、v2查表知：当量阻力系数2/d2=0.14,动压头v2/2=194.4Pa，管径d2=130mm支管阻力：阻力差：（229.4-144.7）/229.4=36%20%对支管管径d2进行调整d2=d2（P2/P1)0.225 =130(229.4/144.7)0.225=1301.11=144.3mm取145mm重新查表计算：d2=145mm，Q2=850m
7、3/h，2数为14.5m/s2/d2=0.14 2/2=126.15PaP2=（0.124.5+0.55）126.15=137.5Pa阻力差：（144.7-137.5）/144.7=4.9%5% （达到平衡） 当静压差20%时，管径不变，将阻力小的支管风量适当增加，加以修正，达到阻力平衡 (8)两两支管静压差5%，可以认为达到阻力平衡。阻力平衡计算是比较繁琐的工作，应该耐心，反复计算，进行调整。二、管道重量计算1、圆形风管自重 D管径，m； L风管长度，m； 风管壁厚，mm； 1.2系数（考虑法兰加固圈等重量） 7.85厚1mm面积1m2钢板重量。2、保温材料重量 根据保温材料种类，密度及保温
8、层厚度，计算保温层重量 (10) 保温材料密度，kg/m3；V保温材料体积， m3；D1保温后管径， m；D1保温前管径， m；L风管实际长度，m；例：设计选用岩棉毡，管径D1=200mm，长度=10m，查表20取岩棉的密度=80kg/m3，热风温度250，环境温度20,查表16，取岩棉层厚度为160mm。 G2=800.785（0.522-0.22）10 =800.785（0.23110 kg =145 kg3、风管内积灰重量 G3为风管内积灰重量，可按风管布置形状及倾斜度来考虑，一般经验计算按下列情况确定： 水平管道，按其管道容积1/3； 倾斜管道70，可以不予考虑。4、 事故荷载系数 由
9、于生产中难免的事故，为安全起见，应乘以一个系数：安全系数取1.2-1.3。三、膨胀节选型计算1、 膨胀节的作用 热风管道在正常生产时，受管内热风的影响而产生膨胀。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。为了满足生产正常进行。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0.81.0mm不锈钢板 （1Cr18Ni9Ti或0Cr18Wi19Ti）压制而
10、成，一般为“U”断面，波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，以防波管磨损及热量散失。有高低温之分，适用不同的压力范围。此种膨胀节耐高温、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中。（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而制成的，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200500。用以补
11、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。近来为简化设计，节省投资，目前大量选用非金属膨胀节。（3） 膨胀节技术参数表6金属波纹管轴向型膨胀节技术参数单位低温轴向型 TG系列高温轴向型SY系列通径DNmm40030004003000温度T400400（C）600（L）800（B）压力Mpa0.10.1补偿量mm以管径及波数而定工作介质热风，烟气热风，烟气 例： 低温型：TG-2000-4（代号-通径-波数） 高温型：SYB-2000-4（代号800-通径-波数）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
12、。 非 金 属 膨 胀 节 技 术 参 数 表7系列号圆型SFYY SFYE SFYS温度代号100(Y) 200(E) 300(S)工作压力KPa10 SFYY-2020-550(圆形100接管外径轴向长度)2、 膨胀节选型计算（1） 膨胀量计算 ，mm (11) L管道热膨胀量，mm； L两个相邻固定支座间风管长度，m； 管道内介质与外界温度差，； 管材线膨胀系数，mm/mm。温度/系数/温度/系数/温度/系数/10012.2027013.3235013.6715012.6028013.3640013.9020013.0029013.4550022013.0930013.4560014.3
13、023013.1431013.4970015.0024013.1832013.5425013.2333013.5826013.2734013.63 膨胀节选型举例 已知条件：热风管道长50m，管径2200mm，热风温度360，室外温度30。 计算膨胀量为： 根据膨胀量计算结果，查武汉航天波纹管厂样本知:选用低压(0.1Mpa)，350复式膨胀节,即WHFL2200-J型。 管径：2200mm； 位移：240mm 总长：520mm。（2）、 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，波纹膨胀节当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
14、的振动频率一致，以免产生共振，其自振频率计算如下： 轴向振动： f自振频率,1/sec； G膨胀节重量，kg； Kn整个波纹管轴向刚度，N/mm； C自振频率系数，取值如下表。 各 阶 数 值 C： 表9 阶数C波数C1C2C3C4C5114.23215.3128.5037.19315.7030.2742.6652.3558.28415.7030.7544.9656.9966.97515.7931.0745.7259.2471.16径向振动： 表10阶数C1C2C3C4C5系数39.93109.80214.12355.79531.27（3） 膨胀节推力计算 F=PNA （14） F-压力推力，
15、N； PN-管道最大压力，(N/mm)2； A-波纹管膨胀节有效面积。（mm2）（4） 膨胀节预拉伸计算 若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： x预拉伸量，mm； x最大轴向膨胀量，mm； T安装时环境温度，； TG管道气体最高温度，； TD管道气体最低温度，。 对于拉伸的膨胀节，拉伸变形后其拉杆安装后再拆除。3、 膨胀节的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
16、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，不应装反，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，防止粉尘进入。3不允许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。四、管道支座及支架 管道的固定位置借助于固定点将复杂的管系划分为简单的管段，使支座基础沉降时各支座的载荷变化不大，以免使设备损坏，故热风管道应合
17、理的分段加以支撑。1、 支座形式（1） 固定支座： 此支移座与管道焊接后不能动。（2） 滑动支座： 此支座与管道结合面不焊死，可以自由活动。（3） 导向支座： 此支座与管道不焊接，但只允许一定方向移动。 2、 支座设置位置（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a。（2） 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
18、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。3、 管道支架形式 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 图a, b以前多采用槽钢或角钢焊制而成，近来多用圆形钢管焊接，受力好，重量轻。（2） 铰杆支架 图 c, d。近来不少水泥厂采用了此种支架，主要是受力清晰，计算简单，省去设置膨胀节费用。（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： L1=4D, L2=14D, Lmax 以工式计算，如上图（16） L
19、1=4D（管径），L2=14D（管径），L最大按下列公式计算。 E管道材料的弹性模量； N/mm2 I管道材料断面惯性矩； mm4 P管道的工作压力； MPa A膨胀节的有效面积； cm2 K=NKn N膨胀节波纹管波数； Kn膨胀节的总刚度； N/mm e膨胀节的单波伸缩量； mm 号膨胀受压时取 “+”，受拉时取 “-”。4、 管道支座受力计算（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
20、求管道合力并乘以1.2的安全系数后，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 热风管道布置如图所示： 管道直径2000mm，壁厚=6mm，A为固定支座，B为活动支座，支座水平间距L1=3000，L3=2000mm，风管倾斜角=55，风管两端C，D各一个重1000kg的膨胀节，C点一个阀门重G3=2000kg。 重量及长度计算 单位长度风管重： q1=1.2D7.85=1.227.856=355.13kg/m 单位长度保温层重： q2=实际计算为98.66kg/m 单位长度总重（风管加保温层）： q=q1+q2=355.13+98.66=454kg/m 风管实长： L=(L1+L2+L3)/cos =（10000+3000+2000）/cos55=26152mm AB段风管实长： L5=L1
