煤氣管道及其附屬設備培訓教材HYPERLINK\o"第五章第一節煤氣管道及冶金企業煤氣管網"煤氣管道及冶金企業煤氣管網…………5HYPERLINK\o"第五章第二節煤氣管網的有關參數選擇和設備"煤氣管網的有關參數選擇和設備………5HYPERLINK\o"第五章第三節煤氣管道的附屬設備"煤氣管道的附屬設備……煤氣管道及冶金企業煤氣管網冶金企業煤氣管道的基本要求煤氣管道是冶金企業用來輸送煤氣的基本手段，其基本要求：滿足輸氣的需要煤氣管道應有足夠的輸氣能力以保證生產需要的煤氣流量和壓力。煤氣管道必須具備冷凝液連續排放、設備清掃、防寒保溫以及污染處理的措施。要有可靠的切斷裝置和有效的吹掃設施。需要附屬的動力設施和檢測自控裝置。提供安全的保證盡量減少煤氣管道泄漏接點和外泄煤氣的工藝操作并實行區域的維護管理。有超壓自動放散裝置和巡檢制度保證水封有效高度，無煤氣擴散到其它管路的通路。煤氣管道與各種火源保持安全距離，防止煤氣管道周圍出現新的火種(包括靜電、高溫體)。采用中間替換介質（氮、CO2、蒸汽等）防止管道內煤氣與空氣混合，無可靠切斷裝置和未經試驗合格的停氣管道與設備不能解除監視進行動火或進入內部作業。煤氣設備易爆部位有泄壓裝置，煤氣管道管好爆炸壓力計算強度。室內管道有定期試漏制度和防毒監測儀器，室外管道有消防和急救道路。符合結構的力學要求冶金企業煤氣管道大多是架空的鋼板焊接管道，徑壁比(R/δ)>100屬于薄壁結構，靜態受力主應力是受彎，局部受剪、受扭。此外，還有煤氣內壓，尤其是爆炸事故引起的內壓和操作中造成的盲板力，以及由于溫度變化管道線膨脹收縮引起的軸向力，煤氣管道及其承載支架和基礎必須滿足強度、剛度和穩定性的要求。考慮設備應變能力和生產發展的需要冶金企業廠區煤氣管道一般宜架空敷設，管道支架的配置，應使管道不超過它的最大計算跨距，而最大計算跨距是根據管道負荷（包括附加負荷），通過撓度及強度的綜合計算確定。煤氣管道的分類按煤氣管道敷設的位置分類分為地下管道、架空管道。架空管道分為高架管道、低架管道、墻架管道及枕架管道。按煤氣壓力分類煤氣管道按輸送介質壓力劃分為高壓管道、中壓管道和低壓管道。鋼鐵企業副產氣的壓力分級沒有明確規定。按設備試驗壓力規定：高壓管道Pg≥10kPa，低壓管道Pg≤5kPa，兩者之間為中壓管道。按管道形態分類可分為：水平管道、拱形管道、彎管、豎管、盲管、環管等。按管道功能分類集氣主管、分配主管、輸氣主管、用戶主管、支管、聯絡管、回返管、上升管、下降管、吸氣管、放散管、引火管、導管、取樣管、檢查管等。架空煤氣管道架空煤氣管道的適應性節省占地面積，節省投資，受地面作業危害機會小，防腐蝕簡易，漏氣易發現、通風危害輕，檢修方便，能及時進行處理和恢復使用。架空煤氣管道的敷設架空煤氣管道與鐵路、道路、工業管線、建筑物的最小水平凈距，架空煤氣管道與鐵路、道路、工業管線交叉時的最小垂直距離，應遵守有關規定。架空煤氣管道建設高度（管底至地面的凈距）要求輸氣主管≮6米，分配主管≮4.5米，凈煤氣總管有泄氣切斷裝置≥8米、無泄氣切斷裝置≥6米，跨越熔渣、液態金屬、熾焦、熱鋼錠線路≥8米。