2.4 废气输送管道设计_大气污染控制工程-QQ阅读男生都市网

上QQ阅读APP看书，第一时间看更新

2.4　废气输送管道设计

2.4.1　常用材质

2.4.1.1　金属材质

用作废气输送管道的材质很多，主要有成品金属管和金属薄板两大类。其中成品金属管为厚壁管，有较强的抗压能力。

金属薄板是制作风管及部件的主要材料。通常用的有普通薄钢板、镀锌钢板、不锈钢板、铝板和塑料复合钢板。它们的优点是易于工业化加工制作、安装方便、能承受较高温度。

①普通薄钢板。具有良好的加工性能和结构强度，其表面易生锈，应刷油漆进行防腐。

②镀锌钢板。由普通钢板镀锌而成，由于表面镀锌，可起防锈作用，一般用来制作不受酸雾作用的潮湿环境中的风管。

③铝及铝合金板。加工性能好、耐腐蚀。摩擦时不易产生火花，常用于通风工程的防爆系统。

④不锈钢板。具有耐锈耐酸能力，常用于化工环境中需耐腐蚀的通风系统。

⑤塑料复合钢板。在普通薄钢板表面碰上一层0.2～0.4mm厚的塑料层。常用于防尘要求较高的空调系统和-10～70℃温度下耐腐蚀系统的风管。

废气输送工程常用的管道厚度是0.5～4mm。

金属管道如图2.22所示。

图2.22　金属管道

2.4.1.2　非金属材质

（1）硬聚氯乙烯塑料风管

它适用于有酸性腐蚀作用的通风系统，具有表面光滑、制作方便等优点。但不耐高温、不耐寒，只适用于0～60℃的空气环境，在太阳辐射作用下，易脆裂。如图2.23所示。

图2.23　硬聚氯乙烯塑料风管

（2）玻璃钢风管

有机玻璃钢风管是以中碱玻璃纤维作为增强材料，用10余种无机材料科学地配成黏结剂作为基体，通过一定的成型工艺制作而成。具有质轻、高强、不燃、耐腐蚀、耐高温、抗冷融等特性。

保温玻璃钢风管可将管壁制成夹层，夹层厚度根据设计而定。夹心材料可采用聚苯乙烯、聚氨酯泡沫塑料、蜂窝纸等。

玻璃钢风管与配件的壁厚应符合表2.2的规定。玻璃钢管道如图2.24所示。

表2.2　玻璃钢风管与配件的壁厚

图2.24　玻璃钢管道

2.4.2　管道的组成件

2.4.2.1　阻火器

阻火器又名防火器、管道阻火器，是为防止外部火焰窜入存有易燃易爆气体的设备、管道内或阻止火焰在设备、管道间蔓延。它是用来阻止介质（如氢气、氧气等）火焰向外蔓延的安全装置，由一种能够通过气体的、具有许多细小通道或缝隙的固体材料（阻火元件）所组成。管道防爆阻火器是用来阻止易燃气体、液体的火焰蔓延和防止回火而引起爆炸的安全装置。通常装在输送或排放易燃易爆气体的管线上。如火炬、加热燃烧系统、石油气体回收系统或其他易燃气体系统。

（1）阻火器的工作原理

①传热作用。燃烧所需要的必要条件之一就是要达到一定的温度，即着火点。低于着火点，燃烧就会停止。依照这一原理，只要将燃烧物质的温度降到其着火点以下，就可以阻止火焰的蔓延。当火焰通过阻火元件的许多细小通道之后将变成若干细小的火焰。设计阻火器内部的阻火元件时，则尽可能扩大细小火焰和通道壁的接触面积，强化传热，使火焰温度降到着火点以下，从而阻止火焰蔓延。

②器壁效应。燃烧与爆炸并不是分子间直接反应，而是受外来能量的激发，分子键遭到破坏，产生活化分子，活化分子又分裂为寿命短但却很活泼的自由基，自由基与其他分子相撞，生成新的产物，同时也产生新的自由基再继续与其他分子发生反应。当燃烧的可燃气通过阻火元件的狭窄通道时，自由基与通道壁的碰撞概率增大，参加反应的自由基减少。当阻火器的通道窄到一定程度时，自由基与通道壁的碰撞占主导地位，由于自由基数量急剧减少，反应不能继续进行，也即燃烧反应不能通过阻火器继续传播。

随着阻火器通道尺寸的减小，自由基与反应分子之间碰撞概率随之减少。而自由基与通道壁的碰撞概率反而增加。这样就促使自由基反应减低。当通道尺寸减少到某一数值时，这种器壁效应就造成了火焰不能继续传播的条件。火焰即被阻止。因此器壁效应是防止火焰的主要机理。

（2）阻火器的分类

①波纹阻火器。ZHQ-B新型波纹石油储罐阻火器适用于管道、闪点低于28℃的甲类、油品、氢氧液化类和闪点低于60℃的煤油、柴油、甲苯、原油等，可与呼吸阀配套使用，又可单独使用，可安装使用在内浮顶油罐通气管、加油站地下油罐通气管上。

波纹阻火器如图2.25所示。

图2.25　波纹阻火器

②抽屉式波纹阻火器。如图2.26所示，（全天候）型抽屉式波纹阻火器是用于安装在原油、汽油、煤油、柴油、芳烃、硫等各类油品或其他化工物料的固定顶式储罐上，通常与呼吸阀配套使用，其主要功能是允许易燃易爆的气体通过，对外界传入储罐的火焰起阻止与窒息作用。该阻火器可以与通气管配套或单独使用，其他规格产品可按用户要求提供。

