汽轮机的配管设计

石油化工装置中汽轮机的管道设计摘要：随着炼油装置规模日益大型化，在离心式压缩机和蒸汽轮机管道设计中，管道的应力分析尤为重要。

文中从管道应力的角度, 对石油化工装置中的汽轮机管道设计, 从管道的布置、管道支架和管道受力三个方面进行了分析和阐述, 提出了设计中需要特别注意的问题, 并根据作者多年的设计经验, 给出了行之有效的解决方案。

关键词：石油化工汽轮机管道设计中图分类号：s611 文献标识码：a 文章编号：前言：随着炼油工艺技术的发展，炼油装置规模逐步大型化，这就给管道设计人员在设计时带来了诸多挑战。

也对从事管道设计及管道应力分析的人员提出了更高的要求。

汽轮机的管道的布置为减小工作状态时管系对汽轮机管嘴的推力和力矩, 管道的布置应有一定的柔性。

每台汽轮机都有一个零位移点, 即汽轮机受热时, 零位移点上在水平两个方向上的热位移都为零。

进行管道布置时, 要考虑管嘴与零位移点的相对位置, 汽轮机进出口管道的走向应能适应其管嘴热位移的方向, 以方便设置限位支架为原则, 以便将管嘴的初始热位移对管系的受力影响减到最小。

1.进汽管道对于进汽管道, 应靠自身的柔性吸收管道的热胀量和管嘴的附加位移量, 不考虑设置膨胀节。

进汽管道的布置与是否设有入口分液罐有关, 如果汽轮机入口管道上有入口分液罐, 可把分液罐作为固定点考虑入口管道的布置; 如果没有入口分液罐, 进入汽轮机的蒸汽管道从管带引入, 应在汽轮机附近的蒸汽管带上设置固定点, 将管带的热补偿与汽轮机进口管道分开考虑。

由于当蒸汽轮机距离产汽锅炉或其它产汽系统较远时, 进汽管道产生的压降和温降较大, 为提高蒸汽的温度,在将蒸汽引入汽轮机前, 需要把大量蒸汽放空, 因此在蒸汽进口法兰前的主蒸汽入口管道上, 通常会接出一个带阀门的分支管道, 即入口放空管。

由于该放空管的工艺特性, 即汽轮机正常工作时, 该放空管道上的阀门会被关闭, 也就是放空管道处于冷态。

因此, 管道布置时在满足工艺要求的前提下, 应将进汽管道的放空管尽可能远离进汽嘴子, 把放空管道的不同工况对机器的影响降到最小。

电厂给水泵汽轮机长排汽管道的设计分析发布时间：2022-03-10T01:51:55.467Z 来源：《新型城镇化》2022年3期作者：刘永旭孟双王悦新[导读] 汽轮机作为一种重要的驱动设备，在化工、电力等行业应用广泛。

汽轮机主要是利用高温、高压的蒸汽管道流经汽轮机，将蒸汽的能量转化为汽轮机的动能来驱动压缩机、泵等设备。

中国电力工程顾问集团东北电力设计院有限公司吉林长春 130021摘要：本文以实际工程为案例,分析介绍了电厂给水泵汽轮机长排汽管道的设计?排汽管道是连接给水泵汽轮机低压缸与凝汽器之间的一个连接设备,以某电动给水泵改汽动给水泵项目为例,经过计算,确定了排汽管道走向?支吊架与补偿器位置等,形成了排汽管道的设计与加工图纸?经过建模仿真?受力分析,确定了排汽管道走向?支吊架与补偿器位置,通过实际运行结果的验证也表明了排汽管道良好的功能与性能,为同类产品的设计提供了一定借鉴意义?最终运行结果表明排汽管道良好的功能与性能,为同类产品的设计提供了一定借鉴意义?关键词：给水泵汽轮机;排汽管道;支吊架;补偿器0引言汽轮机作为一种重要的驱动设备，在化工、电力等行业应用广泛。