沿建筑物外墻或房頂架設煤氣管道時，建筑物應為一、二級耐火的丁、戌類生產廠房。分別要求安全距離為：①墻外架管道：管底距地面≮4.5，與墻距離≥￠500mm時為0.5米，＜￠500mm時可同管徑但≮100mm。②房頂架管：管底至房頂一般0.8米，管壁距天窗＞2米。地溝敷設管道時應滿足以下要求：①除同一座爐的空氣管道外，禁止同溝敷設其他管道，并與電纜溝分開。②溝蓋必須堅固并有排氣孔。③溝內避免法蘭連接和附件。④溝寬能滿足維護需要。⑤橫穿地溝的管線應裝在套管內，套管兩端長出溝壁200mm以上。⑥地溝能自流排出水或抽出積水。煤氣管網系統及其選擇正確的選擇與布置煤氣管網系統對保證生產的順利進行及節省基建投資費用都很重要的，選擇與布置煤氣管網系統時，應考慮的原則是節省鋼材、選擇最短的路徑，使用方便，管道應簡單明顯，供應可靠。目前工廠使用的煤氣管網類型有以下幾種：樹枝型煤氣管網、幅射型煤氣管網、環型煤氣管網、雙管型煤氣管網等。樹枝型煤氣管網是最常見應用最普遍的管網類型，是一條分配主管如樹干分枝一樣，按用戶位置前后分別接通用戶主管，同時隨煤氣流量減少分配主管逐段縮小管徑。其結構簡單、操作方便、投資節省。但供氣工況變化，特別是煤氣使用量增加到超過設計水平或煤氣壓力低于設計指標時，就不能保證所有用戶的供氣需求，而受影響最大的是末端煤氣用戶。煤氣管網的操作送氣操作送氣操作其實質是將管道內的空氣替換為生產使用的煤氣。這項工作屬于煤氣危險作業，應有領導、有組織地在統一指揮、分工負責的情況下有計劃、按步驟進行。送氣步驟在準備好條件具備的情況下才能進行：先按計劃打開末端放散管，抽盲板；從管道始端通入氮氣置換內部空氣，取樣試驗至含氧量低于2%，關末端放散管后停止通氮氣；打開管道閥門，以煤氣置換氮氣，在管道末端放散并取樣做燃燒試驗至合格后關閉放散管；全線檢查安全及工作狀況；通知調度正式投產供氣。停氣操作停氣操作通常是指煤氣管道不但停止輸氣而且要清除內部積存的煤氣使其與氣源切斷和大氣連通為檢修或改造正常施工的安全條件。停氣操作屬于煤氣危險作業，應有組織、有領導，按計劃、按步驟地進行。停氣前準備：停氣后的供氣方式及生產安排、煤氣來源的切斷方式及其保障安全措施（如堵盲板等）、吹掃用氮氣的連接管、消防用品和化驗儀器、放散管及閥門的功能檢查、防護用具等工具的準備。停氣步驟：全線工作準備及安全保障檢查、通知調度具備停氣條件后關閉閥門、堵盲板、開末端放散管并監護放散、通氮氣取樣化驗至CO含量≤1%、排水器由遠至近逐個放水驅除內部殘余氣體。生產故障及事故處理輸氣壓力及流量波動判斷與分析如果管網壓力一致性波動，波動來自源凈化系統。如果煤氣壓力波動而流量不諧同波動：可能是壓力表導管積水；反之流量波動，壓力不諧同波動則可能是流量導管積水造成的。如果輸氣壓力和流量同時波動又發生在特定的管道上則應檢查該管道，造成的原因有二：一是管道積水，一蝶閥活動。一般管道積水涌動造成的波動由弱到強再由強轉弱，是階梯狀的波動；蝶閥板由于蝶板固定銷釘斷或轉動軸頭鍵活動造成，失控被氣流沖擊影響輸氣壓力，流量往復地波動，這種波動變換較快，波幅均勻一致無強弱之分。