图2.26　抽屉式波纹阻火器

③氧气管道阻火器。如图2.27所示，氧气管道阻火器和FPV-XT型氧气管道阀门前、后阻火器是采用特种铜合金和不锈钢焊接而成。可以有效地防止氧气管道阀门在突然开启时易形成的“绝热压缩”，局部温度骤升，成为着火能源；可以防止在阀门前后压差作用下，高速运动的物质微粒（如铁锈、粉尘、焊渣等）与阀后管道摩擦、撞击产生火花而成为着火能源。阻火器的使用可以迅速阻断火源，杜绝管道中燃爆事故的发生。

图2.27　氧气管道阻火器

2.4.2.2　伸缩节（补偿器）

伸缩节也可称为管道伸缩节、膨胀节、补偿器，伸缩器。伸缩节分为：波纹伸缩节、套筒伸缩节、方形自然补偿伸缩节等几大类型，其中以波纹伸缩节较为常用，主要为保障管道安全运行。其作用如下。

①补偿吸收管道轴向、横向、角向受热引起的伸缩变形。

②吸收设备振动，减少设备振动对管道的影响。

③吸收地震、地陷对管道的变形量。

因为管道的热胀冷缩，所以对于管道来说，就要产生管壁的应力和推拉力；管壁应力的大小，影响管道的强度，推拉力增大，管道的固定支架就要做得很大，来承受管道伸缩所产生的推拉力；所以利用伸缩节补偿的变开量办法，以降低管壁应力和推力。

伸缩节（膨胀节）主要用于补偿管道因温度变化而产生的伸缩变形，也用于管道因安装调整等需要的长度补偿，主要分为弯管式膨胀节（图2.28）、波纹管膨胀节（图2.29）和套管伸缩节3种结构形式。

图2.28　弯管式膨胀节

图2.29　波纹管膨胀节

弯管式膨胀节将管子弯成U形或其他形体，并利用形体的弹性变形能力进行补偿的一种膨胀节。它的优点是强度好、寿命长、可在现场制作，缺点是占用空间大、消耗钢材多和摩擦阻力大，这种膨胀节广泛用于各种蒸汽管道和长管道上。

波纹管膨胀节用金属波纹管制成的一种膨胀节。它能沿轴线方向伸缩，也允许少量弯曲。图2.30为常见的轴向式波纹管膨胀节，用在管道上进行轴向长度补偿。为了防止超过允许的补偿量，在波纹管两端设置有保护拉杆或保护环，在与它连接的两端管道上设置导向支架。另外还有转角式和横向式膨胀节，可用来补偿管道的转角变形和横向变形。这类膨胀节的优点是节省空间，节约材料，便于标准化和批量生产，缺点是寿命较短。波纹管膨胀节一般用于温度和压力不很高、长度较短的管道上。随着波纹管生产技术水平的提高，这类膨胀节的应用范围正在扩大。

图2.30　轴向式波纹管膨胀节

套管伸缩节由能够作轴向相对运动的内外套管组成（图2.31）。内外套管之间采用填料函密封。使用时保持两端管子在一条轴线上移动。在伸缩节的两端装设导向支架。它的优点是对流体的流动摩擦阻力小，结构紧凑；缺点是密封性较差，对固定支架推力较大。套管伸缩节主要用于水管道和低压蒸汽管道。

图2.31　套管伸缩节的内部结构示意图

2.4.2.3　阀门

阀门是气体输送系统中的控制部件，具有截止、调节、导流、防止逆流、稳压、分流或泄压等功能。在流体系统中，用来控制气体的方向、压力、流量，也是使配管和设备内的气体流动或停止并能控制其流量的装置。

用于气体控制系统的阀门，从最简单的截止阀到极为复杂的自控系统中所用的各种阀门，其品种和规格相当繁多。根据材质还分为铸铁阀门、铸钢阀门、不锈钢阀门（201、304、316等）、铬钼钢阀门、铬钼钒钢阀门、双相钢阀门、塑料阀门、非标订制等阀门材质。

阀门的控制可采用多种传动方式，如手动、电动、液动、气动、涡轮、电磁动、电磁液动、电液动、气液动、正齿轮、伞齿轮驱动等；可以在压力、温度或其他形式传感信号的作用下，按预定的要求动作，或者不依赖传感信号而进行简单的开启或关闭，阀门依靠驱动或自动机构使启闭件做升降、滑移、旋摆或回转运动，从而改变其流道面积的大小以实现其控制功能。

常见的非金属蝶阀和金属多叶风阀见图2.32。

图2.32　非金属蝶阀和金属多叶风阀

2.4.2.4　排液口

对于湿度较大、易结露的废气，管道的低点均应设置排液口，必要时增设保温措施或加热装置。管道排液公称直径不小于25mm，排液管需引至地面边沟。

2.4.2.5　管道支架

如图2.33所示，管道支架在任何有管道敷设的地方都会用到，又被称作管道支座、管部等。它作为管道的支撑结构，根据管道的运转性能和布置要求，管架分成固定和活动两种。设置固定点的地方成为固定支架，这种管架与管道支架不能发生相对位移，而且，固定管架受力后的变形与管道补偿器的变形值相比，应当很小，因为管架要具有足够的刚度。设置中间支撑的地方采用活动管架，管道与管架之间允许产生相对位移，不约束管道的热变形。