汽轮机主要是利用高温、高压的蒸汽管道流经汽轮机，将蒸汽的能量转化为汽轮机的动能来驱动压缩机、泵等设备。

汽轮机进、排汽管道主要用于蒸汽的输送，其设计质量直接影响着汽轮机的安全、稳定运行。

汽轮机就是将水蒸汽的热能转化成机械能的装置,由锅炉输送来的大量高温高压的水蒸汽首先进入汽轮机做功,带动汽轮机转子旋转,从而将热能转化成旋转的机械能,做完功的水蒸汽称为乏汽[3],其温度压力均会下降,由低压缸直接排放至凝汽器,再由凝汽器凝结成冷凝水再次进入锅炉进行下一循环?排汽管道作为输送乏汽的载体,其布置要求很高,管道的设计方式和接入点设计需要考虑诸多因素[4-6]?通常会通过增加支吊点?补偿器的手段来满足静力平衡调整需要? 1机组介绍该工程为300MW机组电动给水泵改汽动给水泵项目,给水泵汽轮机组布置在汽机房0m层?给水泵汽轮机为单输出轴,主给水泵为双输出轴?主给水泵由给水泵汽轮机直接驱动,前置泵由主给水泵通过减速箱驱动,给水泵汽轮机为上排汽?该机组为空冷机组,夏季由于环境温度高,可投入尖峰凝汽器,从而降低汽轮机热耗,提高机组运行经济型?根据工程要求,需要进行给水泵汽轮机排汽管道及支吊架的计算?设计与制造等,以及主排汽管道和尖峰凝汽器之间的排汽管道的计算?设计与制造?排汽管道系统图如图1所示?图1 给水泵汽轮机排汽系统图2设计方案该项目的具体热力参数如表1所示?根据表1参数,可确定排汽管道的具体管径?另外,由于是改造项目,根据现场实际情况,给水泵汽轮机距尖峰凝汽器较远;同时管道高度差很大,还要避免排汽管道与其他设备干涉?所以在开始布置排汽管道走向的时候,经过现场踏勘?与设计院?业主方等的多次沟通交流,最终确定了如图2所示排汽管道的走向,其总长约为60米。

60石油化工行业是高危行业，在进行生产过程中，装置设备是保证其安全生产的重要手段。

在输送可燃易爆气体的前提下，管道设计的合理性是非常必要的。

石油化工装置中汽轮机包括离心式压缩机、蒸汽轮机和背压式蒸汽轮机。

文章对这些装置中的主干管道进行详细的分析，最终提出对其的布置原则和技术关键点，通过实际的案例和数据分析详细论述管道的应力，从而提出最优的汽轮机管道设计方案。

1 石油化工装置中汽轮机的结构分析在石油化工装置中，汽轮机为压缩机、发电机和大型油泵的正常运转提供了原动力。

汽轮机的排压方式不同，导致其设计分为蒸汽式和背压式。

蒸汽式汽轮机是高速运转机器，运转中对受力相当敏感，所以进出口管道对蒸汽轮机的管道嘴口的压力和力矩必须保持在所能承受的压力范围之内。

在管道设计中，保证蒸汽轮机各种管道不相互缠绕，从而严重阻碍后期的检查工作和维护工作。

出口管道、输水管道、润滑管道必须合理布置。

进出口管道的阀门应该集中设计，有利于工作中操作和维护。

2 压缩机和汽轮机的平面设计压缩机和汽轮机在放置设计中应该保证两种机械之间足够的空间位置，这样才能方便相关管道的集中设计，方便操作。

要对其附属的相关机械合理配置。

压缩机和汽轮机是采用联合底座布置在6m高的平台上，润滑油站和汽封气冷却装置是布置在压缩机和汽轮机之下的。

3 石油化工中汽轮机的管道布置3.1 汽轮机的入口管道汽轮机管道在运行时要经受高温高压的工作环境，汽轮机的入口管道要和进气阀相连接，而汽轮机进气管道的布置最终取决于压塑机是否存在着分液罐，是否依照整个压缩机的整体平面设计。

如果带有分液罐，就要以分液罐为中心进行分散式设计，当进气管道是从管廊中接出的话需要对其进行全固定，从而保证在运行中管道不会相互影响。

进气管道需要安装中压分水器，该设备在一定程度上决定了管道对汽轮机的作用力以及其作用方向。

为了管道设计美观以及使用便利等方面综合因素的考量，会将该设备设计在汽轮机厂房边缘。

支吊架是汽轮机管道设计的重要组成部分，只有为管道设计合理且有效的管道支架才能够减轻管道在运行过程中承受的压力，并且在实际的设计中可以利用管道的柔软性减轻管道对汽轮机的作用力和力矩。