輸氣壓力下降流量減少(甚至為零)判斷與分析首先經檢查排出氣源影響因素，閥門關的人為因素及輸送中途冒煤氣的突發因素。用多種儀表對比或安排臨時壓力表排出儀表導管及本身的虛假因素。在寒冷季節首先應考慮閥門（特別是未全開的閥門）、蝶閥、流量孔、文氏管喉部等結冰，積萘的可能性及低洼管段的積水問題。企業停電后的管網操作企業因停電引起全部停產時應首先通知一切用戶止火，關閉放散管并利用煤氣柜儲存量和可供氣源保持管網壓力在500帕以上，同時監視用戶使用和火源以保持停產設備和管網處于安全狀態也有利于迅速恢復生產。如果沒有燃氣來源補充可用氮氣充壓，使管網始終處于正壓狀態。煤氣管網的維護煤氣管網的維護，目的在于保證輸氣安全和保持設備經常處于正常狀態。管網維護的出發點是預防，基本內容是防火、防漏、防凍、防腐蝕、防超載和防失效，管網維護工作的方法是經常巡檢和定期專項工作相結合。煤氣管網的有關參數選擇和設備煤氣管道流速的選擇煤氣管道內的設計流速選擇，取決于三個條件：一是保證設計的計算流量；二是滿足最遠點煤氣用戶的煤氣壓力；三是選取考慮了發展需要的最小管徑，以節約工程投資。一般最高流速≤20米/秒，但焦爐煤氣最低流速≥5米/秒（以減少管道內積存沉淀物對管道的腐蝕）。轉爐煤氣的主干線流速為13~15米/秒。煤氣管徑的選擇煤氣管道的直徑是根據煤氣流量和允許壓力損失，通過水力計算而確定的。煤氣計算量的確定：煤氣的計算量系指煤氣管道的最大流量。廠區總管：一般選取一個或幾個用戶的小時最大耗量與其余用戶小時平均耗量，同時還應根據煤氣平衡表中的煤氣耗量的1.3倍。確定廠區總管管徑時，一般應按計算量留有20%的富裕能力。廠區支管或車間總管：其計算量應根據每座爐子小時最大耗量及小時平均耗量結合具體情況綜合選取。車間支管：其計算量應根據工業爐的小時最大耗量計算。壓力降計算：包括直管段壓力降與局部壓力降之和。管徑的選擇：根據經濟流速，根據公式初步決定管徑，然后再計算壓力降，以保證用戶的接點壓力要求。煤氣管道壁厚的確定冶金工廠敷設的煤氣管道的內外徑比（D/d）一般都不超過D/d＝1.1～1.2的范圍，屬于薄壁殼金屬容器。根據受壓分析和管材強度計算，其公式為：壁厚δ=PD/(2.3σφ)+C式中：P——為管道壓力，按混合爆炸性氣體的爆炸壓力計算，帕D——管道外徑，mmσ——許用應力，A3材質、<20mm厚度鋼板，取117.68MPaφ——焊縫析減系數，單面無墊板且不作探傷取0.6C——壁厚附加量，C=C1+C2+C3，轉爐煤氣取1，mmC1——鋼材負公差，厚度4.5~5.5鋼板取0.5，mmC2——金屬腐蝕量，炭素鋼、低合金鋼≮1，mmC3——加工減量，mm架空煤氣管道的跨距計算架空煤氣管道的兩個支承管架間的距離稱為跨距，根據力學分析來確定跨距：兩支點間管道承受金屬、煤氣及其凝降物等荷載，其方向與管道中心線垂直，荷載使管道產生彎曲變形，故要有足夠的強度；其次要有足夠的剛度，使其變形不致影響冷凝液的順利排放；最后，尚有軸向力、扭力的存在，必要時還要進行穩定性的校核，才能保證煤氣管道的安全。按強度計算煤氣管道的最大跨距跨間管道受垂直荷載產生變形時，根據虎克定律寫為：l中間=(Wσφ/10q)1/2，m其中σ——許用應力，kg/cm2W——管道抗彎截面抵抗距，cm3φ——焊縫系數，取0.65q——計算總荷載，kg/m按剛度計算煤氣管道跨距通常采用集中荷載簡支梁來計算其變形的最大撓度，導出下式：對于A3、A3F材質的管道，當管道設計坡度i=0.003時，l=3.11(J/q)1/3當i=0.005時，l=3.7(J/q)1/3式中J——管道的截面慣性矩，cm4架空煤氣管道的線膨脹處理架空管道由于溫度變化會引起管道的線膨脹或收縮。前者前介質溫度60℃為上限溫度（T1），后者以天氣寒冷-20℃為下限溫度（T2），求出煤氣管道的軸向脹縮量（△l）：△l=α(T2-T1)·L，mmL——煤氣管道計算長度α——線膨脹系數。T<348K時，取1.2×10-5m/(m·K)故△l=0.000012×(333-253)×1=0.96×10-3m/(m·K)固定點的確定，即固定支架位置的選擇固定點包括：煤氣管道起點、末端、枝杈聯接點、變向拐點附近、直線段的分段補償界點、利用管道彎曲自然補償的界點、拱形管道的兩端、其它設施及附屬裝置（包括各種切斷裝置、控制裝置）要求的固定點。位移的自動補償煤氣管道因溫度變化產生脹縮的軸向位移由管道彎曲彈性變形吸收通常稱做自動補償。利用自動補償的管道，類型有直角L型、鈍角L型、“2”型、立體型、拱型等。軸向位移的補償器當煤氣管道成直線敷設時就不可能利用自身的位移來補償膨脹，故直管段要安裝特制的補償器來吸收煤氣管道的軸向位移。煤氣管道專用補償器的要求：有足夠的補償能力、有利于煤氣管道保持氣密性、不使氣流產生較大的局部阻力損失、占用空間少便于共架敷設、使用壽命長、維護簡便、制造容易、投資少維護費用低等。煤氣管道專用補償器分類：彎管補償器、填料補償器、鼓型補償器、波型補償器等。波型補償器主要特點：是擠壓成型可以商品化產生；對腐蝕性煤氣采用耐腐蝕鋼材制作；外形尺寸較小，共架布置緊湊；可與煤氣管道直接對焊，不增加管道泄漏點。補償器的安裝要求補償器前后安設兩個專用的活動管架，補償器裝在中心位置。兩固定點的最大間距L（L=0.025H/△l）根據支架高度H及其頂部的活動量（2.5%）來確定。選擇的補償器能力≥利用已確定的間距計算的補償量的要求。導流板應與氣流順向安裝，如有坡度則順排水方面安裝。煤氣管道的試驗煤氣管道的試驗標志主體工程的竣工，是整體質量的檢驗。因此試驗前管道系統（包括附屬氮氣、蒸汽、電力、上下水線、計器儀表以及附屬設施）必須施工完畢，經過檢查認定符合設計和有關規范要求才能進行試驗。凡新建、改建和長久停用后的煤氣管道都必須經過試驗驗收才能投入使用。試驗前的準備工作：管道試驗前必須與其它管道和設備用盲板隔斷開。試驗前的管道以閥門隔離的各部分應分別在不安裝盲板的情況下單獨試驗。但相鄰兩段不能同時進行。插板和水封只做整體試驗。管道試驗前附屬裝置應提前進行試驗，包括以下內容：①閥門、蝶閥的全程開、關試驗；②排水器和水封的有效水封高度測量和其上閥門的開關試驗；③給、排水試驗；④電氣傳動試驗；⑤吹刷用氮氣管的試驗。