汽机四大管道安装施工方案1.概述：1.1工程概况2*1030MW超超临界燃煤机组工程四大管道，其中包括主蒸汽管道、热再热蒸汽管道、冷再热蒸汽管道、高压旁路管道、低压旁路管道、高压给水管道、给水再循环管道、高压旁路减温水管道。

1.2四大管道各系统主蒸汽管道及高温再热蒸汽系统均采用单元制系统，即主蒸汽管道和再热蒸汽管道分别从过热器、再热器出口联箱直接引出，接至主汽门和再热汽门。

在入口前设压力平衡连通管；低温再热管道采用分—总—分结构，即从高压缸排汽口引出两根管道，汇总成一根管道，在连接再热器入口时再分成两根管道；主给水系统共设置6台卧式、双流程高压加热器，分为两列，每列三台。

给水采用电动关断大旁路系统，每列高加可以单独运行。

2.编制依据：2.1 华东电力设计院图纸J1102、J1103、J1104、J1105、J1106、J1202、J1203、J12042.2 汽轮机厂家管道安装图2.3 《电力建设施工及验收技术规范》管道篇DL5031-942.4 《火力发电厂施工质量检验及评定标准》管道篇2.5 《火力发电厂焊接技术规程》DL/T869-20042.6 《火力发电厂施工质量检验及评定标准》焊接篇2.7 《电力建设安全工作规程》（火力发电厂部分）DL5009。

1-20022.8 《BZ0153强制性条文—电力工程部分》3.机具、工器具配备:3.1 施工机具汽机间桥式起重机130/25t 1台600吨履带吊 1台20吨炉顶吊 1台5吨卷扬机 2台3吨卷扬机 1台70吨汽车吊 1台50吨拖车 1台手拉链葫芦 10吨 6台手拉链葫芦 5吨 24台手拉链葫芦 2吨 8台角向磨光机 15台水平尺 10只3.2 量具钢盘尺 30米 2把卷尺 5米 9把钢板尺 1米 2把磁力线坠 2个水平尺 2把水准仪 1台3.3 其它工具及机械起重用工器具 20吨卸扣 20个起重用工器具 10吨卸扣 10个1手锤 4把撬杠 2把大锤 1把角向磨光机 4台活动搬手 4套插口搬手 4套火焊工具 2套电焊机具 6套麻绳 300米脚手架、跳板充足劳动保护用品及消耗性材料充足4.劳动力组织:班组长 1人技术员 1人起重工 4人电气维护 2人焊工 8人管道工 8人力工 30人桥吊司机 1人5.作业流程:5.1管道安装施工流程管道安装前准备→管道吊挂→管道安装→支吊架安装及调整→疏放水管道安装→管道附件安装。

汽机高压管道组合及安装方案指导1工程简介本工程的主蒸汽系统、再热蒸汽系统、主给水系统均为单元制，概况如下：a. 主蒸汽系统和再热(热)蒸汽管道系统：主蒸汽和再热(热)蒸汽管道，均采用2-1-2连接方式，锅炉和汽机接口均为2个。

主蒸汽管道和再热(热)蒸汽管道分别从过热器和再热器的出口联箱的两侧引出，然后汇成一根母管，到汽轮机前再分成两根支管分别接入高、中压缸左右侧高压主汽阀和高中压主汽再热阀。

再热(冷)蒸汽管道从高压缸的两个排汽口引出，在高排止回阀的上游汇成一根管，到锅炉前再分成两根支管分别接入再热器入口联箱。

b. 再热(冷段)管道上还接出两路分别至二号高压加热器和辅助蒸汽系统，作为二段抽汽用汽和辅助蒸汽系统的备用汽源。

c. 旁路蒸汽系统：本机设计一套高压和低压两级串联的汽轮机旁路系统，其容量定为锅炉最大连续蒸发量(BMCR) 的40%。

高压旁路、低压旁路布置在汽机房内。

高压旁路从主蒸汽管道接出，经高压旁路阀后接至再热冷段蒸汽管道。

低压旁路从再热(热段)蒸汽管道接出，经低压旁路阀后接入凝汽器。

d. 高压给水系统采用单元制，每台机组配置三台35%容量的电动给水泵组。

2编制依据a. 本工程施工招标文件b. 《电力建设施工及验收技术规范》(管道篇)c.《电力建设施工及验收技术规范》(焊接篇)3施工工艺高压管道将采取工厂化加工方式供货，故采用以直接吊挂为主、地面扩大组合为辅的安装方案，施工时根据现场实际情况灵活进行调整。