全部管道上的開孔封閉，封閉前應清點人員，確信內部無人；準備壓縮空氣或氮氣氣源，測試用溫度計和壓力表；通知有關部門（包括安全技術和煤氣防護單位）派人參加；準備檢漏用肥皂水、刷子或其它測漏儀表；制定試驗方案與計劃送有關部門審查同意后實施。試驗標準與方法煤氣管道計算壓力的規定①轉爐煤氣抽氣機前的管道計算壓力等于抽氣機產生的最大負壓的絕對值。②煤氣加壓機前的管道計算壓力等于過剩煤氣自動放散裝置的最高設定壓力。機后管道的計算壓力等于機前管道計算壓力與加壓機產生的最大靜壓力之和。③混合煤氣管道計算壓力按混合前較高的一種管道計算壓力選取。試驗項目的規定煤氣管道的計算壓力≥100kPa應進行強度試驗，強度試驗合格后應進行嚴密性試驗。煤氣管道計算壓力＜100kPa，可只作嚴密性試驗。強度試驗標準：架空煤氣管道的強度試驗壓力為計算壓力的1.15倍。強度試驗時壓力要逐步緩升，至試驗壓力的50%時進行檢查，如無泄漏及異常現象，繼續按試驗壓力10%逐級升壓直至試驗壓力為止，每級穩壓5分鐘，檢查無變形、泄漏為合格。架空管道嚴密性試驗（1）嚴密性試驗壓力的規定：①加壓機前室外試驗壓力為計算壓力＋5kPa，但≮20kPa②加壓機前室內試驗壓力為計算壓力＋15kPa，但≮30kPa③抽氣機、加壓機后室外計算壓力為機械最大靜壓力＋20kPa④抽氣機、加壓機后室內計算壓力為機械最大靜壓力＋30kPa（2）架空管道嚴密性試驗中泄漏率A的計算公式：A＝100/t（1－P2T1/P1T2）%其中A—小時平均泄漏率，%t—試驗時間，小時P1，P2—開始和結束時管道內氣體的絕對壓力，PaT1，T2—開始和結束時管道內氣體的絕對溫度，K煤氣管道的附屬設備為了保證管網的安全運行，并考慮到檢修、接線的需要必須依據具體情況及有關規定，在管道的適當地點設置必要的附屬設備。切斷裝置煤氣管道對切斷裝置的基本要求有：安全可靠、操作靈活、便于控制、經久耐用、維修方便、避免干擾。目前，煤氣管道中采用的切斷設備有葉形插板、密閉蝶閥、水封或水封閥、閘閥、扇形閥和盤形閥和盲板等。1、葉形插板：機械化葉形插板是可靠的切斷煤氣設備。它是依靠人力經機械傳動將插板的兩個法蘭分開或壓緊，在煤氣壓力低于9.8kPa，且需經常切斷的室外管道，一般多安裝葉形插板。2、密閉蝶閥：是有重量輕、操作方便的優點。它用于高爐煤氣及氧氣頂吹轉爐煙氣及回收系統的管道上。3、閘閥：用途較廣，可用于凈煤氣管道中的任何部位。但設備較重，切斷的可靠性差，選用時應該選擇明桿雙閘板閥。經常操作的閘閥，宜采用電動。閘閥和水封或盲板聯合使用時可成為可靠的煤氣切斷裝置。4、水封或水封閥：應用很廣泛，它用于干凈高爐煤氣、焦爐煤氣、轉爐煤氣管道上。水封閥的有效壓頭應是最大煤氣壓力的1.5倍，常用壓力的2倍，高爐煤氣及轉爐煤氣管道的水封閥排水可直接排至下水道，焦爐煤氣及混合煤氣管道的水封閥排水應經處理后再排入下水道。5、扇形閥及眼鏡閥：操作時存在漏煤氣的缺點，一般不作為獨立的切斷設備。須安裝在密閉蝶閥和閘閥等斷流設備之后在隔斷氣源的余壓下操作。前者適用壓力≤9.8kPa，后者適用壓力≤19.6kPa。6、盲板：一般不作為獨立的切斷設備。而是配置在閘閥、密閉蝶閥的后面可靠地切斷煤氣。盲板作為臨時的切斷設備時，僅適用于管道檢修或擴建延伸的多年操作一次的部位。吹掃裝置煤氣管道內部的介質置換時為保證安全都必須經過吹掃，使管道內部存放煤氣或是空氣而不是兩者混合的爆炸性氣體。吹掃一般使用氮氣，在煤氣設備及煤氣管道切斷裝置處安置吹掃接氣管頭，吹掃用氣時為煤氣管道容積的3~5倍。在煤氣管道的末端，切斷裝置兩側應設置吹掃氣出口的放散管。放散管距煤氣管道1.5米高度處設置閥門，在放散閥的煤氣管道上安裝取樣頭。人孔人孔是進入煤氣管道工作的進出口和通風口。通常的人孔直徑≥500mm，小直徑管道同管徑大小。在特殊需要清除管內污物的地點也可以安裝手孔。人孔蓋上通常設有把手，不常啟用應確保其嚴密性。人孔的安裝位置通常是：①切斷裝置后，②補償器、蝶閥附近，③沉積物易于聚集的特低管段，④直管段每150~200米安裝一個。操作平臺與梯子操作平臺載重為200kg/m3，每個操作面寬度≥800mm，長度應滿足工作需要。高于2米的平臺應加防護欄桿，其下部附有150mm高的擋腳板。平臺與地面一般用直梯聯接，經常去人工作的平臺應安設45°~70°斜梯，2米以上平臺的直梯應設安全圍欄，其高度應適合配帶防護用具的人員通過。兩層操作平臺的間距(垂直)≥2米，過人平臺上部的凈空高度不得低于800mm。操作平臺的安裝位置通常是需要檢查。操作、潤滑、清掃和維修的部位，如切斷裝置，蝶閥、流量孔、補償器、人孔、放散管、采試樣點等處。人孔中心距離平臺面以800mm為宜。平臺面采用柵形構件，以免積水腐蝕和結水時操作人員滑倒。對于φ1220以上管道可根據需要在上部設通行護欄和直梯。盲板及盲板作業煤氣管道上的盲板分為固定盲板和活動盲板兩類。固定盲板固定盲板按其固定方式不同又可分兩類：a焊接固定盲板：又稱內焊堵板。b螺栓固定盲板：盲板周圍有螺孔，用螺栓與法蘭緊密連接，其間有襯墊材料密封。固定盲板可以視作周邊完全固定的，受內壓（均布荷載）的整園板進行理論計算。固定盲板的最大應力在周邊h=0.433D(P/σ)1/2+C。活動盲板活動盲板是可以根據生產需要進行抽了或堵入的短期使用盲板。活動盲板可視為周邊簡支管受內壓的整園板進行理論計算：活動盲板的最大應力在中心h=0.556D(P/σ)1/2+C活動盲板的抽、堵作業大都是在帶煤氣條件下進行的，一般石棉橡膠墊片，石棉繩都不適應快速安裝的技術要求。因此，在安裝活動盲板處必須制作適合帶煤氣作業的替換活動盲板位置的專用墊圈，以保證法蘭的密封。墊圈的外徑同盲板、寬25~30mm、厚度為3~6mm。墊圈上、下有兩手柄。手柄上留園孔便于與盲板區別、其上打印外徑及厚度，手柄寬度與圈一致，其長度以外露100mm為宜。墊圈兩面平整地滿敷￠10~13石棉繩，用麻絲繞纏緊密后打平備用。帶氣抽堵盲板作業準備作業①抽堵盲板應做到事先計劃安排，并提前一天通知有關防護器具的準備，在防護人員的監護下進行工作。②事先應檢查抽堵盲板的位置、地形、及法蘭螺絲的直徑及數量、以及銹蝕情況、必要時螺絲進行松動，加油或更換。③準備好需用的讓板、墊圈