为了保证管道内部的清洁、外观的工艺，争创精品工程，施工中应采取如下措施：a. 施工前仔细审阅图纸，按系统编绘出管段组合图、吊装顺序图。

b. 管道组合安装前，全部进行管道内壁喷砂，然后用压缩空气吹干净，管端用订做的管帽封堵严实，以防砂土、杂物、雨水侵蚀。

c. 按管段组合图及到货的管道、管件情况，在工厂进行校验扩大组合。

管段组合后编号码放。

码放边缘距运输道路不小于5m。

d. 根据施工情况，按吊装顺序图及管段编号，有秩序的将管段运进厂房。

1 范围本标准规定了工艺装臵内常用的管桥（管廊）形式、平面布臵、立面布臵和管桥的配管设计以及相邻区关系和安全设施等的设计。

本标准适用于石油化工装臵内部管桥（管廊）的配管设计，不适用于石油化工装臵外部管带的设计。

2 管桥的平面布置2.1 一般以管桥作为全装臵的联系纽带，在管桥两侧布臵工艺设备。

管桥布臵以直通形为基本形，亦可呈L 形、T 形、U 形等组合形，如图1所示。

2.2管桥下有输送剧毒、易燃、可燃介质有机泵和储存剧毒、易燃、可燃介质的工艺设备时，机泵和设备与加热炉、变电所、配电室和仪表室的距离应符合GB50160-92《石油化工企业设计防火规范》（以下简称《防火规范》的规定。

2.3管桥柱中心线与塔器外壁或框架柱中心线间的距离，要满足管道排列和最小通道的要求，一般以4m 为宜，有往返较多的合金钢管时，经核算后，可适当减小间距，当其间布臵地下管网时应考虑地下基础与管网排列所需的最小间距。

2.4 管桥宽度第2 页共12 页40B212-19972.4.1管桥上布臵空气冷却器（以下简称“空冷器”）时，宽度应考虑空冷器构架的要求。

2.4.2管桥下布臵机泵和工艺设备时，宽度应考虑设备和通道的要求。

2.4.3管桥的宽度一般应预留10%～20%的余量；2.4.4考虑管桥宽度余量时，柱外侧一般可焊接悬臂梁，作为支撑部分工艺、仪表管道、电气仪表槽盒之用，亦可作为管桥宽度的预留余量的一部分。

2.5管桥的柱距应由管道的跨距来决定，同时还应考虑管桥上、下布臵的工艺设备等因素，一般在6～9m内取等距布臵为宜。

对于一两根极限跨距小于管桥柱间距的管道，可用临近的大管道支吊；对于多根小管道则采用加次梁的办法来支吊。

管桥在跨越道路或检修通道外，柱距应为10～15m，柱间梁宜采用桁架结构，桁架梁底距道路净空不小于4.5m。

2.6管桥下布臵机泵或工艺设备时，其地面应高出周围地面100～200mm，并分区取同一标高，电缆沟宜布臵在泵的电机端，管桥下不布臵工艺设备时，地面应作为装臵竖向地面的一部分。

1范围本标准规定了蒸汽疏水方式、疏水阀的选用及其配管设计。

本标准适用于石油化工装置内蒸汽加热设备（管道）的疏水设计和疏水阀的选用与配管设计。

本标准不适用于凝结水回收和排放。

2 蒸汽疏水2.1 蒸汽加热设备或管道的疏水一般有以下两种方式：a)经常疏水：在运行过程中，所产生的凝结水通过疏水阀自动排出。

b)启动疏水：在启动、暖管过程中，所产生的凝结水通过阀门排出。

2.2 蒸汽加热设备或管道的下列各处应设经常疏水；a)蒸汽加热设备（如油罐加热器、换热器等）凝结水出口管道；b)蒸汽分水器、扩容器下部；c)饱和蒸汽管道的未端或最低点，立管下端以及蒸汽管网每隔200～300m处；d)汽分配管下部；e)蒸汽管道减压阀或（和）调节阀前；f)蒸汽伴热管未端。

g)2.3 蒸汽加热设备或管道的下列各处应设启动疏水：a) 蒸汽设备或管道启动时有可能积水而又需要及时疏水的最低点；注：蒸汽设备指用蒸汽加热的设备及以蒸汽为动力的设备等。

b) 分段暖管的管道未端（如蒸汽支管与主管相接的切断阀前）；c)水平管段每隔100～150m处；d)水平管道流量孔板前，但在允许最小直管长度内，不得装设疏水点；e)过热蒸汽不经常流通的管道切断阀前、入塔汽提管道切断阀前；2.4 凡属2.2条C款规定的必须经常疏水处，均应在其管道下部设凝液包，其尺寸和要求按图卜巨图4执行。

图3 图42.5 蒸汽管道的疏水量可按下列公式估算 2.5.1 蒸汽管道起动疏水的凝结水量：n i i t C q t C q W 6021222111⨯-∆+∆= (1)式中： W ……… 凝结水量，kg/h;q 1 ……… 单位长度钢管质量或单个阀门质量， kg/m 或kg/个；q 2 ……… 单位长度钢管或单个阀门的保温材料质量，kg/m 或kg/个；C 1 ……… 钢管的比热，kJ/(kg.k); 对于碳素钢可取C 1=0.4689,合金钢 C 2=0.4856C 2 ……… 保温材料比热， kJ ／kg.k; 可近似地取C 2=0.8374 △t 1……… 钢管升温速度， ℃／min ；，一般按5℃／min 计算；△t 2……… 保温材料升温速度，℃／min ；一般取△t 2＝△1/2i1,i2 …… 操作压力下过热蒸汽的焓或饱和蒸汽的焓和饱和水的焓，kJ/kg ；n ……… 管道长度或阀门数量，m 或个。

汽轮机补汽管及疏水集管工厂化加工配制技术规范书1 总则1.1本技术规范书仅适用于燃煤发电机组工程汽轮机补汽管和疏水集管工厂化加工的设计、加工、配制和检验等方面的技术要求。

1.2本技术规范书提出的是最低限度的技术要求，并未对一切技术细节作出规定，也未充分引述有关标准和规范的条文，加工配制方保证提供符合本技术规范书和最新工业标准的优质产品及其相应服务。

1.3加工配制方如对本技术规范书有异议，应以书面形式明确提出，在征得定制方同意后，可对有关条文进行修改。

如加工配制方没有以书面形式对本技术规范书明确提出异议，那么加工配制方提供的产品应完全满足本技术规范书的要求。

1.4 在签订合同之后，定制方保留对本技术规范书提出补充要求和修改的权力，加工配制方承诺予以配合。

如提出修改，具体项目和条件由定制方和加工配制方双方商定。

1.5本技术规范书所使用的标准如与加工配制方所执行的标准发生矛盾时，按较高标准执行。

1.6本技术规范书经委托、加工配制双方共同确认和签字后作为委托加工合同的技术附件，与委托加工合同正文具有同等效力。

2 工程概况本工程位于本市境内。

本期工程安装2台660MW超超临界汽轮发电机组。

3 工程地址与设计条件3.1 工程地址江苏省本市。

3.2设计参数及规格3.2.1 汽轮机补汽管道的设计参数及管道规格：3.2.1 疏水集管的设计参数及管道规格：详见加工图4 技术要求4.1 总的技术要求4.1.1 满足定制方对汽轮机补汽管系统、布置、安装等方面的设计要求。

疏水集管管道安装图纸技术要求。

4.1.2 满足有关高压管道管材加工制作、焊接、安装等验收标准和规范（规程）的要求。

4.1.3 满足施工中对运输、装卸、安装等的要求。

4.1.4 满足定制方资料存档的要求，加工配制方提供质检报告。

4.2 标准与规范(1) DL 869-2004 《电力建设施工及验收技术规范》（火力发电厂焊接篇）(2) DL 5031-94 《电力建设施工及验收技术规范》（管道篇）(3) DL/T 5054-1996 《火力发电厂汽水管道设计技术规定》(4) 87DG版/2000版《火力发电厂汽水管道零件及部件典型设计手册》(5) 《火电施工质量检验及评定标准》（管道篇）(6) 《火电施工质量检验及评定标准》（焊接篇）(7) 上海汽轮机厂有关图纸(8) 江苏电力设计院疏水集管管道安装图以上列出的仅为通用标准，加工配制方如有相关的部门或工厂标准，原则上不低于上述的通用标准。